Haushalte: Kostenminimale Energie für Strom und Wärme

Haushalte: Kostenminimale Energie für Strom und Wärme
20. September 2021 | Im Abschlussbericht des „Virtuellen Instituts Smart Energy“ (VISE) geht es um die Energieversorgung von privaten Haushalten. Auch nicht-monetäre Präferenzen haben die Fachleute des EWI berücksichtigt.

Wärmepumpen könnten in Kombination mit thermischen Speichern besonders in neuen, stark isolierten Einfamilienhäusern zu einer günstigen Energieversorgung beitragen. Dabei profitieren die Haushalte von einem erhöhten Wirkungsgrad (Coefficient of Performance, kurz: COP) sowie staatlichen Investitionszuschüssen.

Zu diesem Ergebnis kam das Energiewirtschaftliche Institut (EWI) an der Universität zu Köln im Forschungsprojekt „Virtuelles Institut Smart Energy“ (VISE). Im nun veröffentlichten Abschlussbericht des Teilprojektes „Smarte Technologien für Haushalte“ geht es darum, unter welchen Bedingungen private Haushalte in smarte Technologien investieren bzw. sie nutzen. Das EWI hat dazu analysiert, wie optimale Investitionen und der optimale Betrieb von verschiedenen Energietechnologien in verschiedenen Haushalten aussehen. Mit dem EWI-eigenen Modell COMODO haben Broghan Helgeson, Cordelia Frings und Konstantin Gruber für 32 Haushaltstypen die Energieinvestitionen und -einsätze optimiert, um die Gesamtkosten der Wärme- und Stromversorgung zu minimieren.

Optimaler Einsatz der Technologien für einen Zwei-Personen-Haushalt mit effizienten Geräten im Januar 2030

Für kleine Haushalte in älteren Gebäuden ist es kostentechnisch sinnvoller, in effiziente Gasbrennwertkessel zu investieren. Hinzu kommt jeweils ein kleiner Heizstab zur Deckung von Wärmespitzen. Dieser wandelt – quasi wie ein Wasserkocher – Strom in Wärme um. Der Strom für diese Haushalte wird vollständig über das Netz bezogen. Ihr Stromverbrauch ist zu gering, als dass eine kostenintensive Investition in eine dezentrale Stromerzeugungstechnologie rentabel wäre.

Anders sieht es bei Haushalten aus, die in älteren Gebäuden wohnen und viel Strom verbrauchen. Für sie kann es sich lohnen, Strom und Wärme selbst zu erzeugen. Insbesondere können gasgetriebene Mikro-KWK-Anlagen dafür eine zentrale Rolle spielen. Hinzu kommen ebenfalls ein Heizstab, der den selbst erzeugten Strom nutzt, sowie ein thermischer Speicher.

Präferenzen für Autarkie und Umweltschutz

Das Besondere an diesem Forschungsprojekt: Das Team hat auch untersucht, wie nicht-monetäre Präferenzen Investitionsentscheidungen von Haushalten beeinflussen. „In der Realität schauen Haushalte nicht nur darauf, welche Heizungsanlage beispielsweise für sie am günstigsten ist“, sagt Broghan Helgeson, Research Associate am EWI. „Manche Haushalte würden sich gerne möglichst energieautark versorgen, anderen ist es besonders wichtig, möglichst wenig CO2-Emissionen zu produzieren und damit die Umwelt zu schützen. Solche nicht-monetären Präferenzen sind in vielen technoökonomischen Modellen aber nicht abgebildet.“

Um herauszufinden, wie stark diese Präferenzen in der Realität sind und ob diese Haushalte bereit sind, mehr für Strom, Raumwärme und Warmwasser zu zahlen („empirische Zahlungsbereitschaft“), gab es eine Umfrage des Forschungszentrums Jülich. Die Ergebnisse flossen in die Parametrisierung des EWI-eigenen Modells COMODO mit ein.

„Im Modellergebnis des EWI entscheiden sich diese Haushalte tatsächlich anders als Haushalte, die einzig ihre Gesamtkosten reduzieren wollen“, sagt Helgeson. So haben Haushalte mit einer starken Präferenz für Autarkie eine enorme Zahlungsbereitschaft für Solarthermie, die wiederum die hohen Investitionskosten ausgleicht.

Großes Konsortium aus NRW

Im multidisziplinären VISE-Forschungsprojekt „Smarte Technologien für Haushalte“ hatten seit Juli 2017 Forscherinnen und Forscher von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Technischen Hochschule Köln, der Bergischen Universität Wuppertal, dem Forschungszentrum Jülich, dem Wuppertal Institut, der Universität Duisburg-Essen sowie dem EWI gemeinsam geforscht. Im Mittelpunkt standen Anschaffungsentscheidungen und Nutzungsverhalten von Haushalten bezüglich smarter Produkte und Dienstleistungen, wobei unterschiedliche Geschäftsmodelle berücksichtigt wurden.

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