Power-to-Heat: aus Strom wird Wärme

Noch immer spielen fossile Energieträger bei der Wärmeerzeugung eine bedeutende Rolle. Ziel ist es, diese Stück für Stück durch erneuerbare Energien zu ersetzen und so die CO2-Emissionen  zu reduzieren. Großes Potenzial besitzt die Power-to-Heat-Technologie. Es gibt bereits ausgereifte und effiziente Anlagen, die am Markt zur Verfügung stehen.

Was ist Power-to-Heat?

Power-to-Heat, kurz PtH, P2H oder auch Power2Heat, gehört zu den sogenannten Power-to-X-Technologien. Unter dem Begriff versteht man die Erzeugung von Wärme durch elektrische Energie. Oder anders ausgedrückt: Power-to-Heat macht Strom im Sektor Wärme nutzbar. Damit ist die Technologie ein Baustein der angestrebten Sektorenkopplung. Durch die Möglichkeit, Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien zu verwenden und fossile Energien im Wärmesektor zu ersetzen, ist die Technologie ein wichtiger Baustein der Energiewende.

Wie funktioniert Power-to-Heat?

Power-to-Heat-Anlagen erhitzen Wasser mithilfe von elektrischer Energie, das dann zum Heizen oder zur Erwärmung des Brauchwassers genutzt werden kann. Dabei wandeln sie den zugeführten Strom entweder direkt in Wärme um, oder sie nutzen ihn als Antrieb, um aus anderen Quellen – etwa Geothermie – Wärme zu gewinnen.

Die Technik an sich ist nicht neu. Schon seit Beginn der Elektrifizierung erleichtern Geräte, die sich dieses Prinzip zunutze machen, unseren Alltag – vom Bügeleisen über den Wasserkocher bis hin zum Durchlauferhitzer. Neu ist die Forderung, dass der Strom bevorzugt aus erneuerbaren Energiequellen stammen soll.

Das Konzept ist einfach: Immer dann, wenn Stromüberschüsse vorhanden sind, erzeugen Power-to-Heat-Anlagen Wärme. Photovoltaik- und Windkraftanlagen müssten so nicht mehr abgeregelt werden, das Netz bleibt zudem stabil. Besonders effizient ist die Kombination mit einem Wärmespeicher: Bei sogenannten Dunkelflauten – also Zeiten, in denen wenig Sonnen- und Windenergie zur Verfügung steht – springt dieser ein, um die Wärmeversorgung zu sichern. Je nach Größe des Speichers lässt sich die Wärme über einige Stunden bis hin zu mehreren Tagen speichern.

Mit einem Hochtemperaturspeicher, beispielsweise auf der Basis von Salz, wäre sogar eine Rückverstromung möglich. Der Fachbegriff dazu lautet Power-to-Heat-to-Power, kurz PtHtP oder P2h2P. 

Einsatzmöglichkeiten von Power-to-Heat

Power-to-Heat-Systeme lassen sich in Größenordnungen von wenigen Kilowatt bis hin zu mehreren Megawatt realisieren. Sie können damit sowohl einzelne Gebäude und Industrieanlagen als auch größere Quartiere und sogar ganze Stadtteile mit Raum- und Prozesswärme versorgen.

Power-to-Heat im Einfamilienhaus

Für das Einfamilienhaus gibt es verschiedene Power-to-Heat-Lösungen. Über die Arten von Elektroheizungen, deren Kosten und mögliche Förderungen informiert Sie der Ratgeberartikel zum Thema Heizen mit Strom. 

Gleichzeitig wirtschaftlich und ökologisch ist die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme dann, wenn der Strom mit einer Photovoltaikanlage selbst produziert wird. Eine recht unkomplizierte und kostengünstige Power-to-Heat-Lösung ist die Kombination einer PV-Anlage mit einem Heizstab, der an einen Warmwasserspeicher angebunden ist. Das System dient vor allem zur kurzfristigen Abdeckung von Bedarfsspitzen und zum Ausgleich von Schwankungen in der Wärmeversorgung. Es lässt sich im Prinzip an jede Heizungsanlage koppeln, die mit einem Warmwasserspeicher zusammenarbeitet.

Als effizienteste Power-to-Heat-Technik gilt die Wärmepumpe: Aus jeder eingesetzten Kilowattstunde Strom erzeugt sie die drei- bis vierfache Menge an Nutzwärme. Ihr Marktanteil im Neubau liegt mittlerweile bei über 50 % – Tendenz steigend. Auch eine Wärmepumpe lässt sich solar betreiben: Produziert die PV-Anlage einen Stromüberschuss, wird die Wärmepumpe mit sauberer Antriebsenergie versorgt. Das spart nicht nur Kosten, Anlagenbesitzer können so auch ihren Eigenverbrauch optimieren.

Power-to-Heat im Fernwärmesystem

Power-to-Heat kann auch im Fernwärmenetz genutzt werden – etwa durch den Einsatz eines Elektrodenkessels. Dieser funktioniert im Prinzip wie ein Wasserkocher, nur im größeren Maßstab: In einem Tank befindet sich Wasser, das mithilfe von Elektroden durch Wechselspannung erhitzt wird. Über einen Wärmetauscher gelangt das warme Wasser dann in das Fernwärmenetz. Der Wirkungsgrad eines Elektrodenkessels beträgt 99,9 %.

Das Potenzial von Power-to-Heat im Fernwärmenetz lässt sich mit großen Warmwasserspeichern erhöhen: Die Wärme wird dann nicht sofort in das Fernwärmenetz eingespeist, sondern zunächst gespeichert. So können einerseits noch mehr Stromüberschüsse aufgenommen werden, andererseits lässt sich die Wärmeversorgung von der Stromerzeugung zeitlich entkoppeln. 

Power-to-Heat in der Industrie

Im Hochtemperaturbereich kommen vor allem Elektrodendampfkessel zum Einsatz. Sie erzeugen mithilfe von Strom Dampf. Da keine thermischen Verluste durch heiße Abgase entstehen, besitzen Elektrodendampfkessel einen höheren Wirkungsgrad als konventionelle Dampfkessel.

Alle Vorteile von Power-to-Heat auf einen Blick

Power-to-Heat besitzt eine Reihe von Vorteilen: 

• Strom aus erneuerbaren Energiequellen kann effizienter genutzt werden. Übersteigt die Stromproduktion den -bedarf, müssten Stromerzeuger nicht mehr abgeregelt werden. Überschüsse gehen so nicht verloren.
• Wärme lässt sich leichter und kostengünstiger speichern als Strom. 
• Die Umwandlung von Strom in Wärme kann dabei helfen, das Stromnetz stabil zu halten.
• Power-to-Heat erhöht den Anteil erneuerbarer Energien im Wärmesektor. Fossile Brennstoffe und CO2-Emissionen werden reduziert.
• Die Umwandlungstechnik ist langjährig erprobt und robust.
• Power-to-Heat-Anlagen können zentral und dezentral Wärme erzeugen.
• Anlagen besitzen einen hohen Wirkungsgrad. Im Unterschied zu anderen Power-to-X-Technologien geht bei der Umwandlung kaum Energie verloren.