Power Sharing

Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft, Blockheizkraftwerke, Biomasse, Energiespeicher, Elektromobilität... Im Virtuellen Kraftwerk laufen all diese Technologien zusammen, um die geringe Anschlussleistung einzelner erneuerbarer Erzeuger und regelbarer Verbraucher zu kompensieren und Synergieeffekte zu erzielen. Hieraus ergibt sich ein großes Potential, die zukünftig geforderte Flexibilität auf Verteilnetzebene zur Verfügung zu stellen.

Das Virtuelle Kraftwerk soll regional aus einem möglichst heterogenen Teilnehmerfeld zusammengestellt werden. Hierbei sollen bisher weitgehend ungenutzte Flexibilitäten dezentraler Erzeuger (PV- und Windkraftanlagen) sowie thermischer Verbraucher (z. B. Schwimmbäder, Kühlhäuser, Nachtspeicherheizungen) und elektrische Speicher (z. B. Elektroautos) berücksichtigt werden.

Das Virtuelle Kraftwerk ist Iserlohns Beitrag zum Gelingen der Energiewende in Deutschland.

Ein Blockheizkraftwerk (kurz: BHKW) ist eine Anlage zur Gewinnung von Strom und Wärme aus Erdgas. Sie erreicht einen Gesamtwirkungsgrad von bis zu 90 Prozent und ist damit doppelt so effizient wie ein konventionelles Kohlekraftwerk. Die Leistungsgröße kann dabei stark schwanken: Mikro- oder Mini-BHKW können z. B. in Einfamilienhäusern eingesetzt werden, Heizkraftwerke wiederum versorgen große Industrie-Anlagen oder das Fernwärmenetz.

Blockheizkraftwerke nutzen das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Durch die Verbrennung von Rohstoffen entsteht in KWK-Anlagen Wärme, die weitergenutzt oder in Strom umgewandelt wird. Idealerweise wird die erzeugte Wärme sogar direkt und vollständig vor Ort genutzt, z. B. in öffentlichen Gebäuden oder Mehrfamilienhäusern. Auf diese Art werden weniger Kraftwerkskapazitäten benötigt. Ein umfassender Klimaschutz durch den Einsatz von Blockheizkraftwerken ist langfristig vor allem dann möglich, wenn ausschließlich erneuerbare Energien verfeuert würden.

Photovoltaik bezeichnet die nachhaltige Umwandlung von Sonnenenergie in Strom über den photoelektrischen Effekt. Mittlerweile gehören Photovoltaikanlagen zum gewohnten Stadtbild. Sie finden sich auf öffentlichen Gebäuden, Ein- oder Mehrfamilienhäusern.

In der Regel – auch weil entsprechende Speichermöglichkeiten aktuell noch sehr teuer sind – produzieren sie mehr Strom als direkt in dem jeweiligen Gebäude verbraucht wird, besonders zu Zeiten, in denen der Strombedarf gering ist (tagsüber bei viel Sonnenschein). Dieser überschüssige Strom kann bereits heute ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden – der Betreiber erhält im Gegenzug 20 Jahre lang eine Einspeisevergütung, so dass sich eine solche Anlage auch für Privatleute durchaus lohnen kann.

Als Power to Heat (PtH oder P2H abgekürzt) bezeichnet man die Verwertung von überschüssigem Strom zur Wärmeerzeugung. Realisiert wird das Konzept hauptsächlich im Zusammenhang von zeitweise anfallenden Überschüssen an elektrischer Energie, die vor allem durch nachhaltige Energiegewinnungsmethoden wie Windenergie, Photovoltaik oder Fernwärmenetze anfallen. Genutzt werden kann die durch Power to Heat entstehende Wärme zum Beispiel für Heizungsanlagen oder zur Warmwasserbereitung.

Obwohl das Potential für PtH-Anlagen auch in Deutschland groß ist, werden sie bisher nur zur Ergänzung von Wärmepumpenheizungen eingesetzt. Denkbar ist außerdem eine Kopplung mit über Kraft-Wärme-Kopplung betriebenen Anlagen wie Blockheizkraftwerken.

Die Elektromobilität ist ein zentraler Baustein der Energiewende Deutschlands. Als Elektromobilität wird das Nutzen jeglicher Elektrofahrzeuge zusammengefasst – Autos, Fahrräder oder Roller – die über einen Elektromotor und einen entsprechenden Speichern verfügen. Insbesondere die Herstellung der von Elektrofahrzeugen genutzten Batterien erfordert viel Energie und sollte langfristig nachhaltiger gestaltet werden. Doch gleichzeitig hat die Nutzung von E-Fahrzeugen einen großen Vorteil: Reine Elektrofahrzeuge sind lokal emissionsfrei, das heißt, die Fahrzeuge selber produzieren bei der Nutzung keinerlei CO2.

Darüber hinaus kann das Elektrofahrzeug durch die Vehicle-to-Grid-Technologie (V2G) als temporärer Batteriespeicher genutzt werden. Das bedeutet, dass E-Autos, wie z. B. auch Photovoltaik- und Windkraftanlagen, an das öffentliche Stromnetz angeschlossen werden können und nicht nur Strom beziehen, sondern bei Nicht-Nutzung die eigene, überschüssig gespeicherte Energie wieder in das Netz einspeisen.

Nachtspeicherheizungen sind elektrisch betriebene Heizungen. Der Wärmespeicher im Inneren der Heizungen wird dabei zu sogenannten Schwachlastzeiten aufgeheizt, z. B. nachts, wenn wenig Energie verbraucht wird und diese daher oft günstiger ist. Die gespeicherte Wärme wird dann gleichmäßig in den Raum abgegeben, um so die gewünschte Temperatur zu erhalten. Durch die Nutzung von Strom im sogenannten Niedertarif können die Betriebskosten von Nachtspeicherheizungen zwar recht günstig sein. Im Vergleich zu anderen, direkt mit Brennstoffen betriebenen Heizungsarten, schneidet die Nachtspeicherheizung dennoch eher ineffizient und oft auch weniger nachhaltig ab – insbesondere dann, wenn fossile Brennstoffe genutzt werden.

Werden die Heizungen jedoch mit Windkraft betrieben, können Nachtspeicherheizungen im Gegenteil sogar besonders umweltschonend sein. Denn Windkraftanlagen sind anfällig für Schwankungen, z. B. produzieren sie an windreichen Tagen weit mehr Strom, als verbraucht wird. Statt die Windräder für hohe Summen vom Netz zu nehmen, wenn sie überschüssige Energie produzieren, können Nachtspeicherheizungen als thermische Speicher fungieren.

Insbesondere in der Produktion von mittelständischen und großen Industrieunternehmen entsteht viel Energie, die von den Unternehmen selbst nicht genutzt wird. Man spricht in diesem Fall von flexiblen Lasten.

Durch moderne Technologien wie Power-to-Heat oder Power-to-Gas kann diese Energie entweder umgewandelt und im eigenen Unternehmen als Wärme oder Strom weitergenutzt oder in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Batterien und thermische Speicher bieten die Möglichkeit, überschüssig erzeugte Energie zu speichern und bedarfsgerecht auszugeben – thermische Speicher sind dabei auf die Speicherung von Wärme festgelegt. 

Für die Umsetzung der Energiewende in Deutschland ist der Ausbau beider Möglichkeiten notwendig, denn insbesondere durch die nachhaltige Energiegewinnung werden Strom und Wärme oft schubweise erzeugt, z. B. in Photovoltaik- oder Windkraftanlagen. Durch den Einsatz von Speichermöglichkeiten geht diese Energie nicht verloren und macht gleichzeitig sowohl den Versorger als auch die Verbraucherinnen und Verbraucher vom öffentlichen Strommarkt unabhängig.

Wasserkraft verfügt über ein sehr hohes Potential zur Stromerzeugung, global gehört sie sogar zu den am intensivsten genutzten erneuerbaren Energiequellen.

Da Wasserkraftwerke regelbar sind, lassen sie sich im Gegensatz zu Photovoltaik- und Windkraftanlagen an den Strombedarf anpassen und sind daher eine gute Ergänzung, wenn es um die nachhaltige Erzeugung von Energie geht.

Aufgrund ihrer weltweiten Verfügbarkeit, niedriger Kosten und ihres Entwicklungsstandes gilt die Windkraft als eine der vielversprechendsten erneuerbaren Energiequellen – auch in Deutschland. Rund 16 % des deutschen Stroms stammen bereits aus der Windkraft und ein Ausbau wäre, insbesondere offshore (also auf See), weiterhin möglich.

Tatsächlich hat die Energiegewinnung durch Windkraft weit mehr Vor- als Nachteile: Windenergie ist schadstoffarm, sie verbraucht verhältnismäßig wenig Platz und entstehende Kosten amortisieren sich schnell.

Allerdings ist Windkraft weder eine zuverlässige noch eine regelbare Energieform und kann zudem nicht direkt gespeichert werden, sondern muss direkt in transportfähigen Strom umgewandelt werden. Windkraft wird daher oft mit anderen Energieformen kombiniert, und kann so eine dauerhafte Versorgung z. B. von Städten, gewährleisten.

Ebenso wie fossile Brennstoffe wie Kohle oder Öl, ist Biomasse gespeicherte Sonnenenergie. Sie fungiert als Sammelbegriff für alle Energieträger, die ihre Energie über den Vorgang der Photosynthese durch das Pflanzenwachstum gewinnen, also Holz, Haus- und Gartenabfälle, Tiermist von Pflanzenfressern oder auch industrielle Bioabfälle.

Biomasse gilt im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen als CO2-neutral, da bei der Stromerzeugung aus Biomasse zwar CO2 entsteht, dieses aber von Pflanzen wieder gebunden wird. Um aus Biomasse Strom zu erzeugen, muss sie verbrannt werden. In der Anlage wird durch diese Verbrennung Wasser zum Sieden gebracht. Der entstehende Dampf erzeugt einen Überdruck im Kessel der Anlage. Diese Druckdifferenz wird genutzt, um über eine Dampfturbine Strom zu erzeugen. 

Da auf diese Art zusätzlich zum Strom auch Wärme entsteht, kann Biomasse auch in der Kraft-Wärme-Kopplung genutzt werden und über ein Wärmenetz ganze Wohngebiete oder industrielle Anlagen mit Wärme versorgen.

Fernwärmespeicher sollen Schwankungen im Bereich von Fernwärmenetzen ausgleichen. Sie speichern Wärme, z. B. aus Biomasse-Anlagen, und geben diese bei Bedarf an das Fernwärmenetz ab.

Der Wärmebedarf am Tag ist in der Regel sehr viel höher als nachts, insbesondere am Morgen wird die meiste Wärme benötigt. Diese Spitzen können über Fernwärme-Speicher abgefangen werden.