Mit einem Verbrauch von zuletzt 245 TWhLHV nutzt die Industrie knapp 30 Prozent des in Deutschland verbrauchten Erdgases. Ein Großteil davon wird derzeit für die Produktion von Prozesswärme genutzt. Um den Erdgasverbrauch und die daraus entstehenden Treibhausgasemissionen zu verringern, muss auch hier die Elektrifizierung vorangetrieben werden. Power-to-Heat-Lösungen ermöglichen es, Prozesswärme effizient zu dekarbonisieren. Insbesondere für den Temperaturbereich unterhalb von 500°C, auf den knapp die Hälfte des industriellen Wärmebedarfs entfällt, bietet sich die Gewinnung von Prozesswärme durch Strom aus erneuerbaren Energiequellen an. Die Kombination mit Wärmespeichern bringt zusätzliche Flexibilität.
Power-to-Heat: Wie Strom zu Wärme wird
Die Umwandlung von Strom in Wärme, bekannt als „Power-to-Heat“ (kurz: PtH), bietet eine effiziente Möglichkeit, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien in Wärme umzuwandeln, die sich einfacher speichern lässt. Grundsätzlich wird in zwei Power-to-Heat-Systeme unterschieden: Zum einen gibt es die Möglichkeit, Strom direkt in Wärme umzuwandeln. Im industriellen Kontext werden hierfür primär Elektrodenkessel verwendet. In diesen kann erneuerbarer Strom mit Hilfe von in Salzwasser schwimmenden Elektroden fast eins zu eins in Wärme umgewandelt werden. So wird aus einer Kilowattstunde Strom nur etwas weniger als eine Kilowattstunde Wärme.
Eine zweite PtH-Option ist die Verwendung von Strom als Antrieb für Wärmepumpen. Diese nutzen den Strom, um die verfügbare Umweltwärme – von Grundwasser, Boden oder Umgebungsluft – auf ein höheres Temperaturniveau zu heben. Dabei wandeln sie jedes Kilowatt Strom in die drei- bis vierfache Menge Nutzwärme um, was eine besonders wirkungsvolle Nutzung des verfügbaren Stroms darstellt.
Sektorenkopplung durch Power-to-Heat
Power-to-Heat spielt auch in Bezug auf die Systemintegration der erneuerbaren Energiequellen ein wichtige Rolle. Durch ihre Volatilität wird es in Zukunft im Strommarkt zunehmend zu Situationen mit einem Angebotsüberschuss kommen. Die Umwandlung dieser überschüssigen Energie in Wärme eröffnet weitere Nutzungsmöglichkeiten und führt zu einem höheren erneuerbare Energien-Anteil im Wärmesektor. So ergibt sich eine sinnvolle Kopplung der Sektoren Strom und Wärme bei gleichzeitiger Reduzierung der Verwendung von fossilen Energieträgern.
Integration von Wärmespeichern in industriellen Power-to-Heat-Lösungen
Darüber hinaus kann Wärme im Gegensatz zu Strom unkompliziert und mit vergleichsweise geringen Verlusten gespeichert werden. Gerade in der Industrie ist daher die Kombination von Power-to-Heat-Systemen mit Lösungen zur Speicherung von Wärme aus unterschiedlichen Aspekten sinnvoll.
Stromkosten senken durch mehr Flexibilität & Energieeffizienz
Industrieunternehmen erreichen durch Power-to-Heat-Systeme eine höhere Flexibilität, indem sie verfügbaren Strom in Wärme umwandeln und mit Hilfe von Wärmespeichern für eine spätere Nutzung sichern. Durch die Integration von thermische Energiespeichern wie beispielsweise der ThermalBattery™ von ENERGYNEST, die Energie in Form von Wärme bei Temperaturen bis zu 450°C speichert und bei Bedarf wieder in die Produktionsprozesse einspeist, werden Unternehmen deutlich flexibler, wann und zu welchen Preisen sie ihren Strom beziehen. Unternehmen haben in Zeiten hoher Stromverfügbarkeit die Möglichkeit, diesen besonders kostengünstig einzukaufen und so zusätzliche Lasten zu mobilisieren. So können erneuerbare Energiequellen effizient integriert werden. Unternehmen sind so in der Lage, die Lieferung von Strom und dessen Nutzung für ihre Produktionsprozessen zeitlich zu entkoppeln und die Energie für spätere Zeitpunkte zu speichern, was zu einer deutlich effizienteren Nutzung des vorhandenen Stroms führt.
CO2-Reduktion in industriellen Prozessen
Gleichzeitig treiben Unternehmen die eigene Energiewende und Dekarbonisierung ihrer Prozesswärme an, indem sie durch die reduzierte Nutzung fossiler Brennstoffe ihre CO2-Emissionen verringern. Prozesswärme, die in der Industrie an vielen Stellen zum Beispiel bei Trocknungsprozessen in der Papier- und Lebensmittelbranche gebraucht wird, wird durch Power-to-Heat unter Verwendung erneuerbarer Energien CO2-neutral. Gasheizkessel können durch moderne Power-to-Heat-Systeme und Energiespeicherlösungen ersetzt werden. Unternehmen können so fossile Brennstoffe unkompliziert reduzieren oder sogar vollständig ersetzen, ohne die Versorgungssicherheit für ihre Prozesse zu gefährden.
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