Forestry department

Großwärmepumpen werden im Zuge der Wärmewende zu einer zentralen Technologie für die Dekarbonisierung von Nah- und Fernwärmenetzen. Ihr wirtschaftlicher und systemdienlicher Betrieb hängt jedoch zunehmend davon ab, elektrische Flexibilität gezielt über mehrere Strommärkte hinweg zu nutzen. Die Veröffentlichung analysiert hierfür die marktlichen, technischen und systemischen Anforderungen an eine Multi-Market-Optimierung von Großwärmepumpen. Im Fokus stehen der Übergang vom überwiegend wärmegeführten Betrieb hin zu einer automatisierten, prognosebasierten Betriebsführung sowie die Einbindung von Day-Ahead-, Intraday- und Regelenergiemärkten. Dabei werden zentrale Einflussgrößen wie Wärmebedarfs-, Preis- und Wetterprognosen, technische Restriktionen der Wärmepumpen, COP-Abhängigkeiten, Rampenverhalten sowie die Rolle thermischer Speicher untersucht. Das Projekt SysMMO adressiert diese Anforderungen durch die Entwicklung eines integrierten Optimierungs- und Betriebskonzepts, das Großwärmepumpen, Wärmespeicher, Marktmechanismen und Netzrestriktionen systematisch zusammenführt. Ziel ist es, vorhandene Flexibilitätspotenziale wirtschaftlich zu erschließen, Betriebskosten zu senken und zugleich einen Beitrag zur Netz- und Systemdienlichkeit zu leisten. Die Analyse zeigt, dass Großwärmepumpen grundsätzlich geeignete technische Voraussetzungen für eine Multi-Market-Optimierung besitzen, deren erfolgreiche Umsetzung jedoch eine hochautomatisierte Systemarchitektur, belastbare Prognosen und eine realitätsnahe Abbildung thermischer und marktlicher Randbedingungen erfordert. Damit liefert SysMMO einen wichtigen Beitrag zur skalierbaren Integration strombasierter Wärmeversorgung in ein zunehmend erneuerbares Energiesystem. Kernaussagen und Thesen:▪ Großwärmepumpen werden zentral für die Wärmewende: Fernwärmenetze und Wärmespeicher werden stark ausgebaut, und Großwärmepumpen werden einen wesentlichen Teil der künftigen Wärmeversorgung und Dekarbonisierung des Wärmesektors übernehmen.▪ Der derzeitige Betrieb von Großwärmepumpen nutzt bestehende Flexibilitätspotenziale häufig nur teilweise aus: In der Praxis orientiert sich der Betrieb vielfach vorrangig am Wärmebedarf oder am Day-Ahead-Preis. Kurzfristige Strommärkte und systemdienliche Fahrweisen werden bislang nur begrenzt einbezogen.▪ Die Vermarktung an mehreren Märkten stellt hohe Anforderungen an Planung und Betriebsführung: Unterschiedliche Märkte mit verschiedenen Handelszeitpunkten und Produkten erfordern eine automatisierte Optimierung sowie belastbare Prognosen.▪ Großwärmepumpen verfügen grundsätzlich über technische Voraussetzungen für eine Multi-Market-Optimierung: Die tatsächlich nutzbare Flexibilität hängt wesentlich von der Auslegung der Anlage ab, insbesondere von der Wahl des Verdichters, der Regelstrategie und der Integration des Wärmespeichers.▪ SysMMO demonstriert, wie eine integrierte Multi-Market-Optimierung von Großwärmepumpen technisch und ökonomisch umgesetzt werden kann: Das Projekt entwickelt und erprobt ein Gesamtkonzept, das Großwärmepumpen, Wärmespeicher und mehrere Strommärkte systematisch zusammenführt. Ziel ist es, betriebliche Kosten zu senken, netzdienliche Betriebsweisen zu ermöglichen und den Beitrag der Fernwärme zur Energiewende zu stärken.Download: Multi-Market Optimierung von Grosswärmepumpen (PDF) Eine gemeinsame Veröffentlichung mit der Forschungsstelle für Energiewirtschaft (FfE) und der VK Energie.

As the exposed forefront of the Calcareous Alps, the Bavarian Alps exhibit amoderate lapse rate of 0,48°C/100 m elevation and annual preciptation of1000-3000 mm. The region hosts the world’s oldest mountain forestmeteorologial station at Peissenberg, where a warming of 2,38°C has beenmeasured since 1850, while precipitaion remained unchanged.Forest productivity, as measured by site index of the main tree speciesPicea abies, declines with elevation, but is even more strongly constrainedby the prevalence of nutrient deficiences on shallow calcareous soils. Radialgrowth of the same tree species shows a complex correlation withtemperature and precipitation: Warm and dry years limit growth up to anelevation of ca. 1000 m, while they boost radial growth above that line.Thus, high elevation forests are expected to respond to climate change withincreased growth, while lower elevation forests may suffer from heat anddrought periods.Upper limits of many plant species had been recorded at the end of theLittle Ice Age by Otto Sendtner (1854). Resurveys by alpine biotope mappingand a citizen science project demonstrate that forest understorey and treespecies have extended their upper limits, but are lagging behind thewarming trend and are constrained by lack of soil development and alpinepasturing above the treeline.Long-term monitoring of forest soils has revealed substantial losses oforganic floors during the last decades even under closed forest, which islikely triggered by warming.Under the scenario of continued high CO2-emissions (RCP 8.5), warming byanother 3-4°C must be expected until 2100, which would shift elevationalbelts by another 600-800 m and render lower and middle elevationsunsuitable for Picea abies. Adaptation of forests is faced with goal conflictsbetween salvage logging of bark beetle- (Yps typographus) infested sprucesand proactive management of dead wood and humus as as betweenbetween the maintenance of open habitats and protection against naturalhazards and carbon storage.

Despite their superficial apperance as coniferous “monocultures” subalpinePicea abies-forests of the Calcareous Alps harbour remarkable fine-scaleplant species richness. In fact, a meta-analysis has shown that theirvascular understorey figures among the richest in Europe. Thus, subalpinespruce forests on calcareous (Adenostylo glabrae-Piceetum) and mixedbedrocks (Homogyno-Piceetum) harboured 45-50 or 40-50 vascular plant,and 15-23 or 20-25 soil dwelling bryophyte species per 12 x 12 m plot. Thelarge calciphytic species pool, relatively open tree canopies and micrositediversity of forest floor thickness, morphology and chemistry have beenproposed as explanations.Based on regional studies in the Bavarian Alps I discuss forest pasture(Ewald, 2000), forest continuity and high stand age, macronutrient (NPK)limitation (Reger et al., 2014), succession (Ewald, 1999), deadwoodlegacies, forest floor heterogeneity and bimodal frequency distributions ofacidophytes and calciphytes as concurrent drivers of plant speciesrichness. While these forest types enjoy legal protection as annex I habitattype 9410 in the European Natura 2000 system, climate change is likely topromote the meltdown of forest floors and the advance of deciduous,shade-tolerant European beech to higher elevations. While highlyspecialised habitats for threatened bird species like capercaillie (Tetraourogallus) and three-toed woodpecker (Picoides tridactylus) decline, lack ofsoil development and alpine pastures limit the potential for upwardmigration of subalpine spruce ecosystems.References:Ewald J (2000) Long-term impact of forest pasture on the understorey of mountainforests in the Tegernsee Alps (Bavaria). Z. Ökologie und Naturschutz, 9, 161–171.Ewald J (1999) Relationships between floristic and microsite variability in coniferousforests of the Bavarian Alps. Phytocoenologia, 29, 327–344.Reger B, Mellert K-H, Ewald J (2014) Indikatorarten für nährstoffarme Standorte inden Bergwäldern der Bayerischen Alpen. Tuexenia, 34, 39–51.