Power to Heat

Power to Heat (PtH) ist ein Konzept, bei dem überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien (wie Windkraft oder Solarenergie) genutzt wird, um Wärme zu erzeugen. Diese Wärme wird in Heizsystemen wie elektrischen Heizungen, Wärmespeichern oder Fernwärmenetzen eingesetzt. Das Ziel von Power to Heat ist es, erneuerbare Energie effizienter zu nutzen und das Energiesystem zu entlasten, indem der überschüssige Strom in Zeiten hoher Produktion sinnvoll verwertet wird.

• Lastmanagement: PtH kann helfen, das Stromnetz zu stabilisieren, indem es Spitzenlasten durch die Aufnahme von überschüssigem Strom aus dem Netz reduziert.
• Energiewende: Es trägt zur Dekarbonisierung bei, da die durch erneuerbare Energien erzeugte Wärme fossile Brennstoffe in Heizsystemen ersetzen kann.
• Speicherung: Durch die Umwandlung von Strom in Wärme können Energiespeicher genutzt werden, um die Energie zu einem späteren Zeitpunkt bereitzustellen, beispielsweise für die Gebäudebeheizung oder industrielle Prozesse.
• PtH erfordert Investitionen in Infrastruktur wie Wärmespeicher oder Fernwärmesysteme.
• Die Wirtschaftlichkeit hängt stark von den Strompreisen und der Verfügbarkeit überschüssiger erneuerbarer Energien ab. In Deutschland wird PtH beispielsweise in Fernwärmesystemen eingesetzt, um erneuerbare Energie sinnvoll zu integrieren und fossile Brennstoffe zu ersetzen

Um die Größe eines Wärmespeichers zu bestimmen, der 1500 kWh (Kilowattstunden) speichern soll, müssen einige Faktoren berücksichtigt werden, insbesondere die Art des Speichers und das Speichermedium (z. B. Wasser, Beton oder spezielle Phasenwechselmaterialien). Bei der Nutzung von Wasser als Speichermedium, was in der Praxis häufig verwendet wird, können man eine einfache Berechnung basierend auf der spezifischen Wärmekapazität von Wasser durchführen.
Berechnungsansatz:

• Spezifische Wärmekapazität von Wasser: 4,18 kJ/(kg·K)
• Dichte von Wasser: 1 kg/L (für vereinfachte Berechnung)
• Temperaturdifferenz: Diese ist ein wichtiger Faktor. Nehmen wir eine übliche Temperaturdifferenz von 40°C (z. B. von 60°C auf 20°C), die für Heizungsanwendungen typisch ist.

Schrittweise Berechnung:

• Energiebedarf: 1 kWh = 3,6 MJ (Megajoule)
• 1500 kWh = 1500 × 3,6 = 5400 MJ
• Benötigte Wassermenge:
  • Q = m * c * ΔT
  • Q die gespeicherte Energie in Joule (5400 MJ)
  • m die die MAsse des Wassers in Kilogramm
  • c die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4,18 kJ/(kg·K)
  • ΔT die Temperaturdifferenz (40K)
• Volumen des Wassers: Da die Dichte von Wasser etwa 1 kg/L ist, entspricht dies einem Volumen von ca. 32.298 Litern oder 32,3 m³.

Fazit:

Die Kosten für einen Wärmespeicher hängen von verschiedenen Faktoren ab, darunter das Speichermedium (Wasser, Salz, Beton, etc.), die benötigte Größe des Speichers, der Installationsort und die verwendete Technologie. Da in diesem Fall ein Wasserspeicher in Betracht gezogen wurde, lassen sich die Kosten wie folgt grob einschätzen:

Typische Kostenfaktoren für einen Wasserspeicher:

• Speichergröße: Für die Berechnung haben wir ermittelt, dass ein Volumen von etwa 32,3 m³ benötigt wird, um 1500 kWh Wärme zu speichern.
• Materialkosten: Die Kosten für einen Wasserspeicher hängen von der Bauweise ab (z. B. Stahl, Betonbehälter, isolierte Tanks).
• Isolierung: Um Wärmeverluste zu minimieren, muss der Speicher gut isoliert sein. Dies kann die Kosten erheblich beeinflussen.
• Installationskosten: Die Installation umfasst das Aufstellen des Speichers, den Anschluss an das Heizsystem sowie mögliche Erdarbeiten.

Grobe Kostenschätzung:

• Speicherbehälter: Die Kosten für einen Warmwasserspeicher in dieser Größenordnung (30-40 m³) variieren, liegen aber im Bereich von etwa 400-800 EUR pro m³. Für 32,3 m³ wäre dies also: o 32,3 m³ × 400–800 EUR = 12.920–25.840 EUR.
• Isolierung: Eine hochwertige Isolierung für den Speicher kostet in der Regel etwa 10-20% der Gesamtkosten, was zusätzlich 1.292–5.168 EUR bedeuten würde.
• Installation: Die Installationskosten hängen stark von den lokalen Gegebenheiten und der Komplexität der Integration in das bestehende System ab. Eine grobe Schätzung liegt bei 20-30% der Materialkosten, also ca. 2.584–7.752 EUR.

Gesamtkosten:

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