Installation von etwa 600 Millionen Wärmepumpen, die 20 % des bis 2030 erforderlichen Gebäudewärmebedarfs decken

Nov 11, 2023

Technologiebericht

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IEA (2022), Installation von etwa 600 Millionen Wärmepumpen, die 20 % des bis 2030 erforderlichen Wärmebedarfs von Gebäuden decken, IEA, Paris https://www.iea.org/reports/installation-of-about-600-million-heat- Pumpen decken 20 % des bis 2030 erforderlichen Heizbedarfs von Gebäuden, Lizenz: CC BY 4.0

Diese Analyse ist Teil einer Reihe aus unserem neuen Bericht „Technologie- und Innovationspfade für emissionsfreie Gebäude bis 2030“ und stellt die strategische Vision von Experten der IEA Technology Collaboration Programs (TCPs) dar, wie wir dazu beitragen können, einige dieser Ziele zu erreichen die wirkungsvollsten kurzfristigen Meilensteine ​​für den Gebäudesektor, die in der Net Zero by 2050 Roadmap der IEA dargelegt sind; Der Titel jedes Berichts spiegelt einen dieser Meilensteine ​​wider. Erfahren Sie mehr über den Bericht und erkunden Sie die TCPs.

Hocheffiziente elektrische Wärmepumpen sind die Haupttechnologie, die im Szenario „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ (NZE-Szenario) zu einer Reduzierung der Heizemissionen im Gebäudesektor führt. Die Zahl der weltweit installierten Wärmepumpen steigt von 180 Millionen im Jahr 2020 auf rund 600 Millionen im Jahr 2030. Die Installation von Wärmepumpen in einzelnen Gebäuden ist mindestens dreimal effizienter als herkömmliche Heizkessel für fossile Brennstoffe und wird Prognosen zufolge von derzeit 1,5 Millionen pro Monat auf ansteigen bis 2030 rund 5 Millionen.

Der schnelle Hochlauf von Wärmepumpen erleichtert den vollständigen Ausstieg aus neuen Kesseln für fossile Brennstoffe bis 2025 – ein wichtiger Meilenstein im NZE-Szenario. Wärmepumpen in Kombination mit Energiespeichern können Schwankungen in der schwankenden Erzeugung erneuerbarer Energien absorbieren, wodurch bis 2030 etwa 40 % des Stroms durch Solar-PV und Windkraft erzeugt werden können. Die Sanierung des bestehenden Gebäudebestands auf ein CO2-freies Niveau ermöglicht auch in diesem Segment einen noch effizienteren Betrieb von Wärmepumpen.

Wärmepumpen sind viel energieeffizienter als andere erneuerbare und konventionelle Gebäudetechnologien, einschließlich emissionsarmer Wasserstoff- und Biomassekessel. Bei ordnungsgemäßer Installation und ordnungsgemäßem Betrieb liefert eine von einer Wärmepumpe verbrauchte Stromeinheit im Laufe der Heizperiode durchschnittlich drei bis fünf Wärmeeinheiten. Im Gegensatz dazu erzeugt eine Stromeinheit, die in einem Elektrolyseur zur Herstellung von Wasserstoff verwendet und anschließend verbrannt wird, 0,6–0,8 Einheiten Wärme. Der Wirkungsgrad eines hocheffizienten Biomassekessels liegt bei etwa 0,9 Einheiten. Die Effizienz von Wärmepumpen ist in den letzten Jahrzehnten aufgrund von Forschung, Wettbewerb, Mindesteffizienzstandards (MEPS) und Energiekennzeichnungssystemen stetig gestiegen. Darüber hinaus sind Wärmepumpen Multidienstleister, da sie den Heiz-, Kühl- und Entfeuchtungsbedarf decken können. Verschiedene Arten von Wärmepumpen eignen sich für unterschiedliche Anwendungen und Regionen. Es gibt Luft-Luft-, Luft-Wasser-, Warmwasser- und Erdwärmepumpen (Erdwärme). Durch verbessertes Design kann ihre Effizienz noch weiter gesteigert werden. Beispielsweise kann die saisonale Energieeffizienz in Gewerbegebäuden sowohl für den Heiz- als auch für den Kühlbedarf 500 % bis 1000 % erreichen.

Wärmepumpen können auch dazu beitragen, nationale Ziele für den Anteil erneuerbarer Energien im Mix zu erreichen. In Verbindung mit gebäudeintegrierter Photovoltaik oder mit externem erneuerbarem Strom stellen sie eine vollständig erneuerbare Lösung dar, was die Elektrifizierung zu einem wichtigen Hebel für den Ausstieg aus fossilen Brennstoffen macht. Wärmepumpen können bereits auf Bezirks- und Stadtebene integriert werden. Intelligente Thermostate und aktive Steuerungen können ihr nachfrageseitiges Reaktionspotenzial freisetzen und dazu beitragen, einen höheren Anteil variabler erneuerbarer Energien im Netz zu erreichen.

In mehreren Regionen haben Wärmepumpen aufgrund ihrer günstigen Gesamtlebenszykluskosten bereits einen beträchtlichen Marktanteil, insbesondere in den nordeuropäischen Ländern (z. B. Norwegen, Schweden, Dänemark und Finnland), aber auch in Frankreich. In Schweden werden 29 % des Wärmebedarfs in Gebäuden durch Wärmepumpen gedeckt, in Finnland sind es 15 %. In anderen Regionen (z. B. Teilen der USA und Japan) stellen Wärmepumpen bereits einen großen Anteil der Wärmemärkte dar, da sie auch den Kühlbedarf decken können. In Japan ist eine reversible Klimaanlage aufgrund des im Vergleich zum Kühlbedarf mäßigen Heizbedarfs normalerweise das einzige Raumheizgerät. In den Vereinigten Staaten werden etwa 40 % der neuen Einfamilienhäuser mit Wärmepumpen beheizt. In diesen Ländern sind der Markt und die Wertschöpfungsketten gut entwickelt und das Bewusstsein und die Akzeptanz bei den Endverbrauchern sind hoch. In mehreren anderen Ländern ist der Marktanteil bei neu gebauten Häusern erheblich, da Wärmepumpen oft die beste Option sind, um die in neuen Bauvorschriften festgelegten Energieeffizienzstandards zu erfüllen.

Auch wenn die Gesamtdurchdringung zunimmt, sind Wärmepumpen immer noch eine eher seltene Lösung für den Ersatz bestehender Heizsysteme, da die Vorabkosten höher sind oder es an Bewusstsein und Know-how bei Installateuren und Planern mangelt. In solchen Ländern wird der Kauf von Wärmepumpen manchmal gefördert und gefördert, beispielsweise in Deutschland, Italien, dem Vereinigten Königreich, den Vereinigten Staaten und der Volksrepublik China (im Folgenden „China“). Um das Bewusstsein und die Akzeptanz der Endnutzer zu steigern, beinhalten einige Programme finanzielle Anreize, aber auch Aufklärung über die Vorteile von Wärmepumpen für Verbraucher.

Wärmepumpen sind eine gut funktionierende und ausgereifte Technologie. Allerdings sind Technologie- und Systemverbesserungen erforderlich, um sie zu integrieren und ihr volles Potenzial in die Netto-Null-Emissions-Energiesysteme auszuschöpfen. Die Effizienz von Wärmepumpensystemen und deren Auswirkungen können durch intelligente Systemintegration zusammen mit PV, Energiespeicherung, -steuerung und E-Mobilität verbessert werden. In manchen Situationen kann die Fähigkeit einer Wärmepumpe, flexibel zu arbeiten, wichtiger sein als das Erreichen eines Höchstmaßes an Effizienz.

In der anhaltenden globalen Energiekrise wurden Wärmepumpen als Lösung zur Stärkung der Energiesicherheit identifiziert. In Europa sieht der von der Kommission vorgelegte REPowerEU-Plan eine Verdoppelung der Einsatzrate von Wärmepumpen in den kommenden Jahren vor, um die Abhängigkeit von russischem Erdgas zu verringern. In den Vereinigten Staaten wurden Wärmepumpen im Defense Production Act (DPA) als vorrangige Technologie identifiziert, damit das Land seine Unabhängigkeit im Bereich der sauberen Energie übernehmen kann.

Eine der größten Herausforderungen für die Technologie sind die höheren Vorlaufkosten im Vergleich zu Heizoptionen auf Basis fossiler Brennstoffe. In einigen Regionen kann dies durch geringere Betriebskosten und günstigere Gesamtlebenszykluskosten ausgeglichen werden. Die Rentabilität von Wärmepumpen im Vergleich zu ihren Alternativen mit fossilen Brennstoffen hängt tatsächlich auch von den Preisen für Öl, Gas, Kohle und Strom ab, die seit dem Einmarsch Russlands in die Ukraine auf Rekordniveau liegen, was ihren Einsatz jetzt besonders attraktiv macht. Ihre Wettbewerbsfähigkeit hängt auch vom Stromerzeugungsmix sowie davon ab, wie verschiedene Brennstoffe besteuert und subventioniert werden. Steuern und Subventionen sollten die Priorisierung von Wärmepumpen widerspiegeln (z. B. Gebühren im Zusammenhang mit einer höheren Sättigung erneuerbarer Energiequellen, die von Strompreisen auf Preise für fossile Brennstoffe verlagert werden). Im Vergleich zu anderen Null-Emissions-Technologien sind Wärmepumpen oft, wenn auch nicht immer, die kostengünstigste Alternative auf Lebenszyklusbasis.

Über wirtschaftliche Gründe hinaus bestehen Herausforderungen im Zusammenhang mit Platzbeschränkungen oder der Dimensionierung des Wärmeverteilungssystems und in einigen Fällen mit dem Austausch von Heizkörpern durch größere Einheiten, da die Effizienz einer Wärmepumpe von der Temperatur der Heizkörper und damit von deren Größe abhängt. Insofern passt die Einführung von Wärmepumpen gut zu Renovierungsplänen für Gebäude mit der geringsten Leistung, da dies zu niedrigeren Verteilungstemperaturen zur Deckung des Wärmebedarfs führen könnte, was den Betrieb von Wärmepumpen mit einem höheren Wirkungsgrad ermöglicht. Allerdings sollte und könnte die Effizienz von Wärmepumpen insbesondere bei den kältesten Außentemperaturen noch verbessert werden.

Eine weitere Herausforderung könnte sich aus Genehmigungen für die Installation externer Einheiten ergeben, sowohl aus akustischen als auch aus visuellen Gründen.

Darüber hinaus sind Wärmepumpen in vielen anderen Ländern zwar bekannt und werden von den Endverbrauchern in einigen entwickelten Märkten gut angenommen, das Bewusstsein und die Akzeptanz sind jedoch gering. Um die Anzahl der monatlich installierten Wärmepumpen vervielfachen zu können, müssen die Hersteller ihre Lieferungen steigern und die Installateure müssen in ausreichender Anzahl und Qualität geschult werden. Die Verantwortung hierfür sollte zwischen dem öffentlichen und dem privaten Sektor aufgeteilt werden. Die öffentlichen Behörden sollten die Umschulung und Weiterqualifizierung der Arbeitskräfte (einschließlich Installateure, Planer, Architekten, Ingenieure und Unternehmer) unterstützen und fördern und vom privaten Sektor organisierte Schulungsprogramme fördern.

Sources: IEA HPT Annex 49 – Design and Integration of heat pumps for nZEB and IGS, TU Braunschweig; R&D project "Betriebsstrategien für EnergiePLUS-Gebäude am Beispiel der Berghalde" (BBSR Fkz SWD – 10.08.18.7-13.33).

Strategien

Richtlinien empfehlungen

Marktbildung und Standards

Eliminieren Sie die Installation neuer Heizkessel für fossile Brennstoffe

Verbote.Ausstieg aus der Heizung mit fossilen Brennstoffen in Kesseln durch Verbot neuer Anlagen.

Verbesserung der Mindeststandards für die Energieeffizienz (MEPS) und Kennzeichnungssysteme

MEPS und Etiketten. Fördern Sie die Entwicklung von Standards und Kennzeichnungssystemen für den intelligenten, flexiblen Betrieb von Wärmepumpen. Behalten und verschärfen Sie Kennzeichnungssysteme und MEPS (wo erforderlich), um die Effizienz zu verbessern und eine angemessene Kennzeichnung für verschiedene Klimazonen zu fördern.

Planungsinstrumente

Integrieren Sie Wärmepumpen, Speicher und Stromnetzplanung

Nationale Energieplanung.Entwickeln Sie integrierte nationale Energieplanungsinstrumente und integrieren Sie sie in Planungsverfahren, um die Erzeugung sauberer und erneuerbarer Energie wie Wind- und Solarenergie zu koordinieren, die Stärkung des Stromnetzes zu ermöglichen, die Installation von Energiespeichern an Engpassstandorten zu unterstützen und den Einsatz zu fördern von Wärmepumpen.

Ermöglichen Sie Stromverbrauchern/Prosumern die Kommunikation untereinander und mit dem Stromnetz

Datenkommunikationsprotokolle.Fördern Sie die Entwicklung von Standards und offenen, gemeinsamen Kommunikationsprotokollen für verschiedene saubere Energietechnologien, Gebäude, Versorgungsunternehmen, das Laden von Elektrofahrzeugen und das Stromnetz.

Wirtschafts- und Finanzinstrumente

Priorisierung von Wärmepumpen durch Besteuerung, Subventionen und Abschaffung der Subventionierung fossiler Heizlösungen

Kohlenstoffsteuer, Emissionshandelssysteme (ETS) und Subventionen. Berücksichtigen Sie den Kohlenstoffgehalt in Anreizen für die Energiepreisgestaltung. Fördern Sie energetische Sanierungen mit Anreizen (insbesondere für Gebäude mit der schlechtesten Leistung) und beziehen Sie Wärmepumpen in Sanierungsprogramme ein.

Einführung von Finanzinstrumenten, um die Erschwinglichkeit von Wärmepumpen für einkommensschwache/gefährdete Einwohner zu erhöhen

Kohlenstoffsteuer, Emissionshandelssysteme (ETS) und Subventionen.Gezielte Subventionen für energetische Sanierungen und fossilfreies, energieeffizientes Heizen und Kühlen für einkommensschwache Einwohner (dh unter Verwendung der Einnahmen aus ETS und Steuern).

Öffentliche Unterstützung für Forschung und Entwicklung

Forschung und Entwicklung für die Skalierung von Wärmepumpen

Fördermittel bereitstellen.Bieten Sie finanzielle Unterstützung, um die Leistung, Ästhetik, Benutzerakzeptanz, Flexibilität und Integration von Wärmepumpen in verschiedenen Klimazonen zu verbessern.

Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Kreislaufwirtschaft

Fördermittel bereitstellen.Bereitstellung von Mitteln für das Recycling und die Wiederverwendung von Wärmepumpenmaterialien und -komponenten.

Schul-und Berufsbildung

Kapazitätsaufbau

Kapazitätsaufbau für Installateure von Wärmepumpen.Bereitstellung ausreichender (Anzahl und Qualität) Schulung, Qualifizierung und Zertifizierung von Wärmepumpeninstallateuren für die Installation von Wärmepumpen aus einer Hand.

Instrumente zur Steigerung der Endnutzerakzeptanz

Informationskampagnen.Fördern Sie Aufklärungskampagnen, um das Vertrauen der Nutzer in Wärmepumpentechnologien und Kostenvorteile zu stärken.

Eine strategische Vision aus den IEA Technology Collaboration Programs

Technologiebericht – September 2022

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