Power to Heat

Wie lässt sich der Strom aus den vielen tausend Windkrafträdern und Photovoltaikanlagen speichern, wenn mehr Strom produziert wird, als verbraucht wird? Dies ist eine der wichtigsten Fragen, die sich Experten aus Politik, Forschung und Wirtschaft seit längerem stellt. Nun gibt es eine Lösung! 

Power-to-Heat: Wärme aus Strom - aber richtig!

Power-to-Heat - Wärme aus Strom - galt und gilt nach wie vor vielen Forschern und Umweltaktivisten als eine Art rotes Tuch: Zu veraltet und zu ineffizient sei die Technologie, zu hoch die damit verbundenen CO2-Emissionen. Doch nun werden ganz andere Stimmen laut. Solche, die behaupten, dass die Energiewende ohne Power-to-Heat zu scheitern drohe.

Die Nachtspeicherheizung galt einst - Jahrzehnte ist es mittlerweile her - als Vorzeigeobjekt in Sachen Heizen mit Strom. Mit ihnen sollte der nächtliche Nachfragerückgang kompensiert werden, damit die als schwerfällig geltenden Kohle- und Atomkraftwerke ihre Leistung nicht zurückregeln mussten. Stattdessen lud man seine Heizung über Nacht mit billigem Strom auf, um die so gespeicherte Wärme tagsüber zu nutzen. Sollte auf diese Art der Wärmegewinnung auch künftig verzichtet werden? Eine Frage, die mittlerweile von den Wissenschaftlern des Fraunhoferinstituts deutlich verneint wird.

Power-To-Heat: Neues Konzept statt zweiter Versuch 

Vor Jahren waren es Atom- und Kohlekraftwerk, die während der Nachtstunden überschüssigen Strom produziert haben - heute sind es Wind und Sonne, die bei entsprechenden Bedingungen mehr Strom als nötig generieren. Die Möglichkeiten, diesen Strom zu speichern und damit nutzbar zu machen, sind nach wie vor begrenzt: Pumpspeicherwerke und Batteriespeicher können einen Teil auffangen, aber eben längst nicht alles. Mit dem Konzept Power-To-Heat, welches auf eine Studie von Norman Gerhard, Leiter des Teams am Fraunhoferinstitut, zurückgeht, könnte sich das in absehbarer Zeit ändern.

Wärme aus überschüssigem Strom wird bislang nur vereinzelt erzeugt. Zum Einsatz kommt dabei in erster Linie jener Strom, der von privaten Photovoltaikanlagen erzeugt wird. Diese Alternative wird auch nur deswegen als solche wahrgenommen, weil sich die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz für den Anlagenbetreiber immer weniger lohnt. Den Wissenschaftlern aus Kassel reicht das aber noch lange nicht aus, denn künftig soll überschüssiger Strom in Form von Wärme und mithilfe eines Tauchsieders im Warmwasserspeicher und Pufferspeicher für Heizanlagen gespeichert werden.

Daneben lassen sich mit Strom auch Wärmepumpen betreiben. Handelt es ich dabei noch um bivalente Modelle, kann der überschüssige Strom im Winter zum Wärmen und im Sommer zum Kühlen eingesetzt werden. So ließe sich der Strom auch dann verwenden, wenn gar keine Heizung, wohl aber eine erfrischende Kühlung benötigt wird. Systeme wie diese ließen sich besonders gut in Mehrfamilienhäusern, Bürogebäuden, Schulen, Krankenhäusern, Gewerbebetrieben und ähnlichen Einrichtungen mit hohem Verbrauch einsetzen. Nicht umsonst sieht Gerhard sein Konzept Power-To-Heat schon jetzt als die Zukunft des Wärmemarktes an. Mehr noch: Wird Strom in Zukunft nicht verstärkt in Wärme umgewandelt, könnte dies seiner Ansicht nach sogar zu einem Scheitern der Energiewende führen.

Den Wissenschaftlern zufolge könnte Deutschland spätestens im Jahr 2050 komplett ohne Kernenergie und zumindest weitgehend ohne fossile Brennstoffe auskommen. Woher dann der Strom kommt und wohin er geht, haben sie für zwei Musterwochen hochgerechnet, bei denen Power-To-Heat eine wichtige Rolle spielt.

Video erklärt Power to Heat 

Power-To-Gas: Effektiv, aber aufwendig

Power-To-Heat ist nicht das erste vielversprechende Konzept für die Verwendung überschüssigen Stromes. Auch die Verfechter von Power-To-Gas sind von ihrer Idee überzeugt, denn hier soll mit der überschüssigen elektrischen Energie Wasserstoff aus Wasser gewonnen werden. Dieser Wasserstoff ließe sich dann mit Kohlendioxid zu synthetischem Methan verschmelzen. Das Ergebnis: Synthetisches Erdgas, welches sich ohne Probleme in die entsprechenden Netze einspeisen ließe, das im Endeffekt als gigantischer Speicher für überschüssigen Strom dienen könnte.

Die Herstellung von künstlichem Erdgas ist jedoch vergleichsweise aufwendig und teuer. Dem stehen die deutlich geringeren Investitionen gegenüber, die für Power-To-Heat veranschlagt werden müssten. Problematisch wird es bei der Preisdifferenz zwischen Gas und Strom, denn diese stelle nach Aussagen der Forscher ein Hemmnis für die Ziele der Energiewende dar. Abhilfe ist jedoch in Sicht. So könnten jedem einzelnen Großverbraucher die aktuellen Strompreise via Internet übermittelt werden. Diese Verbraucher schalten sich dann ein, sobald am Markt entsprechend hohe Mengen an Strom angeboten werden. 

Anhand der Strompreise lässt sich nämlich stets das aktuelle Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage erkennen: Niedrige Preise stehen für Überschüsse, hohe Preise für ein geringes Angebot. Auf diesem Wege ließe sich auch das Abschalten von Windkraftanlagen bei stärkerem Wind vermeiden. Diese produzieren bei entsprechenden Bedingungen zu viel Strom, sodass dem Angebot keine Nachfrage mehr gegenüber stünde.

Erneuerbare Energien stärken durch Power-to-Heat

Das Jahr 2015 war ein Rekordjahr: Knapp ein Drittel des in Deutschland verbrauchten Stroms stammte aus erneuerbare Energiequellen. Ein vorzeigbares Ergebnis, wenn man bedenkt, dass es bis zum Jahr 2025 45% sein sollen. Erneuerbare Energien werden aber auch für das Heizen immer wichtiger. Sonnenenergie, Biomasse und Umgebungswärme nehmen einen immer höheren Stellenwert im Heizungskeller ein. Entsprechend rückläufig sind die Zahlen hinsichtlich der fossilen Energieträger - ganz zur Freude von Klima und Umwelt.

Power-to-Heat: Klimaneutrale Wärme aus erneuerbarem Strom 

Das Konzept Power-To-Heat bringt Strom zur Wärmegewinnung wieder ins Spiel. Die Technologien sind bereits vorhanden. Zu den effizientesten Vertretern gehört derzeit die Wärmepumpe: Sie nutzt den Strom, um Wärme aus einer Wärmequelle wie z. B. dem Grundwasser oder aus dem Erdreich dorthin zu liefern, wo sie gebraucht wird. So lassen sich aus einer Kilowattstunde Strom gleich mehrere Kilowattstunden Wärme gewinnen - je nach eingesetzter Technologie und Wärmequelle. Wärmepumpen stellen vor allem dann eine sehr gute Alternative dar, wenn keine allzu hohen Temperaturen benötigt werden.

Werden hingegen sehr hohe Temperaturen benötigt, wie beispielsweise in der Industrie zur Bereitstellung von Prozesswärme, kommen Elektrodenkessel zum Einsatz. Dabei handelt es sich um sehr große Tanks, in denen Wasser erhitzt wird. Hierfür werden jedoch keine Heizstäbe verwendet, sondern Elektroden in Salzwasser. Auf diesem Wege lässt sich erneuerbarer Strom direkt in Wärme umwandeln. Im Gegensatz zur Wärmepumpe wird bei diesem Prozess aus einer Kilowattstunde Strom nur weniger als eine Kilowattstunde an Wärme gewonnen.

Power-To-Heat als Chance für die Energiewende

Das Konzept Power-To-Heat bietet riesige Potenziale im Hinblick auf die Herausforderungen der Energiewende. Durch die Nutzung von Strom lassen sich weitere Potenziale für die Nutzung erneuerbarer Energien erschließen. Das gilt vor allem dann, wenn der Strom überwiegend oder gar komplett aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Auf diese weise lässt sich auch das Klima besser schützen, da fossile Energieträger in verstärktem Maße ersetzt werden.

Darüber hinaus kann die Umwandlung von Strom in Wärme dabei helfen, die Stromnetze auf einem stabilen Niveau zu halten. In Kombination mit Wärmespeichern können die entsprechenden Technologien so eingesetzt werden, dass sie Strom bevorzugt zu Zeitpunkten aufnehmen, an denen besonders viel davon zur Verfügung steht - also beispielsweise bei intensivem Sonnenschein und kräftigem Wind. Sollten diese beiden Energielieferanten mal nicht vollumfänglich zur Verfügung stehen, springen die Wärmespeicher ein, um die Wärmeversorgung dauerhaft sicherzustellen. Große Wärmespeicher sind in Kombination mit Wärmenetzen durchaus dazu in der Lage, längere Zeiträume zu überbrücken.

Es gibt Technologien, die für den Einsatz von Power-To-Heat besonders vielversprechend sind. In besonders gut gedämmten Gebäuden können hochwertige Wärmepumpen den Energieverbrauch drastisch reduzieren und gleichzeitig den Anteil von erneuerbaren Energien erhöhen. Die Vorteile einer Wärmepumpe lassen sich durch den Einsatz von Wärmespeichern nochmals verbessern. Der Strom aus den Netzen lässt sich so optimal in den Einsatz erneuerbarer Energien einbinden, damit jede einzelne Kilowattstunde so sinnvoll wie möglich genutzt werden kann.

Förderungen durch den Staat für Power to Heat

Derzeit befinden sich viele Power-To-Heat-Technologien im Entwicklungsstadium. Die Arbeiten werden sowohl vom Bundeswirtschafts- als auch vom Bundesforschungsministerium (BMWi und BMBF) im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms unterstützt. Nähere Informationen zu den einzelnen Projekten, Ideen und Ergebnissen lassen sich unter www.forschung-energiespeicher.info abrufen.

Vonseiten des BMWi gibt es auch für Verbraucher Unterstützung, die zu Hause auf erneuerbare Energien umsteigen möchten. Im Rahmen des "Marktanreizprogramms für erneuerbare Energien im Wärmemarkt" (MAP) können Privatpersonen von attraktiven Förderungen profitieren. Das betrifft beispielsweise die Anschaffung von Wärmepumpen, mit denen sich das Konzept Power-To-Heat derzeit am effizientesten umsetzen lässt. Gleiches gilt übrigens auch für Unternehmen und Kommunen.