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Unter Power to Heat kurz PtH oder P2H 1 deutsch etwa Elektroenergie zu Warme versteht man die Erzeugung von Warme unter dem Einsatz von elektrischer Energie Dies kann sowohl uber Elektrokessel als auch uber Warmepumpen erfolgen PtH ist eine Moglichkeit Stromuberschusse die durch die fluktuierende Einspeisung Erneuerbarer Energien entstehen fur die Warmebereitstellung zu verwenden Kopplung von Strom und Warmesektor wodurch im Warmesektor fossile Energietrager und Emissionen eingespart werden konnen 2 Power to Heat ist damit ein wesentlicher Baustein der Warmewende Im Gegensatz zu reinen Elektroheizungen wie z B Nachtspeicherheizungen die den kompletten Heizbedarf decken sind Power to Heat Anlagen Hybridsysteme die immer auch uber einen herkommlichen mit chemischem Brennstoff wie Holz oder Erdgas betriebenen Warmeerzeuger verfugen 3 Bei Stromuberschussen kann somit die Warmegewinnung aus elektrischer Energie erfolgen ansonsten kommt das konventionelle Heizsystem zum Einsatz Zur Erhohung der Flexibilitat sind Power to Heat Anlagen haufig mit Warmespeichern gekoppelt Die Einspeisung erfolgt zumeist in Nah bzw Fernwarmenetze Power to Heat Anlagen konnen aber auch einzelne Gebaude oder grosse Industrieanlagen mit Warme versorgen 4 Inhaltsverzeichnis 1 Betrieb 1 1 Einsatzprofil 1 2 Vergleich mit Power to Gas 2 Geplante und realisierte grosstechnische Power to Heat Anlagen Auswahl 2 1 Danemark 2 2 Deutschland 2 2 1 In Betrieb 2 2 2 In Planung bzw im Bau 2 3 Niederlande 2 4 Osterreich 2 5 Tschechische Republik 2 6 Slowakei 3 Weblinks 4 Literatur 5 EinzelnachweiseBetrieb BearbeitenEinsatzprofil Bearbeiten Power to Heat ist eine Power to X Technologie die im Zuge der laufenden Transformation der Energieversorgungsstrukturen im Rahmen von Energiemarktliberalisierung und der Energiewende durch Sektorenkopplung eine bessere Integration von Erneuerbaren Energien in ein Intelligentes Stromnetz ermoglichen sollen Steht bei starker Einspeisung variabler regenerativer Energien insbesondere Windenergie und Photovoltaik einer hohen Stromproduktion nur eine geringe Stromnachfrage gegenuber soll mittels Power to Heat Anlagen aus elektrischem Strom Warme gewonnen werden Dadurch sollen Abregelungen von regenerativen Erzeugern vermieden bzw reduziert werden Die auf diese Weise gewonnene Warme kann zum Beispiel fur Heizungsanlagen und Warmwasserbereitung verwendet werden und ersetzt dort durch Virtuelle Energiespeicherung wiederum fossile Energietrager wie Erdgas und Erdol Auf diese Weise kommt es zu einer Brennstoffeinsparung an fossilen Energietragern und damit ebenfalls zu einer Einsparung von Treibhausgas und Schadstoffemissionen 5 Die Warme kann auf direktem Weg mittels Widerstands Heisswasserkessel und oder in Elektroden Heisswasserkesseln erzeugt werden Diese Anwendung findet ihren Einsatz z B in Fernwarmenetzen fur die Versorgung von Heizungsanlagen und Warmwasserbereitung oder zur Speisung von Fernwarmespeichern Ebenfalls moglich ist ein Einsatz von Warmepumpen an Stelle der direkten Warmeerzeugung aus Strom Warmepumpen weisen gegenuber Heizstaben und Elektrodenkesseln eine hohere Energieeffizienz auf sodass fur die gleiche Heizenergie weniger Strom benotigt wird Die auf diese Weise eingesparte elektrische Energie steht somit fur weitere Zwecke zur Verfugung 6 Sowohl Elektrodenkessel als auch Warmepumpen sind ausgereifte Technologien die am Markt zur Verfugung stehen Allerdings unterscheiden sich die Einsatzprofile deutlich Wahrend Elektrodenkessel besonders flexibel betrieben werden konnen sind Warmepumpen eher als Grundlasttechnologie geeignet da sie hohe Investitionskosten aber niedrige Betriebskosten haben 7 PtH in Form von Heizstaben bzw Elektrodenkesseln ist eine Technik mit niedrigen Investitionskosten 100 kW und eignet sich daher sehr gut fur die Aufnahme hoher Leistungsspitzen die nur selten im Jahr auftreten Das Potential fur PtH Anlagen ist sehr gross Theoretisch sind in Deutschland 200 GW im Winter und 50 GW im Sommer realisierbar In der Praxis sollten hingegen klassische PtH Anlagen die auf dem Widerstandsprinzip basieren nur als Erganzung zu den deutlich effizienteren Warmepumpenheizungen eingesetzt werden 8 Energiewirtschaftlich sinnvoll ist der Einsatz von Power to Heat Anlagen nur bei Verfugbarkeit von Strom aus regenerativen Quellen der andernfalls abgeregelt werden musste da elektrischer Strom gegenuber Warmeenergie eine qualitativ deutlich hoherwertige Energieform darstellt und deshalb ublicherweise einen weitaus hoheren Wert hat Finanziell lohnt sich die Umwandlung in Warme deshalb nur bei sehr niedrigen Borsenstrompreisen Daruber hinaus ist die Warmeproduktion aus Strom aus okologischen Grunden immer dann kontraproduktiv wenn zugleich noch fossile Kraftwerke Strom liefern da die Verstromung in einem Kraftwerk mit anschliessender Warmegewinnung aus der elektrischen Energie einen viel geringeren Wirkungsgrad aufweist als die direkte Warmeerzeugung mittels fossiler Energietrager Wird hingegen aus nahezu emissionsfreiem Wind oder Solarstrom Warme gewonnen und damit im Gegenzug die Verbrennung fossiler Energietrager vermieden ergibt sich eine Emissionsminderung 5 Daneben kann der verstarkte Einsatz von Power to Heat gunstig negative Regelleistung bereitstellen und somit den Bedarf an fossilen Must Run Kapazitaten ersetzen Diese Must Run Kapazitaten ergeben sich aus der bisher von konventionellen Kraftwerken ubernommenen Funktion notwendige Systemdienstleistungen und negative Regelleistung bereitzustellen und hangen unter anderem von der im Stromnetz bereitzustellenden Regelleistung sowie der technisch fahrbaren Minimalleistung eines konventionellen Kraftwerkes ab Soll beispielsweise ein Kraftwerk mit 500 MW Nennleistung und 40 technisch fahrbarer Minimallast 50 MW negative Regelleistung bereitstellen dann ergibt sich eine Must Run Kapazitat von mindestens 250 MW Stehen hingegen alternativ PtH Anlagen zur Verfugung die anstelle des fossilen Kraftwerkes fur negative Regelleistung sorgen konnen entfallt der Bedarf an Must Run Kapazitat und das Kraftwerk kann in Zeiten hoher erneuerbarer Erzeugung vollstandig abgeschaltet werden 9 Durch schnelles Abschalten von PtH Anlagen konnen PtH Anlagen aber ebenso kurzfristig positive Regelleistung bereitstellen Gunstig ist zudem die Kopplung mit in Kraft Warme Kopplung betriebenen Anlagen wie Blockheizkraftwerke die im Falle einer geringen regenerativen Energieerzeugung hochfahren konnen und ihre Warme in ein gemeinsam mit der PtH Anlage genutzten Warmespeicher einspeisen 8 Mit Stand 2015 wurde der Einsatz von PtH Anlagen in Deutschland aber durch die regulatorischen Rahmenbedingungen behindert So zog Eller das Fazit dass Power to Heat Anlagen bereits zu diesem Zeitpunkt in Netzengpassregionen sinnvoll Stromuberschusse nutzen konnten Dies werde aber durch die damalige Gesetzgebung verhindert da auf den bezogene Strom die volle Abgabenlast an Steuern Abgaben und Netzentgelte fallig werde was den Einsatz unwirtschaftliche mache Eller empfahl daher die Befreiung von Abgaben und Netzentgelten um es Elektrokesseln zu ermoglichen Systemdienstleistungen zu erbringen und auf diese Weise das Stromnetz zu entlasten Hingegen sei die Erbringung von negativer Sekundarregelleistung bereits 2015 eine wirtschaftlich ausserst attraktive Einsatzmoglichkeit von Elektrokesseln gewesen die statische Amortisationszeiten von unter drei Jahren ermogliche 10 Vergleich mit Power to Gas Bearbeiten Technisch fungiert Power to Heat als sog virtueller Speicher weshalb Power to Heat mit Speichertechnologien wie z B Power to Gas verglichen werden kann Da der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Warme bei Power to Heat nahezu 100 betragt ergeben sich deutliche Vorteile gegenuber einer Speicherung mit Hilfe eines Power to Gas Ansatzes 11 Durch Einsatz von Power to Heat im Warmesektor ersetzt Strom fossile Brennstoffe im Verhaltnis 1 1 wahrend bei der Herstellung von Methan mit Hilfe des Power to Gas Prozesses grossere Verluste auftreten und damit nur ein Teil der ursprunglich vorhandenen elektrischen Energie genutzt werden kann Im Warmesektor wird also durch Power to Heat wesentlich mehr Erdgas eingespart als durch Power to Gas erzeugt werden kann Das so eingesparte Erdgas kann wiederum vollstandig fur andere Zwecke eingesetzt werden damit liegt der Gesamtwirkungsgrad von Power to Heat deutlich hoher als bei Power to Gas 12 Neben Heizwiderstanden kommen fur Power to Heat Anlagen auch Warmepumpen in Frage die jedoch hohere Investitionskosten erfordern als Widerstandsheizungen Aufgrund ihrer grossen Effizienzvorteile gegenuber der direkten Warmeerzeugung in Widerstandsheizungen ist der Einsatz von Warmepumpen dennoch zu bevorzugen So hat die Nutzung zukunftiger Okostromuberschusse zum Betrieb von Warmepumpen von allen Power to X Konzepten den grossten Umweltnutzen in Bezug auf Treibhausgasreduktion und Einsparung fossiler Energietrager 13 Wahrend bei Einsatz von Power to Gas Anlagen von einer kWh elektrischer Energie nur 0 24 bis 0 84 kWh als nutzbare Warmeenergie ubrig bleiben abhangig von der jeweiligen Weiternutzung des Gases und einer ggf vorhandenen Abwarmenutzung machen Warmepumpen mit der gleichen Energiemenge zwischen 3 und 4 5 kWh Heizenergie verfugbar Damit liegt die Energieeffizienz von Warmepumpen bei dem 4 bis 19fachen von Power to Gas Anlagen Auch wenn die mit Warmepumpen gewonnene Warme saisonal gespeichert wird und damit gewisse Speicherverluste auftreten ist dieser Weg weiterhin bei weitem effizienter als die Produktion von synthetischem Methan 14 Da mit Power to Heat Anlagen Brennstoffe zwar ersetzt jedoch nicht erzeugt werden konnen mussen diese langfristig betrachtet gegen Ende der Energiewende durch Power to Gas Anlagen erganzt werden die die Herstellung von Brennstoffen und ggf eine anschliessende Ruckverstromung erlauben Notwendig ist diese Ruckverstromung jedoch erst bei sehr hohen Anteilen der Erneuerbaren Energien am Strommix um eine saisonale Speicherung zu ermoglichen Solche saisonale Langfristspeicher die praktisch nur auf Basis der Power to Gas Technologie basieren konnen werden ab einem Solar und Windstrom Anteil von etwa 80 notwendig 15 Es gibt auch Szenarien die komplett ohne Ruckverstromung von synthetisch hergestellten Brennstoffen wie Wasserstoff oder Methan auskommen In diesen Modellen werden synthetisch hergestellte Brennstoffe ausschliesslich fur das Verkehrswesen v a Langstreckenschiffstransport Flugwesen sowie als Rohstoffe fur industrielle Anwendungen benotigt 16 Geplante und realisierte grosstechnische Power to Heat Anlagen Auswahl BearbeitenDanemark Bearbeiten Die grosste Erfahrung mit Power to Heat Anlagen hat Danemark Die dortige Energiewende begann dort bereits 1979 mit dem Warmeversorgungsgesetz Dieses verpflichtet die Kommunen Vorranggebiete fur Nah und Fernwarmeleistungen festzulegen Ol und Gasheizungen wurden fur Neubauten bereits 2013 verboten Seit 2016 ist auch der Austausch fossiler Kessel durch neue fossile Kessel verboten Stand 2021 werden 63 der danischen Haushalte mit Fernwarme versorgt in Kopenhagen sogar bis zu 98 17 Auch die Stromwende ist mit Windstromanteilen von ca 42 1 im Jahr 2015 18 bereits weiter fortgeschritten als in Deutschland Uberschussiger Windstrom wird zur Warmeerzeugung in Fernwarmenetzen genutzt 17 In Danemark begann der Bau von PtH Anlagen bereits Mitte der 2000er Jahre Bis Ende 2014 wurden rund 350 MW installiert darunter Warmepumpen mit einer thermischen Leistung von ca 30 MW Fur Ende 2015 veraltet wird ein Anstieg auf 44 Anlagen mit rund 450 MW angestrebt 19 Deutschland Bearbeiten In Betrieb Bearbeiten In Deutschland sind inzwischen viele Anlagen mit Elektrodenkesseln und Widerstandskesseln realisiert worden Nachfolgend einige bekannte Projekte Enerstorage GmbH 2 10 MW 20 Stadtwerke Flensburg 1 30 MW Stadtwerke Lemgo 1 5 MW 21 E ON KW Shamrock 3 20 MW Stadtwerke Schwerin 3 5 MW 22 23 ENRO Ludwigsfelde Stadtwerke Tubingen 1 5 MW KW Philippsburg 1 5 MW Energieversorgung Offenbach 2 5 MW VVS Saarbrucken 1 10 MW Stadtwerke Munchen 4 2 5 MW ENBW Stuttgart Heizkraftwerk Altbach Deizisau 2 50 MW Stadtwerke Forst 1 0 55 MW Technische Werke Ludwigshafen 2 5 MW Heizkraftwerk GmbH Mainz 2 5 MW BioEnergie Taufkirchen 1 5 5 MW FHW Neukolln 4 2 5 MW Stadtwerke Jena 1 4 MW Stadtwerke Dessau 1 5 MW Stadtwerke Kiel 1 30 MW Stadtwerke Augsburg 1 10 MW BTB Berlin 2 3 MW Stadtwerke Munster 22 MW 24 Erdwarme Grunwald 2 MW 25 Stadtwerke Neumunster 20 MW Sudzucker Standort Zeitz 1 10 MW Potsdam EW 2 10 MW MHKW Salzwedel Elektrodenkessel 1 6 MW DVV Dessau Planung 1 5 MW Kraftwerk Zolling 1 35 MW N Ergie Nurnberg Elektrodenkessel 2 25 MW Vattenfall Hamburg Karolinenviertel 1 45 MW Vattenfall Heizkraftwerk Reuter 120 MW 26 Gemeinde Fuchstal 4 7 MW 27 Drewag Heizkraftwerk Nossener Brucke 40 MW 28 Heizkraftwerk Wedel mit Warme Hamburg GmbH amp 50Hertz 80 MW 29 Stadtwerke Rostock amp 50Hertz 20 MW 30 31 In Planung bzw im Bau Bearbeiten EW Potsdam 1 20 MW Stadtwerke Neubrandenburg amp 50Hertz 30 MW bis 2023 32 Stadtwerke Halle amp 50Hertz 40 MW Bau und Inbetriebnahme 2023 33 Niederlande Bearbeiten Vattenfall Amsterdam 150 MW Baubeginn Anfang 2023 Inbetriebnahme 2025 34 Osterreich Bearbeiten Elektroheizer Leopoldau Wien Elektrodenkessel 2 10 MW 2017 35 KW Riedersbach Oberosterreich Widerstandskessel 2 4 MW Salzburg AG Salzburg 20 kV Elektrodenkessel mit 15 MW 36 Mullverbrennungsanlage Spittelau Wien Elektrodenkessel 2 5 MW 2022 37 Hall AG Hall in Tirol Elektrodenkessel 1 20 MW 1 400 m Speicher bei Biomasse Heizkraftwerk mit 27 MW Betrieb ab Ende 2022 Fruhjahr 2023 angekundigt 38 39 Tschechische Republik Bearbeiten Kraftwerk Kladno 1 14 MW betrieben von Auxilien a s Pribram Stadtwerke 1 12 MW betrieben von Auxilien a s Kraftwerk Tusimice 1 7 MWSlowakei Bearbeiten Stadtwerke Kosice 1 8 MW betrieben von Auxilien a s Stadtwerke Zvolen 1 2 5 MW betrieben von Auxilien a s Weblinks Bearbeiten Power to heat oder Power to gas Arrhenius Institut Power to Heat Energie Lexikon Kraftakt Energiewende Kommunale EVUs im Wandel Heizen mit Strom Elektrodenheizkessel erzeugt FernwarmeLiteratur BearbeitenMichael Sterner Ingo Stadler Hrsg Energiespeicher Bedarf Technologien Integration 2 Auflage Berlin Heidelberg 2017 ISBN 978 3 662 48893 5 Andreas Bloess Wolf Peter Schill Alexander Zerrahn Power to heat for renewable energy integration A review of technologies modeling approaches and flexibility potentials In Applied Energy Band 212 2018 S 1611 1626 doi 10 1016 j apenergy 2017 12 073 Einzelnachweise Bearbeiten Jyri Salpakari Jani Mikkola Peter D Lund Improved flexibility with large scale variable renewable power in cities through optimal demand side management and power to heat conversion In Energy Conversion and Management Band 126 2016 S 649 661 doi 10 1016 j enconman 2016 08 041 Andreas Bloess Wolf Peter Schill Alexander Zerrahn Power to heat for renewable energy integration A review of technologies modeling approaches and flexibility potentials In Applied Energy Band 212 S 1611 1626 doi 10 1016 j apenergy 2017 12 073 Michael Sterner Ingo Stadler Energiespeicher Bedarf Technologien Integration Berlin Heidelberg 2014 S 124 Gerald Schweiger et al The potential of power to heat in Swedish district heating systems In Energy 2017 doi 10 1016 j energy 2017 02 075 a b Christoph Pieper et al Die wirtschaftliche Nutzung von Power to Heat Anlagen im Regelenergiemarkt In Chemie Ingenieur Technik Band 87 Nr 4 2015 S 390 402 doi 10 1002 cite 201400118 Matthias Koch et al Modellgestutzte Bewertung von Netzausbau im europaischen Netzverbund und Flexibilitatsoptionen im deutschen Stromsystem im Zeitraum 2020 2050 In Zeitschrift fur Energiewirtschaft 39 2015 1 17 S 15 doi 10 1007 s12398 015 0147 2 Jon Gustav Kirkerud Erik Tromborg Torjus Folsland Bolkesjo Impacts of electricity grid tariffs on flexible use of electricity to heat generation In Energy Band 115 2016 S 1679 1687 doi 10 1016 j energy 2016 06 147 a b Michael Sterner Ingo Stadler Energiespeicher Bedarf Technologien Integration Berlin Heidelberg 2014 S 134 Diana Bottger et al Control power provision with power to heat plants in systems with high shares of renewable energy sources e An illustrative analysis for Germany based on the use of electric boilers in district heating grids In Energy Band 82 2015 S 157 167 doi 10 1016 j energy 2015 01 022 Dominik Eller Integration erneuerbarer Energien mit Power to Heat in Deutschland Wiesbaden 2015 S 201f Helmuth M Groscurth Sven Bode Discussion Paper Nr 9 Power to heat oder Power to gas Abgerufen am 15 Mai 2014 Wolfram Munch et al Hybride Warmeerzeuger als Beitrag zur Systemintegration erneuerbarer Energien In Energiewirtschaftliche Tagesfragen 62 Nr 5 2012 S 44 48 online Memento des Originals vom 22 Marz 2016 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 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