Wie vielseitig Energie sein kann, zeigt sich nicht nur anhand der unterschiedlichen Möglichkeiten, sie zu gewinnen – Energie kann zudem viele Formen annehmen und lässt sich in den unterschiedlichsten Medien speichern.
Diesen Vorteil nutzen Power-to-X-Technologien, die es erlauben, überschüssigen Strom dezentral umzuwandeln, etwa in Wärme oder Kraftstoff. Aus diesem Grund stellt Power-to-X – wobei X für das Endprodukt steht, in das elektrische Energie umgewandelt wird – eine wichtige Schnittstelle zwischen dem Strom-, Wärme- und Mobilitätssektor.
Power-to-Gas
Eine der bekanntesten Arten von Power-to-X ist Power-to-Gas. Dabei wird erneuerbare Energie mittels Wasserstoffelektrolyse in ein Brenngas umgewandelt. Dieses Brenngas kann anschließend in das öffentliche Gasnetz eingespeist, zwischengespeichert oder als Treibstoff genutzt werden. Wie wichtig diese Technologie für die Flexibilität des Energiesystems und die Versorgungssicherheit ist, hatte im Herbst eine Leitstudie der Dena unterstrichen.
Gerade für Industrieunternehmen seien gasförmige synthetische Brennstoffe nach wie vor wichtig, da energieintensive Industriezweige auch in Zukunft nicht vollständig elektrifiziert werden können. Auch bei einem hohen Grad an Elektrifizierung des Energiesystems wird Gas also ein wichtiger Bestandteil des zukünftigen Energiesystems sein.
Nicht nur auf dem Papier, sondern auch in der Praxis hat sich die Technologie bereits bewährt. So konnte die weltweit erste Pilotanlage, die Thüga 2014 auf dem Unternehmensgelände des Energieversorgers Mainova in Frankfurt in Betrieb genommen hat, insbesondere in punkto Wirkungsgrad alle Erwartungen übertreffen. In ihrem relevanten Lastbereich zwischen 50 und 325 Kilowatt erreicht die Gesamtanlage – von der Stromentnahme bis zur Gaseinspeisung – einen Wirkungsgrad von bis zu 77 Prozent, bezogen auf den Brennwert. Zudem zeigten die Projektpartner nach eigenen Angaben, dass Power-to-Gas prinzipiell auch für den Primärregelenergiemarkt geeignet ist.
Power-to-Liquid
Die Dena-Studie rät Deutschland, sich für globale Märkte für Power-to-Gas, aber auch für Power-to-Liquid einzusetzen. Bei dieser Power-to-X-Variante entstehen aus erneuerbarer Energie oder auch aus dem Gas einer Power-to-Gas-Anlage flüssige Kraftstoffe. Dank dieser Technologie ist es zum Beispiel möglich, mit Hilfe von Solarenergie und CO2 einen flüssigen Treibstoff herzustellen und die Sonne in den Tank zu holen. Eine Pilotanlage des KIT hat bereits die technische Machbarkeit dieses Verfahrens gezeigt und ist nun auf dem Weg in die Massenproduktion.
Eine weitere Anlage, die das Cleantech-Unternehmen Sunfire in Dresden betreibt, erlaubt nicht nur die Erzeugung von umweltfreundlichen Kraftstoffen oder Wachsen für die Chemieindustrie, sondern ist außerdem in der Lage, in den Brennstoffzellenmodus umzuschalten und dann Strom zu generieren.
Power-to-Heat
Eine weitere wichtige Powert-to-X-Technologie ist Power-to-Heat, die besonders für den Wärmesektor relevant ist. Dabei wird Wärme aus elektrischer Energie erzeugt. Power-to-Heat-Anlagen, wie sie die Stadtwerke Neumünster betreiben, dienen vor allem dazu, das Stromnetz als Puffer zu stabilisieren. Die 20-Megawatt-Anlage ist innerhalb von nur fünf Minuten erreichbar und fängt starke Schwankungen auf, die durch den Einsatz erneuerbarer Erzeugungsanlagen entstehen. Überschussstrom aus dem Netz wird in Dampf überführt und in das lokale Fernwärmenetz eingespeist, das etwa 20.000 private Haushalte und Unternehmen versorgt.
Auch in Wien versorgt seit Oktober dieses Jahres eine 20-Megawatt-Anlage 20.000 Haushalte. In der Anlage wird überschüssiger Strom in Elektrodenkesseln zur Erhitzung von Wasser genutzt. Über einen Wärmetauscher wird das rund 160 Grad Celsius heiße Wasser ins Fernwärmenetz eingespeist. Die Anlage besteht aus zwei separaten Anlagen mit je 10 Megawatt Leistung, die unabhängig voneinander betrieben werden können, und zwar immer dann, wenn ein Überangebot an Energie besteht.
Power-to-Cool
Eine ganz besondere Power-to-Heat-Anlage betreibt Gasag Solution Plus auf dem Euref-Campus in Berlin: Die Anlage verbindet Power-to-Heat mit der verwandten Technologie Power-to-Cool (P2H-/P2C). Die P2H-/P2C-Anlage besteht aus zwei Speichern mit je 22 m3 Kapazität sowie einem Elektroheizer mit 550 kWel Leistung. Sie nutzt überschüssigen Strom zum einen zur Erwärmung von Wasser.
Zum anderen ermöglicht eine Verbindung mit zwei Kompressionskältemaschinen nach gleichem Prinzip die lokale Kälteversorgung und gewährleistet das Speichern von überschüssigem Strom auch im Sommerbetrieb. Den Ausgleich einer zu geringen Netzspannung gewährleistet der Anschluss an ein Biomethan-BHKW.
Durch diese Kombination aus P2H-/P2C-Anlage und dem eingebundenen BHKW kann die Energiezentrale sogar sowohl bei Stromüberschüssen als auch bei geringem Stromangebot einen netzstabilisierenden Beitrag leisten.
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