Foto von der Travoanlage auf dem Geländer der Stadtwerke Flensburg

15.04.21

Wie die zentrale Wärmespeicherung und -versorgung zur Energiewende beiträgt

Neben Wirbelschichtkesseln und erdgasbetriebenen Erzeugungsanlagen verfügen die Stadtwerke Flensburg über einen Elektrodenheizkessel mit einer Leistung von 30 MW sowie einen Elektroheizer mit 10 MW in einem Reserveheizwerk. Im Heizkraftwerk Tarp, einer Nachbargemeinde Flensburgs, in der die Stadtwerke Fernwärmeversorger sind, wird ein kleinerer Elektroheizer mit 800 kW eingesetzt.

Elektroheizer können genutzt werden, um überschüssigen erneuerbaren Strom in thermische Energie (Power-to-Heat) umzuwandeln. Die aus dem Überschussstrom erzeugte Wärme kann in großen Warmwasserspeichern gelagert und bedarfsabhängig in das Fernwärmenetz eingespeist werden.

Energiespeicherung als Erfolgsbeispiel der Sektorenkopplung

Die Aufnahme des Überschussstromes trägt dazu bei, dass erneuerbare Erzeugungsanlagen, wie Windkraft- oder Photovoltaikanlagen, in ihrer Stromproduktion nicht gedrosselt oder sogar abgeschaltet werden müssen, wenn eine Überlastung der Stromnetze droht. Diese Umwandlung von Strom in Wärme ist ein erfolgreiches Beispiel für die sogenannte Sektorenkopplung.

  • Was versteht man unter Sektorenkopplung?

    Unter der Sektorenkopplung wird die physische Kopplung verschiedener Infrastrukturen der Energieversorgung verstanden. Dabei werden die Sektoren Energiewirtschaft (Strom, Wärme, Gas), Mobilität und Industrie miteinander verknüpft.

    Das Ziel der Sektorenkopplung ist, die Potentiale der erneuerbaren Energien nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch in den Sektoren Wärme, Gas sowie in der Mobilität und Industrie nutzbar zu machen. Dadurch wird der Einsatz fossiler Energieträger wie z.B. Kohle, Erdöl und Erdgas reduziert.

Schematische Abbildung zur Funktion der Wasserstofftechnologie mit Elektrodenheizkessel.

Abb. 2: Funktionsweise einer power to heat - Anlage, Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH

Zentrale Wärmenetze als Voraussetzung für funktionierendes Power-to-Heat

Die Sektorenkopplung funktioniert nur effizient mit einem zentralen, größeren Wärmenetz, da der Anlagenaufwand für kleinere dezentrale Wärmenetze zu aufwändig wäre. Die Energieumwandlung und -speicherung (Power-to-Heat) wird bei den Stadtwerken Flensburg schon seit einigen Jahren ausgeübt.

Unabhängig davon, ob der Strom bei den Stadtwerken mittels Wirbelschichtkessel, GuD-Anlage erzeugt oder extern als erneuerbarer Strom zugekauft wird: Ein ausreichend dimensionierter Wärmespeicher zur Schaffung von Mengen- und Preisflexibilität ist unverzichtbar. Dieses Erzeugungskonzept mit zentraler Einspeisung in ein Wärmenetz schafft die Möglichkeit, den Wärmebedarf flexibel zu decken.

Bei Haushalten und Betrieben, deren Wärmeversorgung ausschließlich über Einzelfeuerungsanlagen wie Öl- oder Gasheizungen funktioniert, wäre ein derartiges flexibles Erzeugungskonzept nicht realisierbar. Genauso wenig, wie eine zeitnahe Erreichung einer CO2-Neutralität machbar wäre.

Die zentrale Wärmespeicherung und -versorgung unter Einsatz erneuerbaren Stromes leistet einen wesentlichen Beitrag zur Energie- bzw. Wärmewende und somit für den Klimaschutz.

Klaus Schrader, Leiter Strategische Sonderprojekte

Alternative Methoden der Stromspeicherung: Power-to-Gas und E-Mobilität

Eine weitere, aber immer noch recht kostenintensive Möglichkeit der Stromspeicherung, ist die Umwandlung von Strom in Gas (Wasserstoff, synthetisches Methan) als Power-to-Gas. Eine direkte Stromspeicherung findet in Großakkumulatoren statt.

Eine andere Form der Sektorenkopplung und Stromspeicherung ermöglicht die Elektromobilität. Mit Überschussstrom können Fahrzeugbatterien geladen werden. An der Nutzbarkeit der Akkus als flexible Stromspeicher mit einer Entlademöglichkeit zur Stromabgabe zurück in das Stromnetz wird ebenfalls geforscht.

EU-Projekt “DG-Store“ forscht an weiteren Stromspeichermöglichkeiten

Ein EU-Forschungsprojekt mit deutschen und dänischen Partnern unter dem Titel „DG STORE“ untersucht verschiedene Stromspeichermöglichkeiten. So steht z. B. die Betriebsoptimierung eines Elektrodenheizkessels in Verbindung mit einem Wärmespeicher in Hinsicht zukünftiger Erzeugungsstrategien auf dem Prüfstand. Und auch die Entladung von Fahrzeugbatterien betrieblicher PKW-Flotten wird betrachtet.

Promotionsfoto zur Energiewende und der Elektromobilität.

Abb. 3: Elektromobilität als Stromspeicher, Quelle: Stadtwerke Flensburg GmbH


Die aufwendigen Netzberechnungen und -simulationen hinsichtlich des Stromaustausches über die Stromnetze werden von Hochschulen unterstützt und begleitet.

In diesem Forschungsprojekt werden nicht nur Elektro-PKW und deren Ladeverhalten untersucht, sondern auch die Ladeinfrastruktur zum Betrieb von Elektrobussen, die über einen größeren Stromspeicher verfügen.

Klaus Schrader, Leiter Strategische Sonderprojekte

Abb. 4: interreg Projekt DG Store, Quelle: DG-STORE.EU

Plakat über die Energiewende.