Zentrale Warmwasserbereiter mit Wärmepumpe (BHKW) bieten eine enorme Möglichkeit, den erheblichen Energieverbrauch bei der Warmwasserbereitung zu reduzieren, und können als riesige Wärmebatterien fungieren. Sie tun dies, indem sie Energie zum Erhitzen von Wasser in Zeiten geringer Netznachfrage verwenden und diese für eine spätere Verwendung speichern, wodurch sie ihren Energieverbrauch während Spitzenzeiten für das Stromnetz begrenzen können. Führende Organisationen in der Kommerzielle Arbeitsgruppe der Advanced Water Heating Initiative (AWHI). zeigen im ersten seiner Art Bayview Tower-Pilotprojekt in Seattle die Auswirkungen auf das Netzvermögen.
Der Bayview Tower ist eine öffentliche Wohnanlage für Senioren mit niedrigem Einkommen in der Innenstadt von Seattle. Heißes Wasser für die Bewohner von Bayview wurde von einem ineffizienten elektrischen Widerstandswassererhitzer bereitgestellt, der viel Strom zum Erhitzen des Wassers verbrauchte. Im Jahr 2019 kam ein Traumteam von Organisationen, darunter Ecotope, Seattle Housing Authority, Bonneville Power Administration, Steffes, SkyCentrics, Mitsubishi und Seattle City Light, zusammen, um das Gebäude mit einem zentralen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter (BHKW) nachzurüsten, der das Potenzial hatte um den Energieverbrauch zum Erhitzen von Wasser, der etwa 25-35 % des Energieverbrauchs eines durchschnittlichen Mehrfamilienhauses ausmacht, um den Faktor drei zu reduzieren.
Zentrale Warmwasserbereiter mit Wärmepumpe unterscheiden sich von ihren Cousins für Privathaushalte in einer Weise, die Sie wahrscheinlich erwarten würden. Anstatt einzelne Warmwasserspeicher in jedem Haus und jeder Wohnung zu haben, sind zentrale Systeme viel größer und versorgen viele Haushalte gleichzeitig mit heißem Wasser. Im Fall von Bayview versorgt ein System 100 Wohnungen. Bundesweit wurden bisher Hunderte von Blockheizkraftwerken installiert, aber diese Technologie steht noch am Anfang ihrer Einführung.
Der Warmwasserbereiter mit zentraler Wärmepumpe in Bayview installiert hat viele neue Wege beschritten und beweist viele wichtige Konzepte, die dazu beitragen könnten, wie wir in diesen kommenden entscheidenden Jahrzehnten für die Dekarbonisierung Wasser erhitzen. Zunächst einmal war das BHKW für Bayview ein verpacktes, rahmenmontiertes (d. h. dauerhaft auf einer Metallpalette montiertes) System mit vielen Komponenten, die extern hergestellt und dann per Kran zum Gebäude geliefert wurden, mehr oder weniger steckerfertig Ort. Die „Plug-and-Play“-Natur dieses Warmwasserbereiters bedeutete, dass die Bewohner des Bayview Tower nur ein paar Stunden Warmwasserausfall hatten, während ein völlig neues Warmwasserbereitungssystem installiert wurde. Der Warmwasserbereiter wurde im Sommer 2021 installiert und das System ist nun seit anderthalb Jahren in Betrieb, um den Warmwasserbedarf der Bewohner zu decken und gleichzeitig geschätzte Einsparungen zu erzielen 135.000 Kilowattstunden (kWh) jährlich zusammen mit einer deutlichen Reduzierung der CO2-Emissionen und Stromrechnungen.
Skid montierte zentrale Warmwasserbereitung. Bild mit freundlicher Genehmigung von Ecotope.
Einen Warmwasserbereiter wie eine Batterie behandeln
Nachdem das CHPWH-System installiert war und seine gute Funktionsfähigkeit bewiesen hatte, ging das Team in Phase zwei des Projekts über, in der versucht wurde zu beweisen, dass CHPWHs eine erhebliche Lastverlagerungskapazität bieten können. Da Gemeinden, Regionen und Staaten Gebäude und Transportmittel elektrifizieren und dazu übergehen, mehr Solar- und Windenergie zu nutzen, werden die Zeiten, in denen wir Strom verbrauchen, immer wichtiger. Wenn alle gleichzeitig viel Strom verbrauchen (z. B. während der morgendlichen und abendlichen Spitzenzeiten), müssen sich die Versorgungsunternehmen auf mit fossilen Brennstoffen betriebene Kraftwerke verlassen, um die zusätzliche Versorgung zu gewährleisten, oder im schlimmsten Fall die Stromversorgung der Haushalte teilweise unterbrechen. Weniger Strom zu verbrauchen, Strom in Batterien zu speichern und unseren Energieverbrauch zu verteilen oder zu verschieben, sind Schlüsselstrategien zur Lösung dieses Problems.
Die gemeinnützige Organisation, für die ich arbeite, New Buildings Institute, hat an Lösungen im Gebäudemaßstab gearbeitet, um die Dekarbonisierung des Stromnetzes durch das zu ermöglichen GridOptimal Buildings-Initiative seit über drei Jahren und hat immer wieder festgestellt, dass Warmwasserbereitungssysteme eine Wunderwaffe zur Lastverschiebung und Netzintegration sind. Da Wasser viel Energie speichern kann, können Sie es wie eine Batterie verwenden – „laden“ Sie das System, indem Sie die effiziente Wärmepumpe verwenden, um Wasser in Zeiten geringer Netznachfrage (oder hoher erneuerbarer Produktion) aufzuheizen, und verwenden Sie dann die gespeicherte Energie Energie in Zeiten hoher Netznachfrage, während Sie immer noch viel heißes Wasser genießen. Warmwasserbereiter in Mehrfamilien- und Gewerbegebäuden können wichtige Akteure sein, da sie mehr Wasserspeicherkapazität in einem System konzentriert haben.
Das Team, das am Bayview-Tower-Projekt arbeitete, verbrachte die letzten Monate damit, einen Ansatz zu erproben, um den Warmwasserbereiter in Zeiten geringer Nachfrage heißer als normal vorzuheizen und ihn dann zwischen typischen Spitzenlastzeiten von 6:00 bis 9:00 Uhr auszuschalten PN. Und wie die folgende Grafik zeigt, hat es funktioniert. Die blaue Linie zeigt den Grundwasserverbrauch der Wärmepumpe ohne Lastverschiebung. Die rote Linie zeigt, wie sie das System in Zeiten des Spitzenbedarfs abschalten konnten (während weiterhin das gesamte erforderliche Warmwasser bereitgestellt wurde) und vergleicht es mit dem Energieverbrauch (grüne Linie) mit dem vorherigen elektrischen Widerstand Wasserkocher.
Bild mit freundlicher Genehmigung von Ecotope
Der Gesamtenergieverbrauch zeigt eine andere Seite dieser Energieeinsparungen. Vor der Installation des Blockheizkraftwerks verbrauchte das Gebäude in Spitzenzeiten typischerweise zwischen 70 und 75 kWh Strom (blaue Balken). Nach der Installation des effizienteren Blockheizkraftwerks und dem Start mit typischen Einstellungen wurde dieser Verbrauch um 60 % reduziert (rote Balken). Das Umschalten des Warmwasserbereiters auf Vorwärmen von Wasser in Nebenzeiten in der letzten Phase dieses Pilotprojekts zeigt, dass Gebäude den Energieverbrauch in Spitzenzeiten im Wesentlichen auf nahezu Null senken können (grüne Balken).
Bild mit freundlicher Genehmigung von Ecotope
Und dies stellt eine enorme Chance auf Systemebene dar. Die Energiekapazität, die eingespart werden könnte, wenn fast alle Wohngebäude in Kalifornien auf Warmwasserbereiter mit Lastverschiebungs-Wärmepumpe umgerüstet würden, wird auf 2.000 MW geschätzt. In Zeiten mit Spitzenbedarf könnte das Abschalten von 2.000 MW Strom einen erheblichen Teil des Spitzenenergieverbrauchs in Kalifornien einsparen (und tatsächlich etwa so viel Energie wie Kalifornier konnten trimmen während der Nothitze im letzten Sommer) – die Zeit, in der fossile Kraftwerke am wahrscheinlichsten benötigt werden. Die Auswirkungen dieser Verschiebung sind in der folgenden Abbildung dargestellt.
Der Bayview Tower zeigt somit, dass zentrale Warmwasserbereiter ein enormes Potenzial haben, als eine Art Batterie zu fungieren, die während des normalen Betriebs für eine effizientere Warmwasserbereitung sorgt und die Zeiten, in denen Energie für die Warmwasserbereitung verwendet wird, vollständig verschiebt, um den gleichen Komfort und das gleiche Warmwasser zu ermöglichen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines effizienteren und grüneren Netzes.
Dieser Artikel ursprünglich erschien im NBI-Blog.
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