Vermarktung der Flexibilität eines Wärmepumpen-Pools am österreichischen Regelenergiemarkt

Abstract

Das Thema Flexibilität in der Energiewirtschaft gewinnt zunehmend auch auf Haushaltsebene an Bedeutung. Neben elektrischen Speichern können hier insbesondere Wärmepumpen als flexible Einheiten gepoolt werden und so an den verschiedenen Strommärkten teilnehmen. Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung des wirtschaftlichen Potentials des flexiblen Einsatzes von Wärmepumpen in Einfamilienhäusern. Untersucht wird dies am Beispiel des österreichischen Tertiärregelenergiemarktes für einen simulierten Pool mit 400 Einfamilienhäusern mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften. Mittels eines linearen bottom-up Optimierungsmodells werden die technisch mögliche Flexibilität und die erzielbaren ökonomischen Erlöse ermittelt. Es wird eine Parametervariation durchgeführt und verschiedene Einflussfaktoren werden untersucht. Besonders große Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit zeigen die Isolation des Gebäudes, die elektrische Leistung der installierten Wärmepumpe sowie die erlaubten Raumtemperaturen. Die größten Erlöse können aufgrund der höheren Heizlast mit Bestandsgebäuden erzielt werden, gefolgt von Niedrigenergiehäusern mit Luftwärmepumpen. Ein zusätzlicher Pufferspeicher zeigt wenig Einfluss auf die Flexibilität. Am meisten Regelenergie kann im Winter und Herbst angeboten werden, im Sommer ist praktisch keine Marktteilnahme möglich. Je nach Gebäudetyp kann die Regelleistung für vier bis acht Stunden pro Tag vorgehalten werden, beim Passivhaus sind zwölf Stunden möglich. Mit einer für Österreich typischen Wärmepumpen- und Gebäudeverteilung können 2016 pro Wärmepumpe 65-69€ am Tertiärregelenergiemarkt erzielt werden. Um einen positiven Business Case zu erhalten, ist vor allem eine günstige, standardisierte Kommunikationsinfrastruktur wichtig.

The topic of flexibility is gaining importance in the energy sector, including flexibility on the household level. Not only electrical storage but also heat pumps can provide the much-needed flexibility and can be pooled to participate in a number of electricity markets. The aim of this work is to determine the economic potential of the flexible use of heat pumps in single-family houses. For this, we use an example of the Austrian balancing market for manual frequency restoration reserve for a simulated pool consisting of 400 single-family houses with different thermal properties. Using a linear bottom-up optimization model, we identify a technically feasible flexibility range and achievable economic revenues, perform parameter variations, and examine various influencing factors. Building insulation, electric power of the installed heat pumps and the permitted room temperatures seem to have particularly significant effects on profitability. The greatest revenues can be achieved with existing buildings due to their higher heating load, followed by low-energy houses with air heat pumps. An additional storage tank has little influence on the flexibility potential. Most balancing energy can be offered in winter and autumn while in summer practically no market participation makes economic sense. Results further show that, depending on the building type, balancing power can be provided four to eight hours a day; a passive house in turn can offer up to twelve hours of service. With a heat pump and building distribution typical for Austria, it is possible to achieve 65-69€ per heat pump on the balancing market for manual frequency restoration reserve in 2016. In order to obtain a positive business case, above all an affordable, standardized communication infrastructure is crucial.