Im Juni 2022 berichteten wir über ein neues Forschungs- und Entwicklungsprojekt, das wir umsetzen. Ziel ist die Entwicklung eines energie- und kostenoptimierten Systems zur Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden, einschließlich einer Technologie zur Speicherung von überschüssiger Energie aus Photovoltaikanlagen. Über die Grundidee dieses Projekts habe ich hier geschrieben: Wir schaffen Innovationen im Projekt „Wärme- und Kältespeicherung“ des Nationalen Zentrums für Forschung und Entwicklung (NCBiR).

Wie entwickelt sich unser Projekt? Wir haben viele neue Informationen zu teilen.

Der Ausbau der erneuerbaren Energien – schon zu viel des Guten?

Die letzte Heizsaison war herausfordernd: Eigentümer, Bewohner, Hersteller und Lieferanten mussten sich einer echten Brennstoffkrise stellen, mit massiv gestiegenen Kosten für die Produktion von Strom und Wärme und natürlich einem drastischen Preisanstieg für Endverbraucher.

Die Situation auf dem Wärme- und Strommarkt in den letzten zwei Jahren hat die Entwicklung des polnischen Sektors der erneuerbaren Energien beschleunigt – insbesondere der Photovoltaik, sowohl im Prosumer-Bereich als auch bei professionellen PV-Farmen. Politische Gründe haben die Windenergie an Land seit Jahren „auf Eis gelegt“. Der bereits spürbare Zuwachs an installierter RES-Leistung (Renewable-Energy-Solution-Leistung) wird zwangsläufig noch deutlicher sichtbar werden.

Allerdings gibt es Grenzen in der Kapazität des Stromsystems, und erst durch erhebliche Investitionen wird es möglich sein, das gesamte Potenzial der RES-Anlagen richtig auszuschöpfen. Abschaltungen von Prosumer-Anlagen sind vielerorts keine Seltenheit. Bemerkenswert war jedoch, dass wir erst zum zweiten Mal in der Geschichte am 23.04.2023 mit folgender Situation und einer offiziellen Mitteilung von PSE (Polskie Sieci Elektroenergetyczne) konfrontiert wurden (nach Gazeta.pl):

„Am 23. April 2023 gibt es im Stromsystem ein Überangebot an Elektrizität im Verhältnis zur Nachfrage. Ursache ist die hohe Energieproduktion aus erneuerbaren Energien aufgrund günstiger Wetterbedingungen, während gleichzeitig aufgrund des Feiertags eine niedrige Energienachfrage besteht.“ – so die PSE in einer Pressemitteilung.
PSE kündigte eine Gefährdung der Versorgungssicherheit an, da die Einspeisung aus RES-Anlagen im Mittelspannungsnetz reduziert werden müsse. Eine solche Reduktion ist nur nach offizieller Ausrufung einer Gefährdung zulässig.

Zur gleichen Zeit, am 21. April 2023, war eine ebenso bemerkenswerte Nachricht zu lesen (nach energy.RP.pl):

„Kraftwerksbetreiber subventionieren Kunden für zusätzlichen Stromverbrauch. Der Preis lag den ganzen Tag im negativen Bereich an der Epex-Spot-Börse in Amsterdam. Das Maximum fiel auf minus 739,96 € pro MWh. Alles dank erneuerbarer Energien.“

Wie lässt sich überschüssige Energie nutzen?

Das derzeitige System muss dringend umgestaltet werden, da wir immer häufiger ähnliche Meldungen und reale Abschaltungen von RES-Anlagen sehen werden. Oder – in der nächsten Phase der Umstellung des Abrechnungssystems ab dem 1. Juli 2024 – Prosumer ihren überschüssigen Strom praktisch verschenken müssen, wenn sie ihn ins Netz einspeisen. Dies ist ein klarer Verlust für die Anlagenbetreiber.

Die einzige Lösung zur Vermeidung dieser Probleme ist die schnelle Einführung verschiedener Technologien zur kurz- und langfristigen Speicherung überschüssiger Energie aus RES-Anlagen. Besonders entscheidend ist die Nutzung thermischer Speicher, um überschüssige Energie – insbesondere aus Photovoltaikanlagen – von den Produktions- auf die Verbrauchsstunden zu verschieben. Dadurch kann das Potenzial der RES-Anlagen besser genutzt oder der jeweils günstige Marktpreis für die eigene Wärme- oder Kälteerzeugung ausgeschöpft werden.

Der Ausstieg aus fossilen Brennstoffen zur Gebäudeheizung ist unbestreitbar notwendig. Neben den seit Jahren diskutierten Aspekten der Emissionsreduzierung ist nun vor allem der Kostenfaktor entscheidend, was den schnellen Anstieg der Verkäufe im Bereich Wärmepumpen erklärt. Wärmepumpen haben zwar viele Vorteile, stellen das Energiesystem jedoch auch vor Herausforderungen – nicht nur durch den hohen Strombedarf im Winter, wenn PV wenig liefert, sondern auch durch ihre Belastung während der abendlichen Spitzenlast bei Warmwasserbedarf.

Ein weiterer Treiber für die Entwicklung von Speichertechnologien ist das Thema Ökologie, Selbstversorgung und Sicherheit – verstanden als höhere Stabilität und Widerstandsfähigkeit dezentraler Energiesysteme gegenüber wirtschaftlichen Angriffen oder Kriegseinflüssen.

ThermOS – unsere Antwort auf den Bedarf an Wärmespeicherung

Wir freuen uns, dass unser F&E-Projekt auf diese Herausforderungen reagiert. Phase I haben wir gerade abgeschlossen. Dabei wurden sowohl Entwürfe als auch physische Prototypen von zwei Systemen entwickelt, die wir ThermOS nennen. Wir warten derzeit auf die Ergebnisse einer externen Prüfung, weshalb wir noch keine Details veröffentlichen können. Aber schon jetzt möchten wir den Namen und das Logo unseres Wärmespeichersystems sowie eine anschauliche Visualisierung vorstellen, die im Wesentlichen einer Version unseres Speichers entspricht.

Die von ConnectPoint entwickelte ThermOS-Lösung basiert auf einem zweistufigen Wärmespeicherkonzept: Die marktüblichen, weit verbreiteten internen Pufferspeicher (CO-Puffer) werden um eine weitere Stufe ergänzt – die Speicherung von Wärme oder Kälte. Dieses Konzept erweitert das System um einen externen Wärme- und Kältespeicher (ZMC) mit einem Vielfachen der Pufferkapazität. Dabei handelt es sich um einen Tank Thermal Energy Storage (TTES).

Der Markt benötigt derzeit dringend solche Anlagen – vergleichbar mit den großen oberirdischen Wärmespeichern in Fernwärmesystemen, jedoch im Mikromaßstab. Ein solcher Speicher, der – dem entwickelten Konzept zufolge – als seriengefertigtes, vorgefertigtes Produkt auf den Markt gebracht wird, leicht zu transportieren und auf dem Grundstück zu installieren, könnte eine Marktlücke schließen. Zumal wir auch über viele weitere mögliche Anwendungen unseres Speichersystems nachdenken, die über das aktuelle F&E-Projekt hinausgehen.

Aber darüber berichten wir bald mehr.