Erneuerbare Energie

Power-to-Heat: Stromüberschuss sinnvoll nutzen

Erneuerbare Energie ist CO2-arm und umweltfreundlich, aber vor allem ist erneuerbare Energie eines: wetterabhängig. Wird an sonnigen und windigen Tagen besonders viel erneuerbare Energie produziert, kann diese von den österreichischen Haushalten oft gar nicht aufgebraucht werden kann. Warum also nicht überschüssigen Strom zum Heizen nutzen? Power-to-Heat macht das möglich.

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Heizen mit Windkraft? Power-to-Heat macht das möglich.

Wind-, Solar- und Wasserkraft ergeben in Österreich einen flexiblen Strommix, der insgesamt rund 72 Prozent der Stromerzeugung ausmacht. Das Problem daran: Die Energieproduktion ist von zahlreichen Umwelteinflüssen abhängig. Die Wasserkraft ist vor allem nach der Schneeschmelze begünstigt, während die Photovoltaikanlage die sonnenintensiven Stunden zur Stromproduktion nutzt. Die Stromproduktion aus Erneuerbaren schwankt also stark, was dazu führt, dass die elektrische Energie aus Leistungsspitzen häufig nicht verwendet werden kann und die Netzstabilität gefährdet wird.

Der überschüssige Strom könnte theoretisch in Speichersystemen zwischengelagert werden und dadurch Bedarfsspitzen decken. Doch wirklich effiziente Speichersysteme sind in Österreich noch Mangelware. Die Speicherkapazität hierzulande ist im Europavergleich zwar bereits überdurchschnittlich hoch, dennoch fassen die Speicher gerade einmal Strom für 150 Stunden Vollversorgung. Was soll also mit dem überschüssigen Strom passieren?

Netzstabilität durch Power-to-Heat

Ein Lösungskonzept bietet die Power-to-Heat-Technologie, auch als PtH oder P2H abgekürzt. Unter Power-to-Heat versteht man die Erzeugung von Wärme mittels elektrischer Energie - es wird also Strom in Wärme umgewandelt. Der Wirkungsgrad der Umwandlung liegt dabei bei nahezu 100 Prozent. Zu unterscheiden ist dabei P2H im Niedertemperatur- und im Hochtemperaturbereich. Im Niedertemperaturbereich werden meist Heizstäbe oder Heizpatronen zur Wärmeerzeugung genutzt. Im Hochtemperaturbereich wird mit einem Elektrodenheizkessel gearbeitet. Dieser erzeugt Prozessdampf, der mit einem Elektrodendurchlauferhitzer auf höhere Temperaturen überhitzt werden kann. Dadurch wird das System auch höheren Anforderungen der Dampferzeugung gerecht.

https://youtu.be/iNPJKTwxIZY

Im Stromnetz muss eine konstante Netzfrequenz von 50 Hertz herrschen, damit das Netz nicht zusammenbricht. Wird zu viel Strom durch erneuerbare Energien in das Netz eingespeist, besteht Gefahr, dass das Netz überlastet wird. Energieanlagen abzuschalten ist meist aufwendig und zudem sehr teuer. Bei manchen Energieerzeugern ist das Herunterfahren gar nicht möglich, zum Beispiel bei Kernkraftwerken. Diese speisen konstant gleich viel Energie ins Netz. An sehr sonnigen oder windstarken Tagen besteht Gefahr, dass das öffentliche Netz zusammenbricht. Power-to-Heat kann hier als sogenannte negative Regelenergie eingesetzt werden und eine zu geringe Energienachfrage sowie Produktionsspitzen ausgleichen. Die P2H-Anlage reagiert auf die hohe Flexibilität der erneuerbaren Energieerzeuger und macht diese dadurch effizienter.

Power-to-Heat im Wohnbau

In einem Wiener Wohnanlagenneubau wird seit Februar der gesamte Solarstrom des Gebäudes zur stufenlosen Warmwassererzeugung genutzt. Genutzt wird dafür die solarelektrische Wärmetechnik von My-PV. Insgesamt unterstützen ein Dutzend Drei-Kilowatt-Einschraubheizkörper und moderne Leistungssteller die Fernwärmeversorgung des Gebäudes. Laut dem Unternehmen ist die Anlage in Wien die erste, die ein Fernwärmenetz in dieser Größenordnung unterstützt. Ein Energiemanagementsystem sorgt dafür, dass der gesamte Solarstrom der 47-Kilowatt-Anlage auf dem Gebäude zur stufenlosen Warmwasserbereitung über einen 800-Liter-Wärmespeicher für die hauseigene Warmwasserstation genutzt wird.

© Wien Energie/APA

So funktioniert die Power-to-Heat-Anlage der Wien Energie.

In der Leopoldau in Wien befindet sich außerdem eine Power-to-Heat-Anlage der Wien Energie. Überschüssiger Solar- und Windstrom aus dem Netz wird dort in Elektroden-Kesseln zur Erhitzung von Wasser genutzt. Über einen Wärmetauscher wird das rund 160 Grad heiße Wasser dann ins Fernwärmenetz eingespeist. Die zwei Elektroden-Kessel in der Leopoldau haben insgesamt eine Leistung von 20 Megawatt und versorgen 20.000 Haushalte mit Wärme.

Fernwärme statt Kohle

Auch in Berlin beschäftigen sich Unternehmen mit der Power-to-Heat-Technologie. 1987 ging dort das Heizkraftwerk Reuter West in Betrieb. Das HKW zählt zu den leistungsstärksten des schwedischen Energiekonzerns Vattenfall. Knapp eine halbe Million Haushalte versorgt das Kraftwerk mit Fernwärme, eine Million Haushalte erhalten ihren Strom aus dem Heizkraftwerk. Der Steinkohleblock C des Heizkraftwerks Reuter wurde nun durch eine Power-to-Heat-Anlage ersetzt. Die Technologie gleicht dabei einem riesigen Wasserkocher und soll ab 2020 rund 30.000 Haushalte mit umweltfreundlicher Wärme versorgen. Die Anlage hat eine Leistung von 120 Megawatt und soll durch Wind- und Solarenergie betrieben werden.

https://youtu.be/GaqCaPkPDsQ

„Mit dem Bau der Power-to-Heat-Anlage beschreitet Vattenfall europaweit technisches Neuland. Berlin gewinnt einen entscheidenden Hebel zur Integration erneuerbarer Energien. Ist viel regenerativer Strom im Netz, nutzt ihn die Anlage zur Erzeugung umweltschonender Fernwärme. Die erneuerbare Energie, die wir dafür abnehmen, entspricht 10 Prozent des gesamten Berliner Strombedarfs im Sommer – oder der Energiemenge für 750.000 Kühlschränken. Mit der neuen Power-to-Heat-Anlage müssen weniger Windräder und PV-Anlagen abgeregelt werden,“ erklärt Gunther Müller, Vorstandschef der Vattenfall Wärme Berlin.

https://youtu.be/cGhCdLdaux4

Auch in Hamburg betreibt Vattenfall eine Power-to-Heat-Anlage. Der 30 Jahre alte Elektrokessel für das Fernwärmesystem wurde von März 2017 bis Dezember 2018 erneuert und damit als Power-to-Heat-Anlage fit für die Zukunft gemacht. Die Anlage hat eine Leistung von 45 Megawatt und versorgt rund 13.500 Wohneinheiten mit Wärme. Insgesamt fasst der Kessel ein Volumen von 20 Kubikmetern.

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