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Sektorenkopplung - Ein Energiesystem für alle(s)


von MarcusH

Reinhard Huschke
von Reinhard Huschke


Ein Begriff mischt die Energiebranche auf: Sektorenkopplung. Er steht für eine enge Verzahnung der heute noch weitgehend getrennten Energiemärkte Strom, Wärme und Verkehr. Basierend auf erneuerbarem Strom soll ein integriertes Energiesystem entstehen, das alle Arten der Energienutzung flexibel verbindet.


In den letzten fünf Jahren hat sich der Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Bruttostromverbrauch nahezu verdoppelt. Inzwischen ist fast ein Drittel Grünstrom im Netz, an manchen wind- und sonnenreichen Tagen decken die Erneuerbaren sogar 80 bis 90 Prozent des Strombedarfs – also alles gut mit der Energiewende?

Leider nur teilweise. Denn die Energiewende war bisher vor allem eine Stromwende. Der Stromverbrauch macht aber nur ein knappes Viertel des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland aus, während mehr als die Hälfte auf die Erzeugung von Wärme und Kälte in Gebäuden und in der Industrie und ein weiteres Viertel auf mechanische Antriebsenergie im Verkehr entfallen. Und im Wärme- und Verkehrssektor dümpelt der Anteil der Erneuerbaren seit Jahren vor sich hin: Bei der Wärme sind es etwa 13 und im Verkehr sogar nur 5 Prozent. Rechnet man alle drei Sektoren zusammen, erreicht der regenerative Anteil ernüchternde 15 Prozent.

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Volker Quaschning, Professor an der Berliner Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) hat nachgerechnet: Ginge es im bisherigen Tempo weiter, würde Deutschlands Energieversorgung erst im Jahr 2150 CO2-neutral – hundert Jahre zu spät, um die in Paris vereinbarten Klimaziele zu erreichen. „Die Potenziale für Biomasse, Geothermie und Solarthermie sind in Deutschland begrenzt“, schreibt Quaschning in einer 2016 veröffentlichten Studie[1]. „Darum muss der wesentliche Anteil der künftigen Energieversorgung durch Strom aus Windkraft und Photovoltaikanlagen gedeckt werden.“

In anderen Worten, auch Wärme und Antriebsenergie müssen künftig weitgehend elektrisch erzeugt werden. Dies ist in zweifacher Hinsicht sinnvoll: Zum einen lassen sich die im Wärme- und Verkehrssektor noch dominierenden fossilen Energieträger ersetzen, zum anderen eröffnen sich – neben dem Ausbau der Stromnetze und Speicherkapazitäten – weitere Möglichkeiten, überschüssigen Wind- und Solarstrom zu verwerten. Anstatt Windräder abzuregeln, wie es inzwischen fast täglich geschieht, könnte man diese Energie besser zur Klimatisierung von Gebäuden, für industrielle Wärmeprozesse oder zum Laden von Elektroautos nutzen. Die Kopplung der Energieverbrauchssektoren Strom, Wärme und Verkehr würde also einen größeren und flexibleren Energiemarkt schaffen.
[1] www.volker-quaschning.de/publis/studien/sektorkopp...

Power-to-X: Schlüssltechnologien für die Wärme- und Verkehrswende

Bei der Umsetzung der Sektorenkopplung kommt den sogenannten „Power-to-X“-Technologien eine besondere Bedeutung zu: „Power-to-Gas“ steht für die Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser mittels Elektrolyse, „Power-to-Heat“ für die Wärme- und Kälteerzeugung mittels Wärmepumpen und anderer elektrisch betriebener Heiz- und Kühlanlagen und „Power-to-Liquids“ für die Herstellung synthetischer Kraftstoffe. Vor allem das Konzept Power-to-Gas hat das Zeug, alle drei Sektoren zu verbinden und wird daher nach Ansicht der Deutschen Energie-Agentur (dena) eine entscheidende Rolle beim Umbau des Energiesystems spielen: „Es ist heute die am besten verfügbare Technologie, die sowohl eine langfristige Speicherung von erneuerbarem Strom im Erdgasnetz als auch dessen Nutzung in allen anderen Energieverbrauchssektoren möglich macht.“

Neben direkten Nutzungen des mit Power-to-Gas erzeugten Wasserstoffs, z.B. für industrielle Wärmeprozesse oder als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge, ist die Speicherung eine besonders vielversprechende Option. Denn im Unterschied zu den bereits heute überlasteten Stromnetzen ist das Erdgasnetz samt unterirdischer Großspeicher nahezu unbegrenzt aufnahmefähig. Umgewandelt in Wasserstoff (H2) oder Methan (CH4) könnte Strom für mehrere Monate ohne Wind und Sonne bevorratet werden. Die Transformation von Strom in Gas (und evtl. zurück) ist zwar verlustbehaftet, aber immer noch sinnvoller als ein Totalverlust durch ein Abregeln von Windrädern und Photovoltaikanlagen.

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Grüner Strom zur Wärmeerzeugung und als Antriebsenergie

Besonders dringlich erscheint die Elektrifizierung des Wärmesektors, denn der Wärmeverbrauch in Gebäuden und in der Industrie macht über die Hälfte des gesamten Verbrauchs an Endenergie und 40 Prozent der C02-Emissionen aus. Die Power-to-Gas-Technologie bietet hier die Möglichkeit, sukzessive fossiles Erdgas durch „Windgas“, also mithilfe von Windstrom synthetisiertes Erdgas zu ersetzen. Ein zweiter Umwandlungspfad ist Power-to-Heat, die direkte Erzeugung von Wärme und Kälte mittels Strom. Für niedrige Temperaturen, wie sie zur Beheizung oder Kühlung von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung benötigt werden, ist die elektrische Wärmepumpe die beste Technologie. Im Unterschied zu traditionellen Elektroheizungen erzeugt sie aus einer Kilowattstunde Strom nicht nur eine, sondern drei bis vier Kilowattstunden Wärme. Würde man die Wärmeversorgung von Gebäuden komplett auf Wärmepumpen umstellen, käme man nach der Berechnung in der HTW-Studie mit etwa einem Fünftel der Energiemenge aus – Effizienzmaßnahmen wie Gebäudedämmung noch gar nicht eingerechnet. Doch beim Verbraucher kommen die neuen Heizsysteme erst langsam an: Nach Zahlen des Bundeswirtschaftsministeriums wird nur jede fünfte neu gebaute Wohnung mit einer Wärmepumpe, aber jede zweite mit einem herkömmlichen Erdgaskessel bezeizt.

Ganz am Anfang steht die Energiewende auch im Verkehrssektor. Zwar ist der Schienenverkehr seit langem weitgehend elektrifiziert (und somit ein frühes Beispiel für die Sektorenkopplung), sein Anteil am Energieverbrauch beträgt jedoch nur zwei Prozent. Über 80 Prozent der Energie werden dagegen auf der Straße „verfeuert“, wobei der Anteil von Biokraftstoffen verschwindend gering ist. Doch es gibt Hoffnung: Die Batterietechnologie macht schnell Fortschritte, sodass einer zügigen Elektrifizierung des Individualverkehrs zumindest von technischer Seite wenig entgegensteht. Für den Antrieb großer Fahrzeuge wie Busse, LKW und Schiffe ist synthetisches Flüssigerdgas (LNG) oder auch die Brennstoffzellentechnik eine Option. Mit zunehmender Elektromobilität wird auch eine intelligente Kopplung der Fahrzeugbatterien mit dem Stromnetz interessant („Vehicle to Grid“), die ein netzdienliches Laden und Entladen ermöglichen würde.

Passende Rahmenbedingungen für neue Geschäftsmodelle

Sektorenkopplung bedeutet allerdings nicht nur die Entwicklung und Etablierung neuer Technologien wie Power-to-Gas oder Elektromobilität, sondern auch eine Verknüpfung von wirtschaftlichen Akteuren, Branchen, Strukturen und Regelwerken, die in der heutigen Energiewelt wenig miteinander zu tun haben. So werden neue Geschäftsmodelle, die auf Sektorenkopplung basieren, noch häufig durch gesetzliche Regelungen ausgebremst. Beispielsweise sind Power-to-Gas-Anlagen energiewirtschaftlich als „Letztverbraucher“ eingestuft, sodass hohe Abgaben wie für Strom-Endkunden anfallen. Eine weitere Hürde ist Paragraph 27a im aktuellen Entwurf des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG 2017), der Stromproduzenten dazu verpflichtet, ihren gesamten Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen; eine Direktvermarktung an eine regionale Power-to-Gas- oder Power-to-Heat-Anlage wäre nur in speziellen Sonderfällen möglich. Auch die unterschiedliche Besteuerung der Energieträger sorgt dafür, dass grüner Strom in vielen Fällen noch nicht konkurrenzfähig ist.

Welche Geschäftsmodelle sich langfristig etablieren werden, ist daher gegenwärtig noch nicht abzusehen. Um herauszufinden, wo konkrete Herausforderungen und Fallstricke beim Umbau des Energiemarktes liegen, hat die dena im Februar 2017 eine „Leitstudie Integrierte Energiewende“ gestartet, die Unternehmen „einen Orientierungsrahmen für Investitionen und zukunftsfähige Geschäftsmodelle innerhalb eines künftigen integrierten Energiesystem bieten“ soll. Bleibt zu hoffen, dass von Seiten der Politik dann auch entsprechende Maßnahmen folgen, die vielleicht nicht bei allen gegenwärtigen Marktakteuren Beifall finden. Denn die Erfolgsgeschichte des erneuerbaren Stroms lehrt: Wenn die Rahmenbedingungen stimmen, kann es auch mit den noch fehlenden zwei Dritteln der Energiewende schnell vorangehen.

Autor
: Freier Journalist und Texter, Freiburg
https://www.torial.com/reinhard.huschke

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