Vielfältige Optionen für Bestandsbauten mit Ölheizung

Von den deutschlandweit etwa 41 Mio. beheizten Wohneinheiten werden rund drei Viertel durch Erdgas oder Heizöl mit Wärme versorgt. Bei der Stromversorgung der Gebäude lag der erneuerbare Anteil im Jahr 2018 bei rund 40 %. Für die ehrgeizigen Klimaziele ist diese Ausgangssituation eine besondere Herausforderung, denn eine Umstellung auf überwiegend Erneuerbare Energieträger ist kurzfristig meist weder bei der Strom- noch bei der Wärmeversorgung realisierbar

Nur circa ein Drittel aller Heizungsanlagen ist derzeit auf dem aktuellen technischen Stand und nur knapp 12 % der Haushalte produzieren selbst Strom. Daher ist der Einsatz moderner Effizienztechniken und die Kombination klassischer und Erneuerbarer Energien eine konkrete Option, schnell und nachhaltig den Treibhausgasausstoß für die Strom- und Wärmeversorgung dieser Gebäude zu senken.
Bereits weit verbreitet ist die Verbindung von Ölheizungen und Solarthermie. Dabei bietet auch die Kombination mit Photovoltaik (PV)-Anlagen vielversprechende Möglichkeiten. Das zeigen aktuelle Modellvorhaben des Instituts für Wärme und Oeltechnik (IWO). Selbst erzeugter Solarstrom reduziert nicht nur Strombezugskosten und Treibhausgasemissionen: Durch seine Nutzung, z. B. mittels einer Verbindung der hauseigenen PV-Anlage mit einer Warmwasser-Wärmepumpe und einem Öl-Brennwertgerät, können vergleichsweise leicht Power-to-Heat (PtH)-fähige Hybridheizungen geschaffen werden, die ansonsten ins Netz eingespeiste Solarstrommengen zur Wärmeversorgung verwenden. Langfristig erhalten auch die Brennwertgeräte selbst durch den Einsatz treibhausgasreduzierter flüssiger Brennstoffe eine klimaneutrale Perspektive.
Durch Heizungsmodernisierungen, Verbesserungen der Gebäudehülle und die Einbindung Erneuerbarer Energien lässt sich der Verbrauch fossiler Ressourcen deutlich verringern. Dabei sollte das Kostenargument im Hinblick auf die Akzeptanz nicht unterschätzt werden. Wie Untersuchungen des IWO zeigen, ist es bei der Heizungsmodernisierung für Hauseigentümer in der Regel am günstigsten, auf den bewährten Energieträger zu setzen. Für ölbeheizte Gebäude bietet sich der Einbau hocheffizienter Öl-Brennwertgeräte an. Durch die Entwicklung und den künftigen Einsatz treibhausgasreduzierter Brennstoffe erhalten diese langfris­tig eine klimaneutrale Perspektive.
Bei der Entwicklung dieser neuen Energieträger ist deren Praxistauglichkeit von großer Bedeutung. In einem aktuellen Modellvorhaben setzt das IWO in verschiedenen Wohngebäuden treibhausgasreduziertes Heizöl ein, wobei das Mischungsverhältnis gegenüber dem Heizöl variiert. Wichtig hinsichtlich neuer Energieträger ist, dass bei der Auswahl der Rohstoffe eine Nutzungskonkurrenz zu Agrarflächen oder Nahrungsmitteln bewusst vermieden wird. Die Anlagen laufen seither ebenso zuverlässig und unauffällig wie zuvor mit dem klassischen Heizöl.
Der Einstieg in die Entwicklung weitgehend treibhausgasneutraler flüssiger Energieträger – wie Biomass-to-Liquid und Power-to-Liquid bzw. E-Fuels – ist unverzichtbar. Das zeigt beispielsweise die Studie „Status und Perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende“ der Prognos AG. All diese alternativen Brennstoffe könnten in der bereits heute genutzten Infrastruktur und Technik ohne aufwendige Umrüstungen eingesetzt werden und verfügen über den spezifischen Vorteil flüssiger Energieträger: ihre hohe Energiedichte. Diese ist mehr als 20-mal höher als in einer Lithium-Ionen-Batterie.
Bis solche alternativen Brennstoffe auf dem Markt zur Verfügung stehen, wird aber noch Zeit vergehen. Darum ist es wichtig, in die bestehende Heizungstechnik bereits verfügbare Erneuerbare Ener­gien einzubinden. Öl-Brennwerttechnik ist eine sehr gute Basis für die Kombination mit den Erneuerbaren Energien. Denn Erneuerbare Energien sind nicht immer und zu jeder Zeit nutzbar. Heizöl als speicherbarer Energieträger gewährleistet die Versorgungssicherheit und ermög­licht eine vollflexible, systemdienliche Nutzung der Erneuerbaren Energien. Gerade Eigentümer von Ölheizungen setzen zum Beispiel überdurchschnittlich oft zusätzlich auf Solarthermie. Bereits heute gibt es diese Kombination deutschlandweit mehr als 900 000-mal. Doch auch Strom aus der hauseigenen PV-Anlage trägt dazu bei, die Treibhausgasemissionen von Wohngebäuden zu reduzieren. Dabei kann der selbsterzeugte Solarstrom nicht nur die typischen Stromverbraucher im Haus mit emissionsfreier Energie versorgen, sondern er kann auch zur Wärmeversorgung beitragen.

Modellvorhaben mit Öl-PV-Heizungen
Zur Untersuchung von Öl-PV-Heizungen hat das IWO neun Gebäude mit der entsprechenden Technik ausgestattet. Die Voraussetzungen wurden einfach gehalten: Sie bestanden aus dem Vorhandensein einer Ölheizung, einem Wärmespeicher mit Einbaumöglichkeit für einen Elektroheizer sowie einer PV-Anlage auf dem Dach. Um die Heizungsanlagen PtH-fähig zu machen, wurde jeweils nur noch ein elektrisches Heizelement in den Wärmespeicher integriert. Die an diesem Vorhaben beteiligten Gebäude haben ein komplettes Jahr und damit sämtliche Witterungsperioden durchlaufen – mit den folgenden Resultaten:

• Die zur Wärmeerzeugung genutzte Solarstrommenge lag je nach Objekt zwischen 196 und 2569 kWh. Dies entspricht einer äquivalenten Heizölmenge von 19 bis 255 l.
• Der Eigenverbrauchsanteil an Solarstrom konnte durch die Öl-PV-Heizungstechnologie von durchschnittlich 27 auf 48 % gesteigert werden.
• Durch den Heizstab konnte die Netzeinspeisung um durchschnittlich rund 29 % reduziert werden.
• 21 % des PV-Ertrags landeten im Schnitt im Heizstab und dienten so der Wärmeversorgung des Gebäudes.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Einbindung von PV-Anlagen in ölbasierte Hybridheizungen bereits heute eine sinnvolle Option für Hausbesitzer ist, die ihren Solarstrom-Eigenverbrauchsanteil erhöhen möchten und weiterhin auf die Vorteile einer speicherbaren Energie setzen wollen. Kommt dabei als Elektroheizer ein vergleichsweise kostengünstiger – aber auch nur begrenzt effizienter – Heizstab zum Einsatz, liegen die Wärmegestehungskosten in Höhe der EEG-Einspeisevergütung, die der Anlagenbetreiber sonst im Fall der Netzeinspeisung erhalten würde. Bei neuen PV-Anlagen sind dies 12,2 Ct/kWh, bei älteren PV-Anlagen mehr. Daher sind heizstabbasierte Lösungen aus finanzieller Sicht für Hausbesitzer dann interessant, wenn die Einspeisevergütung der eigenen PV-Anlage nach 20 Jahren endet und sie damit deutlich weniger Geld für ins Netz eingespeisten Solarstrom erhalten. Bis 2025 fallen rund 250 000 PV-Anlagen in Deutschland aus der EEG-Förderung. Von 2026 bis 2030 wird diese Zahl auf insgesamt rund 1,8 Mio. Anlagen steigen.

Variante mit Warmwasser-Wärmepumpe
Ist der bisherige Warmwasserspeicher bereits in die Jahre gekommen oder muss ohnehin in eine neue Trinkwassererwärmung investiert werden, ist ein hybrider Wärmespeicher empfehlenswert. Er wird sowohl von einem Brennwertkessel als auch von einer ab Werk oben auf dem Wärmespeicher montierten Warmwasser-Wärmepumpe beheizt. Diese Variante ermöglicht eine im Vergleich zum Heizstab effizientere und bei Betrieb mit ansonsten ins Netz eingespeistem Solarstrom aus neueren PV-Anlagen schon heute ökonomisch attraktive Nutzung.
Eine solche Hybridvariante mit solarstromüberschussbetriebener Warmwasser-Wärmepumpe betreibt das IWO seit Sommer 2018 im Rahmen einer Erweiterung des ursprünglichen Öl-PV-Heizungs-Modellvorhabens. Hierzu werden in einem Zweifamilienhaus im hessischen Alsfeld seither Messungen im realen Betrieb vorgenommen. Die Ergebnisse aus dem zweiten Halbjahr 2018 liegen bereits vor. Sie zeigen:

• Die PV-Anlage produzierte in diesem Zeitraum 3936 kWh, davon wurden 36 % im Haus genutzt, allein 405 kWh durch die Warmwasser-Wärmepumpe.
• Der Strom-Autarkiegrad des Gebäudes erreichte 40 %.
• Da die Warmwasser-Wärmepumpe neben dem Solarstrom auch kostenlose Umweltwärme aus der Außenluft ins System einbindet, erzeugt sie mit jeder eingesetzten kWh Solarstrom rund 2 kWh Wärme. Für die Erzeugung der so produzierten Wärmemenge hätte das Ölheizgerät etwa 95 l Heizöl einsetzen müssen.
• Insgesamt konnte in dem Zeitraum der Stromzukauf um 1405 kWh verringert werden.
• Es wurden 2553 kWh Solarstromüberschuss ins öffentliche Stromnetz eingespeist.

Rechnet man die bislang ermittelten Daten hoch, so zeigt sich: Im Vergleich zum einfachen Betrieb mit einem Brennwertgerät spart die Ergänzung um PV-Anlage und Warmwasser-Wärmepumpe bei der Energieversorgung des Gebäudes jährlich vorrausichtlich 4,8 t Treibhausgasemissionen (entspricht 41 %) und 1406 Euro (entspricht 41 %) bei den laufenden Energiebezugskosten ein.
Eine Öl-PV-Hybridheizung wie im Falle des Alsfelder Gebäudes lässt sich mit heute bereits bewährter, marktgängiger Technik umsetzen. Die Installation der neuen Heizung mit Warmwasser-Wärmepumpe ist ebenso einfach wie bei jeder klassischen Ölheizung mit normalem Warmwasserspeicher, denn die Warmwasser-Wärmepumpe ist bereits ab Werk betriebsfertig auf dem neuen Warmwasserspeicher montiert. Für eine solche Kombination von Warmwasserspeicher und Wärmepumpe haben zahlreiche Heizgerätehersteller erprobte Lösungen im Angebot. Die Mehrkosten für diese Variante lagen bei dem Modellvorhaben in Alsfeld gegenüber einer Investition, die nur Brennwertgerät und klassischen Warmwasserspeicher umfasst hätte, bei rund 3132 Euro. Für die Neuinstallation einer PV-Anlage mit 9,69 kWP muss mit rund 15 233 Euro (1572 Euro/kWP) gerechnet werden.

Großes Potenzial
Hybridheizungen, die in der Lage sind, erneuerbaren Strom oder Heizöl als Wärmequelle zu nutzen, können ihre Stromnachfrage optimal und vollflexibel an die jeweiligen Verhältnisse auf der Stromseite anpassen – automatisch und ohne jegliche Komforteinschränkungen bei den Hausbesitzern. Anders als etwa reine Elektroheizungen, z. B. monovalente Strom-Wärmepumpen oder Nachtstromspeicherheizungen, benötigen sie keine zusätzlichen Reservekraftwerkskapazitäten, die mit entsprechendem Kostenaufwand jederzeit bereitgehalten werden müssten.
Durch den hybriden Aufbau der Öl-PV-Heizung kann der selbst erzeugte Solarstrom ökonomisch vorteilhaft vorrangig zur Verringerung des Strombezugs eingesetzt werden. Das heißt, nur ansonsten ins Netz eingespeiste Solarstrommengen werden für die Wärmeversorgung herangezogen. Die in den kalten und dunklen Wintermonaten nicht zur Wärmeversorgung ausreichende PV-Stromerzeugung kann problemlos überbrückt werden, ohne dass dafür externer Strombezug nötig ist.
Beim Energieträger Heizöl entstehen zudem keine zusätzlichen Kosten für eine Netzinfrastruktur, da Heizöl leitungsunabhängig ist. Für die deutschlandweit insgesamt rund 5,6 Mio. ölbeheizten Gebäude, die sich vorwiegend im ländlichen Raum befinden, stehen also bereits heute geeignete Technologien zur Verfügung, die ein vergleichsweise kostengünstig zu erschließendes Potenzial zur Minderung der Treibhausgasemissionen bieten. Dies gilt auch für mögliche weitere Hybridvarianten, die Power-to-Heat nutzen, z. B. durch die Einbindung ansonsten abgeregelten Windstroms.
Gerade in Schleswig-Holstein wird die Windkraft im großen Stil genutzt. Wird an windigen Tagen jedoch besonders viel Strom produziert, können die überregionalen Übertragungsnetze diesen nicht immer vollständig aufnehmen. Abregelungen der Windkraftanlagen sind die Folge. Wie diese Herausforderung durch Hybridheizsysteme gemeistert werden kann, soll nun eine Wind-und-Wärme-Modellregion zeigen, die von der ARGE Netz, dem Bürger-Windpark Lübke-Koog Infrastruktur, der Gemeinde Friedrich-Wilhelm-Lübke-Koog und dem IWO ins Leben gerufen wurde. Eingebunden in das Projekt sind 14 Gebäude. Im Jahr 2019 sollen dort praktische Betriebserfahrungen gewonnen werden.

Autoren:
Christian Halper, Projektingenieur und
Projektleiter Modellvorhaben,
Rainer Stangl, Projektingenieur,
Lutz Mertens, Repräsentant,
Horst Fischer, Technischer Referent,
alle Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO)

Bilder: IWO

www.iwo.de