Kapitel 1 - Elektrische Wärmespeicher mit Zukunftspotenzial

Geschichte der Wärmespeicher Technologie

Wärmespeicher sind ca. Mitte der 50er Jahre erstmals von Stromproduzenten (RWE) erprobt worden, mit dem Ziel die sehr tiefen Nacht-Lasttäler im Stromlast-Tagesverlauf, vor allem im Winter, auszugleichen. Die Kraftwerke waren nicht optimal ausgenutzt und starken Lastschwankungen unterworfen. In dieser Zeit begannen dann kleinere Hersteller mit der Serienproduktion von Speicherheizgeräten. Ein wichtiger Schritt war die Entwicklung von Lüfter-gesteuerten, dynamischen Wärmespeichern mit der Möglichkeit, die Wärmeabgabe an den Raum zu regeln. Regel- und Steuereinrichtungen für das Aufladen- und Entladen folgten. Ab 1960 kam es dann zu einer stürmischen Geschäftsentwicklung. Baugesellschaften rüsteten ganze Wohnblocks mit Wärmespeicher-Heizungen aus. Das elektrische Heizen war wirtschaftlich und wurde als saubere Lösung gefördert. 1972 wurden 890.000 Wärmespeichern von den mittlerweile auch großen Herstellern produziert.

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Moderner Wärmespeicher von Dimplex

In all den Jahren war die Kulmbacher Wärmespeicher-Technologie immer Innovationsführer. 1986 mit dem ersten 16cm Flachspeichergerät, 1993 die ersten Geräte mit faserfreier Isolierung, 1996 der Duo-Laderegler für alle Anschlussbedingungen, ab 2002 die JAPAN-Export-Reihe mit Stückzahlen bis zu 38.000/a und Marktführerschaft in JAPAN. Durch Designüberarbeitungen, Optimierung der Montagefreundlichkeit, konsequente Wertanalyse, Baureihen- und Plattformsystematik entstand ein Vollsortiment für Inland und Exportmärkte. In der Folgezeit verlagerte sich mit steigenden Niedertarif-Strompreisen und zunehmend ausgeglichener Strom-Lastkurve der Markt überwiegend in die Renovierung und Modernisierung von existierenden Anlagen. Der Bestand an Wärmespeicheranlagen wird auf ca. 4 Millionen Einzelgeräte verteilt auf ca. 1,4 Millionen Wohnungen (Anlagen) geschätzt.

Mit der Energiewende und dem enormen Bedarf an Speicherkapazität für die schwankende erneuerbare Energie kommt der Wärmespeichertechnologie eine völlig neue Bedeutung zu.

Im Renovierungs- und Modernisierungsmarkt sind zudem Effizienzverbesserungen und Energieeinsparungen bis zu 20 % durch bessere Speichereigenschaften und präziser Regelungstechnologie möglich. Das Gerätedesign wird allen Ansprüchen gerecht.

Elektrische Wärmespeicher als Gewinner der Energiewende

Die Energiewende führt zu völlig neuen Anforderungen bei der Stromerzeugung und beim Stromverbrauch. Früher wurde die zentrale Stromerzeugung in den Kraftwerken durch die Energieversorger an den Stromverbrauch angepasst. Die Steuerung dieser Abläufe konnte relativ übersichtlich organisiert werden. Mit stark steigenden Anteilen an nicht regelbarer erneuerbarer Energie muss jetzt der Verbrauch angepasst werden. Die Energieerzeugung ist nicht mehr zentral steuerbar, sondern wird durch viele Einzelstromerzeuger dezentral und ungeregelt eingespeist. Erzeugung- und Verbrauchsdaten müssen intelligent miteinander kommunizieren und vernetzt werden. Das im Aufbau befindliche SMART GRID mit intelligenten Stromzählern ist Voraussetzung für einen weiteren Ausbau der regenerativen Energielandschaft. Überschussenergie muss gespeichert werden und zeitversetzt wieder abrufbar sein. Das Stromnetz muss flexibilisiert werden. Die volatile Stromerzeugung muss laufend mit der verfügbareren Speicherkapazität und den Lastanforderungen abgeglichen werden. Smarte Regelungstechnik für flexible Lademodelle sind die Lösung.

Eine flexible Anpassung des Stromverbrauchs ist bei den meisten Anwendungen, zum Beispiel im Haushalt kaum möglich. Nur Speichertechnologien können diese Anforderungen der zeitversetzten Anwendung abbilden. Stationäre oder mobile Stromspeicher in Form von Batterien stehen auf absehbare Zeit nicht in der erforderlichen Kapazität zur Verfügung.

Wärmespeicher stehen dagegen in gigantischem Ausmaß zur Verfügung und können mit Hilfe von intelligenten Anbindungen effektiv genutzt werden. Bisher wurden Nachtspeicherheizungen eingesetzt um eine möglichst gleichmäßige Auslastungen von Kraftwerken zu erreichen. Für diese Schwachlastzeiten gibt es günstige Sondertarife von den Energieversorgern. In ihrer neuen flexiblen Rolle können elektrische Einzelraum-Wärmespeicher mit intelligenten Regelungs- und Vernetzungstechnologien entscheidend zum Gelingen der Energiewende beitragen. Die Ladezeiten sind nicht mehr starr sondern angepasst an die Anforderungen im Stromnetz der Zukunft. Ein optimiertes Wärmerückhaltevermögen in Verbindung mit einem zeitgemäßes Design machen diese wirtschaftliche und verfügbare Speicherlösung für zukünftige Anwendungen zum Favoriten.

Elektrische CO₂ neutrale Wärmespeicheranwendung für den Klimaschutz

Eine Investition in eine Heizungsanlage ist ein Langfrist Thema und muss unter Nachhaltigkeitskriterien bewertet werden. Es stellt sich die Systemfrage: Gas oder Öl, Strom oder Kraft-Wärme-Kopplung, Solarenergie oder Biomasse, eine Kombination, die Auswahl ist groß. Welches Wärmeverteilungssystem mit welchen Kosten, Heizkörper oder Fußbodenheizung, Strahlung oder Konvektion, wird eine Vorratshaltung benötigt? Eine Richtung ist dabei durch die vorgegebenen Ziele der Energiewende und des Klimaschutzplanes eindeutig klar:

Langfristig haben fossile Energien wie Gas und Öl ausgedient und werden sukzessive für Neubauten nicht mehr erlaubt. Skandinavien ist bereits auf diesem Stand. Bestandsanlagen werden langfristig folgen. Erneuerbare Energien werden eine immer größere Rolle spielen, Strom ist der Energieträger der Zukunft. Wärmepumpen sind dabei eine hervorragende Anwendung, benötigen aber als Warmwasserheizung ein Wärmeübertragungssystem. Das Speichervermögen und Lastverschiebungspotenzial ist relativ gering und die baulichen Einsatzbedingungen nicht überall möglich.

Beim elektrischen Wärmespeicher wird Strom nahezu 100% in Wärme umgewandelt und als Tagesspeicher verfügt er über optimale Voraussetzungen um die volatile regenerative Energie zu balancieren. Die Energieversorger favorisieren diese Anwendung.

Die Akzeptanz von Stromheizungen und damit der Massenmarkt hängt entscheidend vom Primärenergiefaktor für Strom ab, und diese Entwicklung ist eindeutig. Der Primärenergiefaktor sagt aus, wie viel Einheiten Energie in Kraftwerken oder in der Stromerzeugung generell eingesetzt werden müssen, um eine Einheit Strom zu erzeugen. Je höher daher der Anteil an regenerativer Energie ist, desto niedriger wird der Primärenergiefaktor.

Smart Grid – Power to Heat

Das Stromnetz der Zukunft wird eine gewaltige Kommunikationsplattform

Das intelligente Stromnetz (Smart Grid) wird Wärmestrom anbieten mit flexiblen Signalen und lastvariablen Tarifen. Das Lastverlagerungspotenzial, das elektrische Wärmespeicher bieten, wird für Energieversorger und Endkunden vorteilhaft genutzt werden können. Der Energieversorger kann Netzbalancierung organisieren und Netzüberlastungen vermeiden durch flexible Fahrpläne und Ladesignale. Der Endkunde profitiert von günstigen Wärmetarifen und Komfort durch gleichmäßigere Ladungsverteilung der Wärmespeicher. Die Heizungsanlage wird ins Internet eingebunden, als wichtige digitalisierte Komponente der Energiewende. Der Energiebedarf des Endkunden wird in Abhängigkeit der Netz- und Erzeugungssituation flexibel bereitgestellt. Voraussetzung für dieses digitale Energiemanagement ist eine Vernetzung der Energieversorger mit der Wärmespeicheranlage. Eine bidirektionale Kommunikation von Datenpunkten über Gateway und Internet ist für die digitale Flexibilisierung erforderlich.

Die Auswertung der verfügbaren Speicherkapazität, des Ladeniveaus, der Raumtemperatur der Wärmespeicheranlage kann für die optimale Einbindung in die Energiesituation genutzt werden, zum Vorteil des Energieversorgers und des Anwenders.

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