Elektrodenheizkessel: Power-to-Heat Systeme kaufen

Heißwasser oder Dampf ohne lokale Emissionen? Elektrodenheizkessel ermöglichen das. Sie wandeln elektrische Energie in Wärme um und punkten dabei mit besonders schnellen Reaktionszeiten. So sind viele Hochspannungs-Elektrodenkessel bereits wenige Minuten nach dem Stillstand mit Volllast im Einsatz. Sie reagieren flexibel auf schwankende Anforderungen in der Anlage und helfen sogar dabei, den Ausbau erneuerbarer Energien zu beschleunigen. Wie das funktioniert und welche Vorteile ein Elektrodenheizkessel mit sich bringt, erklären wir im folgenden Ratgeber.

Die Themen im Überblick

Elektrodenheizkessel für Warmwasser, Heißwasser und Dampf

Elektrodenheizkessel sind eine Form der Elektroheizkessel. Sie bestehen einfach beschrieben aus einem großen Behälter mit mehreren Elektroden, die Fachleute an das Wechselstromnetz anschließen. Im Betrieb strömt elektrische Energie direkt durch das Wasser im Kessel, dessen Temperatur dadurch ansteigt. Nicht zu verwechseln sind Elektrodenheizkessel mit Widerstandsheizungen. Diese besitzen einen ohmschen Widerstand (Elektroheizkörper), der sich unter Spannung erwärmt und thermische Energie an das umliegende Wasser abgibt.

Hohe Energieeffizienz, schnelle Lastwechsel und keine lokalen Emissionen

Die Funktionsweise der Elektrodenheizkessel ermöglicht es, Strom mit einem Wirkungsgrad von annähernd 100 Prozent in Wärme umzuwandeln. Die Elektrodenheizkessel arbeiten dabei sehr schnell und kommen ohne lokale Emissionen aus. Kommt grüner Strom zum Einsatz, gelten die Lösungen zudem als nachhaltige und umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Heißwasserkesseln und Dampfkesseln.

Übrigens: Geht es um die Bereitung von Warmwasser, lassen sich theoretisch auch Großwärmepumpen einsetzen. Diese nutzen einen Teil Umweltwärme und verbrauchen dadurch weniger Strom. Infrage kommen sie allerdings oft nicht, da die Temperaturanforderungen am Einsatzort zu hoch sind oder die Reaktionsgeschwindigkeit zu niedrig. So ist es beispielsweise in vielen Fernwärmenetzen und Industrieanlagen.

Verbrauch erneuerbarer Energien, wenn diese im Überschuss vorhanden sind

Da sich die Leistung der Elektrodenheizkessel sehr gut und schnell regulieren lässt, unterstützen die Hochspannungs-Elektrodenkessel den Ausbau erneuerbarer Energien. Möglich ist das durch die Teilnahme am sogenannten Regelenergiemarkt. Und das funktioniert so:

• Ist Strom aus Erneuerbare-Energien-Anlagen im Überschuss vorhanden, wandeln Elektrodenheizkessel diesen in Wärme um. Dazu erhitzen sie Wasser, das dann bis zum Bedarf in der Anlage in Speichern lagert.
• Fehlt Strom aus Erneuerbare-Energien-Anlagen im Netz, drosseln die Kessel ihre Leistung. Anlagen setzen dann auf den angelegten Vorrat im Speicher oder konventionelle Warmwasser-, Heißwasser oder Dampferzeuger.

Mit dieser hohen Flexibilität tragen Elektrodenheizkessel zur Stabilisierung der Netze bei. Sie entlasten Versorger, helfen dabei, fossile Energieträger einzusparen und kommen der Umwelt zugute.

Großer Leistungsbereich der Elektrodenheizkessel für viele Anwendungen

Hersteller bieten Elektrodenheizkessel mit einer Leistung von etwa 500 Kilowatt (kW) bis zu 100 Megawatt (MW) an. Genügt das nicht, lassen sich mehrere Hochspannungs-Elektrodenkessel miteinander verbinden, um die Leistung flexibel nach oben zu skalieren. Der weitere Leistungsbereich sorgt dabei dafür, dass die Elektrokessel in verschiedensten Bereichen zum Einsatz kommen – ganz gleich, ob es um Heizwärme in Wohnquartieren oder Prozesswärme in technischen Anlagen geht.

Elektrodenheizkessel bringen viele Vorteile mit sich: Die Wichtigsten

Ganz gleich, ob es um den eigenen Betrieb oder die Umwelt im Allgemeinen geht: Wer einen Elektrodenheizkessel installiert, profitiert von zahlreichen Vorteilen. Einer der wichtigsten ist die schnelle Regelbarkeit. Die elektrischen Heißwasser- oder Dampferzeuger kommen in wenigen Minuten aus dem Stand-by auf Volllast und lassen sich im Betrieb schnell regulieren. Das senkt die Stillstandsverluste und bietet Anlagenbetreibern eine große Flexibilität.

Relevant ist darüber hinaus auch die Tatsache, dass es abgesehen von einigen Umwälzpumpen keine beweglichen Bauteile gibt. Die Elektroden selbst sind verschleißfrei und der Wartungsaufwand ist minimal. Punkten können Elektrodenkessel dadurch auch, wenn es um Zuverlässigkeit und Langlebigkeit geht. So sind die Ausfallzeiten auch bei solchen Kesseln minimal, die schon viele Jahre in Betrieb sind.

Der Einsatz elektrischer Energie zur Heißwasser- oder Dampferzeugung bringt weitere Vorteile. Denn er sorgt dafür, dass die Kessel leise und emissionsfrei arbeiten. Sie erzeugen keine Abgase und gelten als CO2-frei, wenn grüner Strom zum Einsatz kommt.

Elektrodenheizkessel eignen sich perfekt für den Einsatz erneuerbarer Energien. Sie nehmen am Regelenergiemarkt teil und helfen dabei, die öffentlichen Stromnetze zu stabilisieren. Ein positiver Nebeneffekt: Auch die Betriebs- und Brennstoffkosten sinken durch den Einsatz der Anlagen.

Die folgende Übersicht fasst die wichtigsten Vorteile der Elektrodenheizkessel im Überblick zusammen:

• in wenigen Minuten voll einsatzbereit
• sekundenschnelle Leistungsregelung
• flexibel skalierbare Leistungsbereiche
• fast keine beweglichen Bauteile nötig
• verschleißfreie Elektroden im Aufbau
• besonders geringer Wartungsaufwand
• zuverlässig und langlebig im Betrieb
• kompakte Bauweise der Elektrokessel
• geringe Lärmemissionen am Einsatzort
• keine lokalen Abgase oder Emissionen
• CO2-freier Betrieb ohne CO2-Steuer
• optimal für erneuerbare Energien geeignet
• Teilnahme am Regelenergiemarkt möglich
• geringe Brennstoff- und Betriebskosten

Neben den zahlreichen Vorteilen können sich auch Nachteile ergeben. So sind die Energiekosten mit konventionellem Netzstrom vergleichsweise hoch. Ein Grund, aus dem sich Elektrodenheizkessel vor allem dann lohnen, wenn elektrische Energie aus eigenen Erneuerbare-Energien-Anlagen kommt oder durch die Teilnahme am Regelenergiemarkt günstig ist.

Einsatzbereiche und Anwendungsfälle der Elektrodenheizkessel

Die speziellen Elektroheizkessel kommen immer dann zum Einsatz, wenn Anlagen Heißwasser oder Dampf benötigen. Sie spielen in Kombination mit erneuerbaren Energien ihre Vorteile aus und arbeiten in vielen On- und Offshore-Anwendungen. So zum Beispiel in Industriebetrieben mit variablem Dampf- oder Heißwasserbedarf, in Quartieren, Fernwärmenetzen, Raffinerien oder Chemieanlagen.

Im Detail: Aufbau und Funktionsweise der Elektrodenheizkessel

Die speziellen Elektrokessel sind vergleichsweise kompakt aufgebaut. Sie bestehen aus einem hohen, isolierten Körper mit zwei Wasserbereichen. Im unteren Bereich lagert aufbereitetes Speisewasser, das zur Heißwasser- oder Dampferzeugung in eine obere Wanne gepumpt wird. Hier trifft es auf Elektroden, die das Medium in kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur bringen. Einige Elektrodenheizkessel sind zudem mit Stickstoff beaufschlagt, um Druckschwankungen im Primärkreis ausgleichen zu können.

Regelarmaturen, Sicherheitsarmaturen und eine moderne Steuerung sorgen für einen zuverlässigen sowie effizienten Betrieb. Sie stellen außerdem sicher, dass die Heißwasser- oder Dampfleistung kontinuierlich zum schwankenden Bedarf der Anlage passt.

Heißwasser, Dampf oder beides flexibel mit einem Kessel erzeugen

Wer Heißwasser und Dampf benötigt, kann einen Elektrodenheizkessel zur kombinierten Heißwasser- und Dampferzeugung kaufen. Dieser passt seine Leistung automatisch an den vorherrschenden Bedarf an, um Dampf über die oben liegenden Ablassventile oder Wärme über einen Plattenwärmetauscher abgeben zu können. Die Temperatur- und Leistungsregelung erfolgt dabei über ein Drosselventil, welches den Füllstand der oben liegenden Wasserwanne verändert. Je höher dieser ist, desto tiefer befinden sich die Elektroden im Wasser und die Leistung ist höher.

Leitfähigkeit des Wassers als wichtiger Kennwert für den Betrieb

Die Leitfähigkeit des Wassers hat einen großen Einfluss auf die Leistung des Kessels und wurde früher sogar zur Regelung genutzt. Dazu gaben Anlagen leitfähigkeitssteigernde Substanzen zu, um die Leistung zu erhöhen. Da diese Art der Leistungsregelung sehr träge ist, kommt sie heute nicht mehr zum Einsatz. Der Einfluss der Leitfähigkeit auf die Leistung bleibt jedoch, wodurch moderne Anlagen den Wert kontinuierlich überwachen. Steigt er zu stark an, kommt es automatisch zur Absalzung und die Leitfähigkeit sinkt auf den gewünschten Wert.

Wechselspannung verhindert elektrolytische Wasserzersetzung

Grundsätzlich ähneln Elektrodenheizkesseln Elektrolyseuren, die Strom zur Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff nutzen. Um diesen Vorgang zu verhindern, kommt Wechselstrom zum Einsatz. Üblich ist dabei der Anschluss der Hochspannungs-Elektrodenkessel an das Mittelspannungsnetz, wobei Spannungswerte von 6 bis 36 kV möglich sind.

Verfügbare Leistungen und Baugrößen der Kessel im Überblick

Elektrodenheizkessel gibt es heute mit Leistungswerten von bis zu 100 MW. Die Anlagen lassen sich miteinander kombinieren, um die Leistung weiter zu steigern und liefern Warmwasser, Heißwasser oder Dampf. Bei einer Spannung von 6 bis 36 kV erreichen einzelne Anlagen dabei Druckwerte von bis zu 85 bar. Wie viel Platz nötig ist, um einen solchen Kessel in die eigene Anlage zu integrieren, zeigt die folgende Tabelle.

Die Angaben in der Tabelle verstehen sich als Richtwerte, die von Anbieter zu Anbieter unterschiedlich ausfallen. Sie geben jedoch einen ersten Eindruck von den Dimensionen und Leistungsbereiche der Elektrodenheizkessel. Verbindliche Angaben geben Hersteller im Rahmen der individuellen Planung.

FAQ: Häufige Fragen und Antworten zu Elektrodenheizkesseln

Was ist ein Elektrodenheizkessel und wie funktioniert er?

Bei Elektrodenheizkesseln handelt es sich um eine spezielle Art der Elektrokessel. Diese tauchen Elektroden in das Speisewasser ein. Fließt Strom, erwärmt sich letzteres. Möglich ist es auf diese Weise Warmwasser, Heißwasser oder sogar Dampf zu erzeugen. Einige Anlagen liefern wahlweise Heißwasser oder Dampf mit einem Gerät, abhängig vom aktuellen Bedarf am Einsatzort.

Worin liegen die besonderen Vorteile der Elektroheizkessel?

Elektrodenheizkessel sind kompakt, leise und erzeugen selbst keine Emissionen. Sie lassen sich in der Anlage aufbauen, gelten als besonders wartungsfreundlich und erreichen lange Nutzungszeiten. Ein weiterer Vorteil ist die schnelle Regelbarkeit. Die Anlagen sind aus dem Stand-by nach wenigen Minuten in Betrieb und passen ihre Leistung sekundenschnell dem jeweiligen Bedarf an. Mit Strom aus Erneuerbare-Energien-Anlagen arbeiten die Kessel CO2-frei. Sie verbrauchen Grünstrom flexibel, wenn er im Überschuss vorhanden ist und helfen dabei, die öffentlichen Netze zu stabilisieren. Als flexible Verbraucher können Elektrodenheizkessel außerdem am Regelenergiemarkt teilnehmen, was mit Kostenvorteilen einhergeht.

Für wen lohnt sich der Einsatz eines solchen Kessels?

Infrage kommen die Anlagen für Betreiber mit variablem Heißwasser- oder Dampfbedarf. Sie kommen in Industrieanlagen, Wärmenetzen oder auf Bohrinseln zum Einsatz und helfen dabei, den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Letzteres ist in Kombination mit Strom aus Erneuerbare-Energien-Anlagen möglich. Diesen nutzen Elektrodenheizkessel, wenn er im Überfluss vorhanden ist. Heißwasserkessel sind darüber hinaus dazu in der Lage, einen Puffer zu befüllen, um bei geringem Grünstrom-Angebot weniger zu verbrauchen.

In welchen Leistungsbereichen sind die Anlagen erhältlich?

Erhältlich sind die Kessel mit einer Leistung von bis zu 100 MW. Sie liefern Warmwasser, Heißwasser oder Dampf mit bis zu 85 bar und lassen sich untereinander kombinieren, um die Leistung weiter zu steigern. Der Anschluss erfolgt in der Regel an das Mittelspannungsnetz, wobei Konfigurationen für 6 bis 36 kV verfügbar sind.

Wie viel kann ein Elektrodenheizkessel kosten?

Wie die Preise der Elektrodenheizkessel ausfallen, lässt sich nicht pauschal beurteilen. Denn das hängt von der Leistung und den gewählten Spezifikationen ab. Verlässliche Angaben bekommen Sie hier nur von Anbietern, die ein individuelles Angebot kalkulieren.