Power-to-heat für Nah- und Fernwärme

Auf einen Blick

Die Kraft-Wärme-Kopplung stellt eine Möglichkeit dar, Regelenergie für die Netzentlastung bei einem Überangebot von regenerativer  Energie zur Verfügung zu stellen.

Darüber hinaus findet das Energiemanagement im Privatbereich bzw. in kleinen Industriebetrieben die Kraft-Wärme-Kopplung in Power-to-Heat-Systemen ihren Einsatz.

Wenige große Energieerzeuger, die stabil Strom liefern, werden mehr und mehr durch kleine Stromproduzenten abgelöst, die allerdings  nicht mit der gleichen Stabilität liefern können, da sie von Umwelteinflüssen abhängig sind. Diese Strukturveränderung macht ein  flexibles Energiemanagement notwendig, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Derzeit erfolgt die Netzentlastung bei Überproduktion hauptsächlich über die Abschaltung von Windkraftanlagen, BHKWs in Biogasanlagen und großen Ausgleichskraftwerken. Die Betreiber von diesen Anlagen nutzen zur Bereitstellung der Regelenergie immer häufiger Power-to-Heat- Anlagen. Diese wandeln Strom in Wärme um und machen so die überschüssige Energie nutzbar.

Marktfähige Lösungen verfügbar

ENERPIPE bietet auf dem Sektor Regelenergie drei unterschiedliche Typen von Power-to-Heat- Anlagen an. Das sind im Einzelnen »Enerheat R-EH«, »Enerheat P4H« und »Enerheat P4I«.

Mit Enerheat R-EH« wird die Lücke zwischen der Bereitstellung von Regelenergie und dem stabilen Betrieb von Wärmenetzen geschlossen. Momentan wird durch die großen  Übertragungsnetzbetreiber die Regelenergie geschaltet. Dies geschieht ohne Berücksichtigung der lokalen Netzsituation, was bedeutet, dass im Norden ein regionaler Überschuss besteht und unter Umständen im Süden aber die Regelenergie geschaltet wird. Im Bilanzkreis des ÜNBs ist alles okay, aber hilft dies den betroffenen Verteilernetzen? Wir sind sicher, dass diese Technik nicht nur für Betreiber von Biogasanlagen interessant ist, sondern auch für kommunale Energieversorger oder privaten Betreibern von Photovoltaikanlagen.

»Mit Power-to-Heat kann die Netzentlastung im Verteilernetz realisiert werden. Der Strom kann ohne Blindleistung aufgenommen werden und das Stromnetz stabilisieren. So können auch Stadtwerke problemlos die kurzfristige Bereitstellung von Regelenergie gewährleisten«, sagt Geschäftsführer Ludwig Heinloth.

Erfolgreiche Testanlage

Bestätigt wird dieser neue Ansatz durch ein Forschungsprojekt der Technischen Werke Ludwigshafen AG (TWL), bei dem im April 2015 eine erste Versuchsanlage in Betrieb genommen wurde. TWL hat in einem Heizwerk eine Power-to-Heat-Anlage mit einer Leistung von 150 kW errichtet. Dazu wurde ein bestehendes BHKW mit einer Leistung von 112 kWel umgebaut, so dass es künftig am Regelenergiemarkt teilnehmen und flexibel eingesetzt werden kann.

Eine Weiterentwicklung im Programm führte zu der Power-for-Home-Anlage mit Smart-Grid-Technik, der sogenannten P4H. Das System ermöglicht die optimale Nutzung des Eigenstromanteils, der zu gegebener Zeit keine andere sinnvolle Verwendung findet.

Bei der P4H-Anlage umströmt Heizwasser einen elektrischen Heizstab und wird dabei auf ein definiertes  Temperaturniveau erwärmt. Die SPS-Regelung sorgt für das ausgeglichene Zusammenspiel der technischen Bauteile und verbindet diese mit eventuell umgebender Technik, wie z. B. übergeordnete Steuerung, Pufferladung oder Signale von Direktvermarktern.

Die noch zu verwertende elektrische Energie wird gemessen und nach Vorgabe des Eigenstromanteils unter Berücksichtigung der weiteren Verbraucher im Haus in Wärme umgewandelt. Die Anlage arbeitet stufenlos im Leistungsbereich von 1 kW bis 9 kW. Das P4H-System kann webbasierend visualisiert werden, um die Steuerung ortsunabhängig den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen.

Die individuelle Abstimmung der einzelnen Komponenten ermöglicht es, die P4H flexibel in Klein- und Großanlagen einzubinden. Eine hydraulische Lösung mit offener flexibler Steuerung und zukunftssicheren Schnittstellen ermöglicht den Einsatz in den Bereichen Photovoltaik und kleineren BHKWs.

Besonders für Wohngebäude, landwirtschaftliche Betriebe, Hotels und kleinere Industriebetriebe ist die P4H wirtschaftlich einsetzbar. Auch Anlagen, die aus dem EEG fallen oder an Netzknotenpunkten mit Einspeiseverbot sitzen, können so das vorhandene Potenzial sinnvoll nutzen.

Ausbaustufe für das Gewerbe

Eine Ausweitung dieser eher kleineren »P4H« führte zur Entwicklung der »P4I«. Das »I« steht für Industrie und Großanlagen. In der Grundkonzeption funktioniert die »P4I« genau wie die »P4H«, wurde aber für Industriebetriebe oder BHKWs, die primär Regelleistung betreiben, konzipiert.

Technische Unterschiede, wie eine effiziente drehzahlgeregelte Pumpe und ein stufenloser Heizstab, gewährleisten bei Großanlagen einen reibungslosen wirtschaftlichen Betrieb. Der selbst erzeugte Strom kann tagsüber für Industriemaschinen verwendet werden und außerhalb der Betriebszeiten über die »P4I« in thermische Energie umgewandelt werden. Ein beispielhafter Einsatz der »P4I« zeigt sich bei Gerstner Metallbau GmbH in Pappenheim/Bayern. Im September 2015 wurde die »P4I« installiert, um den gerade nicht benötigten Strom der großen PV-Anlage 150 kW in Wärme umzuwandeln. Für Gerstner eine Investition, die sich ökonomisch als auch ökologisch auszahlt. Alle Power-to-Heat-Anlagen von ENERPIPE erfüllen alle gängigen Normen – DIN EN 12828 und DIN EN 61439 Teil 1 und 2. Die Anforderungen an das Heizungswasser sollten einer Wasserqualität nach VDI 2035 entsprechen, so wird Steinbildung und Korrosion vermieden. Die »Enerheat«-Anlagen werden in die Hydraulik der Hausanlage, wie herkömmliche Wärmeerzeuger, parallel eingebunden.