Wärme und Strommarkt als Partner

Bereits heute werden an sehr windigen Tagen Stromüberschüs­se produziert, die das Netz belasten und dafür sorgen, dass An­lagen abgeschaltet werden müssen. Allein in Schleswig-Holstein wurde 2013 Strom im Wert von 30 Mio. € abgeregelt.

Potential ölbeheizte Gebäude

Neben dem Strommarkt ist der Gebäudesektor ein weiterer wesentlicher Bereich für eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. Die Regierungspläne sehen hier bis 2050 eine Minderung des Primärenergiebedarfs in der Größenordnung von 80 % vor. Eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende kann daher nur erfolgen, wenn beim Umbau der Energieversorgung auch ein besonderer Fokus auf den Wärmemarkt gelegt wird. Mit Power-to-Heat in ölbasierten Hybridheizungen hat das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) ein Konzept entwickelt, das den Herausforderungen sowohl im Strommarkt als auch im Wärmemarkt Rechnung trägt.

Effiziente Ölheizungen können einen entscheidenden Beitrag für das Gelingen der Energiewende leisten. Schließlich beziehen gut 20 Mio. Menschen in Deutschland ihre Wärme daheim vom Energieträger Heizöl. Mehr als 5,6 Mio. Ölheizungen versorgen 11 Mio. Haushalte. Ein Schwerpunkt sind Ein- und Zweifamilienhäuser im ländlichen Raum, wo eine leitungsgebundene Energieversorgung vielfach nicht zur Verfügung steht. Ölheizungen werden daher auch in den kommenden Jahrzehnten ein Bestandteil der Wärmeversorgung in Deutschland sein, zumal der Einbau von Öl-Brennwertheizungen und die Kombination mit regenerativen Energieträgern in Hybridheizungen sehr kosteneffiziente Sanierungsmaßnahmen für das Erreichen der klimapolitischen Ziele sind. Sie können insbesondere sozialverträglich realisiert werden, da unnötig hohe Kosten für Hauseigentümer und Mieter vermieden werden.

Sichere Grundversorgung aus dem Heizöltank

Eine fast schon klassische Hybridlösung ist die Kombination eines Öl-Brennwertgeräts mit Solarthermie. Mehr als jedes dritte (37 % neu installierte Öl-Brennwertgerät wurde im Jahr 2013 mit einer thermischen Solaranlage kombiniert. Das zeigt eine IWO-Befragung von Handwerksbetrieben. Auch bei der Solarerweiterung bestehender Heizungen weisen Ölheizungen einen großen Anteil auf. Vermehrt wird in solchen Anlagen zusätzlich ein wasserführender Holzkaminofen integriert. Bei dieser Anlagenkonfiguration übernimmt in den Sommermonaten die Solaranlage nahezu ausschließlich die Warmwasserbereitung. In den Übergangsmonaten und im Winter trägt, je nach Nutzergewohnheiten, der wasserführende Kaminofen einen beachtlichen Anteil der Wärmeversorgung des Hauses. Erst wenn Sonne und Holzofen den Wärmebedarf des Gebäudes nicht mehr allein decken können, also vorwiegend innerhalb weniger Wintermonate, schaltet sich automatisch der Brennwertkessel hinzu. So wird, auf das gesamte Jahr bezogen, ein beträchtlicher Anteil der benötigten Wärmeenergie regenerativ erzeugt.

In ölbeheizten Ein- und Zweifamilienhäusern könnten hybride Heizsysteme in den nächs­ten Jahren von der Nischen- zur Standardlösung werden. Denn diese Gebäude verfügen in der Regel über genügend Platz für Speicher, Heizgerät und Kaminofen sowie über ausreichend Dachfläche für Solarkollektoren. Der Heizölvorrat im Tank sichert bei Bedarf die Grundversorgung ab. Weil es selbst in kleinen Mengen kostengünstig trans­­portiert und langfristig vor Ort gelagert werden kann, eignet sich Heizöl sehr gut als Komple­men­tär­energie zu den erneuerbaren Energien. Leitungsgebundene Energieträger hin­gegen dürften bei geringen Abnahmemengen eher an wirtschaftliche Grenzen stoßen, insbesondere in weniger dicht besiedelten Gebieten.

Ein Wärmespeicher für alle Optionen

Hybridheizungen müssen nicht in einem Zug installiert und finanziert werden. Sie können auch stufenweise ausgebaut und selbst Jahre später noch um einen weiteren Energieträger ergänzt werden. Auch die Kombinationsvarianten sind vielfältig. So kann beispielsweise zunächst ein wassergeführter Kaminofen zugebaut werden und zu einem späteren Zeitpunkt eine Solarthermieanlage oder der dann fällige neue Brennwertkessel installiert werden. Das macht Hybridlösungen für den Hausbesitzer attraktiv, wie IWO-Befragungen von Ölheizungsbetreibern zeigen. Für den Markterfolg ist allerdings entscheidend, dass auch der Investitionsaufwand für den kompletten Ausbau für Hausbesitzer interessant ist.

Eine wesentliche technische Voraussetzung für den Ausbau der bestehenden Heizung zum multivalenten Heizsystem ist das Vorhandensein eines Wärmespeichers, an den weitere Wärmequellen angebunden werden können. Denn da bei regenerativen Energieträgern Wärmeangebot und Wärmebedarf oft zeitlich versetzt auftreten, wird ein großvolumiger (häufig 500 bis 1000 l), gut isolierter Pufferspeicher benötigt, um die Wärme aus den erneuerbaren Energiequellen so lange bevorraten zu können, bis sie angefordert wird.

Zugleich kann der Wärmespeicher als hydraulische Weiche für die unterschiedlichen Temperaturen und Volumenströme im Heizungssystem fungieren. Die notwendige Speichergröße richtet sich nach den individuellen Gegebenheiten. Bei entsprechendem Wärmebedarf, etwa in größeren Häusern, kann die Gesamtkapazität mit zusätzlichen Pufferspeichern erweitert werden.

Ökostrom für den
heimischen Wärmevorrat

Fachleute erwarten, dass der weitere Ausbau von Windkraft und Photovoltaik immer öfter zu einem Überangebot von Strom führen wird. Da geeignete Stromspeichertechnologien auch auf längere Sicht nicht ausreichend bzw. nicht wirtschaftlich zur Verfügung stehen werden, wird es zunehmend attraktiver, die Nachfrage nach Strom dem Angebot anzupassen. Power-to-Heat wandelt Angebotsspitzen, die auf dem Strommarkt sonst keine Verwendung fänden, mit einer elektrischen Heizeinrichtung in Wärme um und speist die Energie in Wärmespeicher für Trinkwarm- oder Heizungswasser ein und vermag die Hybridheizung so um eine weitere Komponente zu ergänzen. Hybridheizungen könnten dadurch erhebliche Mengen ansonsten abgeregeltem Strom aufnehmen und bevorraten. Das haben die Forschungsgesellschaft für Ener­gie­wirt­schaft (FfE) sowie das Zentrum für Innovative Energiesysteme (ZIES) in voneinander unabhängigen Untersuchungen aufgezeigt.

Der Vorteil: Anders als z. B. reine Elektroheizungen (wie monovalente Strom-/Wärmepumpen oder Nachtstromspeicherheizungen) benötigen Power-to-Heat-fähige Ölheizungen keine zusätzlichen Reservekraftwerkskapazitäten, die mit großem Kostenaufwand bereitgehalten werden müssten (vgl. aktuelle Diskussionen zum Thema Kapazitätsmarkt). Heizöl ist als „Backup-Energie“ stets verfügbar. Zudem entstehen keine zusätzlichen Kosten für eine Netzinfrastruktur, da der Ener­gie­träger leitungsungebunden ist. Dass die Idee funktioniert, zeigt ein Referenzobjekt des IWO in Berlin.

Das am westlichen Stadtrand gelegene Einfamilienhaus verfügt über ein modulierendes Öl-Brennwert-Heizgerät mit 5 bis 15 kW Leistung, eine elektrische Heizeinrichtung mit 9 kW Leis­tung sowie einen Pufferspeicher mit 500 l Fassungsvermögen. Die elektrische Heizeinrichtung wurde wie ein Heizkessel über eine eigene Umwälzpumpe mit dem Pufferspeicher verbunden. Die Ansteuerung erfolgt über eine separate Kommunikations­box, auf die die Leitwarte eines Stromhändlers jederzeit über das Mobilfunknetz zugreifen kann. Auf diese Weise kann die Heizeinrichtung Strom aus dem Netz nutzen, wenn dort gerade zu viel davon vorhanden ist.

Wichtiger Beitrag zur Stabilität der Stromnetze

Durch die gezielte Einbindung von Überschussstrom in Hybridheizungen wird eine wertvolle Systemdienstleistung für den Strommarkt möglich, denn dies erhöht die Stabilität der Netze. Durch die netzdienliche Strom-Nachfragesteuerung von Power-to-Heat-fähigen Hybridheizungen wird zudem der Druck auf den Netzausbau gemildert, da Stromerzeugungsspitzen unmittelbar regional genutzt werden können. Hilfreich ist hierbei die regionale Nähe ölbeheizter Gebäude zu Windkraftanlagen und großen Photovoltaikanlagen. Das IWO-Konzept vernetzt den Strom- mit dem Wärmemarkt und hilft so effizient, mit einem überschaubaren Kostenaufwand für öffentliche wie private Haushalte, die Ziele der Energiewende zu erreichen. Für die Hausbesitzer, die Power-to-Heat nutzen, bietet sich der Vorteil, dass sie dadurch ihren fossilen Brennstoffverbrauch weiter reduzieren können. Für Besitzer einer Photovoltaikanlage ist überdies noch ein weiterer Aspekt interessant: Sobald die Einspeisevergütung für selbst erzeugten Solarstrom so weit abgesunken ist, dass die Wärmeerzeugung mit diesem, sonst ins öffentliche Netz eingespeisten, Strom günstiger möglich ist als mit der Ölheizung, wird dieser Strom zur Wärmeerzeugung mittels Power-to-Heat-Element genutzt.

Fazit

Erste Praxiserfahrungen belegen, dass das Power-to-Heat-Konzept des IWO grundsätzlich funktioniert. Bis die Zukunft des Heizens beginnt und die Lösung im „Massengeschäft“ eingesetzt werden kann, sind aber noch einige Hürden zu nehmen. Hierzu zählt vor allem die Bereitstellung einer preisgünstigen Kommunikationstechnik zur externen Ansteuerung des Elektroheizers. Wenn diese zukünftig bereits in die Elektronik von Heizgeräten integriert oder als Großserienprodukt auf dem Markt verfügbar wäre, würde dies die Investitionskosten für die Endverbraucher auf ein günstiges Maß senken. Durch die Einführung variabler Stromtarife und die Reduzierung von Umlagen sowie Entgelten auf ansonsten abgeregelten Strom wäre auch eine wirtschaftliche Motivation für den Endkunden gegeben, Überschussstrom in sein Hybridsystem einzubinden.