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Sektorkopplung

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

30.12.2021

Letztes Update

18.08.2022

Ziele und Technologien der Sektorkopplung

Inhalt des Wiki-Artikels

Sektorkopplung ist ein Begriff aus der Energie- und Klimapolitik. Gemeint ist damit die Verschränkung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr, um CO2-Emissionen zu reduzieren. Während die Umstellung auf erneuerbare Energien im Rahmen der Energiewende im Stromsektor bereits weit vorangeschritten ist, werden in den Bereichen Wärme und Verkehr immer noch hauptsächlich fossile Energieträger genutzt. Sektorkopplung bedeutet, dass vorzugsweise aus erneuerbaren Energien erzeugter Strom eingesetzt wird, um den Einsatz von fossilen Energien bei der Erzeugung von Wärme oder Kälte, bei Industrieabläufen und in der Mobilität zu verringern.

Ziele der Energiesektorenkopplung

Mit der Energiesektorenkopplung soll die Durchlässigkeit für Energieflüsse zwischen den Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und der Industrie erhöht werden. Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung ist in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen. Im Jahr 2010 deckten erneuerbare Energien rund 17 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland, 2015 waren es bereits 33 Prozent. Bis 2025 soll der Anteil erneuerbarer Energien 45 Prozent betragen.

Die Elektromobilität schreitet im Vergleich dazu nur sehr langsam voran. Während die meisten Züge bereits elektrifiziert sind, fahren auf den Straßen immer noch überwiegend Verbrenner. Neben E-Autos gibt es weitere Technologien, die fossile Brennstoffe wie Benzin und Diesel ersetzen können, wie zum Beispiel Wasserstoff-Autos. Es muss jedoch deutlich mehr Strom aufgewendet werden, wenn per Elektrolyse Wasserstoff hergestellt wird, als es beim direkten Aufladen mit Strom der Fall ist.

Auch im Bereich Wärme werden immer noch vorwiegend fossile Brennstoffe wie Öl und Gas genutzt, um Gebäude zu beheizen. Strom kann zur Wärmeerzeugung dienen, der Fachbegriff dafür lautet Power-to-Heat (P2H). Nachhaltig ist dieses Prinzip, wenn grüner Strom genutzt wird. Außerdem ist auch für den Betrieb einer Wärmepumpe Strom erforderlich. Wärmepumpen gewinnen aus oberflächennaher Geothermie oder Umweltwärme nutzbare Wärme. Je mehr Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird, desto besser wird das Klima bei der Sektorkopplung geschützt.

Beispiele für Sektorkopplungstechnologien

Neben Power-to-Heat gibt es weitere Technologien, die Sektorkopplung möglich machen. Strom kann auch in Gas (Power-to-Gas) oder flüssige Kraftstoffe und Chemikalien (Power-to-Liquid) umgewandelt werden. Zusammengefasst werden die verschiedenen Technologien unter dem Oberbegriff Power-to-X. Einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten gibt die folgende Tabelle:

Sektor

Power-to-Heat

Power-to-Gas

Power-to-Liquid

Direktelektrische Antriebe

Haushalte/
GHD

Wärmepumpen, direktelektrische Heizungen

Verbrennung in Heizkesseln und KWK-Anlagen

Verbrennung in Heizkesseln

 

Wärme-netze

Großwärme-pumpe,

Elektrodenkessel,

Solarthermie

Verbrennung in Heizkesseln und KWK-Anlagen

 

 

Verkehr

 

Brennstoffzelle,

Verbrennungs-motor,

Gasturbine

Verbrennungs-motor,

Gasturbine

E-Auto,

Oberleitungs-Lkw und -Busse,

Elektrifizierung

Bahnstrecken

Industrie

Prozesswärme-erzeugung in Elektrodenkesseln, Heizstab, Lichtbogen u. a.

Prozesswärme-erzeugung, stoffliche Nutzung (z. B. Ammoniak,

Methanol)

Stoffliche Nutzung

 

 

Energiewende mit Sektorkopplung

Mit Hilfe der Sektorkopplung soll ein integriertes und nachhaltiges Energiesystem entstehen. Durch die Sektorkopplung kann nicht nur Strom in eine andere Energieform umgewandelt und genutzt werden, sie dient außerdem dazu, Pufferkapazitäten zu schaffen, um Fluktuationen bei der Stromerzeugung mit Photovoltaik und Windkraft auszugleichen. Wird ein Überschuss an Strom produziert, kann dieser über längere Zeit gespeichert werden, indem er in eine andere Energieform überführt wird.

Es gibt verschiedene Speichermöglichkeiten. Grundsätzlich lassen sich Speicher in Kurzeit- und Langzeitspeicher unterscheiden. Zu den Kurzzeitspeichern gehören zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien, die unter anderem in E-Fahrzeugen eingesetzt werden. Fahrzeugflotten können genutzt werden, um kurzfristig Strom zu speichern. Die elektrische Energie kann vom Akku wieder zurück ins Stromnetz gespeist werden. Als Langzeitspeicher bieten sich unterschiedliche Technologien an, wie zum Beispiel:

  • Tanks mit Brenn- und Kraftstoffen
  • Erdgasnetz (Erdgas und Methan)
  • Speicherkraftwerke

Allein im deutschen Erdgasnetz mit seinen Kavernen- und Porenspeichern lassen sich heute bereits 250 Terawattstunden Erdgas, Biomethan oder synthetisches Methan speichern – das entspricht knapp einem Drittel des jährlichen Bedarfs an Raumwärme und Warmwasser. Nebst der Sektorkopplung ist Systemintegration notwendig, um die gesetzten Klimaschutzziele zu erreichen. Es sind sowohl Steuerungstechniken als auch geeignete Geschäftsmodelle erforderlich, sonst besteht das Risiko, dass die Technologien der Sektorkopplung das Energiesystem zu Spitzenverbrauchszeiten zusätzlich belasten. Technische Einzellösungen müssen aufeinander abgestimmt und das Energiesystem ganzheitlich optimiert werden.

Bislang ist Strom durch Abgaben, Umlagen und Steuern stärker belastet als Erdgas oder Heizöl, so dass es neue Technologien schwer haben, sich am Markt durchzusetzen. Damit die Sektorkopplung ihre Wirksamkeit entfalten kann, müssen die Märkte für Strom, Wärme und Mobilität aufeinander abgestimmt werden, so dass faire Bedingungen für alle Energieträger gegeben sind. Energiesektorenkopplung beinhaltet mehr als nur bestehende, in sich geschlossene Sektoren miteinander zu verknüpfen. Stattdessen muss die steigende Zahl der Komponenten des Energiesystems aus allen Sektoren in ein System integriert werden. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich:

  • Wechselwirkungen zu erkennen
  • Optimierungspotenziale zu nutzen
  • Innovationen zu initiieren
  • Märkte weiterzuentwickeln
  • Infrastrukturen zu modernisieren bzw. auszubauen

Es muss eine integrierte Energiewende erfolgen, um die Klimaziele zu erreichen. Dafür ist ein ganzheitlicher Ansatz mit Sekturkopplung nötig. Eine integrierte Energiewende verknüpft nicht nur bisher getrennte Sektoren und Energieinfrastrukturen, sie verbindet auch unterschiedliche Handlungsebenen. Dabei ist die Vernetzung nicht auf Regionen oder Deutschland beschränkt, auch auf europäischer Ebene findet eine Verknüpfung statt, um die Klimaziele der EU zu erreichen. Im Rahmen der Sektorkopplung ist mit einem erhöhten Strombedarf zu rechnen, unter anderem aufgrund des Verkehrssektors. Denn wenn dieser von Verbrennungsmotoren auf Elektromobilität umgestellt wird, steigt der Strombedarf merklich an.

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