Wärmespeicher und Power-to-Heat-Anlagen helfen, die Erzeugung von Strom und Wärme zu entkoppeln. Sie stabilisieren Stromnetze und machen Wärme grüner. Mainova und die Stadtwerke Erfurt machen sich das zu Nutze.

In Deutschland wurden 2024 laut Bundeswirtschaftsministerium Anlagen zur Erzeugung von erneuerbarem Strom mit einer Kapazität von rund 20 Gigawatt zugebaut. Mit dem wachsenden Anteil von Wind- und Solaranlagen steigt die Volatilität im Netz. Wärmespeicher und Power-to-Heat-Anlagen (PtH) helfen dabei, Schwankungen auszugleichen, und sind deshalb ein wichtiger Baustein bei der Dekarbonisierung der Wärmeversorgung. Sie speichern Energie, wenn sie günstig ist, und geben sie später als Wärme ab. Admir Hadzikadunic aus der Abteilung Erzeugung bei der Thüga: „Die Kapazität dieser Systeme wird so ausgelegt, um Spitzen im Verbrauch abzufedern und fossil betriebene Kraftwerksblöcke auch mal nicht anzuwerfen. Das spart signifikant CO2 ein.“ Das ist nur einer der Gründe, warum das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Betreibern von Übertragungsnetzen die Möglichkeit einräumt, unter dem Motto „Nutzen statt Abregeln“ PtH- oder ähnliche Anlagen zu errichten.

Strom und Wärme getrennt nutzen

Beispiel: Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK). Sie erzeugen gleichzeitig Strom und Wärme. Was nicht direkt verbraucht wird, verpufft. Mit Wärmespeichern wird das System flexibilisiert. Strom kann dann produziert werden, wenn er am Markt gefragt ist, Wärme kann für einige Zeit im Speicher auf ihren Einsatz warten. Kommen PtH-Anlagen zum Einsatz, kann günstiger Strom im Netz in Wärme umgewandelt werden. Als Kombination können Wärmespeicher und PtH-Anlagen zusätzlich am Regelenergiemarkt ihre Leistungen anbieten. Hadzikadunic: „Die Anlagen selbst sind vergleichsweise kostengünstig zu realisieren.“

Wärmespeicher für Mainova

Mainova in Frankfurt baut in naher Zukunft einen der größten Wärmespeicher Deutschlands mit einer Kapazität von rund 2.000 MWh. Er wird als atmosphärischer Heißwasserspeicher ausgeführt. „Die Technik ist nicht neu“, sagt Jonas Widzgowski, Grundsatzplaner erneuerbare Wärmeerzeugungstechnologie bei Mainova. Städte wie Nürnberg, Heidelberg oder Kiel haben solche Speicher schon im Einsatz. Auch das Aufbereiten des Wassers als Speichermedium ist für Fernwärmenetzbetreiber geübte Praxis. „Trotzdem ist es gerade in der Anberaumungsphase eines solchen Projekts sehr sinnvoll, sich mit anderen zum Thema auszutauschen, insbesondere zur Vermarktung im sich wandelnden Energiesystem. Das haben wir dank der Thüga ausführlich tun können.“

Speicher als wirtschaftlicher Hebel

„Auch für Frankfurt wäre eine Power-to-Heat-Anlage eine sinnvolle Ergänzung zum Wärmespeicher“, sagt Widzgowski. Aber das vorgelagerte Stromnetz muss dafür erst noch ausgebaut werden. „Deshalb starten wir mit dem Speicher zur Flexibilisierung unserer KWK-Anlagen und zukünftig optimierten Fahrweise im Zusammenspiel mit geplanten Großwärmepumpen.“ Für diesen war die Standortfrage lange ungeklärt. Im Zuge des Kohleausstiegs wurde jetzt ein günstig gelegenes Grundstück frei. „Wir brauchen kurze Wege zur KWK-Anlage und zu einer der Haupttrassen der Fernwärmeversorgung“, fasst Widzgowski zusammen. Der aktuell geplante Standort nahe des Hauptbahnhofs am HKW West, dem Herzen der Frankfurter Fernwärmeversorgung, bietet alle nötigen Voraussetzungen. Nicht zuletzt senkt die Technik den Investitionsdruck: „Wer so wie wir Fernwärme ausbauen will, kann mit dem Speicher die Investitionen in ein neues Kraftwerk mindestens verschieben. Er deckt Verbrauchsspitzen ab – zuverlässig und bezahlbar.“

Engpassbewirtschaftung als Geschäftsmodell

In Erfurt ist Power-to-Heat seit Mai Realität. Gemeinsam mit dem Übertragungsnetzbetreiber 50Hertz haben die Stadtwerke Erfurt (SWE) einen Elektrodenkessel mit 20 Megawatt Leistung errichtet. Die Kapazität reicht aus, um rund 2.000 Haushalte mit Wärme zu versorgen. 50Hertz hat die rund acht Millionen Euro für die Anlage zu 100 Prozent finanziert. In den ersten fünf Jahren wird sie deshalb vom Übertragungsnetzbetreiber vor allem zur Engpassbewirtschaftung eingesetzt: Wenn kurzfristig zu viel Strom vorhanden ist, kann die PtH-Anlage wie ein großer Wasserkocher schnell anspringen und den überschüssigen Strom in Wärme umwandeln. „So stabilisieren wir das Netz quasi in Echtzeit“, sagt Kay Eberhardt, Bereichsleiter Technik bei SWE Energie.

Schritt zur klimaneutralen Wärme

Für die Stadtwerke ist das doppelt interessant: Sie erhalten eine Vergütung für die Bereitstellung von Regelenergie. Die mit billigem Strom erzeugte Wärme kann dann über das rund 180 Kilometer lange Fernwärmenetz den Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden und das gasbetriebene Heizkraftwerk währenddessen pausieren. Die Stadtwerke sehen das Projekt als wichtigen Meilenstein. „Bis 2040 wollen wir unsere Wärmeversorgung weitgehend CO2-frei gestalten“, sagt Eberhardt. „Power-to-Heat ist dafür ein zentraler Baustein.“ Die Nutzung von Geothermie, Gewässerwärme oder Industrieabwärme kommt perspektivisch noch hinzu.