Die Sektorenkoppelung gilt als Schlüssel für die Energiewende. Strom aus regenerativen Energien zur Erzeugung von Wärme zu nutzen, ist eine Möglichkeit. Power-to-Heat (PtH) ist eine flexibel einsetzbare Technologie, die den Strom- und Wärmesektor verbindet und somit zur Dekarbonisierung des Wärmesektors beiträgt. Kombiniert mit Wärmespeichern, kann eine PtH-Anlage immer dann Strom aufnehmen, wenn besonders viel davon zur Verfügung steht. Herrscht Flaute, kann der Speicher die Wärmeversorgung überbrücken.
Vattenfall will herausfinden, welche technischen, ökonomischen und regulatorischen Rahmenbedingungen notwendig sind, um eine für die Energiewende sinnvolle PtH-Anlage wirtschaftlich betreiben zu können. Knapp sechs Millionen Euro investiert der schwedische Energiekonzern in Testobjekt „Karoline“. Karoline ist ein sieben Meter hoher Elektroheizkessel, der mit Strom aus Windenergie Wasser erwärmt. Er funktioniert ganz ähnlich wie der gute alte Wasserkessel, er ist nur erheblich größer. Die PtH-Anlage in Hamburg ist mit einer Leistung von 45 Megawatt (MW) eine der größten in Deutschland und kann 13.500 Wohnungen mit Wärme versorgen. „Indem wir erneuerbaren Strom in stärkerem Maße auch für die Erzeugung von Wärme oder für industrielle Prozesse nutzen und so nach und nach fossile Energieträger ersetzen, werden wir wichtige Schritte in Richtung Energiewende gehen“, so Projektleiter Bernd Gross.
Abregelung vermeiden
Schon seit 30 Jahren betreibt der schwedische Energiekonzern in Hamburg einen Elektrokessel, um Wärme ins Netz einzuspeisen. Bisher nutzte er dafür aber Strom aus fossilen Energieträgern. Der neue Kessel läuft stattdessen mit regenerativen Energien und hat ein Volumen von 20 Kubikmetern, neue Komponenten, Trafo und Wärmetauscher. So wird daraus eine flexibel einsetzbare PtH-Anlage mit einer Umwälzmenge von bis zu 900.000 Liter Wasser pro Stunde. Karoline liefert den Hanseaten Wärme, wenn es besonders kalt und der Bedarf an Energie besonders hoch ist.
Der Elektroheizkessel soll aber auch Abschaltungen von Windkraftanlagen aus Schleswig-Holstein verhindern. Weht über der norddeutschen Tiefebene eine besonders steife Brise, wird mit dem Strom der Kessel in Betrieb gesetzt, statt die Windenergieanlagen abzuschalten und den Strom zu verschwenden. In Schleswig-Holstein ist das schon fast die Regel. 2017 wurden laut schleswig-holsteinischem Umweltministerium im Bundesland 2967 Gigawattstunden (GWh) Onshore-Strom abgeregelt – Offshore waren es 290 GWh.
In Hamburg und Berlin arbeitet Vattenfall an Power-To-Heat-Anlagen mit erneuerbaren Energien.
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„Power-to-Heat-Anlagen sind eine zukunftsweisende Schlüsseltechnologie für das Gelingen der Energiewende“, zeigte sich der Hamburger Bürgermeister Peter Tschentscher bei der Eröffnung der Anlage überzeugt. Karoline ist Teil des Großprojekts „NEW 4.0 – Norddeutsche EnergieWende 4.0“ in dem sich Hamburg und Schleswig-Holstein zusammengeschlossen haben, um 2035 komplett auf grünen Strom umzustellen. Die über 4,5 Millionen Einwohner sollen dann zu 100 Prozent durch erneuerbare Energien versorgt werden. In insgesamt 25 Demonstratoren werden dafür Lösungen für das Energiesystem der Zukunft unter Realbedingungen erprobt, die auch auf andere Bundesländer übertragen werden sollen. „Durch die Nutzung von erneuerbar erzeugtem Strom für die Wärmeversorgung kommen wir der Dekarbonisierung aller Sektoren ein großes Stück näher und leisten wirksamen Klimaschutz“, so der NEW 4.0-Projektkoordinator Werner Beba.
Berlin plant noch größer
Das ist jedoch nur ein kleiner Schritt auf dem Weg der klimaneutralen Wärmegewinnung. Vattenfall hält den Ausbau von PtH für die Fernwärmeversorgung bis zum Jahr 2030 in einem Umfang von 300 MW für möglich. In Berlin plant der schwedische Konzern in größeren Dimensionen als in der Hansestadt. In der Bundeshauptstadt wird der Steinkohleblock des Heizkraftwerkes Reuter im Bezirk Spandau durch Europas größte PtH-Anlage mit einer Leistung von 120 MW thermisch ersetzt. Das entspricht der Leistung von rund 60.000 handelsüblichen Wasserkochern.
In jedem der drei Elektrodenkessel werden 22.000 Liter Wasser auf bis zu 130 Grad Celsius erwärmt und zur Versorgung von bis zu 30.000 Haushalten mit Fernwärme genutzt. Dieses Jahr geht die PtH-Anlage in Betrieb, in die Vattenfall knapp 100 Millionen Euro investiert. „Die erneuerbare Energie, die wir dafür abnehmen, entspricht zehn Prozent des gesamten Berliner Strombedarfs im Sommer – oder der Leistung von 750.000 Kühlschränken“, so Gunther Müller, Vorstandschef der Vattenfall Wärme Berlin. Für Berlin ein wichtiges Projekt, will die Bundeshauptstadt bis 2030 doch vollständig aus der Kohlenutzung aussteigen und bis 2050 klimaneutral werden.