Eine neue Studie aus Österreich beschäftigt sich mit dem Stromverbrauch der Wärmepumpe – genauer, dem der Luftwärmepumpen. Das sind sozusagen die Stars unter den Wärmepumpen: Über 64 Prozent der neu installierten Anlagen in Österreich nutzen Umgebungsluft als Wärmequelle; ähnlich wie in Deutschland. Die Tendenz ist deutlich steigend.

Auswirkungen der Luftwärmepumpe auf das österreichische Stromnetz

Grund genug für eine Expertise zum Einsatz von Luftwärmepumpen in Österreich. Sie beschäftigt sich mit zwei zentralen Fragen:

  • Wie wirken sich Luftwärmepumpen auf das österreichische Stromnetz aus?
  • Welche Erhöhung der Netzbelastung ist zu erwarten?
  • Welche CO2-Emissionen werden durch die Stromerzeugung von neu installierten Luftwärmepumpen verursacht?
Entwicklung der Anzahl der Wärmepumpeninstallationen in Österreich, 1999 - 2014 (LWP: Luftwärmepumpen; SWP: sonstige Wärmepumpen) Quelle: e7 auf Basis Biermayr 2013

Entwicklung der Anzahl der Wärmepumpeninstallationen in Österreich, 1999 – 2014 (LWP: Luftwärmepumpen; SWP: sonstige Wärmepumpen)
Quelle: e7 auf Basis Biermayr 2013

Auftraggeber der Studie

Die Studie wurde von drei Organisationen in Auftrag gegeben:

  • Verein Freie Wärme Österreich; vertritt Unternehmen und Verbände der Brennstoff,- Heizgeräte- und Kaminbranche und steht laut eigenen Aussagen für eine technologieoffene Kommunikation über und freie Wahl der Heizsysteme
  • proPellets Austria, Verband der österreichischen Pelletwirtschaft
  • Schiedel GmbH, ein großer Anbieter von Kaminsystemen

Die Geschäftsführer von proPellets und Schiedel gehören auch zum Vorstand des Vereins Freie Wärme Österreich, neben dem Geschäftsführer des Österreichischen Kachelofenverbandes und dem Bundesinnungsmeister der Rauchfangkehrer.

Macher und Methoden

Erstellt wurde die Studie von dem unabhängigen Forschungs- und Beratungsunternehmen e7 Energie Markt Analyse GmbH. Die Autoren sind Georg Benke, Christof Amann und Stefan Amann. Ihr Vorgehen basiert auf der Auswertung bestehender Daten und Fakten, insbesondere der Analyse von acht aktuellen Studien zur Jahresarbeitszahl von (Luft-)Wärmepumpen, sowie einer Modellrechnung über den Einsatz österreichischer Stromkraftwerke. Die Modellierung wurde von der Prognos AG (Berlin) extra für die Studie angefertigt und umfasst den Kraftwerkseinsatz 2013 und 2014.

Die Analyse

Und hier die wesentlichen Bearbeitungsschritte der Studie:

  • Marktüberblick Luftwärmepumpen
  • konservative Schätzung der installierten Heizleistung an Hand der Absatzzahlen
  • plausible Verteilung über die neun Bundesländer an Hand von Expertengesprächen, eigenen Berechnungen, in Anspruch genommener Förderung und Wohnbau-Statistik
  • Erstellen des Stromnachfrageprofils von Luftwärmepumpen
  • Herleiten des CO2-Emissionsfaktors für den Luftwärmepumpenstrom
  • Vergleich mit anderen Energieversorgungssystemen

Das Besondere am verwendeten Strommarktmodell ist, dass der Primärenergieeinsatz und die damit verbundenen Emissionen der österreichischen Kraftwerke stundengenau berechnet wurden. So können die CO2-Emissionen, die beim Einsatz der Luftwärmepumpen entstehen, realitätsnah abgebildet werden. Denn normalerweise wird ein Jahresdurchschnittswert des Strommixes herangezogen, was ein verfälschtes Bild ergibt, da die Stromabnahme durch Luftwärmepumpen naturgemäß im Winter am größten ist. Also dann, wenn mehr fossile Kraftwerke in Betrieb sind.

Die Ergebnisse

Die Analyse der Feldstudien ergab, dass Jahresarbeitszahlen für Luftwärmepumpen von 2,8 bis 3,0 realistisch sind. Die Auswirkungen von Luftwärmepumpen auf das österreichische Stromnetz und die CO2-Emissionen lassen sich beziffern:

  • Erhöhung der Maximalleistung im Netz um rund 170 bis 180 MW
  • tritt für weniger als 10 Stunde im Jahr auf
  • entspricht 2% der Nachfrageleistung (= Leistung des Kohlekraftwerks Riedersbach II)
  • verursacht CO2-Emissionen in der Höhe von rund 650 g je kWh an Endenergie Strom
  • moderne Brennwert-Gasheizungen verursachen gleich hohe oder sogar geringere CO2-Emissionen; Ölkessel schneiden sehr viel schlechter ab:
CO2 Vergleich: Luftwärmepumpe (LWP) gegenüber Gas bzw. Heizöl; JAZ=Jahresarbeitszahl Emissionsfaktor: 642 g CO2/kWh Quelle: Berechnung und Grafik e7

CO2 Vergleich: Luftwärmepumpe (LWP) gegenüber Gas bzw. Heizöl; JAZ = Jahresarbeitszahl
Emissionsfaktor: 642 g CO2/kWh
Quelle: Berechnung und Grafik e7

 

  • PV-Strom kann keinen nennenswerten Beitrag zur Raumheizung leisten:
Verteilung der Jahreswärmenachfrage (HGT) und des Ertrags einer Photovoltaikanlage (PV), realer Standort, 2014 Quelle: e7 Berechnungen 2015

Verteilung der Jahreswärmenachfrage (HGT) und des Ertrags einer Photovoltaikanlage (PV), realer Standort, 2014
Quelle: e7 Berechnungen 2015

 

Was man außerdem nicht vergessen darf: Bei sinkender Außentemperatur steigt der Strombedarf überproportional zur Heizlast, wie die Grafik unten eindrücklich belegt. Deshalb werden etliche Wärmepumpenanlagen unterdimensioniert; bei besonders hohen Heizlasten springt dann ein so genannter Heizstab ein, der nichts anderes ist als eine Stromdirektheizung. Die Studie kommt zu der Einschätzung, dass der Heizstab die Spitzenlast im Stromnetz erhöht.

Stromverbrauch Luftwärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur (°C) Quelle: Berechnung und Grafik e7

Stromverbrauch Luftwärmepumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur (°C)
Quelle: Berechnung und Grafik e7

Offene Fragen und Empfehlungen

Die Studie empfiehlt weitergehende Forschungen (Messreihen) um den Heizstab-Effekt zu beziffern, sowie eine detailliertere Untersuchung des Spitzenlasteffekts durch Luftwärmepumpen. Außerdem stellt sich die Frage, welche Systemkonfigurationen (Kombi von LWP und Gasheizung) die geringsten Emissionen liefern. Auch die Kombination mit biogenen Energieträgern sollte verstärkt als Option ins Auge gefasst und näher analysiert werden. Desweiteren empfiehlt die Studie, Luftwärmepumpen mit Wärmespeichern zu kombinieren. Und es sollte die Möglichkeit bestehen, sie ganz vom Netz zu nehmen.

Mein Fazit

Die Studie bestätigt im Grunde vieles, was wir schon aus anderen Quellen wussten – Stichwort Thermosensibilität. Photovoltaik kann lediglich ein Zubrot sein – im März und Oktober (wie die Grafik oben zeigt) oder für die Warmwassererzeugung im Sommer. Und auch ich würde es befürworten, wenn bei der Wärmepumpendiskussion stärker zwischen den Wärmequellen differenziert würde. Weil Erd- oder Wasserwärmepumpen bessere Jahresarbeitszahlen erreichen und den Stromhaushalt tendenziell weniger belasten als Luftwärmepumpen. Luftwärmepumpen für den Wohnhausbereich sind für mich nur eine Option, wenn sie geschickt mit anderen Energien kombiniert werden oder wenn sie ihre Energie aus Abwärme beziehen statt aus der Außenluft.

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Bild: David-W- / photocase.de
Grafiken: Biermayr et. al. und e7