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Power to Heat – Eine sinnvolle Möglichkeit im Zeichen der Energiewende?

25.06.2020
Hinter dem Schlagwort Power to Heat steckt im Wesentlichen eine Technologie, die überschüssigen Strom für die Erzeugung von Wärme nutzt. Sie ist auch unter den Bezeichnungen PtH oder P2H geläufig und neben ‚Power to Gas‘ und ‚Power to Liquid‘ eine der drei Formen der ‚Power-to-X‘-Konzepte. PtH-Anlagen werden als ein Baustein der klimafreundlichen Wärmeerzeugung betrachtet.
Power-to-Heat
Bild: © f:data GmbH

Wie funktioniert die Power-to-Heat-Technologie?

PtH hat nichts mit dem Prinzip einer Nachtspeicherheizung zu tun: Diese Technik, die sich heute praktisch nur noch in Altbauten findet, gehört zu den teuersten und ineffektivsten Möglichkeiten, sein Haus mit Heizwärme und Warmwasser zu versorgen.
Für die Power-to-Heat-Technologie werden überwiegend erneuerbare Energieträger eingesetzt. Wenn beispielsweise eine Photovoltaikanlage mehr Strom erzeugt, als vor Ort gebraucht wird, wird dieser Strom nicht ins öffentliche Stromnetz eingespeist und vergütet, sondern genutzt, um das Gebäude zu beheizen, Brauchwasser zu erwärmen oder er wird in einem Solarstromspeicher gelagert, bis er verwendet werden kann. Wenn es an weniger sonnigen Tagen keinen Stromüberschuss gibt, füllt ein anderer Energieträger diese Lücke und liefert die benötigte Wärme. PtH ist also in ein Hybridsystem eingebunden. Dahinter steht die Erkenntnis, dass sich Wärme leichter speichern lässt als Strom. Und es kommt auch der Umwelt zugute: Da dieser Strom aus erneuerbaren Energien stammt, hilft er, den Treibhausgasausstoß im Bereich der Wärmeenergie zu senken.
PtH-Anlagen kommen nicht ohne eine automatische Steuerung aus, die die erzeugte Energiemenge rund um die Uhr optimal verteilt. Das übernehmen Home Energy Management Systeme (HEMS), die auch schlicht als Energiemanager bezeichnet werden können. Dank ihnen werden kleine Batterie- und Solarenergiespeicher rentabler. Es handelt sich dabei um Technologieplattformen, die sich sowohl aus Hard- als auch Software zusammensetzen und die es ihren Nutzern ermöglichen,
  • die Energieerzeugung zu überwachen,
  • den Energieverbrauch abzulesen sowie
  • diesen manuell oder automatisiert zu steuern.
Für ein HEMS ist ein Knotenpunkt (Hub) nötig, mit dem die Kommunikation zwischen dem Nutzer und den technischen Abläufen gewährleistet wird. Ein Hub wird entweder auf einer Schalttafel installiert oder virtuell realisiert, sofern ein HEMS ausschließlich in einem Drahtlosnetzwerk betrieben wird. In das System können optional weitere Komponenten wie z. B. „intelligente“ Steckdosen oder Geräte, Temperatur- oder Lichtsensoren integriert werden. Die eingesetzte Software ist die Schnittstelle, die den Zugriff auf die Überwachungsdaten und die Kontrollfunktionen des Systems ermöglicht. In der Regel wird die Benutzeroberfläche über ein Webportal oder eine App realisiert.
Zwar arbeiten HEMS nicht einheitlich, aber einige Merkmale haben sie gemeinsam:
  • Sie liefern Informationen über die Geräte, z. B. welche Geräte an- oder ausgeschaltet sind oder wie hoch der Energieverbrauch der einzelnen Geräte ist.
  • Sie dokumentieren die Genauigkeit der Zeitdaten, also beispielsweise welcher der kleinste zeitliche Schritt ist, den das System verfolgt oder der dem Nutzer angezeigt wird.
  • Sie geben darüber Aufschluss, ob das System den Nutzer auf Trends oder Probleme hinweist, die er anderenfalls nicht ohne eine eigene Datenanalyse erkannt hätte.
Benutzer können mithilfe eines HEMS beispielsweise
  • Geräte aus der Ferne ein- oder ausschalten,
  • Geräte nach einem bestimmten Zeitplan arbeiten lassen oder
  • den Energiefluss der Photovoltaikanlage durch das Gebäude oder hinein in oder hinaus aus Batterien verwalten.

Diese Hybrid-Kombinationen sind mit der Power-to-Heat-Technologie möglich

Wer PtH nutzen möchte, kann sich für eine dieser Varianten entscheiden:
  • Der überschüssige Strom aus der Photovoltaik-Anlage wird im Pufferspeicher gelagert, der durch einen Heizstab ergänzt wird. Mit einer Pelletheizung wird bei Bedarf Wärme erzeugt.
  • Die Photovoltaik-Anlage kann durch eine Wärmepumpe und einen Pufferspeicher ergänzt werden. Wärmepumpen, die mit selbst produziertem Solarstrom arbeiten sollen, benötigen eine Regelungstechnik, mit der sie in ein „intelligentes“ Stromnetz (Smart Grid) eingebunden werden.
  • Der überschüssige Strom aus der Photovoltaikanlage wird im Pufferspeicher gelagert, der über einen Heizstab verfügt. Ergänzend kommt eine Gas- oder Öl-Brennwertheizung zum Einsatz.

Ist Power to Heat für private Haushalte wirtschaftlich sinnvoll?

Für den privaten Bereich spricht man von einer lohnenden Investition, wenn sich Maßnahmen nach spätestens zehn Jahren amortisiert haben. Im Auftrag des Instituts für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO) fand das Hamburgische WeltWirtschaftsInstitut (HWWI) schon 2014 heraus, dass Betreiber einer Gas- oder Ölheizung schon nach neuneinhalb Jahren die infolge einer Modernisierung mit PtH entstehenden Kosten wieder hereingeholt haben. Die Forscher kamen zu diesem Ergebnis, indem sie zwei verschiedene Szenarien entworfen haben, deren Zeithorizont bis 2020 bzw. 2032 reichte. Setzt man steigende Energiepreise voraus, ergibt sich die o. g. Zeitspanne bis zur Amortisation. Sollten die Energiekosten über den ganzen Zeitraum konstant bleiben, dauert es etwa doppelt so lange.
Die Wissenschaftler bemängelten, dass die Heizstäbe noch nicht kostengünstig unmittelbar in das Heizgerät installiert würden. Sobald dies der Fall sei, wirke sich das günstig auf die Amortisationsdauer aus. Ungeachtet dessen schneiden Power-to-Heat-Anlagen in dieser Hinsicht jedoch deutlich besser als andere Energiesparmaßnahmen ab: Beispielsweise amortisiert sich eine nachträglich aufgebrachte Fassadendämmung mit einem Wärmedämm-Verbundsystem (WDVS) im Durchschnitt erst nach 15 Jahren.

Auch das ist möglich: Strom aus dem öffentlichen Netz speichern

In den letzten Jahren hat das Angebot von Solar- und Windstrom deutlich zugenommen. Die Anlagen erzeugen oft mehr Energie, als verbraucht werden kann und gefährden deshalb an sonnen- bzw. windreichen Tagen die Stabilität des Stromnetzes. Deshalb ist es oft nötig, ihre Leistung herunterzufahren. Das ist der Grund, warum viele Windräder an windigen Tagen stillstehen. Würden Pufferspeicher zur Verfügung stehen, um überschüssige Energie aufzunehmen, könnten die Betreiber durch das Vorhalten ihrer netzregulierenden negativen Regelleistung Einnahmen generieren.
Dieser Effekt ist bei Fernwärme noch deutlicher. Bislang wird Fernwärme überwiegend aus Kohle- oder Gaskraftwerken bezogen, in denen mithilfe von Kraft-Wärme-Kopplung Wasser erhitzt wird. Wird der Strom jedoch auf der Grundlage von erneuerbaren Energien erzeugt, ist es möglich, die Verwendung von Erdgas oder -öl zu verringern und damit die Emissionen zu reduzieren.
Dieser Artikel wurde verfasst von Frank Hartung, unabhängiger Bauberater, Baumediator und Inhaber von www.hausbauberater.de.
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