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Power-to-Heat: Hardware und Bindeglied für die Energiewende

Gastbeitrag von Dipl.-Ing Ralph Nolte, Vertriebsingenieur bei der ELWA Elektro-Wärme GmbH & Co. KG

Was Power-to-Heat für Energiewende und Sektorenkopplung leistet

Was ist Power-to-Heat?

In letzter Zeit ist viel über Power-to-X Technologien zu hören: Power-to-Gas, Power-to-Liquid, Power-to-Heat. Was steckt hinter diesen Technologien? Allen gemein ist, dass sie überschüssigen Strom für weitere Anwendungen im EnergieSystem nutzen und damit quasi als Stromspeicher für Überschüsse aus erneuerbaren Energien dienen können. Denn mit den Power-to-X Technologien lässt sich Energie in unterschiedliche Energieformen bzw. Kraftstoffe wandeln.

Warum ist die Umwandlung von Energie für die Energiewende wichtig?

Vor dem Hintergrund der Energiewende und aufgrund des wachsenden Anteils Erneuerbarer Energien im EnergieSystem fluktuiert die zur Verfügung stehende Energie. Während bei einem zentralen Energieversorgungssystem die Menge der eingespeisten Energie kontrolliert erfolgte, ist dies bei regenerativen Energien aus Sonne und Wind nicht ohne weiteres möglich. Zwar lässt sich ungefähr abschätzen und errechnen, wieviel eine PV-Anlage an Leistung erbringt und wie hoch die Stromerzeugung bei voller Auslastung von Windanlagen ist. Doch Jahres-, Tages- und wetterbedingte Schwankungen beeinflussen die Stromerzeugung von Erneuerbaren Energien. Nimmt man nun die Nachfrageseite, also den Verbraucher hinzu so variiert hier der Strombedarf ebenso.

Wie lässt sich also Erzeugung und Verbrauch bei Erneuerbaren Energien zusammenbringen? Hierfür braucht es auf der einen Seite Energiespeichersysteme und zum anderen intelligente Mess- und Steuerungssysteme. Mittels dezentraler Energiespeicher kann Energie direkt vor Ort aufgenommen werden, nämlich immer dann, wenn sie gerade im Überschuss vorhanden ist. Über Lastgang- und Energiemanagementsysteme lassen sich Fluktuationen ausgleichen. Sie sorgen für stabile Netze und eine sichere Energieversorgung in einem auf Erneuerbaren Energien basierenden EnergieSystem.

Welche Rolle spielt hierbei Power-to-Heat (P2H)?

Und genau hier kommt Power-to-Heat ins Spiel, denn mit Power-to-Heat-Systemen ist beides möglich: Zum einen lässt sich damit Energieerzeugung und -verbrauch vor Ort dezentral regeln. P2H-Anlagen können die Funktion eines Energiespeichers und -verwerters übernehmen. Zum anderen kann die Energie je nach Bedarf dem EnergieSystem durch Einspeisung ins Wärmenetz zugeführt werden. Beides bringt Kostenvorteile für Anlagenbetreiber mit sich. Durch gezielte Abnahme aus dem Stromnetz lassen sich Zusatzeinnahmen über Regelenergie erzeugen. Zwar sind die Preise für Regelenergie in letzter Zeit gesunken. Aber immerhin lassen sich 20 bis 30 Prozent der Investition in eine Power-to-Heat Anlage auf die Weise schon einmal refinanzieren.

Parallel hat der Eigenverbrauch an Bedeutung gewonnen, besonders bei bald aus dem EEG fallenden Anlagen. Über Power-to-Heat lässt sich überschüssiger Strom aus Erneuerbaren Energien sinnvoll nutzen. Gleichzeitig können andere Anlagen der Wärmeenergieversorgung entlastet werden. So kann der Verbrauch von fossilen Energieträgern reduziert und die damit einhergehenden Emissionen verringert werden. Somit lässt sich der eigene Energiebedarf mittels Power-to-Heat noch umweltfreundlicher und kostenreduzierender durch Erneuerbare Energien decken.

Wo lohnt sich der Einsatz von Power-to-Heat (P2H)?

Die Vorzüge von Power-to-Heat kommen insbesondere dort zum Tragen, an denen sich mehrere Anwendungen realisieren lassen. Bei kleineren Power-to-Heat Anlagen ergeben sich Vorteile insbesondere daraus, dass die Anlagen sich leicht und platzsparend einbauen lassen. Sie lassen sich ohne weiteres in bestehende Systeme integrieren und sind gut mit anderen Anlagen kombinierbar. Diese können sie bei Bedarf entlasten, z.B. wenn Wartungsarbeiten anfallen oder andere Anlagen bereits voll ausgelastet sind und weiterer Energiebedarf im Wärmenetz besteht.

P2H ermöglicht bei Störung oder Schwächung der Gasversorgung eine völlige Unabhängigkeit vom Gasnetz, da sie nicht von der gleichzeitigen Verfügbarkeit von Gas und Strom abhängig ist. Bei größeren P2H-Anlagen kommt die Teilnahme am Regelmarkt als Vorteil hinzu. Dies ist zwar auch durch kleinere Anlagen möglich. Diese müssten jedoch via Poolbildung zusammengeschlossen werden, damit sie die Mindestvoraussetzung 5 Megawatt für die Teilnahme am Regelmarkt erfüllen.

Doch auch das lässt sich problemlos bewerkstelligen. Hier gibt es inzwischen zahlreiche Regelleistungs- und Poolbildungsanbieter am Markt, die über entsprechendes Know-how und Technik verfügen. Kunden von ELWA erhalten hier Unterstützung. Wir vermitteln unseren Kunden entsprechende Anbieter. Auch in Kombination mit BHKW lassen sich P2H-Anlagen für Wärmenetze nutzen. Ein weiterer Nutzen ist, dass bestehende Anlagen optimal ausgenutzt werden, Power-to-Heat-Systeme als Back-up zur Verfügung stehen und auch im Sommer für die Warmwasserbereitung zum Schutz vor Legionellen beitragen. Das sind sicherlich nennenswerte Vorteile für Anlagenbetreiber und warum sich eine Investition in eine P2H-Anlage lohnt, oft bereits nach 2.000 Volllaststunden.  Zum Vergleich: das Jahr hat 8600 Stunden.

Power-to-Heat Bindeglied für Energiewende und Sektorenkopplung

Noch entscheidender jedoch ist die Betrachtung von Power-to-Heat auf Systemebene und welchen Beitrag sie letztendlich für Energiewende und Sektorenkopplung leistet. Zum einen sorgen Power-to-Heat Systeme für eine optimale Netzauslastung und zum anderen verringern sie den Bedarf des Netzausbaus, der abgesehen von einem sehr hohen Investitionsbedarf auch mit weiteren Umweltauswirkungen einherginge. Zudem lassen sich Power-to-Heat Systeme problemlos an andere Anlagen koppeln, was Vorteile für die Sektorenkopplung mit sich bringt, die heute bei weitem noch nicht ausgeschöpft sind. Mit Power-to-Heat Systemen lassen sich beispielsweise auch Lastgänge durch flexible Fahrweisen beim Laden von Elektroautos unterstützen.

Durch eine noch bessere Integration von Power-to-Heat ins EnergieSystem können künftig Stromüberschüsse nicht nur sinnvoller genutzt, unnötige Investitionen vermieden, Emissionen reduziert und schädigende Umwelteinwirkungen umgangen werden. Sie ermöglichen durch Verringern fossiler Importe und Erhöhen der Wertschöpfung eine volkswirtschaftlich sinnvolle Nutzung von Stromüberschüssen, wodurch sie auch aus der Perspektive der Energiewende betrachtet eine wirtschaftliche Lösung darstellen.

Zwar sind derzeit P2H-Anlagen durch hohe Abgaben, wie EEG-Umlage, Stromsteuer und Konzessionsabgaben belastet, was ihre unmittelbar für Anlagenbetreiber wirtschaftliche Betriebsweise beeinflusst. Ohne diese könnten die Potenziale der bereits voll ausgereiften Technologie noch besser genutzt werden. Dass Power-to-X, wie Power-to-Heat-Systeme ein wichtiges Schlüsselelement für die Energiewende sind, wurde inzwischen von Seiten der Politik erkannt. So wurde zum einen im Frühjahr dieses Jahres beschlossen, dass das Netzausbaugebiet im Bundesgebiet nicht mehr als 20 Prozent umfassen dürfe.

Ein Netzausbau ist für die Regionen vorgesehen, die von häufigen Abregelungen von Erneuerbaren Energien betroffen sind oder in denen besonders häufig Netzengpässe zu verzeichnen sind. Gleichzeitig ist die Förderung von Power-to-Heat Anlagen als Ergänzung zu bestehenden KWK-Anlagen auf den Weg gebracht worden, um den Einsatz fossiler Brennstoffe zu reduzieren.

KWK-Anlagenbetreiber erhalten ihre Investitionen in Power-to-Heat Anlagen erstattet. Kosten werden den Anlagenbetreibern sowohl für entgangene Stromproduktion als auch die Kosten für den Strombezug übernommen. Voraussetzung ist, dass ihre Power-to-Heat Anlagen eine geforderte Mindestleistung von 500 kW erbringen und mindestens 5 Jahre betriebsbereit gehalten werden. Über diese Förderung sollen insgesamt 2 Gigawatt an Power-to-Heat Leistung in den kommenden Jahren installiert werden. Auch darüber hinaus besteht Bedarf, am 13. September, 5. Oktober und 29. Oktober 2017 wurden beispielsweise jeweils über 10 Gigawatt EE-Anlagen abgeregelt. Zurückblickend hätten schon in 2015 als Vergleich über 80.000 Olympiaschwimmbecken emissionsfrei auf Badetemperatur gebracht werden können – nur mit dem abgeregelten Strom der 2015 noch wesentlich geringeren Zahl an Erzeugungsanlagen aus Erneuerbaren Energien.

Fazit:

Überschüssige Energie sinnvoll zu nutzen, ist Sinn und Zweck von Power-to-X allgemein und Power-to-Heat im Besonderen. Es geht zum einen darum, Energie so zu verwenden, dass sie bedarfsgerecht zur Verfügung steht und Stromüberschüsse aus Erneuerbaren Energie-Anlagen volkswirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Zum anderen ist Power-to-Heat ein wichtiges Bindeglied und die Hardware für die Energiewende und Sektorkopplung. Mit ihrem Einsatz leistet sie einen zusätzlichen Beitrag zur Wertschöpfung. Gelingt es künftig alle Bereiche, wie Strom, Gebäude, Wärme und Verkehr miteinander zu verbinden und Energie aus sauberen erneuerbaren Quellen zu beziehen, ist die Energiewende geschafft. Power-to-Heat ist hier ein wichtiger Baustein und Schlüsselelement.

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Dipl.-Ing. Ralph Nolte

Dipl.-Ing Ralph Nolte ist als Vertriebsingenieur bei der ELWA Elektro-Wärme GmbH & Co. KG tätig. Sein Aufgabenfeld umfasst Planung und Vertrieb von Power-to-Heat P2H-Erhitzern zur Verwertung von Stromüberschüssen aus Erneuerbaren Energien in Gebäude-/Fernwärme oder Industrieprozessen sowie Elektrische Durchlauferhitzer für Trinkwasser-/Lebensmittel- und Pharmabereich. Seine langjährigen Erfahrungen im Bereich Erneuerbare Energien, Batteriesysteme sowie Informations- und Kommunikationstechnologien bringt er in sein weltweites Tätigkeitsfeld ein.

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