Die Technik

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: Iserlohns Beitrag zum Gelingen der Energiewende in Deutschland.

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.

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.

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.

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.

Die Bundesregierung setzt auf die Elektromobilität. Bis 2020 sollen 1 Millionen E-Autos auf deutschen Straßen fahren – im Herbst 2018 waren es allerdings erst etwas über 143.000. Viele Bürgerinnen und Bürger scheuen sich vor hohen Anschaffungskosten, einem noch nicht-flechendeckenden Netz und zu geringer Reichweite der Autos. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der E-Mobilität lässt jedoch erwarten, dass man sich auch diesen Herausforderungen stellen wird.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.