@phdthesis{Baumann2020,
  type      = {Master Thesis},
  author    = {Christian Baumann},
  title     = {Autonome Steuerung f{\"u}r das Demand Side Management von W{\"a}rmepumpenboilern mit linearer Optimierung},
  doi       = {10.25924/opus-3557},
  pages     = {VIII, 60},
  year      = {2020},
  abstract  = {W{\"a}rmepumpen, im Speziellen W{\"a}rmepumpenboiler, stellen mit ihrer thermischen Speicherkapazit{\"a}t eine gute M{\"o}glichkeit f{\"u}r autonome verbraucherseitige Laststeuerung (Autonomes Demand Side Management ADSM) dar. Zudem gewinnt diese Art der Brauchwarmwassererzeugung durch ihren dezentralen Ansatz und das Auskommen ohne fossile Energietr{\"a}ger im privaten Wohnbau immer mehr an Bedeutung. In Kombination mit staatlichen F{\"o}rdergeldern ist die Anzahl verkaufter Einheiten in den letzten 5 Jahren am deutschen Markt um circa 25 \% gestiegen. Obwohl das Lastverschiebungspotenzial von W{\"a}rmepumpenboilern unter Anwendung von Optimierungsalgorithmen in der Literatur theoretisch nachgewiesen ist, fehlen Verifikationen unter realen Bedingungen. Diese Arbeit will einerseits das theoretische Potential aufzeigen und andererseits mit dem vorgestellten Laborversuch einen Beitrag dazu liefern, die Verifikationsl{\"u}cke zu schlie{\"s}en. F{\"u}r die Untersuchung im Labor wird ein handels{\"u}blicher W{\"a}rmepumpenboiler bestehend aus einer Luft-W{\"a}rmepumpe und einem 300 Liter Warmwasserspeicher mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Insgesamt vier Temperatursensoren befinden sich am Speicherzulauf und -ablauf, sowie nahe der Speichermitte. F{\"u}r die Aufzeichnung des Volumenstroms wird ein magnetisch-induktiver Messsensor am Speichereingang installiert. Zus{\"a}tzlich wird mithilfe eines Proportionalventils am Speicherausgang das gew{\"u}nschte Zapfprofil realisiert. Die Datenakquisition wird durch einen Datenlogger durchgef{\"u}hrt und die Optimierungsroutine auf dem PC implementiert. Die autonome Steuerung basiert auf einer von Day-Ahead-Marktpreisen der Energy Exchange Austria (EXAA) getriebenen linearen Optimierung mit dem Ziel, die Kosten der elektrischen Energie zu minimieren. Das Warmwasserverbrauchsprofil bildet den Verbrauch eines 4- Personen-Haushalts ab. Alle Mess- und Simulationsreihen basieren auf den gleichen Day-Ahead Preisfunktionen und Nutzerprofilen. Zur Verifikation des Lastverschiebungspotentials werden die Kosten pro MWh elektrischer Energie und die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie im Hysteresebetrieb (Normalbetrieb) denen des optimierten Betriebs gegen{\"u}bergestellt. Durch eine Jahressimulation konnte das theoretische Potential nachgewiesen werden. Die Auswertungen der Kosten pro MWh elektrischer Energie zeigen Kosteneinsparungen am Day-Ahead-Markt von rund 18 \%. Die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie konnten durch die Optimierung um rund 19 \% gesenkt werden. Die thermische Effizienz konnte somit um rund 1 \% gesteigert werden. Der W{\"a}rmepumpenboiler wurde insgesamt zwei Wochen betrieben; eine Messreihe davon fand dabei im Normalbetrieb statt. In einer weiteren Messreihe wurde die W{\"a}rmepumpe mit der Optimierungsroutine betrieben. Die Auswertungen der Kosten pro MWh elektrischer Energie zeigen Kosteneinsparungen am Day-Ahead-Markt von circa 23 \%. Ebenso konnten die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie um 19 \% gesenkt werden. Gleichzeitig sank die thermische Effizienz um 6 \%.},
  language  = {de}
}