Power to X (P2X)

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
Bosy-online-ABC

Power to X (P2X bzw. P2Y¹) ist der Sammelbegriff für verschiedene Technologien (Power to Heat, Power to Gas, Power to Liquid, Power to Chemicals),  die sich mit der Speicherung oder Nutzung von Stromüberschüssen von erneuerbarer Energien (z. B. Windenergie, Photovoltaikanlagen, Wasserkraft, Geothermie) befassen. Hier ist eine Sektorenkopplung² notwendig. Dadurch wachsen die Energieverbraucher und Energieerzeuger aus allen Sektoren zu einem ganzheitlichen System zusammen, das gemeinschaftlich Versorgungssicherheit effizient gewährleistet.
¹ P Stromüberschüsse, die über dem Bedarf liegen und X bzw. Y Energieform oder Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird.
² Sektorenkopplung (Sektorkopplung, Sector Coupling, Integrated Energy) ist die Vernetzung der Sektoren der Energiewirtschaft und der Industrie, die in einem gemeinsamen holistischen Ansatz optimiert werden. Bisher wurden die Sektoren Elektrizität, Wärme- und Kälteversorgung, Verkehr und Industrie weitgehend unabhängig voneinander betrachtet.

Power to X-Technologien – Türöffner für die Sektorenkopplung
Kopernikus-Projekt P2X
Bedeutung und Notwendigkeit von sektorenkoppelnden Speichern für die Energiewende
Notwendigkeit und Chancen für Power-to-X-Technologien
Wissenschaftler warnen vor falschen Hoffnungen
Windkraftanlagen (WKA) - Grundlagen
Referat über Windkraftanlagen

Power to Heat (PtH)

Power to Heat ("Elektroenergie zu Wärme" - P2H oder PtH) ist ein Bestandteil in der Energiewende. Hier wird elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von fast 100 % in Wärme umgewandelt (z. B. mit [Wärmepumpen*,] Elektrothermen, Elektrokessel, Elektrodenkessel, Blockheizkraftwerke [BHKW]) und eignet sich besonders gut, wenn erneuerbare Energie in ein Wärmenetz integriert werden soll. Dies ist dann sinnvoll, wenn überschüssiger Strom im Netz verfügbar ist. Dadurch kann das Stromnetz stabilisiert oder zur Erzeugung umweltschonender Gebäudewärme, Nahwärme oder Fernwärme genutzt werden.
* Ob Elektrowärmepumpen zu Power-to-Heat und damit zu Power-to-X gehören, wird kontrovers diskutiert.
Bei der Stromerzeugung (Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen) kann es je nach Wetterlage zu starken Schwankungen im Stromnetz kommen. Um diese Schwankungen auszugleichen, muss die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien geregelt oder sogar komplett vom Netz genommen werden. Aber auch die Verbraucher müssen in ihren Lasten flexibilisiert werden (Demand Response). Nur durch komplexe Steuerungsmechanismen kann eine konstante Frequenz von 50 Hertz eingehalten werden. Die Deutschen Netzbetreiber sind verpflichtet, die Netzfrequenz konstant auf 50 Hertz zu halten und Schwankungen durch den Stromüberschuss bzw. Strommangel auszugleichen.

P2H Systeme – Intelligente Umsetzung elektrischer Energie in Wärme - ELWA Elektro-Wärme GmbH & Co. KG
Stromüberschuss sinnvoll einsetzen - G+E GETEC Holding GmbH
Vielversprechende Ansätze und Pilotprojekte - Vattenfall GmbH
Von erneuerbarer ENERGIE zu WÄRME mit Elektrodenkessel - PARAT Halvorsen AS
E-Heat - Eigenen Solarstrom in der Heizung nutzen - Energie für Gebäude KG

Power to Gas (PtG)

In der Zukunft wird es immer dringender, Ökostromüberschüsse aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen sinnvoll zu verwenden bzw. zu speichern. Der Ausbau der Stromnetze wird immer mehr abgelehnt und Stromspeicher, so z. B. Pumpspeicherkraftwerke (Wasser oder Druckluft) werden immer mehr abgelehnt, Batterien können nur kurzfristig speichern und Wasserstoff stellt sich auch als nicht wirtschaftlich dar. Deshalb wird in einer Versuchsanlage (ZSW, Fraunhofer IWES und SolarFuel) daran gearbeitet, erneuerbaren Strom in Methan umzuwandeln. Das gesamte deutsche Erdgasnetz steht mit sehr großern Speicherkapazitäten zur Verfügung.

Power to Liquid (PtL)

Bei Power to Liquid wird mit Hilfe von Strom zunächst durch die Wasserelektrolyse Wasserstoff erzeugt (Power to Gas). Der Wasserstoff kann anschließend mit Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid in einer Synthese zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. Durch verschiedene Synthesen (z. B. Methanolsynthese, Fischer-Tropsch-Synthese [FTS]) können die Kohlenwasserstoffe nach Abscheidung des gebildeten Wassers durch Raffinerieprozesse zu Brenn- und Kraftstoffen (Synfuels) und Chemikalien weiterverarbeitet werden.

• E-Fuels (PtL - Power to Liquid > Elektrische Energie zu Flüssigkeit)
• HVO (Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils > hydrierte Pflanzenöle)
• GtL-Verfahren (Gas to Liquids > Gasverflüssigung)
• BtL-Verfahren (Biomass to Liquid > Biomasseverflüssigung)
• XtL-Kraftstoff

Status und perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende - IWO

Die Verbrennungsmotoren und die Öl- und Gasheizungsanlagen müssen nicht am Ende sein. Synthetische Kraft- und Brennstoffe (E-Fuels - [PtL - Power to Liquid > Elektrische Energie zu Flüssigkeit]) können in der Zukunft eine Alternative zum Strom (z. B. Wärmepumpe, E-Heizung) und Wasserstofftechnik (Brennstoffzellen) sein. Bei der Herstellung von E-Fuels (z. B. Heizöl, Diesel, Benzin, Kerosin) wird so viel CO₂ aus der Atmosphäre bzw. der Biosphäre entnommen wie später bei der Verbrennung freigesetzt wird. Es sind daher CO₂-neutrale Kraft- und Brennstoffe, die aus regenerativ erzeugtem Strom (Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft) hergestellt werden. Flüssige Brennstoffe bestehen in der Regel aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Bei ihrer Verbrennung entstehen hauptsächlich Wasser (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂). Wird dieses CO₂ wieder in den Entstehungsprozess der Brennstoffe eingebunden, entsteht ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf und ist weitgehend Treibhausgasneutral. Kohlendioxid wird dadurch zum nachhaltigen Rohstoff, da dieselbe Menge bei der Verbrennung freigesetzt wird, wie bei der Produktion der Atmosphäre entzogen wird.

Synfuels aus Pflanzenöl oder/und Fett (HVO [Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils > hydrierte Pflanzenöle]) wären aufgrund der benötigten großen Anbauflächen nicht so sinnvoll.

Viele Länder wollen ab 2030 die Verbrennungsmotoren für Neuwagen verbieten. Hier könnten z. B. E-Fuels für die in Deutschland im Bestand (2017) befindlichen ca. 57 Millionen Kraftfahrzeuge, 13,3 Millionen Gasheizungen, 5,6 Millionen Ölheizungen, 0,7 Millionen Gas-Raumheizer und 1,1 Millionen Gas-Warmwasserbereiter aber auch in Flugzeugen, Schiffen und in der Industrie (chemische Produkte) eine mögliche Alternative sein. Dieses Thema wird kontrovers diskutiert.

Im Gegensatz zum Strom sind flüssige Energieträger gut speicherbar und leicht zu transportieren. Außerdem haben sie eine hohe Energiedichte und verfügen über eine hervorragende vorhandene Infrastruktur. Um diese Vorteile auch langfristig in der Energieversorgung nutzen zu können, wird an der Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Kraft- und Brennstoffe intensiv geforscht. Ein wichtiger Aspekt ist, dass sie in heute verfügbarer Technik ohne aufwändige Umrüstungen einsetzbar sein sollen. Außerdem können die E-Fuels die Erweiterung und/oder neue Erstellung von Stromtrassen verhindern, die zunehmend von der Bevölkerung abgelehnt werden.

Power to Chemicals (PtC)

.

Bei diesem System ist eine direkte Koppelung mit der PV-Anlage möglich, modulierender Betrieb von 600 Watt bis zur maximalen Lleistung. Kein Stromverbrauch aus dem Netz. Der 2Max-PV-Converter erzeugt aus 1 kW Solarstrom bis 5 kW Wärme.