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Power-to-Heat: Der Energie-Umwandler

Die älteste Power-to-X-Technologie ist in der Schweiz rund 80 Jahre alt: die Wärmepumpe. Bei Hauseigentümern liegt die klimafreundliche Heizmethode im Trend. MAN Energy Solutions hat die ersten Wärmepumpen hierzulande gebaut. Heute geht das Unternehmen noch einen Schritt weiter.

Das Geschäft mit der Wärme reicht in der Firmengeschichte von MAN Energy Solutions weit zurück. Schon 1938 baute die damalige Escher Wyss AG erste Wärmepumpen, die das Zürcher Rathaus und ein Jahr später auch das Hallenbad City beheizten. Dafür wurde Wasser aus der Limmat angezapft und mittels Verdichtungsprozess für die Beheizung eingesetzt. Wärmepumpen sind klassische Power-to-Heat-Anwendungen und heute die bevorzugte Heiz- und Kühlmethode für Gebäude sowie zunehmend auch für grössere Areale. Werden fossile Heizungen durch Wärmepumpen ersetzt, kann der CO2-Ausstoss deutlich reduziert werden, denn mehr als die Hälfte des weltweiten Stroms wird heute zum Heizen von Gebäuden verwendet, und nur gerade 10 Prozent stammen aus erneuerbaren Energien.

Schweizer Technologie ersetzt Kohlekraftwerk

Die aktuellen Wärmepumpen von MAN sind für grössere Anwendungszwecke konzipiert: Das Unternehmen zählt Gemeinden, Stadtwerke und Einkaufszentren zu seinen potenziellen Kunden, ist aber auch mit verschiedensten Unternehmen – vom Chemieunternehmen bis zur Bierbrauerei – im Gespräch. Wärme und Kälte würden letztlich an ganz unterschiedlichen Orten gebraucht, erklärt Patrik Meli, Managing Director von MAN Energy Solutions Schweiz AG. Ein Vorzeigeprojekt der Firma befindet sich in der dänischen Hafenstadt Esbjerg. Dort baut MAN eine der grössten CO2-Wärmepumpen der Welt, die durch erneuerbaren Strom aus nahe gelegenen Windparks gespeist wird und in Kombination mit einem Warmwasserspeicher klimaneutrale Energie für rund 25 000 Haushalte liefern wird. Das Projekt ist deshalb wegweisend, weil es ein Kohlekraftwerk ersetzt, das 2023 stillgelegt werden soll. «In Esbjerg produzieren wir momentan nur Wärme. Unser System kann aber viel mehr», sagt Meli. Die Rede ist vom «Electro Thermal Energy Storage» – kurz ETES –, das MAN-Mitarbeitende in Kooperation mit ABB entwickelt haben und das nun langsam Fahrt aufnimmt.

 

DER ANTEIL ERNEUERBARER ENERGIE WÄCHST STETIG. DIE HERAUSFORDERUNG LIEGT NUN BEI DER INTELLIGENTEN SPEICHERUNG UND VERTEILUNG DIESER ENERGIE.

Patrik Meli, Managing Director der MAN Energy Solutions Schweiz AG

Der Schlüssel zur Nachhaltigkeit

Das ETES-System funktioniert vom Prinzip her wie ein Kühlschrank: Das Herzstück des Prozesses ist die Kompressortechnologie, die als Grosswärmepumpe die elektrische Energie in Wärme und Kälte umwandelt. Anders als beim Kühlschrank kann aber diese thermische Energie wieder in Strom zurückverwandelt werden; deshalb greife der Begriff «Power-to-Heat», wenn man es genau nehme, zu kurz, sagt Meli. Vielmehr sei das ETES ein sektorübergreifendes Energiemanagementsystem, das aus der Dringlichkeit heraus entwickelt wurde, erneuerbaren Strom speicherbar zu machen. «Wenn es uns gelingt, die verschiedenen Sektoren miteinander zu koppeln, das heisst, aus Elektrizität Wärme und Kälte herzustellen, diese zu speichern und bei Bedarf wieder in Form von Elektrizität ins Stromnetz einzuspeisen, haben wir ein wichtiges Problem gelöst», sagt Meli. Der Anteil erneuerbarer Energien wachse stetig; die Herausforderung liege nun in der intelligenten Speicherung und Verteilung dieser Energie. Als das ETES vor sieben Jahren entwickelt wurde, war die Zeit für diesen ganzheitlichen Ansatz noch nicht marktreif. Inzwischen sehen die Kunden jedoch das Potenzial und beginnen, mit den verschiedenen Energieformen – Wärme, Kälte und Elektrizität – zu spielen. Auch zur Sicherung der Netzstabilität leistet das ETES gute Dienste: Innert Sekunden können Leistungen im zweistelligen Megawattbereich aus dem Netz genommen oder eingeführt werden, das hilft dabei, Schwankungen im Stromsystem auszugleichen.

Game Changer in Energieumwandlung

Die Konzentration auf saubere Energie geht einher mit einer strategischen Neuausrichtung, die auch zur Umbenennung in «MAN Energy Solutions» geführt hat. Das Unternehmen profitiert heute von den Erfahrungen im angestammten Gasmarkt. «Unser Know-how aus dem Gasgeschäft befähigt uns, einen CO2- Verdichter zu bauen – ein wichtiges Element bei der Umwandlung von elektrischer in thermische Energie», sagt Meli (siehe Infografik unten). Die Kernkompetenz des Unternehmens ist die Energieumwandlung. Damit leistet es einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zu netto null.

Strom zu Wärme, Wärme zu Strom

Das Grundprinzip des ETES ist die Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie mittels Speicherung als Warmwasser und Eis. Dabei arbeitet das System nach dem gewöhnlichen Wärmepumpenprinzip: Ein Kältemittel, in diesem Fall CO2, wird in einem geschlossenen Kreislauf durch Druckerhöhung erhitzt und anschliessend wieder abgekühlt. Für diesen Prozess nutzt ETES erneuerbare Energien. Die freigesetzte Wärme und Kälte werden in getrennten Reservoirs gespeichert oder direkt an die Verbraucher verteilt. Einzigartig ist dabei, dass die gespeicherte Wärme und Kälte auch jederzeit in Strom zurückverwandelt werden können. Das System kann somit als Wärmepumpe und Energiespeicher zugleich eingesetzt werden. (Rückverstromung in Grafik nicht dargestellt)

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