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Wie stark Wärmepumpen künftig die Stromnetze belasten und welches Potenzial ein flexibler Betrieb bietet, zeigt eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE. Auf Basis umfangreicher Messdaten und Simulationen wurden erstmals belastbare Tageslastprofile und Gleichzeitigkeitsfaktoren für Wärmepumpenkollektive abgeleitet. Die Ergebnisse ermöglichen eine realistischere Bewertung von Lastspitzen – insbesondere an kalten Tagen – und schaffen eine fundierte Grundlage für Netzausbau, energiewirtschaftliche Prozesse und die Auslegung zukünftiger Wärmepumpensysteme.
Mit dem Hochlauf von Wärmepumpen im Zuge der Wärmewende steigen die Anforderungen an die Stromnetze deutlich. Für Netzbetreiber ist daher eine verlässliche Abschätzung von Lastverläufen und Lastspitzen zentral.
Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und den Stadtwerken München hat das Fraunhofer IEE umfangreiche Messdaten ausgewertet und mit simulationsbasierten Analysen kombiniert, um das reale Betriebsverhalten von Wärmepumpen im Tagesverlauf sowie unter Extrembedingungen zu quantifizieren.
Messdatenbasierter Ansatz als methodischer Mehrwert
Grundlage der Untersuchung ist ein großer Pool realer Betriebsdaten, ergänzt durch thermodynamische Simulationen und Optimierungen mit dem IEE-Modell EnergyPilot. Die Kombination aus Messdatenanalyse und Modellierung ermöglicht eine hohe Aussagekraft und unterscheidet sich wesentlich von rein modellbasierten Ansätzen.
Die Ergebnisse zeigen typische Betriebscharakteristika: Tageslastprofile weisen morgendliche Leistungsspitzen sowie geringere Leistungsbedarfe nachts und mittags auf. Neben der Außentemperatur beeinflussen insbesondere der Wärmepumpen- und Gebäudetyp und die Dimensionierung das Betriebsverhalten. In der Praxis zeigt sich dabei häufig eine Überdimensionierung der Anlagen.
„Unsere Analysen zeigen, dass sich aus realen Betriebsdaten deutlich robustere Aussagen über die Netzbelastung ableiten lassen als aus pauschalen Annahmen. Gerade im Aggregat entstehen charakteristische und gut beschreibbare Lastverläufe“, sagt Dr. Michael Krause, Projektleiter am Fraunhofer IEE.
Gleichzeitigkeitsfaktoren und Flexibilitätswirkungen
Ein zentrales Ergebnis der Studie sind belastbare Gleichzeitigkeitsfaktoren für unterschiedliche Wärmepumpentypen im unflexiblen Betrieb: Für Luft-Wasser-Wärmepumpen liegt die Gleichzeitigkeit im Kollektiv bei rund 1,1 – für Sole-Wasser-Systeme bei etwa 0,8 (normiert auf die elektrische Nennleistung im Hersteller-Betriebspunk A-7/W55 bzw. B0/W55). Für kleine Mehrfamilienhäuser ergeben sich Werte zwischen diesen Bereichen.
Als Orientierung für die Praxis gilt: Bei einer thermischen Heizlast von 10 Megawatt beträgt die elektrische Leistungsaufnahme für Luft-Wasser-Wärmepumpen rund 4 Megawatt und für Sole-Wasser-Systeme 2 Megawatt.
Die simulationsgestützten Analysen zeigen zudem, dass Flexibilität grundsätzlich zur Reduktion von Lastspitzen und damit zur Entlastung der Netzinfrastruktur beitragen kann. Gleichzeitig können strommarktbasierte Anreize die Gleichzeitigkeit erhöhen und somit die Netzbelastung verstärken. Erst lokal differenzierte Signale – etwa dynamische Netzentgelte – ermöglichen eine gezielte Lastverschiebung.
Ohne Berücksichtigung der Netzdienlichkeit liegt der wirtschaftliche Vorteil der Flexibilisierung primär in Effizienzgewinnen. Einsparungen durch Strompreisoptimierung fallen langfristig vergleichsweise gering aus.
„Flexibilität bietet großes Potenzial für die Systemintegration von Wärmepumpen. Für eine netzdienliche Integration ist es jedoch entscheidend, Marktmechanismen und Netzerfordernisse konsequent zusammenzudenken“, erklärt Norman Gerhardt, Abteilungsleiter Energiewirtschaft und Systemanalyse am Fraunhofer IEE.
Beitrag zur integrierten Energiesystemplanung
Die Studie liefert eine belastbare Grundlage für zentrale energiewirtschaftliche Fragestellungen – von der Netzausbauplanung über Bilanzierung und Stromeinkauf bis hin zur technischen Auslegung von Wärmepumpensystemen.
Die entwickelte Methodik ist auf andere Stadt- und Netzgebiete übertragbar und kann perspektivisch auf weitere elektrische Lasten, insbesondere im Bereich der Elektromobilität, ausgeweitet werden.
Die Ergebnisse leisten damit einen Beitrag zu einer effizienteren und planbaren Weiterentwicklung des Energiesystems.
https://www.iee.fraunhofer.de/de/presse-infothek/Presse-Medien/2026/waermepumpen...
Criteria of this press release:
Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
Construction / architecture, Electrical engineering, Energy, Environment / ecology
transregional, national
Research projects, Research results
German
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