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Experte
18. Dezember 2017
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Was ist Sektorkopplung?

„Das Ende der Energiegiganten und der Beginn einer neuen Ära“ – so lautete das Thema der Keynote von Juliane Schulze, zuständig für das Business Development für Erneuerbare Energien bei der Vattenfall Europe Innovation GmbH, auf dem diesjährigen Forum Neue Energiewelt. Tatsächlich ändern sich die Rahmenbedingungen für den Energiemarkt gerade radikal – und rasant. Auf dem Weg zu einem Energiesystem, das zu hundert Prozent auf erneuerbaren Energien basiert, spielt der Begriff der Sektorkopplung eine entscheidende Rolle. Doch was ist Sektorkopplung eigentlich? Und welche Beispiele in der Praxis gibt es bereits?

Was bedeutet Marktzuwachs durch Sektorenkopplung für die Branche? Welche innovativen Geschäftsmodelle gibt es für Energieversorger und Stadtwerke? Was ist an weiteren Innovationen in Technik und Markt zu erwarten? Wie schaffen wir es, die Sektorkopplung in der neuen Energiewelt zum Erfolg zu führen?

In Deutschland entfallen etwa je ein Viertel des Endenergieverbrauchs auf Strom und Verkehr und rund 50 Prozent auf die Wärmeversorgung. Während der letzten zwei Jahrzehnte waren die Anstrengungen, CO2-Emissionen bei der Energieerzeugung zu reduzieren, hauptsächlich auf den Stromsektor gerichtet. Um die Ziele des Pariser Klimaabkommens – und auch die deutschen Klimaziele zu erreichen, ist es allerdings  notwendig, den Anteil erneuerbarer Energien deutlich zu erhöhen. Es ist zwingend notwendig, alle Bereiche, in denen Energie benötigt wird,  miteinander zu koppeln. Die Bereiche Strom, Wärme, Industrie und Verkehr müssen umfassend und intelligent miteinander integriert werden. Wesentlich ist also, Strom der naturgemäß schwankenden erneuerbaren Energien zu nutzen, um Wärme, Kälte und Antriebsenergie zu erzeugen, um so nach und nach fossile Brennstoffe abzulösen.

Vattenfall will innerhalb einer Generation fossilfrei werden

Nicht nur viele Städte und Kommunen, sondern auch Unternehmen haben sich inzwischen zum Ziel gesetzt, innerhalb der nächsten Jahrzehnte komplett CO2-frei zu werden. Auch Vattenfall will sein Unternehmen innerhalb einer Generation fossilfrei betreiben und es auch seinen Kunden ermöglichen, Energie fossilfrei zu nutzen. Dass die Entwicklung auch zahlreiche neue Wachstumschancen bietet, liegt auf der Hand. In vielen Fällen werden sich Lösungen für den Energiemarkt unserer Ansicht nach in Zukunft nur umsetzen lassen, wenn sie den Kriterien dezentral, digital und dekarbonisiert entsprechen.

Dekarbonisierung aller Sektoren

Insbesondere in den Sektoren Verkehr und Wärmeerzeugung wird sich eine Dekarbonisierung in wesentlicher Größenordnung nur erreichen lassen, wenn der Anteil der Erneuerbaren ganz wesentlich steigt und ihre Nutzung intelligent verknüpft wird.

Dekarbonisierung und Digitalisierung: Ungenutzte Chancen der Energiewende

Was sind konkret die Wege und die konkreten technischen Lösungen, um die einzelnen Sektoren intelligent miteinander zu verknüpfen? Und wo gibt es in der Praxis bereits konkrete Beispiele für die Umsetzung?

Sektorkopplung und Power-to-Heat

Der Wärmesektor spielt für die Erreichung der Klimaziele eine besondere Rolle, da die Hälfte des Energieverbrauchs aus Wärmeanwendungen im Privat- und Gewerbesektor entsteht. Dabei sind der Strom aus Erneuerbaren zum Beispiel Wind und der Bedarf für Gebäudeheizungen geradezu ein ideales Paar für die Sektorkopplung. Im Winter ist das Angebot an Windenergie ebenso wie der Wärmebedarf sehr hoch. Mit Strom aus Erneuerbaren könnte eine erhebliche Menge grünen Stroms für eine klimaneutrale Wärme- und Kälteversorgung der Städte zur Verfügung stehen. Das viele Fernwärmesysteme zudem mit Kraft-Wäme-Kopplungs- (KWK-)Anlagen betrieben werden, bietet die Kombination aus effizienter Fernwärme, KWK-Anlagen, Wärmespeichern und Elektroheizern eine vor allem zeitnah verfügbare Option der Sektorintegration.

In Berlin erfolgte im November 2017 am Standort des Heizkraftwerkes Reuter der erste Spatenstich für Europas größte Power-to-Heat-Anlage. Vattenfall investiert hier rund 100 Millionen Euro in diese Zukunftstechnologie. Mit der neuen Power-to-Heat-Anlage müssen weniger Windräder und PV-Anlagen abgeregelt werden. Weiter ist bereits das Projekt im Hamburger Karolinenviertel: Hier wird zurzeit der Elektrokessel erneuert und zugleich im Rahmen des Projektes NEW 4.0 als Power-to-Heat-Anlage fit für die Zukunft gemacht – mit 45 Megawatt ebenfalls in nennenswerter Größenordnung.

Sektorkopplung und Power-to-Gas

Auch die Produktion von grünem Wasserstoff (Elektrolyse) könnte zur Regelung bzw. Nutzung volatiler erneuerbarer Energien beitragen. Der aussichtsreichste Anwendungsfall ist dabei der Einsatz von grünem Wasserstoff für den Verkehrssektor – sowohl als Treibstoff für Brennstoffzellenantriebe (für PKW, aber auch Wasserstoff-Busse und -Bahnen) als auch für industrielle Produktionsprozesse (zum Beispiel im Raffinerieprozess). Wird der bislang fossil, auf Basis von Erdgas erzeugte Wasserstoff durch grünen Wasserstoff ersetzt, ließe sich die CO2-Bilanz der Treibstoffe ganz erheblich verbessern. Das Potenzial für diese Art der Nutzung von grünem Wasserstoff wird in Deutschland im Gigawatt-Bereich geschätzt.

In Hamburg hat Vattenfall mit Europas größter Wasserstofftankstelle in der HafenCity seit 2011 Erfahrungen gesammelt. Um die Potenziale der Technologie auch kommerziell zu nutzen, müsste hierfür allerdings zunächst der entsprechende rechtliche Rahmen auf EU-Ebene geschaffen werden.

Batteriespeicher: Möglichkeiten für die Integration erneuerbarer Energien

Für das Gelingen der Energiewende werden Speicher gebraucht; sie ermöglichen die Integration von erneuerbaren Quellen in das Energiesystem. Sie können als „Missing Link“ zwischen volatiler erneuerbarer Energieerzeugung und dem Energiebedarf im B2B- oder B2C-Bereich eingesetzt werden. Die Einsatzmöglichkeiten sind inzwischen vielfältig:

An die Industrie, auf die immerhin rund 70 Prozent des Energieverbrauchs in Deutschland entfällt, richtet sich das sogenannte Peak Shaving. Mit Batteriespeichern können Industriekunden Lastspitzen im Verbrauch glätten und Netzentgelte einsparen. Im Frühjahr wird bei einem Industriekunden bei Hamburg der erste Batteriespeicher installiert.

„Günstig ist aus unserer Sicht auch, wenn wir Standorte nutzen, an denen wir Strom aus Windenergie erzeugen, um mit dem Bau von Batteriespeichern mehr und mehr Erneuerbare in das System zu integrieren und gleichzeitig Auslastung und Flexibilität dieser Standorte zu verbessern“, erläutert Juliane Schulze. Genutzt werden Lithium-Ionen-Batterien von BMW, die sich, mit einem Batteriemanagementsystem ausgestattet, ohne Änderungen für unsere Projekte nutzen lassen.

BMW-Batterien für Energiespeicher

Der erste Wind-Speicher wird am 122-MW-Onshore-Windpark „Prinzessin Alexia“ in der Nähe von Amsterdam gebaut. Mit einer installierten Leistung von 3,2 Megawatt (MW) ist es das erste große Speicherprojekt Vattenfalls in den Niederlanden.

Der bisher größte Batteriespeicher Vattenfalls entsteht jedoch in Wales: Am 230-MW-Windpark Pen y Cymoedd soll eine 22 Megawatt-Anlage entstehen. Sie soll dazu beitragen, die Stabilität des landesweiten Stromnetzes in Großbritannien zu unterstützen.

In Hamburg wird am zukünftigen Windpark im Stadtteil Bergedorf ein sogenanntes Speicherregelkraftwerk aus Batterien gebaut – eine Zusammenarbeit mit der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg und dem Unternehmen Nordex. Als Teil des Vorhabens Norddeutsche Energiewende NEW 4.0 wird die Großbatterie dazu dienen, die Versorgungssicherheit auch bei einer Stromerzeugung ausschließlich aus erneuerbaren Energien zu gewährleisten.

Neben dieser Anwendung bietet Vattenfall inzwischen auch an, Batterien als Stromspeicher in Privathaushalten zu nutzen – als zusätzliche Option, wenn eine Solaranlage auf dem Dach gekauft oder gepachtet wird.

Sektorkopplung und Elektromobilität

Die vielleicht größte Herausforderung zur Reduzierung der Klimaemissionen liegt im Verkehrssektor. Aus Sicht der Energieversorger und Stromnetzbetreiber muss die zunehmende Elektrifizierung der Mobilität und der Ausbau der erneuerbaren Energien in Einklang gebracht werden, damit die Energiewende im Verkehrssektor, insbesondere im Personen- und Güterverkehr, gelingen kann. Das Thema Ladeinfrastruktur ist dabei nur eine der Voraussetzungen für eine gelungene Verkehrswende.

Elektromobilität: Fuhrpark wird elektrisch

Smart Charging würde dem Verbraucherverhalten entgegen kommen und zur Netzstabilität beitragen, da Fahrzeuge mit günstigem und regenerativem Strom bei Überangebot geladen und als Speicher genutzt werden können.

Vattenfall arbeitet neben Testprojekten in Schweden zur Entwicklung von elektrifizierten Straßen bereits seit mehreren Jahren am Ausbau der Ladeinfrastruktur in Schweden, Deutschland und den Niederlanden – unter anderem auch mit einem Projekt zum kabellosen induktiven Laden.

Digitalisierung

Ein digitalisierter Energiemarkt ermöglicht die vollständige Integration von erneuerbaren Energien in die verschiedenen Sektoren. Digitalisierung unterstützt dabei sowohl das digitale Monitoring und die intelligente Steuerung dezentraler Energieanlagen und Netzstrukturen als auch datenbasierte Services für die Akteure im Energiemarkt. Darüber hinaus sind digital unterstützte Prozesse in allen Stufen der Energiewertschöpfungskette die zwingende Voraussetzung, um die Sektoren zu integrieren.

Vattenfalls Anpassung an aktuelle Herausforderungen

Ein digital unterstütztes Marktdesign ermöglicht freien Wettbewerb in vielen Bereichen des heute regulierten und auf Umlagen und Ablagen beruhenden Energiemarktes.

Blockchain: Diesen Trend will niemand verpassen

Leistungsfähigkeit und Intelligenz der Stromnetze müssen ineinandergreifen. Das „intelligente Stromnetz“ (Smart Grid) verbindet alle Akteure des Energiesystems miteinander – und zwar auf allen Stufen der Wertschöpfungskette der Energieerzeugung, von der Erzeugung über den Transport, die Speicherung bis hin zur Verteilung und dem Verbrauch beim Endkunden.

Ein Blick in die digitale Zukunft der Energiewelt

Juliane Schulze ist überzeugt: „Die Zukunft gehört denen, die sich die digitale Revolution zunutze machen. Ein erneuerbarer Energiemarkt fußt auf stabilen digitalen Fundamenten.“ 

Große Potenziale im Sektor Industrie

Sektorkopplung sollte unserer Ansicht nach konsequent weiter gedacht werden. Über die Bereiche Strom, Mobilität und Wärme hinaus liegen auch in der Nutzung industrieller Abwärme große Potenziale für die Zukunft. Für die Metropolregion Hamburg wurden diese Potenziale auf knapp 80 Megawatt identifiziert. In einem ersten geplanten Schritt soll das enorme Abwärme-Potenzial der Kupferhütte Aurubis in das bestehende Fernwärmesystem eingebunden werden. Immerhin bis zu 60 Megawatt stehen hier grundsätzlich zur Verfügung. Es ist geplant, dass die Einbindung in den nächsten fünf Jahren in mehreren Schritten erfolgt. Perspektivisch plant die Stadt Hamburg, die Stadtentwicklung in Richtung Osten weiter auszudehnen. Mit dem Konzept „Stromaufwärts an Elbe und Bille“ ist auch der Ausbau des Fernwärmesystems verbunden – sowie eine mögliche Nutzung weiterer Wärmeabsatzpotenziale in der Größenordnung von 30 MW thermisch.

Die Integration industrieller Abwärme bzw. die Nutzung bestehender Infrastruktur könnte also wesentlich dazu beitragen, Hamburgs CO2-Emissionen zu reduzieren.

Fernwärme plus industrielle Abwärme – ein Beitrag zur regionalen Wertschöpfung in Hamburg

Weitere Ansätze bei Kooperationen mit dem Industriesektor verfolgt Vattenfall in Schweden. Seit Juni 2017 kooperiert das Unternehmen mit dem schwedischen Baustoffhersteller Cementa. Ziel ist es, die CO2-Emissionen bei der Zementherstellung bis 2030 auf null zu reduzieren. Das entspricht fünf Prozent der gesamten schwedischen CO2-Emissionen.

Mit zwei schwedischen Stahlproduzenten hat Vattenfall ebenfalls im Juni 2017 ein Joint Venture gegründet mit dem Ziel, die gesamte Kette der Stahlproduktion CO2-frei zu organisieren. Insbesondere im Produktionsprozess soll künftig auch Wasserstoff eingesetzt werden. Die Umsetzung dieser Kooperationen könnte zu CO2-Entlastungen in Höhe von 15 Millionen Tonnen jährlich führen, das sind rund 30 Prozent der Gesamtemissionen des Landes.

Mit Sektorkopplung fossilfrei innerhalb einer Generation

Juliane Schulze zieht ein Zwischenfazit: „Um das Pariser Klimaschutzabkommen konsequent umzusetzen und die Klimaneutralität zu erreichen, ist eine fossilfreie Energienutzung auch in den übrigen Sektoren unumgänglich. Alle notwendigen Technologien sind heute schon verfügbar, mindestens im Labor. Wir brauchen vor allem die Mitarbeit von Menschen, die diese Technologien engagiert weiterentwickeln und intelligent in den Energiemarkt integrieren. Daneben benötigen wir die gesetzlichen Rahmenbedingungen, damit aus Forschungsprojekten, Pilotanlagen und Nischenanwendungen marktfähige Produkte entwickelt werden können und somit für Unternehmen und Kunden ein wirtschaftlich sinnvoller Weg in eine fossilfreie Zukunft gestaltet werden kann.“

Kohleausstieg für Berliner Wärmewende

Berliner Wärmewende: Ausstieg aus der Steinkohle bis 2030

Wärmewende in Hamburg: fossilfrei innerhalb einer Generation

Dekarbonisierung für die Energiewelt der Zukunft

 

Juliane Schulze
Experte
18. Dezember 2017

Nach meinem MBA-Studium arbeitete ich bei Vattenfall als Business Developer und Managing Director der VHPready Services GmbH. Inzwischen leite ich das Business Development für die Erneuerbaren Energien sowie Vattenfalls Open Innovation Plattform green:field. Hier kann ich innovative Startups mit Vattenfall zusammenbringen, um gemeinsam neue Geschäftsmodelle zu entwickeln.

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