5 Gründe, warum Sektorenkopplung wichtig ist

Sektorenkopplung (auch Sektorkopplung) gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Denn sie verbindet die einzelnen Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität und sorgt so für eine effiziente Nutzung erneuerbarer Energie. Nur so kann die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft gelingen. Mit den neuen Möglichkeiten der Digitalisierung öffnet Sektorenkopplung die Tür zur Energieversorgung 4.0.

1. Sektorenkopplung ermöglicht ein effizientes Energiesystem

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung steigt kontinuierlich an. Im Jahr 2016 deckten erneuerbare Energien laut REN21 Global Renewable Status Report 2018 knapp 20 Prozent des weltweiten Endenergieverbrauchs. In Deutschland betrug der Regenerativ-Anteil an der Nettostromerzeugung, also der Strom, der aus der Steckdose kommt und im Haushalt oder Betrieb verbraucht wird, nach Angaben des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme im ersten Halbjahr 2018 sogar 41 Prozent. Strom aus Wind- und Solaranlagen trägt damit wesentlich zur weltweiten Energieversorgung ein. Einziger Nachteil ist, dass Sonne und Wind volatil sind, weil sie Energie eben schwankend erzeugen. Künftig können bei zu viel Sonne oder Wind Erzeugungsspitzen entstehen, die über den Bedarf hinausgehen. Dann müssen regenerative Kraftwerke abgeregelt werden und der wertvolle Strom geht verloren.

Energie flexibel verschieben…

Und genau hier kommt Sektorenkopplung ins Spiel. Sie ermöglicht eine Verschiebung der zur Verfügung stehenden Energie in andere Bereiche. Denn Energie ist weit mehr als nur Strom. In den Bereichen Wärme und Verkehr wird die benötigte Energie derzeit noch im Wesentlichen durch die Verbrennung fossiler Energieträger gewonnen. Im Wärmebereich liegt der Anteil der Erneuerbaren laut REN21 Global Renewable Status Report 2018 bei zehn Prozent, im Verkehrsbereich sogar nur bei rund drei Prozent. Der Nachholbedarf ist also groß, und er wiegt umso schwerer, weil diese beiden Sektoren insgesamt rund 80 Prozent (48 % Heizen und Kühlen, 32 % Verkehr) des Gesamtenergiebedarfs auf sich vereinen. Damit sind sie auch für einen Großteil des energiebezogenen CO₂-Ausstoßes verantwortlich.

…und von Synergien profitieren

Sektorenkopplung vernetzt also energetisch relevante Bereiche wie Strom, Wärme, Kühlung oder Verkehr so, dass ein möglichst großer Anteil der erneuerbaren Energien aus Sonne, Wind oder Biomasse genutzt werden kann. Beim Verkehr liegt die großflächige Nutzung von Elektro- oder Erdgasfahrzeugen auf der Hand, die dann mit natürlichen Ressourcen getankt werden. Im Wärmebereich kommt beispielsweise Wärmepumpen und Heizstäben eine große Bedeutung zu. Mit Hilfe von regenerativem Strom erzeugen sie Wärme für den Haushaltsgebrauch. Dank der Synergieeffekte zwischen den Sektoren Strom und Wärme lässt sich Energie genau dort sinnvoll nutzen, wo sie gerade gebraucht wird.

2. Nur Sektorenkopplung ermöglicht eine wirklich nachhaltige Energieversorgung

Power-to-X-Technologien und Batteriespeicher wandeln Überschüsse an regenerativem Strom flexibel in eine andere Energieform um und erhöhen so den Regenerativanteil in den Sektoren Wärme und Verkehr. Das „X“ steht dabei für die möglichen Energieträger: Gas-, Wärme- und Batteriespeicher sind die bisher gängigsten Vertreter dieser Technologien.

Aus Strom Gas erzeugen: Power-to-Gas (PtG)

Die vorhandenen Gasnetz-Infrastrukturen ermöglichen schon jetzt den Transport und die Speicherung großer Energiemengen. Über Power-to-Gas-Technologien lässt sich dieser Speicher auch für erneuerbare Energien erschließen.

So kann etwa das bei der Biogasproduktion anfallende CO₂ zur Herstellung von Methan genutzt werden, das dann im Erdgasnetz etwa als Rohstoff für die chemische Industrie, Antriebsenergie von Fahrzeugen und Flugzeugen oder für die Rückverstromung in Gaskraftwerken zur Verfügung steht.

Sektorenkopplung für das Eigenheim: Wer Solaranlage, Wärmepumpe, Batterie-Speicher und Verbraucher über intelligentes Energiemanagement verbrindet, sorgt für eine nachhaltige und effiziente Energieversorgung seines Haushalt.

Aus Strom Wärme erzeugen: Power-to-Heat (PtH)

Die elektrischen Überschüsse aus erneuerbaren Energien lassen sich auch zur Wärmebereitstellung verwenden. Sie steht dann als Heizenergie oder zur Warmwassergewinnung zur Verfügung. Im Gegensatz zu PtG-Technologien beträgt der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Wärme nahezu 100 Prozent. Dadurch lassen sich fossile Brennstoffe im Verhältnis 1:1 ersetzen.

Power-to-Heat-Anlagen sind Hybridsysteme, die immer über einen herkömmlichen Brennstoff wie Holz oder Erdgas betriebenen Wärmeerzeuger verfügen. Bei Stromüberschüssen erfolgt die Wärmegewinnung aus elektrischer Energie, ansonsten kommt das konventionelle Heizsystem zum Einsatz.

Die Wärme lässt sich in das Nah- oder Fernwärmenetz einspeisen oder lokal zur Wärmeversorgung einzelner Gebäude oder industrieller Betriebe nutzen. Mit einem zusätzlichen Pufferspeicher lässt sich die Wärme auch zwischenspeichern und sich nach Bedarf abrufen, etwa zur Bereitstellung negativer Regelenergie (siehe Punkt 4.).

Strom in Batterien speichern

Bewährte lokale Speicher für überschüssige erneuerbare Energien sind auch Batteriespeicher. Hier nehmen wieder aufladbare chemische Zellen (Akkumulatoren) Energie auf und geben sie nach Bedarf wieder ab.

Im Heimspeicherbereich sorgen Batterie-Speicher in Kombination mit einer Solaranlage für mehr Energieeffizienz und sichern die Stromversorgung bei Netzausfällen.

In großen Speicher-Kraftwerken bis in den MW-Bereich stellen die Batterien Regelleistung zur Verfügung. Batterie-Wechselrichter tragen außerdem heute schon zur schnellen Frequenzstabilisierung und zur Momentanreserve bei (Abdeckung von Schwankungen durch Trägheit). Das ist immer dann wichtig, wenn kurzfristig zusätzliche Leistung benötigt wird, weil irgendwo ein großer Verbraucher kurzfristig viel Strom benötigt. Schaltet sich etwa in einem Fußballstadion die Flutlichtanlage ein, liefern bisher Schwungmassen der Generator-Rotoren gespeicherte Energie und stabilisieren dadurch kurzfristig das Netz. Wenn nun Batterie-Wechselrichter die rotierenden Massen der Kraftwerke ersetzen, bietet das einen weiteren wesentlichen Vorteil: Ein konventionelles Kraftwerk kann immer nur einen Bruchteil seiner Leistung als Regelleistung bereitstellen, ein Batteriespeicher aber seine volle Nennleistung. So kann etwa ein Batteriespeicher von 30 Megawatt die Regelleistung von 1.000MW (1Gigawatt) Kraftwerksleistung ersetzen.

Und auch bei großflächigen Netzausfällen können Batterie-Wechselrichter inzwischen dafür sorgen, dass das Netz schnell wieder zur Verfügung steht. Denn sie sind schwarzstartfähig, können also unabhängig vom Netz hochfahren und so die Stromversorgung sichern.

3. Sektorenkopplung ist die Energie-Unabhängigkeitserklärung für Verbraucher

Neue Möglichkeiten: Sektorenkopplung macht aus bisher passiven Stromkonsumenten Prosumer, die aktiv am Energieversorgungssystem teilnehmen können.

Für den einzelnen Verbraucher bietet Sektorenkopplung die Chance, die Energiewende aktiv mitzugestalten und nicht nur passiver Zuschauer zu sein. Unzählige Solar- und kleinere Windkraftanlagen privater Betreiber oder in Bürgerparks zeigen, dass das Bewusstsein für eine nachhaltige Energieversorgung steigt. Und es sind nicht nur finanzielle Anreize, die regenerative Energien so attraktiv machen. Es ist auch ein gestiegenes Interesse an innovativen Technologien, die es jedem einzelnen Haushalt und Unternehmen ermöglicht, unabhängiger vom Energieversorger und fossilen Energien zu werden. Über intelligentes Energiemanagement können Anlagenbetreiber Verbrauch und Erzeugung so aufeinander abstimmen, dass sie immer den größtmöglichen Anteil ihres selbst erzeugten Regenerativstroms nutzen.

Vom privaten Verbraucher zum Stromerzeuger

Gleichzeitig machen die dezentralen Erzeugungsanlagen und die Digitalisierung der Energiewende aus Anlagenbetreibern Prosumer, die per Direktvermarktung am Energieversorgungssystem teilnehmen können. Das war bis vor kurzem nur großen Energieversorgern und Stadtwerken vorbehalten. Dank der Digitalisierung kann nun jeder Betreiber seinen selbst erzeugten regenerativen Strom auch an seinen Nachbarn verkaufen, wenn der gerade Strom benötigt. Die Möglichkeiten reichen von der heute schon möglichen Direktvermarktung bis zur künftig möglichen Teilnahme an Peer-to-Peer- oder Flexibilitätsmärkten (siehe Punkt 4). Technologisch ist es dank regenerativer Erzeugungssysteme sogar möglich, dass sich Privathaushalte, Gewerbebetriebe oder Industrieanlagen eine komplett vom öffentlichen Netz unabhängige Stromversorgung aufbauen.

4. Sektorenkopplung sichert die Netzqualität

Jederzeit sicher versorgt: Regenerative Kraftwerke dienen der Bereitstellung von Regelleistung und damit der Netzstabilität.

Ebenso wie die regenerative Energieerzeugung schwankt, ist natürlich auch der Energiebedarf nicht immer gleich. Deshalb gleicht der Regelenergiemarkt Schwankungen zwischen Erzeugung und Verbrauch im Stromnetz aus. Damit die Netzqualität jederzeit erhalten bleibt, müssen Kraftwerke bei Bedarf innerhalb von Sekunden Regelenergie zur Verfügung stellen.

Überschreitet die Nachfrage die Stromerzeugungskapazitäten, muss schnell Strom ins Netz gespeist werden (positive Regelenergie). Ist das Stromangebot hingegen größer als die Nachfrage, muss Strom aus dem Netz genommen werden (negative Regelenergie). Kraftwerkbetreiber, die am Regelenergiemarkt teilnehmen, bekommen eine Vergütung für die zur Verfügung gestellte Regelenergie.

Speichern für den Bedarfsfall

Eine interessante Möglichkeit bieten große Batterie-Speicher oder Power-To-Heat-Anlagen. Beide Technologien können Kapazitäten extrem schnell zur Verfügung stellen oder ein Zuviel an Energie speichern. Viel schneller als es etwa fossile Kraftwerke können.

Batterie-Speicher am Netz halten dann einen Energievorrat vor, den sie nach Bedarf zur Verfügung stellen. Oder Biogasanlagen speisen den Strom nicht sofort ein, sondern lagern ihn im gemeinsam mit PtH-Anlage genutzten Wärmespeicher zwischen. Sie liefern dann Energie, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht und ersetzen so auch den Bedarf an fossilen Must-Run-Kapazitäten und damit CO₂-Emissionen.

5. Sektorenkopplung hilft dem Weltklima

Das übergeordnete Ziel der Kopplung einzelner Energie- und Verbrauchssektoren ist die umfassende Dekarbonisierung der Weltwirtschaft.

Im Pariser Klimaschutzabkommen (COP 21) hat die internationale Staatengemeinschaft im Dezember 2015 beschlossen, den Anstieg der globalen Mitteltemperatur auf höchstens zwei Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Das im November 2016 ratifizierte Abkommen ist völkerrechtlich bindend. Immerhin. Auch wenn die USA im Sommer 2017 – zumindest vorübergehend, wie es Präsident Trump formulierte – aus dem Abkommen ausgetreten sind, so hält zumindest der Großteil der Welt fest am Vorhaben sich selbst zu retten. Und das ist gut so. Denn zumindest all jenen, für die der Klimawandel Realität und keine Fake-News ist, ist mittlerweile bewusst, dass wir das Klima unseres Planeten langfristig nur erhalten können, wenn wir jetzt die Energieerzeugung regenerativ umstellen. Und zwar lieber heute als morgen.

Fazit: Grüner Strom versus graue Theorie

Der Theorie auf dem Papier müssen nun dringend praktische Taten folgen. Denn obwohl weltweit so viele erneuerbare Energien dazugekommen sind, haben wir bisher kaum fossile Kraftwerke abgeschaltet. Was nutzt uns also der ganze Grünstrom, wenn fossile und atomare Kraftwerke weiter schädliche Abgase ausstoßen oder radioaktiven Müll erzeugen – und wir damit die Gesundheit von Natur und Mensch aufs Spiel setzen?

Sektorenkopplung beweist, dass fossile Kraftwerke nicht mal mehr in Grundlast gefahren werden müssen, um im Bedarfsfall Regelenergie zur Verfügung zu stellen. Mit der flexiblen Kopplung der einzelnen Energiesektoren gelingt das sehr viel schneller, kostengünstiger und klimaschonender.

Sektorenkopplung ist der einzige Weg, wie wir CO2-Emissionen vermeiden und damit unser Klima retten können. Die Energiewende kann nur in einem ganzheitlich regenerativen Energiesystem gelingen. Flexible Systeme, die Entwicklung vielversprechender dezentraler Erzeugungstechnologien und die Digitalisierung bieten vielversprechende Möglichkeiten, die wir jetzt nutzen müssen. Sektorenkopplung ist eine eindeutige Win-Win-Situation: für eine sichere Energieversorgung und ein gesünderes Klima.

Was bringt Sektorenkopplung – Vorteile auf einen Blick:

• Energiewende durch nachhaltige Energieerzeugung und weniger klimaschädliches CO2
• Weniger Krankheiten/Todesfälle durch geringere Schadstoffbelastung der Luft: Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen neben CO2 auch Schwefeloxide, Stickoxide, Kohlenmonoxid, Feinstaub, Distickoxid, Quecksilber, Blei, Nickel, Kupfer, Arsen
• Weniger Kernkraftrisiken (Betrieb und Abfälle) durch Ersetzen atomarer Stromerzeugung
• Wasserverbrauch reduzieren (44 % des deutschen Wasserverbrauchs geht zurück auf Kühlung fossiler Kraftwerke)
• Versorgungssicherheit steigern: Endliche Ressourcen gegen unendlich verfügbare Rohstoffe in der Energieerzeugung ersetzen, Import-Unabhängigkeit durch Nutzung heimisch verfügbarer Rohstoffe, keine Nutzung von Rohstoffen aus politisch instabilen Gebieten nötig
• Niedrige Strompreise für Verbraucher: Solar- und Windstrom wird kontinuierlich günstiger, fossile und atomare Erzeugung hingegen immer teurer
• Mehr Flexibilität, weniger Lobby: Wertschöpfung aus den Händen weniger Großkonzernen in die Hände vieler dezentraler Akteure und Bürger
• Entwicklungshilfe für netzferne Regionen: Erneuerbare Energie-Technologien ermöglichen eine nachhaltige Stromversorgung und wirtschaftliche Entwicklung

Quellen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Sektorkopplung
https://www.bee-ev.de/unsere-positionen/sektorenkopplung/
https://www.bdew.de/presse/presseinformationen/erneuerbare-ueberholen-erstmals-braun-und-steinkohle-bei-der-stromerzeugung/
https://www.iea.org/newsroom/news/2018/june/weo-2018.html
https://www.ise.fraunhofer.de/
http://www.ren21.net/status-of-renewables/global-status-report/http://www.ren21.net/
https://www.unendlich-viel-energie.de/themen/strom/sektorenkopplung/sektorenkopplung-neuer-rahmen-fuer-wirtschaftlichkeit-notwendig