P2H - Power-to-Heat

Power-to-Heat: Definition, Einsatzmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit von P2H-Anlagen

Inhalt des Wiki-Artikels

• Power-to-Heat: So wird Strom in Wärme umgewandelt
• P2H für die Energiewende
• Einsatzmöglichkeiten von Power-to-Heat
• P2H in Verbindung mit Kraft-Wärme-Kopplung
• Dezentrale Wärmeversorgung mit Power-to-Heat
• Wirtschaftlichkeit von P2H-Anlagen

Power-to-Heat: So wird Strom in Wärme umgewandelt

Wird elektrische Energie in Wärme überführt, nennt man dieses Verfahren Power-to-Heat. Geläufige Abkürzungen sind P2H und PtH, auf Deutsch übersetzt heißt es „Strom zu Wärme“. Klassische P2H-Technologien sind elektrische Boiler und Durchlauferhitzer. Besonders klimafreundlich ist Power-to-Heat, wenn zur Stromerzeugung erneuerbare Energien genutzt werden. Dieses Prinzip wird zum Beispiel durch Photovoltaik in Verbindung mit Wärmepumpen verwirklicht, die mit Strom betrieben Wärme aus der Erde aufnehmen und sie verdichten, so dass sie für die Heizungsanlage verwendet werden kann.

P2H für die Energiewende

Power-to-Heat-Technologien bieten ein großes Potenzial für die Energiewende. Sie können sowohl im Privataushalt als auch in der Industrie eingesetzt werden, um Energie möglichst effizient zu nutzen. Außerdem können sie in Kombination mit Wärmespeichern dazu beitragen, das Stromnetz stabil zu halten. Während in Privathaushalten Wärmepumpen zum Beheizen der Räume installiert werden, nutzt die Industrie Elektrodenkessel für sehr hohe Temperaturen. In den außerordentlich großen Tanks wird Wasser direkt erhitzt, möglich machen das Elektroden in Salzwasser. Auf diese Weise wird aus einer Kilowattstunde Strom etwas weniger als eine Kilowattstunde Wärme gewonnen.

Durch Power-to-Heat erschließen sich neue Möglichkeiten zur Nutzung regenerativer Energien für den Wärmemarkt: Werden P2H-Technologien mit Wärmespeichern verbunden, können sie zu Zeiten, in denen viel Wind- und Solarenergie erzeugt wird, überschüssigen Strom aufnehmen. Wenn es dann windstill ist oder die Sonne nicht scheint, kann die gespeicherte Energie genutzt werden. Große Wärmespeicher in Verbindung mit Wärmenetzen sind in der Lage, die Wärmeversorgung über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten.

Einsatzmöglichkeiten von Power-to-Heat

Power-to-Heat-Anlagen, die mit erneuerbaren Energien gespeist werden, tragen zur Dekarbonisierung des Wärmebereichs bei. Dabei können diverse Technologien zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel Durchlauferhitzer, elektrische Wärmepumpen, Elektrodenkessel, Stromdirektheizungen, elektrische Industrieöfen und Speicherheizungen. Es gibt sowohl kleine Kessel und Wärmepumpen mit einer Leistung von wenigen Kilowatt als auch große, die bis zu mehreren Megawatt leisten. P2H-Anlagen können also entweder einzelne Gebäude versorgen oder Fernwärme erzeugen, mittels derer Gebäudeensembles oder ganze Stadtteile Raumwärme und Warmwasser erhalten.

P2H in Verbindung mit Kraft-Wärme-Kopplung

Power-to-Heat leistet nicht nur einen wichtigen Beitrag zur Energiewende, sondern auch zur Flexibilisierung des Energiesystems. Beispielsweise können P2H-Module mit einer KWK-Anlage, die auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung beruht, einem Wärmespeicher und einem Wärmenetz kombiniert werden. Ein solches Wärmenetzsystem ist in der Lage, überaus flexibel auf den Zustand des Stromnetzes zu reagieren. Wird viel Strom aus erneuerbaren Energien ins Netz eingespeist, kann die KWK-Anlage zurückgefahren werden. Über Power-to-Heat kann die Nachfrage nach Strom erhöht werden, der dann zur Wärmeerzeugung genutzt wird, die Wärme kann gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden. Power-to-Heat-Technologien haben den Vorteil einer kurzen Reaktionszeit, so dass sie schnell auf die schwankende Stromeinspeisung, die regenerative Energien mit sich bringen, reagieren können. In Verbindung mit KWK und Wärmespeichern trägt P2H also maßgeblich zur Versorgungssicherheit bei.

Dezentrale Wärmeversorgung mit Power-to-Heat

Nicht nur über Wärmenetze, auch dezentral können P2H-Anlagen dienlich sein. Einzelne Wohnhäuser, Gewerbe- und Industriebetriebe können Technologien wie Wärmepumpen, Direkt- und Speicherheizungen sowie Hybridsysteme nutzen, um Raumwärme, Warmwasser oder auch Kälte für Kühlhäuser zu erzeugen. Wird Strom aus erneuerbaren Energien gebäudenah produziert, zum Beispiel mittels einer Photovoltaikanlage, kann er von Power-to-Heat-Modulen direkt genutzt werden. Mit dem Strom kann ganzjährig ein elektrisches System zur Warmwasserbereitung betrieben werden, in Kombination mit thermischen oder elektrischen Speichern sogar lastflexibel.

Unter den P2H-Systemen gibt es auch Hybridsysteme: Heizsysteme, die verschiedene Heiztechnologien und Energieträger kombinieren. Ist in das System ein Energiespeicher eingebunden, dann trägt es auch zur Laststeuerung bei. Bei Speicherheizungen ist ein Wärmespeicher die Regel, die gespeicherte Wärme kann abgerufen und zur Wärmeversorgung genutzt werden, wenn das Angebot an regenerativen Energien nicht ausreicht, um die Stromnachfrage zu decken. Mit einer Wärmepumpe ist ebenfalls eine Entkopplung von Wärme- und Strombedarf möglich, sie kann entweder mit einem thermischen Speicher ausgestattet sein oder die thermische Speicherfähigkeit des Gebäudes nutzen.

Prinzipiell lassen sich alle elektrischen Heizsysteme lastflexibel betreiben, indem elektrische Speicher eingesetzt werden. Notwendig sind intelligente Steuerungen, die Lastanforderungen aus dem vorgelagerten Netz mit berücksichtigen. Mit diesen können auch kleine Power-to-Heat-Anlagen mit kleiner Leistung dazu beitragen, elektrische Energie in den Wärmemarkt zu überführen.

Wirtschaftlichkeit von P2H-Anlagen

Betreiberinnen und Betreiber von Wärmenetzen nutzen größere Power-to-Heat-Module, damit sie KWK-Anlagen zu Zeiten niedriger Strompreise herunterfahren können. Die verbleibende Wärmelast stellen sie dann über P2H-Anlagen zur Verfügung, um Verluste im Hinblick auf die Vermarktung zu reduzieren. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Gaspreis hoch ist. Zum Teil dienen Power-to-Heat-Anlagen auch dem Regelleistungsmarkt. Um die Anlagen kurzfristig hochfahren zu können, wird negative Regelleistung vorgehalten. Das Vorhalten der Kapazität wird über einen Leistungspreis vergütet, das Abrufen über einen Arbeitspreis. Da die Preise für diese negative Regelleistung jedoch in den vergangenen Jahren stark gesunken sind, während der Strompreis durch Belastungen wie Umlagen, Steuern und Abgaben sehr hoch angesetzt ist, lassen sich P2H-Anlagen nicht wirtschaftlich betreiben. Die Wirtschaftlichkeit müsste sichergestellt werden, um die Potenziale von Power-to-Heat voll ausschöpfen zu können. Dann könnte Power-to-Heat im größeren Maßstab genutzt werden, um Strom aus erneuerbaren Energien umzuwandeln und als Wärme zu speichern, zugleich würden die Technologien zur Dekarbonisierung des Wärmemarkts beitragen.¹