Bei der Messe E-world 2019 hat sich wieder einmal gezeigt, wie sehr die einzelnen Bereiche der Energiewelt zusammen wachsen. Sektorenkopplung gewinnt in einer Welt mit erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Denn diese Verbindung der Märkte von Strom, Wärme, Kälte und Mobilität ermöglicht eine bessere Integration der fluktuierenden erneuerbaren Energien in das Stromnetz. Gleichzeitig ermöglicht sie eine Dekarbonisierung der anderen Bereiche. Damit eine gezielte Kopplung der Sektoren möglich ist, müssen wir aber mehr wissen über das Stromnetz. Wenn in einem Smart-Grid bekannt ist, wie viel Strom aktuell erzeugt und verbraucht wird, können wir nicht benötigten Strom leichter speichern oder in anderen Sektoren nutzen.
Was ist ein Smart-Grid?
Im Energienetz der Zukunft ist alles vernetzt und smart. Zum Fluss von Strom zwischen Erzeuger, Speicher und Verbraucher kommt noch der Austausch von Daten hinzu. Mit diesen Daten ist ein Netzmanagement möglich, das den Zustand der Erzeuger und Speicher kennt, das unterschiedliche Verbrauchsprofile kennt und alle steuern kann. Mit der Wettervorhersage und weiterer Faktoren, die Einfluss auf Erzeugung und Verbrauch haben, kann eine smarte Steuerung das Netz optimal steuern, auslasten und stabilisieren. Bei einer solch großen Vielzahl an Einflussfaktoren und Anlagen laufen diese Prozesse überwiegend oder nur automatisiert ab. Das Ergebnis ist dann das, was wir ein Smart-Grid nennen.
Was ist Sektorenkopplung?
Mit der Sektorenkopplung wachsen, vereinfacht gesagt, die bisher getrennten Bereiche Strom, Wärme und Mobilität zusammen. Dadurch erhöhen wir die Flexibilität im Stromsektor, können den Strom aus Solar- und Windenergie besser ausnutzen, und bringen erneuerbare Energien in die Wärmeversorgung und in den Verkehrssektor. Bekannte Beispiele sind die Wärmepumpe und das Elektroauto, die Strom aus der Photovoltaik-Anlage nutzen.
Zum Thema Sektorenkopplung habe ich im vergangenen Jahr einen Beitrag veröffentlicht, der sehr gut beschreibt, warum wir Sektorenkopplung brauchen für die Energiewende.
Power-to-Heat und Power-to-Gas für die Wärme
Weitere Wege zur Nutzung von Wärme kennen wir unter dem Stichwort Power-to-X. Das bedeutet nichts anderes als die Umwandlung von Strom zu anderen Energieformen. So steht „Power-to-Heat" für die Nutzung des Stroms im Wärmemarkt. Das kann ganz direkt sein mit einem Heizstab im Haus oder für die Fernwärme. Oder wird nutzen den Strom indirekt über eine Wärmepumpe.
Bekannter ist aber vielleicht die Umwandlung von Strom zu Gas unter dem Namen als „Power-to-Gas". Dies geschieht durch eine Elektrolyse, bei der man Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff teilt. Das Wasserstoff lässt sich dann speichern und, z.B. nach einer Methanisierung, in das Gasnetz einspeisen.
Power-to-Liquid für flüssige Brennstoffe
Noch wenig bekannt ist hingegen die Erzeugung von flüssigen Brennstoffen mit der Hilfe von elektrischer Energie, sprich Power-to-Liquid. Diese kann man ebenfalls gut speichern und transportieren. Theoretisch können wir diese synthetischen Brennstoffe auch für die Wärme nutzen. Nahe liegend ist vielleicht eher der Einsatz als Kraftstoff, Brennstoff oder als Rohstoff in der chemischen Industrie.
Was ist dann Power-to-Wheel?
Die Bezeichnung Power-to-Wheel ist noch weniger bekannt und nicht gebräuchlich. Sie steht nicht für die Umwandlung von Strom zu Rädern, sondern für die Übertragung der Kraft des elektrischen Stroms auf die Räder von Fahrzeugen. Es handelt sich dabei also um die Elektromobilität.
Smart-Grid und Sektorenkopplung im Quartier
Alleine eine lokale Betrachtung in einem Quartier oder Stadtteile zeigt bereits wie komplex die Einbindung von erneuerbaren Energien in ein lokales Stromnetz und das Zusammenspiel mit Wärme und Mobilität ist. Dafür bieten solche räumlich zusammenhängenden Gebiete eine gute Möglichkeit die Energieversorgung umfassend zu betrachten. Sie sind übersichtlich und den Energiebedarf kann man gut ermitteln.
Mittlerweile gibt es einige solcher smarten Quartiere mit einer, zumindest geplanten, umfassenden Energieversorgung. Zwei solcher Projekte durfte ich mir bereits ansehen und hier vorstellen:
Weitere Projekte findet man z.B. beim Projekt Open District Hub. Dieses Projekt, das energyload.eu bereits vorgestellt hat, hat das Ziel die Komplexität des umfassenden Einsatzes von erneuerbaren Energien im Quartier zu reduzieren.
Sektorenkopplung und Smart Grid gehören zusammen
Ein wesentlicher Faktor in der Reduzierung der Komplexität ist die Digitalisierung. Dazu gehört eine automatische Steuerung und Regelung von der Geräte und Anlagen, die das Energiesystem im Quartier beeinflussen. Eine wesentliche Bedingung ist die, bereits erwähnte, Vernetzung der Geräte und Anlagen mit einem Austausch von Daten. In dem überschaubaren Rahmen des Quartiers kann man somit die Energieversorgung nachhaltig und mit Blick auf die Bedürfnisse der Nutzer ausrichten.
Das lokale Energiemanagement-System (EMS) kennt den lokalen Bedarf an elektrischer und thermischer Energie. Es kennt die Erzeugung und auch die Möglichkeiten zur Speicherung von Energie, Flexbilisierung des Systems und Nutzung von Energie in anderen Sektoren. Das kann schon im kleinen Maßstab eine sehr große Herausforderung sein alle Sektoren intelligent miteinander zu verbinden.
Quartiere können daher ein guter Anfang sein für die intelligente Vernetzung von Strom aus erneuerbaren Energien in anderen Sektoren.
Blogparade Sektorenkopplung
Dieser Artikel ist Teil der Blogparade Sektorenkopplung der Energieblogger. Alle, die in Blogs schreiben und sich mit dem Thema befassen können mitmachen und ihren Text über Sektorenkopplung zur Blogparade hinzufügen. Die einzige Bedingung dazu ist den Ausgangstext im SMA Sunny Blog zu verlinken. Offiziell ist die Blogparade am 15.02. vorbei, aber auch danach könnt ihr gerne noch Eure Beiträge einreichen.
