Zusatzerlöse für Wärmeverbraucher: Das Power-to-Heat Contracting Geschäftsmodell

Im Koalitionsvertrag der Bundesregierung ist festgehalten, dass zeitnah die regulatorischen Rahmenbedingungen geschaffen werden sollen, um Stromüberschüsse im Wärmemarkt sinnvoll zu nutzen. Nicht erst seitdem ist Power-to-Heat ein interessantes Thema für Industriebetriebe geworden.

Bei Power-to-Heat-Anlagen wird im industriellen Maßstab größer fünf Megawatt elektrischer Leistung (MW) Strom mithilfe von Elektrodenkesseln zu Heißwasser oder Dampf gewandelt. Erste Projekte wurden dabei in kommunalen Fernwärmenetzen und seit 2014 auch an Industriestandorten umgesetzt. Im Contracting-Modell finanziert und vermarktet ein Contractor den Elektrodenkessel, der bei einem Wärmeverbraucher errichtet wird. Das Unternehmen Enerstorage übernimmt hier die Konzeption und Finanzierung sowie Umsetzung und Vermarktung im Regelleistungsmarkt. Von den privatwirtschaftlichen und kommunalen Unternehmen können Zusatzgewinne ohne Eigeninvestment erlöst werden.

Quelle: Parat

Quelle: Parat

Das Grundprinzip

Im heutigen regulatorischen Umfeld basiert das Power-to-Heat Contracting Geschäftsmodell auf der Vermarktung von Elektrodenkesseln im Regelleistungsmarkt. Für die Netzfrequenz und damit den kurzfristigen Ausgleich von Stromerzeugung und -verbrauch sind in Deutschland die Übertragungsnetzbetreiber verantwortlich.

Diese schreiben den Regelleistungsbedarf nach den Regularien der Bundesnetzagentur zentral über eine gemeinsame Internetplattform aus. Wenn zu viel Strom im Netz ist, können die Übertragungsnetzbetreiber die schnell und präzise regelbaren Power-to-Heat-Anlagen einschalten und damit fossil erzeugten Dampf verdrängen. Sie sind, wie es heißt, ideal für die dedizierte Erbringung von Regelleistung geeignet.


Funktionsweise Elektrodenheizkessel

Elektrodenheizkessel werden insbesondere in den skandinavischen Ländern traditionell zur stationären Dampferzeugung eingesetzt, da der Ausbau der Wasserkraft zu niedrigen Strompreisen geführt hat. Es gibt folglich eine langjährige Erfahrung und eine Vielzahl von Referenzanlagen, die seit über 20 Jahren im Dauerbetrieb laufen.

Ein Elektrodenheizkessel des Herstellers Parat zum Beispiel wird mit der Mittelspannung zwischen 5 und 20 kV betrieben, die elektrische Nennleistung liegt zwischen 5 und 50 MW. Je nach Auslegung kann sowohl Dampf als auch Heißwasser gewonnen werden. Die Wärmeerzeugung erfolgt über den definierten Stromfluss zwischen den Mittelspannungselektroden durch das Wasser des inneren Kesselkörpers. Die Leistung wird über dessen Wasserstand geregelt: Je größer die Benetzung der Elektroden mit Wasser, desto größer ist die Leistung. Die Leitfähigkeit des Wassers wird mithilfe von Natronlauge (NaOH) entsprechend den Kesselanforderungen konditioniert (60 µS/cm im Betrieb). Durch den Betrieb in Wechselspannung erweist sich die Gefahr einer Elektrolyse als äußerst gering. Diese wird durch die Form der Elektroden weiter minimiert, was eine großflächige und gleichmäßige Stromabgabe über die gesamte mit Wasser bedeckte Oberfläche gewährleistet. Der erzeugte Sattdampf mit bis zu 30 bar kann, sofern erforderlich, in einem zweiten Schritt mit einem Niederspannungs-Erhitzer überhitzt werden. Mit einem Durchmesser von circa drei Meter und einer Höhe von etwa acht Meter haben Elektrodenheizkessel kompakte Abmessungen. Auch wenn zur Minimierung der Schnittstellen ein eigenes Kesselhaus errichtet wird, ist dieses mit einer Größe von 6 x 6 x 8 Meter problemlos in die meisten Bestandsanlagen integrierbar.


Die Zielgruppe

Elektrodenheizkessel am EEW-Standort in Premnitz

Elektrodenheizkessel am EEW-Standort in Premnitz

Grundsätzlich ist die Teilnahme am Regelleistungsmarkt sowohl für präqualifizierte Erzeuger als auch für industrielle Verbraucher möglich, sofern diese hochverfügbar sind und die Energie sinnvoll nutzen. Als Einsatzgebiete für Power-to-Heat Contracting kommen Industriestandorte in Betracht, deren Mittel- oder Niederdruck-Dampfverbrauch (maximal 30 bar) kontinuierlich die Mindestlast der Dampferzeuger um mindestens 20 Tonnen pro Stunde übersteigt. Die Dampferzeuger müssen in maximal fünf Minuten um diese Leistung reduziert werden können.

Vorteilhaft ist zudem eine Stromeigenerzeugung (größer 5 MW) am Standort, da dadurch in den meisten Fällen Kostensynergien beim Netzanschluss gehoben werden können. Darüber hinaus sollte der Standort über Speisewasser mit einer Leitfähigkeit von maximal 10 µS/cm verfügen, um den Energieverlust durch Abschlämmung zu begrenzen.


Angegebene Vorteile

Mit Power-to-Heat Contracting können für Industriestandorte sofort nachhaltige Zusatzerlöse erschlossen werden, ohne selbst investieren zu müssen, erklärt Enerstorage. Darüber hinaus biete Power-to-Heat Contracting zahlreiche weitere Vorteile: Neben der ökonomisch und ökologisch sinnvollen Nutzung von Stromüberschüssen wird durch den Beitrag zur Erhaltung der Netzstabilität die Voraussetzung für die Abschaltung der fossilen Must-Run-Anlagen (insbesondere Braunkohle) geschaffen und damit ein Beitrag zur Energiewende geleistet.

Zudem kann eine Power-to-Heat Anlage als Notversorgung bei Ausfall der Dampferzeugung helfen. Im Zuge einer Partnerschaft mit einem Spezialisten lassen sich ferner oftmals Erlöspotenziale durch die Vermarktung von Flexibilität der Bestandsanlage erschließen. Nicht zuletzt können fossile Brennstoffe eingespart und CO2-Emissionen vermieden werden.


Referenzanlage: Müllheizkraftwerk in Premnitz

ENE-GrundprinzipDie EEW Energy from Waste, einer der führenden Betreiber von Müllheizkraftwerken in Deutschland, unterhält am Standort Premnitz eine Verbrennungsanlage bestehend aus einer Wirbelschicht- und einer Rostfeuerung. Diese versorgt den angeschlossenen Industrie- und Gewerbepark mit Niederdruck-Prozessdampf. Bis zum Ende des Jahres errichtet Enerstorage dort zwei 10-MW-Elektrodenkessel, die 10-bar-Sattdampf erzeugen und nach Druckreduktion als überhitzter Dampf ins ND-Dampfnetz (3 bar) einspeisen.

Der in den Anlagen des Unternehmens bei Regelleistungsabruf durch den Übertragungsnetzbetreiber erzeugte Dampf dient zur Versorgung der am Netz angeschlossenen Verbraucher. Dabei kann das ND-Versorgungsdampfnetz im Bedarfsfall auch als Pufferspeicher genutzt werden. Der Stromanschluss wird über die vorhandene 6,3 kV MS-Schaltanlage der EEW realisiert. Um die durch Regelleistung verursachten Stromflüsse separat erfassen zu können, wurde zwischen der EEW, dem Anschlussnetzbetreiber und Enerstorage eine Vereinbarung über die Bereitstellung eines Zählpunktes abgeschlossen. Sämtliche verursachten Leistungsspitzen können darüber getrennt erfasst und aus dem Lastgang der EEW herausgerechnet werden. Das Risiko einer Reduktion der vermiedenen Netzentgelte für die EEW sei dabei ausgeschlossen.

Die Reservebesicherung der Enerstorage-Anlage erfolgt in einem ersten Schritt über Eigenbesicherung durch den zweiten Kessel. Nach einer Bauzeit von sechs Monaten erfolgt zurzeit die Präqualifikation, Inbetriebnahme und Vermarktung im Regelleistungsmarkt.

www.enerstorage.de

Außenansicht des EEW-Standortes in Premnitz, Foto: Enerstorage GmbH

(EUR1214S22)