P2H-Pot: Potentiale, Wirtschaftlichkeit und Systemlösungen für Power … · Simulation des...
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Folie 1 Wien, Totschnig, 17.10.2016
P2H-Pot: Potentiale, Wirtschaftlichkeit und
Systemlösungen für Power-to-Heat
Gerhard Totschnig, Andreas Müller
Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe
TU Wien
Johannes Nagler
Institut für Energietechnik und Thermodynamik
TU Wien
Blickpunkt Forschung 17.10. 2016,
an der TU Wien
Folie 2 Wien, Totschnig, 17.10.20162
P2H-Pot: Potentiale, Wirtschaftlichkeit und
Systemlösungen für Power-to-Heat
Stadt der Zukunft Projekt, gefördert durch das BMVIT im Rahmen des
Programms "ENERGIE DER ZUKUNFT"
http://www.eeg.tuwien.ac.at/P2H-Pot
Projektabschluss: Februar 2017.
Analyse der wettbewerbsfähige Potentiale für Power-to-Heat (P2H) im urbanen
Raum:Elektrokessel, Wärmepumpen und Wärmespeicher
Gemeinsame Betrachtung von Strom, Wärme, Elektromobilität, industrielles
Lastmanagement und von verschiedenen FW-Netzen
Partner:
TUWIEN – EEG
TUWIEN – IET
Energie AG OÖ Wärme GmbH
ECOP Technologies GmbH (Präsentation im Anschluss)
aqotec GmbH
ENERGIANALYSE.DK
e-Think
Folie 3 Wien, Totschnig, 17.10.20163
Arbeitsschritte
Bestimmung der Arbeitszahlen und Kosten geeigneter
Wärmepumpentypen bei unterschiedlichen Wärmequellen und
Systemeinbindungen
Simulation des Gebäudebestands 2020/2030/2050 und von Änderungen
im Fernwärmelastgang
Simulation des Fernwärme-Netzausbaus
Bewertung des Wirtschaftlichkeit durch gemeinsame Simulation von
Strom, Wärme, Elektromobilität, industrielles Lastmanagement
Folie 4 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Übersicht
Ergebnisse zu Änderungen bei FW Lastprofilen
Wärmepumpen Simulationen
Ausblick HiREPS
Folie 5 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Änderung des Fernwärme Lastprofils 2010-2050
(Simulationen: Andreas Müller)
Mit steigender thermischen Qualität des Gebäudebestandes bis 2050
die Heizsaison wird kürzer
Klimawandel verursacht auch eine Änderung im saisonalen FW Profil
Lastprofil wichtig für optimalen Erzeugungsmix
Methode: Simulation des stündlichen FW Lastgangs mit Invert/EE-
Lab(A. Müller):
Für Gebäudebestand 2050 und 2010 mit historisches Klima 1981-2010
Für Gebäudebestand 2050 Simulation mit REGCM3 Klimadatensatz
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
12
93
58
58
77
11
69
14
61
17
53
20
45
23
37
26
29
29
21
32
13
35
05
37
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46
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52
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55
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17
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01
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85
81
77
84
69
No
rmie
rt a
uf
Mit
telw
ert
=1
Stunden des Jahres
Normierter Heizwärmebedarf Wien 2010
Folie 6 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Änderung FW Lastgang 2010/2050:
Effekte des Gebäudebestandes
Szenario WAMplus: -65% Endenergieeinsatz für Heizen und Warmwasserbereitstellung bis 2050
Folie 7 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Änderung FW Lastgang 2010/2050:
Effekte des Klimawandels - WAMplus
Folie 8 Wien, Totschnig, 17.10.2016
VLS Heizenergiebedarf:
VLS Heizenergie-
bedarf
Gebäude 2010 Klima 1995 2332
Gebäude 2050 Klima 1996 1795
Gebäude 2050 RegCM3 2050 1700
Änderung FW Lastgang 2010/2050:
Effekte des Klimawandels 2 - WAMplus
Folie 9 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Wärmepumpen Simulationsergebnisse
(Simulationen: Johannes Nagler IET)
9
• Geothermie/Abwärme 60 ºC/40 ºC Ammoniak, Konfig. II
• Geothermie/Abwärme 60 ºC/40 ºC Butan, Konfig. II
COP 70 75 80 85 90 95
40 7.29 6.56 5.97 5.47 5.05 4.69
45 6.99 6.31 5.74 5.28 4.88 4.53
50 6.69 6.05 5.52 5.08 4.70 4.37
55 0.00 5.78 5.29 4.88 4.52 4.21
60 0.00 0.00 5.06 4.67 4.33 4.04
65 0.00 0.00 0.00 4.46 4.15 3.87
70 0.00 0.00 0.00 0.00 3.95 3.69
COP 80 90 100 110 120
50 5.32 4.49 3.87 3.38 2.98
55 5.15 4.36 3.76 3.29 2.91
60 4.97 4.22 3.65 3.20 2.83
Folie 10 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Simulationsergebnisse
10
• Rachgaskondensation 50/35 ºC Ammoniak Konfiguration II
COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C
40°C 6,91 6,18 5,61 5,14 4,74 4,38
45°C 6,63 5,97 5,43 4,98 4,59 4,25
50°C 6,38 5,77 5,25 4,82 4,44 4,11
55°C 0 5,55 5,06 4,65 4,29 3,98
60°C 0 0 4,86 4,47 4,13 3,83
65°C 0 0 0 4,29 3,97 3,69
70°C 0 0 0 0 3,80 3,54
• Rachgaskondensation 50/35 ºC Butan Konfiguration II
COP 80°C 90°C 100°C 110°C 120°C
50°C 4,66 4,00 3,49 3,08 2,75
55°C 4,50 3,88 3,39 3,00 2,68
60°C 4,35 3,76 3,29 2,92 2,61
Folie 11 Wien, Totschnig, 17.10.2016
Simulationsergebnisse
11
• Abwasser/Flusswasser 5-20 ºC Ammoniak Konfig. II
T_Fluss_ein 5°C 5°C 5°C 5°C 5°C 5°C 10°C 10°C 10°C 10°C 10°C 10°C
COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C
40°C 3,08 2,95 2,83 2,72 2,61 2,53 3,41 3,25 3,11 2,99 2,87 2,77
45°C 2,99 2,88 2,77 2,66 2,57 2,48 3,32 3,18 3,04 2,92 2,82 2,71
50°C 2,94 2,81 2,71 2,61 2,51 2,43 3,26 3,11 2,98 2,86 2,76 2,66
55°C 0,00 2,75 2,64 2,54 2,45 2,38 0,00 3,04 2,91 2,80 2,70 2,60
60°C 0,00 0,00 2,58 2,49 2,40 2,32 0,00 0,00 2,85 2,74 2,64 2,55
65°C 0,00 0,00 0,00 2,43 2,34 2,27 0,00 0,00 0,00 2,67 2,58 2,49
70°C 0,00 0,00 0,00 0,00 2,29 2,22 0,00 0,00 0,00 0,00 2,52 2,43
T_Fluss_ein 15°C 15°C 15°C 15°C 15°C 15°C 20°C 20°C 20°C 20°C 20°C 20°C
COP 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C 70°C 75°C 80°C 85°C 90°C 95°C
40°C 3,79 3,59 3,43 3,28 3,14 3,03 4,22 3,98 3,77 3,60 3,44 3,30
45°C 3,70 3,52 3,35 3,21 3,08 2,97 4,12 3,88 3,69 3,52 3,37 3,23
50°C 3,62 3,43 3,28 3,14 3,02 2,90 4,02 3,80 3,61 3,45 3,30 3,17
55°C 0,00 3,36 3,20 3,07 2,95 2,84 0,00 3,71 3,53 3,37 3,23 3,10
60°C 0,00 0,00 3,13 3,00 2,89 2,78 0,00 0,00 3,45 3,29 3,15 3,03
65°C 0,00 0,00 0,00 2,93 2,80 2,72 0,00 0,00 0,00 3,22 3,08 2,96
70°C 0,00 0,00 0,00 0,00 2,75 2,66 0,00 0,00 0,00 0,00 3,01 2,89
Folie 12 Wien, Totschnig, 17.10.2016
HiREPS SimulationsmodellHigh Resolution Power System Model
Gemeinsame Betrachtung von Strom, Wärme, Elektromobilität,
industrielles Lastmanagement
Investitionsoptimierung zur optimalen Auslegung verschiedener
Systemkomponenten
nichtkonventionellen Speichern
Power to Gas, Power to Heat, adiabate Druckluftspeicher (AA-CAES)
Stündliche Kraftwerkseinsatzsimulation
zur Analyse der ökonomischen und technischen Machbarkeit
verschiedener zukünftiger Szenarien
Ausblick: Simulation Strom-Wärme-Verkehr