Die Vernetzung von elektrischen Geräten im Haushalt unter dem Stichwort Smart Home und von Maschinen in der Industrie unter dem Stichwort Industrie 4.0 ist sicher vielen Lesern bereits bekannt. Das ist modern und wird teilweise bereits praktiziert. So weiß meine Heizung genau wann ich mich vom Haus entferne und reduziert dann die Temperatur. In der Industrie 4.0, als Beispiel, sagen die Teile den Maschinen wer sie sind und wie sie zu bearbeiten sind. In der Energiewirtschaft scheint so etwas aber noch Zukunftsmusik zu sein. Dabei ist eine solche Vernetzung und Kommunikation der unterschiedlichsten Erzeuger und Verbraucher, die wir kennen, eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg einer umfassenden Energiewende. Warum ist diese Vernetzung wichtig, wie kann sie aussehen und wo liegen aktuell die Hindernisse?
Was bedeutet umfassende Energiewende?
Die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien ist von natürlichen Schwankungen abhängig, je nach Tages- und Jahreszeit, sowie Wetter. Um den Bedarf an Strom decken zu können und auch den Verkehr und Wärme-, bzw. Kälteversorgung, sowie industrielle Prozesse, zu dekarbonisieren, ist es hilfreich diese Bereiche gemeinsam zu betrachten und zu vernetzen. Diese umfassende Energiewende nennt man in der Fachwelt Sektorenkopplung, da mehrere Sektoren miteinander vernetzt werden. Die Deutsche Energie-Agentur dena spricht von integrierter Energiewende, da es um "ein integriertes Energiesystem, in dem alle Teile aufeinander abgestimmt werden können", geht.
In diesem abgestimmten System kommunizieren die Erzeuger, Verbraucher, Netze und Speicher miteinander um den Strom aus erneuerbaren Energien zu verteilen, je nach Angebot und Bedarf. Dabei können eigene Märkte und Infrastrukturen entstehen, die ausgerichtet sind nach Kosteneffizienz, Klimaschutz und vorhandene Ressourcen. Dies bedeutet, dass wir mit der Sektorenkopplung alle Barrieren aufbrechen müssen und eine neue Sichtweise auf den Energiemarkt gewinnen.
Mehr Antworten auf die Frage warum wir eine umfassende Energiewende benötigen gibt es in einem Gastbeitrag, der vor einem Jahr mit Erklärvideo erschienen ist.
Die diesjährige VERBUND-Energiekonferenz energy2050 mit dem Titel „Bridging the Gap: Sektorenkopplung Industrie-Verkehr-Energie" wird sich vom 18. bis 20. September 2019 in Fuschl mit der Gestaltung der Zukunft der Energielandschaft befassend.
Lösungsansätze für eine umfassende Energiewende
Unter den Aspekten der Kosteneffizienz und des Klimaschutzes muss erzeugte elektrische Energie in andere Anwendungen oder Speicher transportiert werden, die aktuell Bedarf hat oder aufnahmebereit ist.
Aus Strom wird Gas oder Kraftstoff
Im Prinzip kann man die Nutzung von Strom in anderen Bereichen immer unter Power-to-X (PtX) einordnen. Die Erzeugung von Gas durch Elektrolyse zur Speicherung im Gasnetz oder in Tanks ist als Power-to-Gas (PtG) am bekanntesten. Möglich ist auch die Erzeugung von synthetischen Kraftstoffen. Die verschiedenen Endprodukte können als Rohstoff in der Industrie, als Kraftstoff in der Mobilität oder zur Strom- und Wärmeerzeugung zum Einsatz kommen.
Der Nachteil an dieser Technologie ist ein schlechter Wirkungsgrad. Dafür können wir mit der Hilfe von Power-to-X Technologie Strom nutzen, der sonst keine Abnehmer findet. Die Anlagen müssten sonst abgeregelt werden. Hinzu kommt, dass wir mit einer umfassenden Energiewende andere Sektoren leichter dekarbonisieren können.
Sauberer Strom für saubere Mobilität
Die Nutzung des Stroms für die Mobilität (Power-to-Wheel) ist vermutlich eine der bekanntesten Formen der Sektorenkopplung. Elektrofahrzeuge werden direkt mit Strom aus dem Netz aufgeladen. Darüber hinaus können sie zeitgesteuert geladen werden, wenn je nach Stromangebot.
Darüber hinaus können die Batterien der Elektrofahrzeuge auch als rollende Speicher für den Strom dienen. Sie nehmen den Strom auf, wenn es ein hohes Angebot gibt, und können ihn bei Bedarf auch wieder in das Netz einspeisen. An der Einspeisung in das Netz, der Vehicle-to-Grid Technologie, forschen noch verschiedene Unternehmen und Institute.
Wärmewende durch Sektorenkopplung
Für die Dekarbonisierung des Wärmesektors kann die Sektorenkopplung einen wichtigen Beitrag leisten. Erneuerbare Wärme konnte bislang nur einen geringen Marktanteil erreichen. Dieser Weg zur Wärmewende ist auf zwei unterschiedlichen Arten möglich.
Zum einen können Power-to-Heat (PtH) Anlagen die Energie in Wärmetanks speichern bei einem Überangebot an Strom und diese Wärme dann in einem lokalen Netz nutzen. Die Funktionsweise kann man sich wie bei einem überdimensionalem Wasserkessel vorstellen.
Genauso können aber auch Wärmepumpen ein Überangebot an Strom aus dem Netz aufnehmen. Sie speichern die Wärme in einem Pufferspeicher oder in der Gebäudemasse. Wärmepumpen lassen sich über eine intelligentes Stromnetz bei Bedarf ansteuern.
Beitrag der Industrie für ein stabiles Stromnetz
Die Industrie hat einen hohen Bedarf an elektrischer Energie und an Prozesswärme. Ein Teil des Energiebedarfs kann die Industrie flexibel einsetzen. Dieser flexible Einsatz kann sie direkt oder über Vermarkter am Regelenergiemarkt anbieten. Bei Bedarf ist es z.B. möglich die Prozesswärme mit elektrischer Energie bereit zu stellen oder den Betrieb von Maschinen und Anlagen zeitlich zu verschieben.
Wo liegen die Herausforderungen und Hemmnisse?
Die Lösungen für eine umfassende Energiewende klingen vielversprechend. Dass diese noch nicht in der Praxis zum Einsatz kommen, liegt nicht nur an weiterem Bedarf für Forschung und Entwicklung. Die größten Hindernisse sind fehlende Wirtschaftlichkeit und regulatorische Hemmnisse. So ist die Nutzung von fossilen Energien für Wärme, Mobilität und industrielle Prozesse noch zu günstig um Strom in diesen Bereichen zu nutzen. Hinzu kommt, dass man auf den Strom staatliche Abgaben, Umlagen und Steuern zahlen muss. Nur ohne Nutzung der öffentlichen Netze können aktuell Projekte der Sektorenkopplung wirtschaftlich interessant sein.
Um die Stromnetze mit der Hilfe einer umfassenden Energiewende zu entlasten, sind Refomen notwendig. Verschiedene Energieträger und Technologien müssen auf Augenhöhe, also unter gleichen Bedingungen miteinander verglichen werden können. Die aktuell unterschiedliche Belastung mit Abgaben behindert die weitere Entwicklung. Hilfreich wäre ein Preis für den CO2-Ausstoß. Dieser müsste so ausgestaltet sein, dass er eine Lenkungswirkung erzielt.
Sektorenkopplung als Schlüssel für die Energiezukunft
Dieser Beitrag ist der Beginn einer Reihe von Texten im Hinblick auf die VERBUND Energiekonferenz energy2050 mit dem Titel„Bridging the Gap: Industrie-Verkehr-Energie. Sektorenkopplung - Schlüssel oder Schlagwort?". Diese Konferenz ist ein internationales Forum für Top-Entscheider aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft, in dem das Thema Energie eine entscheidende Bedeutung hat. Die Konferenz findet vom 18. bis 20. September 2019 in Fuschl (Österreich) statt.
VERBUND ist Österreichs führendes Stromunternehmen und einer der größten Stromerzeuger aus Wasserkraft in Europa. Rund 95 Prozent seines Stroms erzeugt das Unternehmen aus erneuerbaren Energien, vorwiegend Wasserkraft. VERBUND handelt in 12 Ländern mit Strom und erzielte 2018 mit rund 2.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern einen Jahresumsatz von rund 2,8 Mrd. Euro. Mit Tochterunternehmen und Partnern ist VERBUND von der Stromerzeugung über den Transport bis zum internationalen Handel und Vertrieb aktiv. Seit 1988 notiert VERBUND an der Börse Wien, 51 % des Aktienkapitals besitzt die Republik Österreich.
