Sektorenkopplung – Synergien sinnvoll nutzen

Die Sektorenkopplung (auch Sektorkopplung genannt) verbindet die Strom-, Wärme- und Gasnetze als auch den Mobilitätssektor miteinander. Sie ist eine Schlüsseltechnologie im Rahmen der Energiewende auf dem Weg Deutschlands zur angestrebten Klimaneutralität.

Sektorenkopplung; © Foto: DVGW, Roland Horn

Sektorenkopplung

Unverzichtbar für eine zügige Energiewende

Die Energiewende treibt den Ausbau von Windkraft und Photovoltaik voran. Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung steigt kontinuierlich an: 2015 wurden in Deutschland bereits 25 Prozent des Stroms aus regenerativen Energien gewonnen.

Erneuerbare liefern sauberen Strom – aber durch die Abhängigkeit von Wind und Wetter wird häufig zu viel oder zu wenig Strom produziert. Jedes Jahr steigen die Eingriffe der Netzbetreiber zur Sicherstellung einer stabilen Stromversorgung. 2015 kosteten diese sogenannten Redispatch-Maßnahmen rund eine Milliarde Euro.

Um diesen Trend zu stoppen, fördert und initiiert der DVGW die Sektorenkopplung. Durch die Verschränkung und Optimierung der drei energiewirtschaftlichen Sektoren Strom, Wärme und Verkehr durch den Energieträger Gas sollen Synergien effizient genutzt werden. Ziel ist es, Energie zur richtigen Zeit am richtigen Ort einsetzen zu können. Die Synergieeffekte können die Schwankungen der erneuerbaren Energie ausgleichen. Die Sektorenkopplung ist daher die Schlüsseltechnologie der Energiewende.

Besonders die Sektorenkopplung mit Gas eignet sich für eine schnelle Umsetzung der Energiewende. Die vorhandenen Gasnetz-Infrastrukturen ermöglichen schon jetzt den Transport und die Speicherung großer Energiemengen. Mittels Power to Gas kann dieser Speicher auch für erneuerbare Energien erschlossen werden. Das so erzeugte Gas kann sowohl zur Wärme- und Stromerzeugung als auch für den Mobilitätssektor und für industrielle Prozesse (z.B. in der chemischen Industrie) genutzt werden.

Für zukünftige Energiesysteme, die sich ausschließlich aus erneuerbaren Energien speisen, wird die Sektorenkopplung unverzichtbar sein. Das übergeordnete Ziel der Kopplung einzelner Energie- und Verbrauchssektoren ist die umfassende Dekarbonisierung der Weltwirtschaft.

Sektorenkopplung und die Power to X-Technologien

Unter energetischer Sektorenkopplung versteht man die Verbindung der Strom-, Wärme- und Gasnetze sowie des Mobilitätssektors. Mittels der Power to X-Technologien kann Strom in die anderen Sektoren übertragen und so Synergieeffekte zwischen den Sektoren genutzt werden.

Die strukturelle Sektorenkopplung beinhaltet die Verbindung der Energiesektoren (Strom, Wärme, Gas) mit den Verbrauchssektoren (Haushalt, Gewerbe, Industrie, Verkehr). Merkmale dieser Gruppen sind unterschiedliche Bedarfsprofile und Leistungsklassen. 

Bei der Power to Gas-Technologie werden Energiegase aus erneuerbarem (Überschuss)-Strom durch die Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff) erzeugt. Die optionale anschließende Methanisierung (Herstellung von erneuerbarem Erdgas durch das Hinzufügen von Kohlenstoffatomen) dient als zentrales Kopplungselement zwischen Strom- und Gasinfrastruktur. Sie hat es zum Ziel, zusätzliche Flexibilität zu schaffen.

Durch den Einsatz überschüssiger Strommengen im Wärmemarkt werden einfache Heizelemente in Fernwärmesystemen gespeist.

Bei der Power to Mobility-Technologie wird Überschussstrom zum Laden von Elektrofahrzeugen verwendet. würdeTheoretisch kann die Batterie im Auto als Stromspeicher genutzt werden und Energie zurück ins Stromnetz speisen. Alternativ kann das aus Power to Gas-Prozessen erzeugte Wasserstoff und Methan für CNG- und LNG-Mobilität genutzt werden.

Power to Valuables bedeutet, Überschussstrom in der Industrie zur gezielten Erzeugung von chemischen Produkten, Druckluft, Schmelzen von Metallen, Oberflächen-Veredelungsprozessen, etc. zu verwenden.

Das Verfahren zur Herstellung von Treibstoffen aus Überschussstrom, über den Weg der Elektrolyse/Wasserstoffherstellung zu verwertbaren Grundchemikalien (z.B. Methanol) nennt sich Power to Liquids. Genauso können mit diesem Verfahren Treibstoffe aus synthetischen Kohlenwasserstoffen (Dimethylester, Kerosin etc.) gewonnen werden.

Technologien für Strom- und Wärmeerzeugung aus Gas

Durch das Kraft-Wärme-Kopplungs-Verfahren wird das in Erdgasspeichern zwischengespeicherte Gas aus Power to Gas-Anlagen zur hocheffizienten, gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme verwendet.

In verbrauchsnahen kleinen Kraftwerken wird Strom für den Eigenbedarf gewonnen. Die dabei entstehende Wärme kann gleichzeitig sehr effizient für die Heizung genutzt werden.

Das Prinzip der Brennstoffzelle wird zukünftig genutzt um den zwischengespeicherten Wasserstoff aus dem Power to Gas Prozess mit hoher Effizienz wieder in Strom umzuwandeln. 

Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke (GuD-Kraftwerke) sind die effizientesten Großkraftwerke und schaffen einen Wirkungsgrad von ca. 60%. Zusätzlich können sie noch Wärme bereitstell

Durch die Biomethan-Aufbereitung wird Biogas in das Erdgasnetz eingespeist und ersetzt dort die gleiche Menge Erdgas.

Die Grafik erklärt, wie Gas- und Stromnetze miteinander verschränkt werden können.
Wie funktioniert die Verschränkung von Gas- und Stromnetz?; © Copyright DVGW

Die Grafik zeigt, wie sich zum Beispiel Gas- und Stromnetze so miteinander verschränken lassen, dass es einen maximalen Synergieeffekt gibt.

DVGW-Stellungnahmen

zum Entwurf der SINTEG-Verordnung - SINTEG-VO

zum Gesetzentwurf Verordnungsermächtigung zur Experimentierklausel im SINTEG-Programm

zum Referentenentwurf – Entwurf eines Gesetzes zur Weiterentwicklung des Strommarktes (Strommarktgesetz)

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