Was ist die Sektorenkopplung?

Definition

Die Sektorenkopplung verbindet die Energiesysteme Strom, Wärme, Kälte, Verkehr und Industrie. Statt jeden dieser Sektoren einzeln zu betrachten, verfolgt sie einen ganzheitlichen Ansatz mit dem Ziel, die Energiebranche als Ganzes zu Dekarbonisieren und Ressourcen effizienter einzusetzen. Diese Ziele sollen durch eine möglichst vollständige Umstellung auf eine Energieversorgung aus Strom, die sogenannte „All Electric Society“ erreicht werden. Dies funktioniert allerdings nur, wenn Strom ausschließlich aus erneuerbaren Energien produziert wird. Die Sektorenkopplung ist maßgeblich von Flexibilitätspotenzialen in Erzeugern, Verbrauchern und Speicher in allen Energiesektoren und deren Nutzung und Verknüpfung abhängig.

Ist der Erfolg der Erneuerbaren in der Stromerzeugung übertragbar?

Der Anteil an erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung hat in diesem Jahrhundert in den meisten Ländern kontinuierlich zugenommen. In Österreich liegt der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung beispielsweise bereits bei über 70 Prozent. Die Erzeugung und Versorgung mit Strom ist bereits zu einem großen Anteil dekarbonisiert. Doch dieser Erfolg konnte bisher nicht im gleichen Ausmaß auf andere, energieintensive Sektoren ausgeweitet werden, die zu einem Großteil auf fossilen Energiequellen beruhen. Dazu gehören beispielsweise: Verkehr, Schwerindustrie, Landwirtschaft sowie in Teilen die Wärme- und Kälteversorgung.

Ist Strom die Zukunft der gesamten Volkswirtschaft?

Mit der Klimaneutralität fest im Blick, betrachtet die Sektorenkopplung nicht einzelne stromerzeugende, stromverbrauchende oder stromspeichernde Sektoren, sondern deren Zusammenspiel. Klimaneutralität soll erreicht werden, wenn alle erzeugte Energie aus erneuerbaren Energien kommt und andere Primärenergien, wie Öl, Kohle und Gas abgelöst sind. Dies soll nur im Stromsystem, sondern auch im Verkehr, beispielsweise durch E-Autos, in der Wärmeerzeugung, der Landwirtschaft, Schwerindustrie sowie allen anderen energieverbrauchenden Sektoren erreicht werden.

Wie schnell und leicht die Umstellung hin zu einem All Electricity System funktioniert, hängt stark von der Branche ab. Beispielsweise sind industrielle Prozesse und Kälteerzeugung bereits zu großen Teilen gekoppelt. Verkehr und Wärmeerzeugung hingegen beruhen vielerorts immer noch auf Erdöl und Erdgas, obwohl hier in Österreich bereits viele erfolgreiche Forschungsprojekte Alternativen aufgezeigt haben.

Abhilfe könnten neue Technologien, wie Power-to-Gas, Power-to-Heat oder sonstige Power-to-X Ansätze schaffen. Diese erzeugen beispielsweise Wärme oder Wasserstoff aus erneuerbarer Energie. Allerdings befinden sich diese Technologien noch in einem experimentellen Stadium und werden noch nicht flächendeckend eingesetzt.

Stromspeicher und Flexibilitätspotenziale: wichtige Pfeiler der Sektorkopplung

Strom, im Gegensatz zu anderen Energiequellen, wie Öl oder Gas, lässt sich nur schwer über einen längeren Zeitraum speichern. Dies ist bisher noch eine große Herausforderung der Sektorenkopplung. Möglichkeiten Strom zu speichern gibt es bereits in Batterien, oder in einer anderen Form – als Wasserstoff, in Drehmomentspeichern oder in Pumpspeichern. Doch diese Formen der Speicherung gehen auch immer mit einem Energieverlust einher und sind oftmals ortsgebunden.

Einige der Technologien sind noch nicht weit genug entwickelt, andere, wie Batterien sind teuer und ihrerseits durch die benötigten Rohstoffe und die Herstellung nicht ökologisch.

Die Lösung des Speicherdilemmas: Flexibilität?

Was ist also die Lösung, wenn die Speicherung von elektrischer Energie noch nicht praktikabel ist? Flexibilität ist das Zauberwort, das auch in der Sektorenkopplung häufig als Lösungsansatz genannt wird. Elektroautos können flexibel und strompreisorientiert aufgeladen werden, Kühlräume aufgrund der Trägheit von Wärmeprozessen dann gekühlt werden, wenn gerade viel Strom vorhanden ist und vieles mehr. Insbesondere der Mittelstand nutzt diese Potenziale noch nicht vollkommen aus und das obwohl in der Vermarktung von Flexibilität, neben der Unterstützung der Energiewende und der Sektorenkopplung, Einspar- oder Gewinnpotenziale schlummern.

Status Quo der Sektorenkopplung in Österreich

Als Indikator für den Stand der Sektorenkopplung und die Dekarbonisierung kann der Anteil an erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch herangezogen werden.
Während in Österreich bereits etwa 75 Prozent der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien gedeckt wird, sieht es beim Gesamtenergieverbrauch noch etwas verhaltener aus. Hier dominiert nach wie vor das Erdöl als wichtigster Energieträger im Mix des Gesamtenergieverbrauchs. Auch Erdgas und zu geringeren Teilen Kohle spielen weiterhin eine wichtige Rolle. Die fossilen Rohstoffe werden hauptsächlich aus dem Ausland importiert, da Österreich kaum über eigene Ressourcen verfügt.

Deutlich wird außerdem, dass im Verkehrssektor noch einiges an Optimierungspotenzial vorhanden ist für eine Elektrifizierung basierend auf erneuerbaren Energien.

Sektorkopplung im Verkehr: die Verkehrswende

Im Verkehr und Logistik ist die Sektorenkopplung noch nicht so weit vorangeschritten und weist starke Unterschiede zwischen den verschiedenen Bereichen auf. Besonders im Flugverkehr und Schifffahrt sowie im Schwerlastverkehr besteht noch Optimierungspotenzial. Hier ist insbesondere die Speicherung der Energie im Fahrzeug eine Herausforderung. Während die Bahn bereits vielerorts über Strom als Energiequelle läuft und Strecken nach und nach elektrifiziert werden, ist hier das Streckennetz der hemmende Faktor, denn die Bahn bietet insbesondere in dünn besiedelten und schwer zu erreichenden Regionen nicht genügend Mobilität und der Ausbau des Netzes wäre mit großen Neuinvestitionen verbunden. Außerdem wurden seit den 60er Jahren zahlreiche Strecken eingestellt oder kleinere Haltestellen gestrichen.

Im Bereich der E-Mobilität wird insbesondere der PKW-Verkehr stark diskutiert. Batterien in Autos werden immer günstiger, laden immer schneller und können immer längere Strecken bis zur nächsten Aufladung überbrücken. Unter dem Stichwort Vehicle-to-Grid (V2G) werden zusätzlich die Flexibilitätspotenziale von Elektroautos als Stromspeicher und Flexibilitätsoption evaluiert. Denn wenn zahlreiche Fahrzeuge an Ladesäulen angebunden sind, könnten sie mit ihren Batterien kleinere Ungleichgewichte im Stromsystem schnell ausgleichen. Immer verbreiteter wird der Betrieb von Stadtbussen, Postautos oder Taxis durch Batterien.

Neben dem Betrieb durch Batterien ist Wasserstoff eine weitere Technologie, die im Zusammenhang der Verkehrswende heiß diskutiert wird. Allerdings ist diese Technologie noch nicht so weit fortgeschritten und hat bisher noch keinen ausreichenden Wirkungsgrad erreicht. Insbesondere Automobilhersteller aus Japan setzten stark auf Wasserstoff und investieren große Summen in die Entwicklung.

Eine noch ungeklärte Herausforderung ist der Antrieb von Schwertransportern, Containerschiffen und Langstreckenflügen. Denn für sie stellen Batterien noch keine mögliche Lösung dar. Würde ein Airbus beispielsweise mi Lithium-Ionen-Akkus im Volumen seines Kerosintanks ausgestattet werden, könnte er sich gerade einmal 20 Minuten in der Luft halten und der Start wäre aufgrund fehlender Leistung erst gar nicht möglich. Für längere Strecken würden Größe und Gewicht der benötigten Batterien das Startgewicht eines Airbus bei weitem übersteigen.

Fazit zur Sektorenkopplung im Verkehr: Im Gegensatz zur Stromerzeugung bestehen im Sektor Verkehr noch einige Herausforderungen, die mit den heutigen Technologien noch nicht gelöst werden können. Umso wichtiger ist es die Sektorenkopplung in Bereichen, wo sie bereits praktikabel ist, wie beispielsweise der E-Mobilität für Autos, voranzutreiben, um Erfahrungen für andere Bereiche zu sammeln.

Sektorkopplung in der Wärmeerzeugung: die Wärmewende

Während im Verkehr die Quelle oder der Speicher des Stroms mitgenommen werden muss, hat die Wärmewende einen entscheidenden Vorteil: sie ist stationär. Die Technologien in der Wärmewende sind bereits weiter vorangeschritten. Insbesondere zu nennen ist hier die KWK (Kraft-Wärme-Kopplung). Diese nutzt die Wärme, die dann entsteht, wenn eine Maschine Strom oder Bewegungsenergie erzeugt (Abwärme durch Verbrennung, Reibung, chemische Reaktionen…). BHKWs (Blockheizkraftwerke) sind daher ein wichtiger Pfeiler der Sektorenkopplung.
Auch im Bereich der Gebäudewärme tut sich einiges: Luftwärmepumpen und Erdwärmepumpen werden immer häufiger in neue Häuser eingebaut. Elektroheizungen waren lange Zeit in Verruf geraten aufgrund ihrer hohen Kosten und des hohen Energieverbrauchs. Mittlerweile gibt es allerdings auch Infrarotflächenheizungen, die aus Ökostrom Ökowärme erzeugen und dies zu (relativ) günstigen Preisen.

Fernwärme aus industriellen Prozessen oder Rechenzentren kann, wenn die Transportverluste nur gering sind, ebenfalls im Sinne der Wärmekopplung genutzt werden. In Wien gibt es Forschungsprojekte zur Nutzung der Wärme aus Kanalwasser, die Stadt Salzburg plant industrielle Abwärme zu nutzen und in ein Wärmenetz einzuspeisen.

In landwirtschaftlich geprägten Regionen sind Nahwärmenetze aus Biogasanlagen interessant, die Wärme klimaneutral erzeugen.

In Österreich wird bereits jedes vierte Haus über Wärmenetze versorgt und zahlreiche Forschungsprojekte untersuchen Potenziale in ländlichen oder städtischen Regionen.

Fazit zur Wärmewende: Anders als bei der Verkehrswende gibt es bereits zahlreiche praktikable Lösungen und geeignete Technologien. Wärmenetze sind in Österreich bereits weit verbreitet. Eine effizientere Nutzung, das Nutzen von weiteren Wärmequellen sowie eine intelligente Vernetzung von Wärmenetzen stellen weitere Potenziale dar um die Wärmewende weiter voranzutreiben.

Energieeffizienz steigern und Gesamtverbrauch verringern

Nicht nur mehr Flexibilität, sondern ein effizienteres Nutzen der bereits vorhandenen Energie sowie eine Reduzierung des Gesamtverbrauchs kommen der Sektorenkopplung zu Gute.

Im Wärmesektor würde eine bessere Gebäudedämmung den Verbrauch verringern. Dabei gehen eine elektrische Wärmeerzeugung und bessere Isolierungssysteme Hand in Hand. Beispielsweise kann eine Infrarotheizung, die an ein virtuelles Kraftwerk angeschlossen ist, dann heizen, wenn der Strom besonders günstig ist. Durch eine verbesserte Dämmung bleibt die Wärme weiterhin erhalten, auch wenn in teureren Viertelstunden nicht geheizt wird.

Weniger Gesamtenergieverbrauch bei Haushalten durch neue Technologien?

Der Trend im Haushalt geht in den verschiedensten Bereichen hin zu energiesparenderen Technologien. Statt herkömmlichen Glühbirnen werden LEDs genutzt, E-Bikes ersetzen bereits auf kurzen Strecken Motorroller oder sogar Autos, Plasma- und Röhrenfernseher wurden fast vollständig von der energieeffizienteren LED-Technik ersetzt. Laptops verbrauchen weniger Strom als Desktop PCs und werden immer verbreiteter, zusätzlich stieg die mobile Internetnutzung in den letzten Jahren kontinuierlich an.

Aufgrund der stromsparenden Technologien, so die Theorie, sollte der Stromverbrauch in Haushalten sinken. Allerdings ist der Haushaltsstromverbrauch in den letzten Jahren nahezu konstant geblieben. Grund dafür ist, dass zwar stromsparendere Technologien genutzt werden, allerdings auch mehr stromverbrauchende Gegenstände angeschafft und genutzt werden. Den Gesamtenergieverbrauch durch neue Technologien zu senken funktioniert nur bei einer Umrüstung und nicht einem gleichzeitigen Anstieg des Konsums.

Was ist der Stand der Sektorenkopplung?

Österreich hat bereits große Erfolge in der Energiewende in der Stromerzeugung feiern können und steht damit an der Spitze Europas. Doch andere Sektoren warten noch auf diese Erfolge. Ein gesamtheitliches Denken des Sektors kann helfen die Wärmewende und die Verkehrswende voranzutreiben. Denn mit einer Umgestaltung aller Energieverbraucher auf Strom kommen enorme Herausforderungen auf das Stromnetz zu, die mit intelligenter sektorenübergreifender Vernetzung, dem Nutzen von Flexibilität und einem Zusammenspiel von Erzeugern, Verbrauchern, Speichern, gesteigerter Effizienz und der Nutzung von neuen Technologien (wie beispielsweise PtX) gelingen kann.

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