Stellen Sie die Wirkungsgradkette (100% EE Strom bis xy% Wärmeenergie (Nutzenergie)) einer Wasserstoffheizung im Vergleich zu einer Wärmepumpe für den Fall eines Heizungsbetriebs während einer Dunkelflaute dar. Annahme: Der gesamte Energiebedarf während der Dunkelflaute wird aus Wasserstofflangzeitspeicherung gedeckt).
Wasserstoff:
BW-Kessel 98%
WP (Strom muss aus Rückverstromung kommen)
Brennstoffzelle, Gasmotor oder Turbine
—> deutlich geringerer Wirkungsgrad 40-50%
dann Strom in WP mit 300%
—> beide bei Dunkelflaute im Endeffekt jeweils Gesamtwirkungsgrad von 60%
—> bei nicht Dunkelflaute hat WP deutliche Effizienzvorteile
Beschreiben Sie die Funktion und die Betriebsweise eines Hybridheizsystems bestehend aus einer Wärmepumpe und einem Wasserstoff-Brennwertkessel. Welche Hauptfaktoren beeinflussen die Betriebsweise?
WP
Nutzt Umweltenergie zur Wärmegewinnung (weniger effizient in kälteren Monaten, wenn Außentemperaturen sinken, aber im Jahresdurchschnitt effizienter)
H2-Brennwertkessel:
Wird genutzt, wenn WP aufgrund niedriger Außentemperatur nicht effizient arbeiten kann
Kessel verbrennt H2 zur Wärmegewinnung
—> werden durch intelligentes Regelungssystem gesteuert, um Effizienz zu optimieren
Faktoren, die Betriebsweise beeinflussen:
Außentemperatur
Heizlast
Preise
Verfügbarkeit von Strom und H2
Bewerten Sie qualitativ einen umfassenden Einsatz von WP im Vergleich zu einem umfassenden Wasserstoffeinsatz im Wärmemarkt hinsichtlich des Ausbaubedarfs erneuerbarer Energien für die Stromerzeugung und der Importquote (Importabhängigkeit).
Effizienz, besonders wenn Kopplung mit Wind- oder Solarenergie
Dezentralisierung (Versorgungssicherheit) und gute Integration in bestehende Gebäudestrukturen, aber Platz und Schallemissionen beachten
Großes Maß an Elektrifizierung notwendig —> erheblicher Ausbau erneuerbarer notwendig
In kälteren Klimazonen bzw. Jahreszeiten ineffizienter —> berücksichtigen bzw. koppeln
Ausbaubedarf EE deutlich geringer als bei Wasserstoffeinsatz
On demand Geräte —> flexible Anpassung an Schwankungen der Nachfrage
Zuverlässige Stromquelle notwendig
Wasserstoff
Einsatz ist vielseitig: Brennstoff, Kombination mit Brennern oder Brennstoffzellen
Langzeitspeicherung für überschüssige erneuerbare Energie —> Flexibilität des Energiesystems
Höhere Wirkungsgradverluste als WP —> höherer Ausbaubedarf EE
Infrastrukturausbau
Ggf. Importabhängigkeit für Wasserstoffbezug
Welche Versorungskonzepte mit Wasserstoff kennen Sie?
1) Dezentrales Versorungskonzept:
lokales Wasserstoffverteilnetz versorgt dezentrale KWK-Anlagen oder Brennwertkessel
saisonale dezentrale H2-Erzeugung + Speicherung im Gebäude möglich
2) Zentrales Versorgungskonzept
Wasserstoff wird bis zentralen Punkt eines Quartiers geliefert; Einzelgebäude sind nicht an das H2-Netz angeschlossen
Die Zentrale produziert sowohl Wärme als auch Strom; Verteilung der Wärme über ein Wärmenetz
Auch Kopplung mit Speichern, PV, Batterien, zentraler H2-Erzeugung möglich
3) Beimischung von H2 ins Gasnetz
nach DVGV bis 10 % begrenzt (20 bis evtl. 30 % problemlos möglich)
langfristig eine Umstellung der einzelnen Komponenten notwendig
Welche Möglichkeit gibt es eine dezentrale Wasserstofferzeugung und -nutzung für den Gebäudesektor zu integrieren?
PICEA-System:
Im Sommer eine Überproduktion an Strom und dadurch Betrieb eines Elektrolyseurs zur H2-Produktion mittels Batteriespeicher
Im Winter wird der Wasserstoff mittels BZ in Strom und Wärme rückverwandelt.
Evtl. noch eine kleine Wärmepumpe also Kombination mit integrierbar
Woran wird entschieden, ob ein gewisses Stadtgebiet eher für ein Stromnetz inkl. Wärmepumpen oder für ein Fernwärmenetz geeignet ist.
Ausschlaggebend ist die Wärmebedarfsdichte
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