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Mehr als einfach nur Strom: Grüne Wärme aus Wind- und Solarenergie

In Bosbüll in Schleswig-Holstein erzeugen zwei Elektrolyseure grünen Wasserstoff. Mit der Abwärme werden Häuser und Landwirtschaftsbetriebe beheizt. © GP Joule, Quelle: https://www.gp-joule.de/referenzen/efarm
In Bosbüll in Schleswig-Holstein erzeugen zwei Elektrolyseure grünen Wasserstoff. Mit der Abwärme werden Häuser und Landwirtschaftsbetriebe beheizt. © GP Joule

| Kira Crome |

Strom aus erneuerbaren Energien nutzen, um andere Energiesektoren klimafreundlicher zu machen: Möglich macht das die sogenannte Sektorkopplung. In der nordfriesischen Gemeinde Bosbüll entsteht ein Wärmenetz, das dieses Konzept umsetzt. Strom aus Windenergieanlagen und einem Solarpark wird gewandelt und als grüne Wärme genutzt. Die Brückenfunktion übernehmen eine Wärmepumpe-Anlage und Wasserstoff-Elektrolyseure.

Die erneuerbaren Energien fahren regelmäßig Rekorde ein. Ihr Anteil an der Stromerzeugung in Deutschland stieg im Jahr 2019 auf 46 Prozent – gut ein Zehntel mehr als im Vorjahr. Im ersten Quartal dieses Jahres überstiegen die Erneuerbaren erstmals die 50-Prozent-Marke im Strommix. Betrachtet man dagegen den Energiemix insgesamt, wird etwas mehr als ein Zehntel des Endenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energien gedeckt. Was diese Diskrepanz erklärt: Anders als bei der Stromversorgung, wird die Wärme- und Kälteerzeugung in Haushalten und Unternehmen sowie der Verkehr heute weitestgehend noch mit fossilen Brennstoffen betrieben.

Damit sich das ändert, der Energieverbrauch insgesamt klimafreundlicher und die Energiewende langfristig zum Erfolg wird, soll der Strom aus erneuerbaren Energien nach und nach fossile Energieträger auch in anderen Sektoren wie zum Beispiel Wärmebereich ersetzen. Möglich macht das die sogenannte Sektorkopplung. Die Verbindungen zwischen den Sektoren schaffen Technologien, die als „Power-to-X“ bezeichnet werden. „Power“ steht für Strom und „X“ für die entstehende Energieform oder den Verwendungszweck. Power-to-Heat-Technologien (also: „Strom zu Wärme“) zum Beispiel nutzen Wind- und Solarstrom, um grüne Wärme zu erzeugen. Eine wichtige Brückenfunktion übernimmt dabei Wasserstoff. Wie das funktioniert, demonstriert ein Verbund-Pilotprojekt im nordfriesischen Bosbüll.

Aus Windenergie wird Wasserstoff, aus Wasserstoff wird Fahrzeugantriebsenergie und Wärme
Das Konzept ist ungewöhnlich, weil in der kleinen Gemeinde an der Nordseeküste kurz vor der dänischen Grenze ein Wärmenetz entsteht, das ausschließlich Wärme aus regional erzeugtem Wind- und Solarstrom liefert. Der außerdem erzeugte grüne Wasserstoff wird künftig im lokalen Verkehr genutzt, um wasserstoffbetriebene Fahrzeuge zu versorgen. Pioniercharakter hat das Power-to-Gas- und Power-to-Heat-Kombi-Projekt auch deshalb, weil damit die Windenergie- und Photovoltaikanlagen, die die Ausgangsenergie liefern und demnächst aus der EEG-Förderung fallen, wirtschaftlich weiterbetrieben werden können.

So hängen Power-to-Gas- und Power-to-Heat-Projekt zusammen
Anfang April dieses Jahres fiel in Bosbüll der Startschuss für den Bau von zwei Elektrolyseuren. Sie wandeln den in Wind- und Solarparks der Gemeinde erzeugten Strom in speicherbaren Wasserstoff. Im Zuge des eFarm-Projekts werden drei weitere Elektrolyseure in benachbarten Gemeinden, unter anderem am Bürgerwindpark Reußenköge, errichtet. Rund 200 Tonnen Wasserstoff könnten so in der Region aus regenerativ erzeugtem Strom gewonnen werden. Der grüne Wasserstoff wird vor Ort in mobilen Speichercontainern zwischengelagert und dann per LKW zu den beiden Wasserstofftankstellen, die in der Region entstehen, transportiert. Dort wird er nochmals höher verdichtet, um künftig zwei Brennstoffzellen-Busse des örtlichen Nahverkehrs, aber auch wasserstoffbetriebene LKW oder PKW zu betanken. „Die Brennstoffzellen-Fahrzeuge wandeln den Wasserstoff wieder in Strom für den Antrieb um“, erklärt André Steinau, zuständiger Projektleiter der GP Joule Gruppe.

Mit dem Power-to-Gas-Konzept wird Strom aus erneuerbaren Energien über die Wasserstoff-Brücke klimafreundlich im Verkehr nutzbar. Doch auch die Abwärme, die bei der Produktion des grünen Wasserstoffs entsteht, wird genutzt: Sie fließt in das neue Wärmenetz, das derzeit in der Gemeinde Bosbüll entsteht. Damit werde unter dem Strich der Wirkungsgrad der Elektrolyseure auf über 95 Prozent verbessert, erklärt Steinau.

© GP JOULE

© GP JOULE

Nutzen statt Abregeln
Das neue Wärmenetz schafft eine weitere Brücke, um Strom aus Wind- und Solarenergie lokal zu nutzen. Technisch wird das Power-to-Heat-Konzept mithilfe einer Luft-Wärmepumpe, einer Anlage, die mit einem Elektroheizstab arbeitet, sowie einem Wärmespeicher möglich. Auf diese Weise kann der regenerativ erzeugte Strom, der nicht im Netz abgenommen werden kann, als Wärmeenergie genutzt werden. Für Aufbau und Betrieb des Wärmenetzes hat die Kommune Bosbüll gemeinsam mit dem Energiedienstleister GP Joule eine GmbH gegründet. Die Federführung liegt bei der Kommune, der Mitgesellschafter übernimmt die Konzeptionierung, Planung, Umsetzung und Betrieb des Gesamtprojekts.

Spatenstich für diese neue Heizzentrale war im Mai dieses Jahres. Errichtet wird sie direkt neben einem Schweinestall, der als erster Großabnehmer Wärme abnimmt und damit seinen Ölkessel abschafft. Damit werden rund 548 Megawattstunden thermische Energie klimafreundlich erzeugt, für die fossile Brennstoffe notwendig waren. Das Verteilnetz wird sich über eine Länge von über zwei Kilometern erstrecken und die erzeugte Wärme im Ort Bosbüll verteilen. Geplant ist im ersten Schritt, 25 Wohnhäuser mit klimafreundlicher Wärme zu versorgen, insgesamt rund 525 Megawattstunden thermischer Energie. Weitere Gebäude und Großabnehmer sollen folgen.

Direkte Stromlieferung als dritter Baustein des Verbundprojekts
„Die zentrale Frage der Betreiber mit Blick auf den Energiemarkt lautet: Wohin mit meinen Kilowattstunden? Innovative Power-to-X-Projekte sind die Lösung“, sagt Ove Petersen, GP Joule-Geschäftsführer. Der Schlüssel liege in der maßgeschneiderten Vernetzung von Technik, Akteuren und Märkten. Ergänzt wird das Verbundprojekt von regenerativer Wärmeversorgung und wasserstoffbasierter Mobilität durch eine direkte Belieferung der Wärmenetzkunden mit Strom aus Windenergieanlagen und Solarpark über ein eigenes Kabel. Das ist wirtschaftlich attraktiv, weil damit teilweise Netzentgelte und andere Abgaben entfallen können. Die zwei Windenergieanlagen bei Bosbüll, die Ende 2021 aus der EEG-Förderung fallen, erhalten mit den Bosbüller Sektorkopplungsprojekten eine wirtschaftliche Perspektive. Weitere folgen einige Jahre später und Ende des Jahrzehnts auch ein Solarpark. Gefördert wird das Vorhaben über das Förderprogramm Wärmenetzsysteme 4.0 des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA).

Pionierlösung für die Zukunft?
Demonstrationscharakter hat das Bosbüller Energievorhaben nicht nur in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht. „Wenn der Zusammenhang zwischen erneuerbarer Energieerzeugung und -verbrauch hergestellt wird, die Vielfalt an Nutzen sichtbar wird, dann akzeptieren die Bürger den Wandel zur Energiewende“, ergänzt Petersen. Damit sich vor allem das prestigeträchtige Verbund-Projekt rechnet, müssen baldmöglichst viele Abnehmer für den grünen Wasserstoff gefunden werden. Die Projektbetreiber setzen vor allem auf den Pioniergeist in Nordfriesland. Schon jetzt verzeichnet der Kreis etwa vier Mal so viel Elektroauto-Zulassungen wie im Bundesdurchschnitt. Schon jetzt hätten sich weit über 100 private und gewerbliche Interessenten gemeldet, die in den kommenden Monaten und Jahren auf ein Brennstoffzellen-Fahrzeug umsteigen wollen, erklären die Betreiber. Zwei emissionsfreie Brennstoffzellen-Linienbusse sollen in der Region noch in diesem Jahr eingesetzt werden. Ein weiterer Aspekt: Wird mehr im hohen Norden erzeugter Strom in der Region genutzt, wo der Strombedarf deutlich geringer ist als in den energieintensiven Industriegebieten in Nordrhein-Westfalen, könnte das perspektivisch die Übertragungskapazitäten von Nord nach Süd entlasten.