„Sektorenkopplung“ – Versionsunterschied

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Unter '''Sektorkopplung''' (auch '''Sektor''en''kopplung''' oder '''Integrated Energy''' genannt) wird die gemeinsame Betrachtung der drei Sektoren der [[Energiewirtschaft]] verstanden, die gekoppelt, also gemeinsam optimiert werden sollen.
Unter '''Sektorkopplung''' (auch '''Sektor''en''kopplung''' oder '''Integrated Energy''' genannt) wird die gemeinsame Betrachtung und Vernetzung der drei Sektoren der [[Energiewirtschaft]] verstanden, die gekoppelt, also gemeinsam optimiert werden sollen.
Stand 2016 werden die Sektoren ''Strom'', ''Wärme'' und ''Mobilität'' weitgehend unabhängig voneinander betrachtet.<ref name="RP" />
Stand 2016 werden die Sektoren ''Strom'', ''Wärme'' und ''Mobilität'' weitgehend unabhängig voneinander betrachtet.<ref name="RP" /> Da sie [[Synergieeffekt]]e, insbesondere bei der Integration von hohen Anteilen [[Erneuerbare Energien|Erneuerbarer Energien]] ermöglicht, wird die Sektorenkopplung als Schlüsselkonzept der [[Energiewende]] und dem Aufbau von Energiesystemen mit 100% erneuerbarer Energien betrachtet.<ref name="Mathiesen 141">[[Brian Vad Mathiesen]] et al: ''Smart Energy Systems for coherent 100% renewable energy and transport solutions''. In: ''[[Applied Energy]]'' 145, (2015), 139–154, 141, {{DOI|10.1016/j.apenergy.2015.01.075}}.</ref>

Im Wärme- und der Verkehrssektor werden bislang fast ausschließlich fossile Brennstoffe eingesetzt.<ref name="RP" /> Über die [[Energiewende]] festgeschriebene Einsparziele gibt es derzeit im Wesentlichen nur im Stromsektor.<ref group="Anm." name="meta1" /><ref name="RP" />


Es besteht ein zunehmender Konsens, dass eine Verzahnung dieser drei Sektoren zur Optimierung des Energiewirtschaft notwendig ist, damit die Ziele der Energiewende erreicht werden.<ref name="RP" /><ref name="Kuhlmann_2016" /><ref name="Messe_2015" />
Es besteht ein zunehmender Konsens, dass eine Verzahnung dieser drei Sektoren zur Optimierung des Energiewirtschaft notwendig ist, damit die Ziele der Energiewende erreicht werden.<ref name="RP" /><ref name="Kuhlmann_2016" /><ref name="Messe_2015" />
Drei Viertel der in einer [[Delphi-Studie]] befragten Experten, glauben, dass bis zum Jahr 2040 eine „All Electric Society“ Realität sein wird, also eine Gesellschaft in der die Energiewirtschaft sich zu einer Strom-Wirtschaft gewandelt haben wird.<ref name="et_2016" />
Drei Viertel der in einer [[Delphi-Studie]] befragten Experten, glauben, dass bis zum Jahr 2040 eine „All Electric Society“ Realität sein wird, also eine Gesellschaft in der die Energiewirtschaft sich zu einer Strom-Wirtschaft gewandelt haben wird.<ref name="et_2016" />


Die Herausforderungen eines schwankenden Angebots von [[Sonnenenergie|Sonnen-]] und [[Windenergie]] könnten durch die Kopplung der drei Sektoren wesentlich verringert werden, so die Überzeugung der Experten.<ref name="RP" />
Die Herausforderungen eines schwankenden Angebots von [[Sonnenenergie|Sonnen-]] und [[Windenergie]] könnten durch die Kopplung der drei Sektoren wesentlich verringert werden.<ref name="RP" /> Zudem ist die Sektorenkopplung wichtig, da sie den Aufbau eines [[Energieeffizienz|energieeffizienten]] Gesamtenergiesystems ermöglicht, das sowohl ökonomisch als auch ökologisch machbar ist.<ref name="Mathiesen 141" />
Während in der „ersten Phase der Energiewende“ die Förderung der klimaneutralen Energieerzeugung im Mittelpunkt stand, geht es in der „zweiten Phase“ darum, das Energiesystem als Ganzes in den Fokus zu nehmen und Anreiz-Strukturen für [[Intelligentes Stromnetz|intelligente Strom-Netze]] und die Verwertung von Stromspitzen zu schaffen sowie das [[Lastmanagement]] auf Seiten der Strom-Nutzer anzugehen.<ref name="kuhlmann_2015" /><ref name="trend_2015" /><ref name="neu_2016" />
Während in der „ersten Phase der Energiewende“ die Förderung der klimaneutralen Energieerzeugung im Mittelpunkt stand, geht es in der „zweiten Phase“ darum, das Energiesystem als Ganzes in den Fokus zu nehmen und Anreiz-Strukturen für [[Intelligentes Stromnetz|intelligente Strom-Netze]] und die Verwertung von Stromspitzen zu schaffen sowie das [[Lastmanagement]] auf Seiten der Strom-Nutzer anzugehen.<ref name="kuhlmann_2015" /><ref name="trend_2015" /><ref name="neu_2016" />


== Auswirkungen der Sektorkopplung auf die Stromwirtschaft ==
== Auswirkungen der Sektorkopplung auf die Stromwirtschaft ==
Die heutigen Ausbauziele für regenerative Energien in Deutschland basieren auf dem Ersatz von fossilen Brennstoffen bei der Stromerzeugung. Der tatsächliche künftige Strombedarf wird jedoch wesentlich höher sein, da auch der Wärme- und der Verkehrssektor auf regenerative Energien umgestellt werden müssen.<ref name="Sutter_2016" /><ref name="quaschning_2016" /><ref name="Nitsch_2016" /><ref name="dlr_2015" /><ref name="Kuhlmann_April" /><ref name="Baake_April" /> Ursache hierfür ist, dass die Treibhausgasemissionen für die Begrenzung der Erdtemperatur auf einem bestimmten Niveau netto auf Null zurückgefahren werden, da für eine bestimmte Temperatur nur ein begrenztes Kohlenstoffbudget zur Verfügung steht, das emittiert werden kann.<ref>{{Literatur | Autor=Joeri Rogelj et al. | Titel=Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2 °C | Sammelwerk=[[Nature]] | Band=534 | Nummer= | Jahr=2016 | Seiten=631-639 | DOI=10.1038/nature18307}}</ref> Um die [[Klimaschutz]]ziele zu erreichen und [[Folgen der globalen Erwärmung|gravierende Konsequenzen der Globalen Erwärmung]] zu vermeiden, dürfen die heute bekannten fossilen Energiereserven demnach nur noch teilweise genutzt werden. Soll beispielsweise das [[Zwei-Grad-Ziel]] mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % erreicht werden, dürfen im Zeitraum 2011 bis 2050 nach Daten des IPCC maximal zwischen 870 und 1.240 [[Tonne (Einheit)#Dezimale Vielfache|Gigatonnen]] (Mrd. Tonnen) Kohlenstoffdioxid freigesetzt werden.<ref>Christophe McGlade, Paul Ekins, ''The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2°C''. [[Nature]] 517, (2015), 187-190, {{DOI|10.1038/nature14016}}.</ref> Im Wärme- und der Verkehrssektor werden bislang fast ausschließlich fossile Brennstoffe eingesetzt.<ref name="RP" /> Über die deutsche [[Energiewende_nach_Staaten#Deutschland|Energiewende-Gesetzgebung]] festgeschriebene Einsparziele gibt es derzeit im Wesentlichen nur im Stromsektor.<ref group="Anm." name="meta1" /><ref name="RP" />
Die heutigen Ausbauziele für regenerative Energien basieren auf dem Ersatz von fossilen Brennstoffen bei der Stromerzeugung.
Der tatsächliche künftige Strombedarf wird jedoch nach Überzeugung vieler Experten wesentlich höher sein, da auch der Wärme- und der Verkehrssektor weitgehend auf regenerative Energien umgestellt werden sollen.<ref name="Sutter_2016" /><ref name="quaschning_2016" /><ref name="Nitsch_2016" /><ref name="dlr_2015" /><ref name="Kuhlmann_April" /><ref name="Baake_April" />

Der Bedarf an zusätzlichen Strom-Trassen ist ein anderer je nachdem, ob isoliert der Stromsektor betrachtet wird oder alle drei Energie-Sektoren.<ref name="quaschning_2016" />


Da im Winter durch den Wärmebedarf wesentlich mehr Energie benötigt wird, bietet es sich an, die Kapazitäten so auszulegen, dass im Sommer ein Überangebot vorhanden ist, das über einen Langzeitspeicher gepuffert und damit für den Winter vorgehalten werden kann.<ref name="quaschning_2016" />
Der Bedarf an zusätzlichen Strom-Trassen ist ein anderer je nachdem, ob isoliert der Stromsektor betrachtet wird oder alle drei Energie-Sektoren.<ref name="quaschning_2016" /> Da im Winter durch den Wärmebedarf wesentlich mehr Energie benötigt wird, bietet es sich an, die Kapazitäten so auszulegen, dass im Sommer ein Überangebot vorhanden ist, das über einen Langzeitspeicher gepuffert und damit für den Winter vorgehalten werden kann.<ref name="quaschning_2016" />


== Verbindungselemente zwischen den Sektoren ==
== Verbindungselemente zwischen den Sektoren ==

Version vom 10. Juli 2016, 19:12 Uhr

Unter Sektorkopplung (auch Sektorenkopplung oder Integrated Energy genannt) wird die gemeinsame Betrachtung und Vernetzung der drei Sektoren der Energiewirtschaft verstanden, die gekoppelt, also gemeinsam optimiert werden sollen. Stand 2016 werden die Sektoren Strom, Wärme und Mobilität weitgehend unabhängig voneinander betrachtet.[1] Da sie Synergieeffekte, insbesondere bei der Integration von hohen Anteilen Erneuerbarer Energien ermöglicht, wird die Sektorenkopplung als Schlüsselkonzept der Energiewende und dem Aufbau von Energiesystemen mit 100% erneuerbarer Energien betrachtet.[2]

Es besteht ein zunehmender Konsens, dass eine Verzahnung dieser drei Sektoren zur Optimierung des Energiewirtschaft notwendig ist, damit die Ziele der Energiewende erreicht werden.[1][3][4] Drei Viertel der in einer Delphi-Studie befragten Experten, glauben, dass bis zum Jahr 2040 eine „All Electric Society“ Realität sein wird, also eine Gesellschaft in der die Energiewirtschaft sich zu einer Strom-Wirtschaft gewandelt haben wird.[5]

Die Herausforderungen eines schwankenden Angebots von Sonnen- und Windenergie könnten durch die Kopplung der drei Sektoren wesentlich verringert werden.[1] Zudem ist die Sektorenkopplung wichtig, da sie den Aufbau eines energieeffizienten Gesamtenergiesystems ermöglicht, das sowohl ökonomisch als auch ökologisch machbar ist.[2] Während in der „ersten Phase der Energiewende“ die Förderung der klimaneutralen Energieerzeugung im Mittelpunkt stand, geht es in der „zweiten Phase“ darum, das Energiesystem als Ganzes in den Fokus zu nehmen und Anreiz-Strukturen für intelligente Strom-Netze und die Verwertung von Stromspitzen zu schaffen sowie das Lastmanagement auf Seiten der Strom-Nutzer anzugehen.[6][7][8]

Auswirkungen der Sektorkopplung auf die Stromwirtschaft

Die heutigen Ausbauziele für regenerative Energien in Deutschland basieren auf dem Ersatz von fossilen Brennstoffen bei der Stromerzeugung. Der tatsächliche künftige Strombedarf wird jedoch wesentlich höher sein, da auch der Wärme- und der Verkehrssektor auf regenerative Energien umgestellt werden müssen.[9][10][11][12][13][14] Ursache hierfür ist, dass die Treibhausgasemissionen für die Begrenzung der Erdtemperatur auf einem bestimmten Niveau netto auf Null zurückgefahren werden, da für eine bestimmte Temperatur nur ein begrenztes Kohlenstoffbudget zur Verfügung steht, das emittiert werden kann.[15] Um die Klimaschutzziele zu erreichen und gravierende Konsequenzen der Globalen Erwärmung zu vermeiden, dürfen die heute bekannten fossilen Energiereserven demnach nur noch teilweise genutzt werden. Soll beispielsweise das Zwei-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % erreicht werden, dürfen im Zeitraum 2011 bis 2050 nach Daten des IPCC maximal zwischen 870 und 1.240 Gigatonnen (Mrd. Tonnen) Kohlenstoffdioxid freigesetzt werden.[16] Im Wärme- und der Verkehrssektor werden bislang fast ausschließlich fossile Brennstoffe eingesetzt.[1] Über die deutsche Energiewende-Gesetzgebung festgeschriebene Einsparziele gibt es derzeit im Wesentlichen nur im Stromsektor.[Anm. 1][1]

Der Bedarf an zusätzlichen Strom-Trassen ist ein anderer je nachdem, ob isoliert der Stromsektor betrachtet wird oder alle drei Energie-Sektoren.[10] Da im Winter durch den Wärmebedarf wesentlich mehr Energie benötigt wird, bietet es sich an, die Kapazitäten so auszulegen, dass im Sommer ein Überangebot vorhanden ist, das über einen Langzeitspeicher gepuffert und damit für den Winter vorgehalten werden kann.[10]

Verbindungselemente zwischen den Sektoren

Als Verbindungselemente zwischen den Sektoren gibt es eine Vielzahl von verfügbaren Techniken, deren Zusammenwirken noch zu gestalten ist:[1]

  • Mit elektrisch betriebenen Wärmepumpen kann Strom in Wärme umgewandelt werden.
  • Mit der Power-to-Gas–Technik kann aus überschüssigem Wind-Strom Gas erzeugt werden, das z. B. im Transportsektor verwendet werden kann. Dazu wird aus Strom zunächst über Elektrolyse Wasserstoff erzeugt, das wegen besserer Transporteigenschaften im zweiten Schritt meistens in Methan umgewandelt wird.[1]
  • Über Power-to-Liquid kann das so erzeugte Methan in flüssige Brennstoffe umgewandelt werden, die z. B. für Schiffe und Flugzeuge eingesetzt werden könnten.[1]
  • Über Power-to-X–Technik stehen eine Vielzahl weiterer Kopplungs-Instrumente zur Verfügung
  • Über Oberleitungen könnten Lastkraftwagen mit Strom betrieben werden ohne den Umweg über Batterie- oder anderen Speichertechniken.[1]
  • Mit Batterie- und Gas-Speichern könnten Schwankungen in Strom-Produktion bzw. -Verbrauch ausgeglichen werden.[17]
  • Weitere Batterie-Speicher stünden zur Verfügung, wenn auch die Akkus von Elektroautos einbezogen werden könnten (Vehicle to Grid).

Für die gemeinsame Optimierung der Sektoren gibt es eine Reihe von Lösungs-Elementen:

  • Laden von (z. B. Auto-) Batterien in Zeiten des Überschusses von Sonnen- bzw. Windenergie
  • Nutzung von (z. B. Auto-) Batterien zur Überbrückung von Stromengpässen
  • Durch die Power-to-Liquid–Techniken kann die Energie-Optimierung länderübergreifend erfolgen, da klimaneutral hergestellte Treibstoffe preiswert transportiert werden können.

Digitale Sektorkopplung

Auf der einen Seite ergibt sich durch die zunehmend dezentrale Energieerzeugung der Bedarf, dass Informationen über die erzeugten Energiemengen vorhanden sein müssen, um die Netz-Stabilität steuern zu können. Auf der anderen Seite gibt es die Notwendigkeit, die tendenziell ungleichmäßiger werdende Energieerzeugung über ein Energiemanagement auf der Verbraucherseite auszugleichen (Demand Side Management).

Die Digitalisierung der Energiewirtschaft, also die informationstechnische Durchdringung von Strom-Angebots- und -Nachfragseite, wird deshalb als zentrale Voraussetzung einer umfassenden Energiewende angesehen.[18][6]

Die Europäische Union hat 2009 mit der Dritten Binnenmarktrichtlinien Strom und Gas die EU-Staaten aufgefordert für „intelligente Mess-Systeme“ zu sorgen. Die Bundesregierung hat diese EU-Richtlinien mit dem Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende im Juni 2016 umgesetzt.[19][20] Ziel ist ein intelligentes Stromnetz (Smart Grid).

Anmerkung

  1. ↑ Von 2008 bis 2020 soll der Stromverbrauch um 10 % sinken (von 618 TWh/a auf 556 TWh/a Bruttoverbrauch). Im Jahr 2015 lag der Wert bei 600 TWh/a. (Quelle: Flexibilität durch Kopplung von Strom, Wärme & Verkehr, Metaanalyse von Almut Kirchner, Sylvie Koziel, Natalie Mayer (Prognos AG) / Claudia Kunz (Agentur für Erneuerbare Energien), Hrsg.: Forschungsradar Energiewende, April 2016, S. 4)

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f g h i Sektorkopplung, RP-Energie-Lexikon
  2. ↑ a b Brian Vad Mathiesen et al: Smart Energy Systems for coherent 100% renewable energy and transport solutions. In: Applied Energy 145, (2015), 139–154, 141, doi:10.1016/j.apenergy.2015.01.075.
  3. ↑ Interview: Andreas Kuhlmann – Sektorkopplung erleichtern!, Interview von Andreas Witt mit Andreas Kuhlmann (dena), Solarthemen, 10. März 2016
  4. ↑ Sektorkopplung: Wärme und Strom im Doppelpack!, Hannover Messe, 15. Dezember 2015
  5. ↑ Sektorkopplung: „All Electric Society“?, von Ursula Weidenfeld, et – Zeitschrift für Energiewirtschaft, Recht, Technik und Umwelt, März 2016
  6. ↑ a b Integriert, digital, effizient: Erfolgsfaktoren für die Energiewende, von Andreas Kuhlmann (dena), IRES-Symposion, 2015
  7. ↑ Erneuerbare Energie nutzen statt verschwenden!, Trend – Zeitschrift für Soziale Marktwirtschaft, 22. Dezember 2015
  8. ↑ Neu verknüpft, in Dena Magazin, Mai 2016, S. 16
  9. ↑ Erneuerbare Sektorkopplung, von Jörg Sutter, Sonnenenergie, März 2016
  10. ↑ a b c Sektorkopplung durch die Energiewende, Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung, von Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (Berlin), 20. Juni 2016
  11. ↑ Die Energiewende nach COP 21 – Aktuelle Szenarien der deutschen Energieversorgung, von Joachim Nitsch, 17. Februar 2016
  12. ↑ Erneuerbare Energien im Verkehr Potenziale und Entwicklungsperspektiven verschiedener erneuerbarer Energieträger und Energieverbrauch der Verkehrsträger, von D. Kreyenberg, A. Lischke (DLR), F. Bergk, F. Duennebeil, C. Heidt, W. Knörr, (IFEU), T. Raksha, P. Schmidt, W. Weindorf (LBST), K. Naumann, S. Majer, F. Müller-Langer (DBFZ)Hrsg.: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), 10. März 2015
  13. ↑ Eine Weltformel für die Windenergie, von Dagmar Dehmer, Der Tagesspiegel, 24. April 2016
  14. ↑ Zaubern mit Ökostrom – erst nach der Wahl, von Jörg Staude, Klimaretter.info, 16. April 2016
  15. ↑ Joeri Rogelj et al.: Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2 °C. In: Nature. Band 534, 2016, S. 631–639, doi:10.1038/nature18307.
  16. ↑ Christophe McGlade, Paul Ekins, The geographical distribution of fossil fuels unused when limiting global warming to 2°C. Nature 517, (2015), 187-190, doi:10.1038/nature14016.
  17. ↑ Sektorkopplung durch die Energiewende, Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung, von Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft (Berlin), 20. Juni 2016, S. 26
  18. ↑ Innovativ und digital in die Zukunft der Energiewirtschaft, Forum für Zukunftsenergie, 15. April 2016
  19. ↑ Bundesrat nickt Digitalisierung der E-Wende ab, Solarify, 9. Juli 2016
  20. ↑ Entwurf eines Gesetzes zur Digitalisierung der Energiewende, Bundesregierung, 13. April 2016
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