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    So funktioniert eine Power-to-Heat-Anlage

    Power-to-Heat wandelt elektrische Energie in Wärme um. Wir erklären, nach welchem Prinzip eine Power-to-Heat-Anlage funktioniert und welche Vorteile sie für private Haushalte und das Fernwärmenetz mit sich bringt.

    Die Power-to-Heat-Technologie findet sich in nahezu jedem Haushalt: beispielsweise in Form von Wasserkochern, Durchlauferhitzern oder Wärmepumpen. In einem Satz zusammengefasst bedeutet Power-to-Heat (PtH) die Erzeugung von Wärme durch elektrische Energie. Doch PtH kann viel mehr leisten, als uns den Alltag zu erleichtern: Die Technologie gilt als eine der vielversprechendsten Möglichkeiten im Kampf gegen den Klimawandel – und kann massiv zur Reduktion von CO₂-Emissionen beitragen.

    Wasserkocher und Wärmepumpe: Wie funktioniert Power-to-Heat?

    Und so funktioniert das Prinzip: Im Wesentlichen gibt es zwei verschiedene PtH-Systeme – solche, die den zugeführten Strom direkt in Wärme umwandeln, und solche, die Strom lediglich als Antrieb nutzen, um aus anderen Quellen Wärme zu gewinnen.

    Ein typisches Beispiel für die erste Variante sind Wasserkocher: Sie nutzen den Strom aus der Steckdose, wandeln ihn in Hitze um und bringen dadurch Wasser zum Kochen. Auch der elektronische Durchlauferhitzer für die Dusche oder den Wasserhahn folgen diesem Prinzip. In diesen beiden Fällen wird Stromenergie direkt in Wärme umgewandelt.

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    Auch Wärmepumpen funktionieren nach dem Power-to-Heat-Prinzip.

    Ein Beispiel für die zweite Variante der PtH-Technologie sind Wärmepumpen. Sie übersetzen Stromenergie nicht direkt in Wärmeenergie, sondern nutzen Elektrizität lediglich für ihren eigenen Antrieb. Die Wärmepumpe hebt die in der Regel niedrige Temperatur der Umweltwärme, beispielsweise der Umgebungsluft, des Grundwassers oder des Bodens, auf eine höhere Temperatur an, sodass sie für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet werden kann (mehr dazu in unserem Artikel „So funktioniert eine Wärmepumpe“). Für den Antrieb der Wärmepumpe ist in der Regel Strom erforderlich. Doch mit jeder eingesetzten Kilowattstunde Strom lässt sich die drei- bis vierfache Menge Nutzwärme erzeugen. Wärmepumpen gelten daher als besonders effiziente Power-to-Heat-Anlagen für Privathaushalte und finden sich schon heute in knapp 40 Prozent aller neuen Wohnhäuser.

    Fernwärme durch Power-to-Heat

    In größerem Maßstab wird Power-to-Heat von Stadtwerken und anderen Energiedienstleistern angewendet, um Fernwärme zu erzeugen. Eine solch große PtH-Anlage funktioniert nach einem ganz ähnlichen Prinzip wie ein Wasserkocher. Ihr Herzstück bildet ein Elektrodenkessel: eine Art Tank, in dem sich Wasser befindet, das mithilfe von Elektroden durch Wechselspannung erhitzt wird. Ein solcher Heißwassererzeuger hat in Bezug auf den eingesetzten Strom einen energetischen Wirkungsgrad von 99,9 Prozent, es geht also kaum Energie verloren. Das auf diese Weise erhitzte Wasser wird über einen Wärmetauscher in das Fernwärmenetz eingespeist.

    99,9
    Prozent
    beträgt der energetische Wirkungsgrad eines Elektrodenheizkessels. Er wandelt elektrische Energie also nahezu ohne Verlust in Wärmeenergie um.

    In Kombination mit einem Wärmespeicher ist es sogar möglich, Erzeugung und Verbrauch der Wärme über längere Zeiträume zu entkoppeln. Dann muss die erzeugte Wärme nicht direkt in das Fernwärmenetz eingespeist werden, sondern kann zunächst gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt abgerufen werden. Diese Kombination wird seit 2020 auch im enercity-Kraftwerk Hannover-Herrenhausen eingesetzt: Der Elektrodenkessel mit einer Leistung von 20 Megawatt erreicht eine Betriebstemperatur von bis zu 155 Grad Celsius. Er wandelt Strom zur direkten Einspeisung in das enercity-Fernwärmenetz um, wird aber auch eingesetzt, um das 98 Grad Celsius warme Wasser aus dem angeschlossenen Fernwärmespeicher nachzuheizen. Denn vor allem im Winter braucht das Fernwärmenetz Vorlauftemperaturen von bis zu 120 Grad.

    Infografik Power-to-Heat
    Power-to-Heat eignet sich besonders gut, um erneuerbare Energie wie Windkraft und Photovoltaik in ein Wärmenetz zu integrieren.

    Wie Power-to-Heat die Energiewende vorantreibt

    Große PtH-Anlagen können ein Problem der Energiewirtschaft in Deutschland lösen: Zwar stammt schon heute mehr als ein Drittel des hierzulande erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen. Aber die Energieträger der Zukunft, wie Wind- oder Solarkraft, werden heute noch nicht vollständig genutzt. An manchen Tagen wird mehr Wind- und Solarstrom erzeugt, als das Netz aufnehmen beziehungsweise transportieren kann oder die Stromkunden benötigen. Häufig werden dann Anlagen abgeschaltet. Allein im Jahr 2019 blieben deswegen mehr als fünf Milliarden Kilowattstunden aus erneuerbaren Energien ungenutzt.

    Kraftwerk Herrenhausen
    Am Standort Hannover-Herrenhausen betreibt enercity seit 2020 eine eigene Power-to-Heat-Anlage mit direkter Anbindung an das enercity-Fernwärmenetz.

    Mithilfe von Power-to-Heat-Anlagen kann dieser bisher ungenutzte Strom aus erneuerbaren Quellen für die Erzeugung grüner Fernwärme verwendet werden. Auf diese Weise kann langfristig auch der Anteil fossiler Energiequellen in der Fernwärmeerzeugung sinken. Noch sind Großanlagen, die das Power-to-Heat-Prinzip nutzen, allerdings nicht flächendeckend in Deutschland verbreitet. 2019 nutzten knapp 40 Großanlagen den Überschuss aus erneuerbaren Energien, um Fernwärme zu erzeugen. Die Technologie bietet jedoch großes Potenzial, den Anteil erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung zu steigern. Im Jahr 2020 betrug dieser mit 179,9 Milliarden Kilowattstunden etwa 15,2 Prozent.

    Text: Manuel Stark. Fotos: Shutterstock, enercity AG.

    17. Oktober 2021
    Erneuerbare Energien
    Klimaschutz
    Grüne Wärme

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