RM Rudolf Müller
Bei einer Windheizung entsteht aus Wind zunächst Strom und dann Wärme.   Foto: Pixabay

Bei einer Windheizung entsteht aus Wind zunächst Strom und dann Wärme.   Foto: Pixabay

Haustechnik
13. August 2019 | Artikel teilen Artikel teilen

Was sind Windheizungen?

An Strom aus Windkraft herrscht hierzulande kein Mangel. Im Winter liefern die knapp 30.000 deutschen Anlagen sogar mehr elektrische Energie als notwendig. Wenn es draußen knackig kalt ist, steigt aber eher der Bedarf an Heizwärme. Wäre es da nicht schön, wenn sich aus Windkraft auch Heizwärme erzeugen ließe? So utopisch ist die Idee gar nicht: Mit passenden Stromspeichern sind Windkraft-Überkapazitäten nämlich für so genannte Windheizungen nutzbar. Das Fraunhofer-Institut führt dazu gerade ein Forschungsprojekt durch.

Die Windenergie stellt mittlerweile den größten Anteil an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien dar. Nach Angaben des Bundesverbandes Windenergie stammte zum Beispiel im März 2019 über 35 % der Nettostromerzeugung in Deutschland aus Windkraftanlagen.

Doch leider ist dieser Erfolg nicht ungetrübt. Er sorgt nämlich dafür, dass während der winterlichen Starkwindzeiten im Stromnetz häufig ein Überangebot herrscht. Das führt zu sehr niedrigen bis negativen Preisen an der Strombörse. Zur Sicherung der Netzstabilität müssen Windkraftanlagen dann in manchen Regionen in ihrer Leistung reduziert oder zeitweise sogar komplett abgeschaltet werden.

Forschungsvorhaben „Windheizung 2.0“

Um Lösungen für diese Problematik geht es im Forschungsvorhaben „Windheizung 2.0: Langzeit-Speicher“. Es wird vom Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP gemeinsam mit dem Bayerischen Staatsministerium, dem Bayerischen Landesamt für Umwelt sowie Partnern aus der Industrie durchgeführt. Das Projekt soll es ermöglichen, dass Stromnetz-Überkapazitäten künftig auf intelligente Weise auch für die Gebäudebeheizung genutzt werden können. Ziel ist die Entwicklung anlagentechnischer Konzepte, die es erlauben, Gebäude nahezu ausschließlich mit Überschussstrom zu beheizen.

Das auf drei Jahre angelegte Forschungsvorhaben wird finanziell vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und unter anderem von Industriepartnern aus den Bereichen Bauteilaktivierung, Speichertechnologien und Heiz- und Regelungstechnik sowie von Netzbetreibern und Energieversorgern unterstützt.

Da Strom aus Windkraft überwiegend im Winter überschüssig vorhanden ist, fallen die Verfügbarkeit von Überschussstrom und ein erhöhter Heizwärmebedarf im Gebäudebereich zeitlich sehr eng zusammen. Insofern ist es nicht nur wünschenswert, sondern eigentlich auch ziemlich naheliegend, wenn „Windheizung 2.0“-Gebäude der Zukunft erneuerbaren Windstrom in Heizwärme verwandeln könnten. Eine solche Umwandlung bezeichnet man auch als „Power-to-Heat“-Lösung. Funktionieren tut so etwa allerdings nur mit leistungsfähigen Speichermedien, die im Gebäudebereich den aus Windkraft gewonnenen Strom aufnehmen und in Wärme umwandeln.

Drei Speicherformen

Windheizung mit Warmwasserspeicher (A), Bauteilaktivierung (B) und Hochtemperatur-Steinspeicher (C). Grafik: Bayerisches Landesamt für Umwelt

Windheizung mit Warmwasserspeicher (A), Bauteilaktivierung (B) und Hochtemperatur-Steinspeicher (C). Grafik: Bayerisches Landesamt für Umwelt

Die typisch deutschen Massivhäuser aus Stein bieten dank großer thermischer Speichermassen naturgemäß ein großes Potenzial für die Wärmespeicherung. Diesen Ansatz greifen auch die Wissenschaftler des Forschungsvorhabens „Windheizung 2.0“ auf. Sie wollen daher in den nächsten Jahren nicht nur unterschiedliche Wasserspeicher, sondern auch bauteilintegrierte Speicher und spezielle Steinspeicher für die Gebäudenutzung entwickeln.

Die Fokussierung auf diese drei Speicherformen ist das Ergebnis von Voruntersuchungen zur aktuellen Studie, die das Fraunhofer IBP in den Jahren 2015/16 durchgeführt hat. Aus dieser Projektphase stammt auch die Erkenntnis, dass die Speicher vor allem für energetisch hocheffiziente Einfamilienhäuser geeignet sind – insbesondere, wenn diese aus schweren Baustoffen wie Beton, Ziegelsteine oder Kalksandstein bestehen.

Als wirtschaftliche Lösung wurden bei den Voruntersuchungen vor allem zwei Speicherformen ermittelt: große Warmwasserspeicher in Kombination mit Niedertemperatur-Flächenheizungen sowie zusätzlich thermische Bauteilaktivierungen (BTA) zur parallelen Wärmespeicherung und Raumtemperierung. Bei der BTA dient die Gebäudemasse – meist Innendecken und Bodenplatte – als Wärmespeicher. Dafür verlegt man Heizrohre durch die Bauteile und lässt anschließend das Wasser aus dem Warmwasserspeicher durch sie hindurchfließen.

Im Rahmen der Voruntersuchungen wurden auch bereits spezielle Hochtemperatur-Steinspeicher betrachtet und als vielversprechende Technik bewertet. Prinzipiell ähneln derartige Steinspeicher großen, zentralen Nachtspeicherheizungen, die eine mehrtägige Wärmespeicherung ermöglichen. Gleichwohl handelt es sich dabei noch um eine Technologie im Entwicklungsstadium.


Über den Autor Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift baustoffpraxis. Kontakt: rgrimm1968@aol.com

 

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