Sektorkopplung - Systeme zusammenführen
Arbeitspaket 8

Wie verbindet man Strom, Wärme und Mobilität am besten?

Die Zusammenarbeit der Sektoren Wärme, Strom, Verkehr und Industrieprozesse wird immer wichtiger für die Energiewende. Nur so können CO2-Emissionen bestmöglich verringert und gegen erneuerbare Energieträger ausgetauscht werden. Das Arbeitspaket 8 untersucht die Integration innerhalb der Sektoren.

Die erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind sind unbeständig, man spricht von volatiler Stromerzeugung (aus Sonne, Wind) und Wärmebereitstellung mit Sonne und Kraftwärmekopplung (KWK). Strom- und Wärmenutzung müssen zunehmend an die verfügbare Erzeugung angepasst werden. Diese notwendige Flexibilisierung des Energiesystems ist mittel- und langfristig nur dann möglich, wenn viele neue Anwendungen in anderen Sektoren Strom verwenden. Synthetische chemische Energieträger müssen, als Zwischenspeicher von Energie, hergestellt werden. Im Wärmemarkt sollten Angebot und Nachfrage stärker vernetzt werden. Insbesondere der zweite Grund stellt hohe Anforderungen an die zukünftige Energienutzung in den Sektoren Wärme, Verkehr und Industrieprozesse. Im Arbeitspaket zur Sektorintegration untersuchen Ingenieure und Sozialwissenschaftler, wie die flexible Energienutzung integriert werden kann in Gebäude (Wärme, Kälte), Verkehr und Industrieprozesse. Dies impliziert die detaillierte Analyse der technischen Potenziale – wo ist welche Flexibilität mit welchem Aufwand zu erreichen? – über die notwendigen ökonomischen Anreizsysteme und deren regulatorischer Umsetzung bis hin zur Frage, ob und wie die jeweils betroffenen Akteure einbezogen werden können und müssen.

Arbeitspaket 8 beschäftigt sich mit folgenden Schwerpunktthemen:

  • Technische Potentiale
  • Ökonomische Anreizsysteme
  • Regulatorische Umsetzung
  • Integration von Akteuren

Das Ziel besteht darin, Handlungsoptionen für eine erfolgreiche Umsetzung der Sektorintegration zu entwickeln.

Sektorkopplung

Der Begriff Sektorkopplung taucht in den letzten Jahren vermehrt in der Energie- und Klimapolitik als neue Begrifflichkeit auf. Der hohe politische Stellenwert der Sektorkopplung drückt sich beispielsweise auch in aktuellen Studien wie dem Klimaschutzplan 2050 oder im Grünbuch zur Energieeffizienz aus. Sektorkopplung kann die Energiewende und die Erreichung von ambitionierten Klimazielen auf zwei Wegen maßgeblich unterstützen. Zum einen soll Strom aus erneuerbaren Energien im Verkehr (zum Beispiel bei Elektroautos) und bei der Wärmeerzeugung (zum Beispiel bei Wärmepumpen) eingesetzt werden und fossile Energieträger wie Gas und Öl zunehmend ersetzen. Zum anderen muss die Nachfrage nach Strom flexibilisiert werden. Hier kann die Sektorkopplung beitragen, indem neue Nachfrager (beispielsweise Wärmepumpen und Elektroautos) hinzugeschaltet werden. Sie können Strom zwischenspeichern und Energie dann aufnehmen, wenn besonders viel Strom erzeugt und wenig benötigt wird – zum Beispiel an windigen Wochenenden.

Das zeichnet ENavi aus

Interview mit Arbeitpaket-Leiter Prof. Dr. Christof Wittwer

Prof. Dr. Christof Wittwer ist Koordinator des Arbeitspakets 8 „Sektorkopplung - Systeme zusammenführen”. Im Interview erzählt er von seinen Erwartungen an ENavi. 

Worin liegt für Sie die besondere Herausforderung bei ENavi?

Die Herausforderung in ENavi bestehen insbesondere darin, Antworten zu finden, die eine systemische und gesamtheitliche Lösung der Energiewende beinhalten. Es ist unheimlich spannend, das vielschichtige Problem der Energiewende mit so vielen Akteuren gemeinsam zu bearbeiten. Wir als Sektorkopplungs-Arbeitspaket spielen hier auch eine bindende Rolle zwischen den Sektoren und vielen Einzeltechnologien.

Welche Fragestellung steht für Sie in dem Arbeitspaket im Vordergrund?

In unserem Arbeitspaket stehen die Fragestellungen der Sektorkopplung im Mittelpunkt. Sprich das Zusammenspiel aller Sektoren im Rahmen der Energiewende. Wir erarbeiten folglich Lösungen, die für die Erreichung der Klimaziele über alle Sektoren hinweg sinnvoll sind und die insbesondere die Interaktionen zwischen den Sektoren hervorheben.

Welchen Einfluss hat der projektinterne transdisziplinäre Diskurs auf Ihr Arbeitspaket? Was läuft anders gegenüber bisherigen Projektansätzen?

Wir versuchen in unserem Arbeitspaket und der Modellierung von Sektorkopplungseffekten natürlich vielschichtige Entwicklung aus anderen Arbeitspaketen zu berücksichtigen, was nicht ganz leicht ist. Dadurch, dass wir aber immer das gesamte Energiesystem betrachten, stoßen wir sehr schnell auf Detailfragen in den einzelnen Feldern wie Umwelt, IT oder Akzeptanz.

ENavi zeichnet sich durch den transdisziplinären Dialog mit der Gesellschaft aus. Wie wird das an den Ergebnissen des Arbeitspakets sichtbar werden?

Unsere Ergebnisse werden eine gesamtheitliche Betrachtung aller Sektoren beinhalten. Das bedeutet direkt, dass die verschiedenen Sektoren, sei es z.B. Industrie oder Verkehr, mit einander auch im Wettbewerb stehen. Wir werden versuchen, das den verschiedenen Stakeholdern zu vermitteln. Wir sehen außerdem, dass große Anstrengungen im Bereich des flächendeckenden Ausbaus von erneuerbare Energien-Anlagen (z.B. eine EE-Leistung von 500 GW), Infrastruktur, Gebäude, Prozesse und Mobilität auftreten. Diese Anstrengungen müssen von der gesamten Bevölkerung mitgetragen werden.

Welche Zielkonflikte zeichnen sich ab? Wie gehen Sie damit um?

Wie gerade erwähnt, gehen wir von Zielkonflikten zwischen den Sektoren aus. Aber auch die infrastrukturellen Maßnahmen (z.B. Stromnetze oder Windkraftanlagen) sind enorm.

Die Stromwende ist noch im vollen Gang. Parallel gewinnen bei der Transformation des Energiesystems Verkehrs- und Wärmewende zunehmend an Bedeutung. Wird die Stromwende auf der Strecke bleiben? Oder durch die Kopplung mit Wärme und Verkehr erst richtig in Fahrt kommen?

Genau hier setzt unser Arbeitspaket an. Wir schaffen die Verbindung und untersuchen immer das gesamte Energiesystem. Die Kopplung schafft neue Chancen zur Senkung der CO2- Emissionen, gleichzeitig erhöhen sich die Abhängigkeiten und Herausforderungen im System.

Was erwarten Sie von den drei anderen Kopernikus-Projekten? Wie nutzen Sie Synergien in dem Arbeitspaket?

Wir werden intensiv mit dem Power-to-X und dem Synergie-Projekt zusammen arbeiten! Beide Projekte bearbeiten wichtige Teile der Sektorkopplung, die wir in unseren Sektorkopplungsuntersuchungen auch betrachten. Auch der Austausch mit ENSURE wird wichtig, weil die Auswirkung der Sektorkopplung auf die Netzstrukturen wesentlichen Einfluss hat, d.h. wir brauchen hierdurch deutlich weniger Netzausbau im elektrischen Bereich.

Prof. Dr. Hans-Martin Henning

Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, +49 761 4588 5134

  • Leiter Arbeitspaket 8 „Sektorkopplung - Systeme zusammenführen”

Publikationen aus Arbeitspaket 8

Sektorkopplung– Definition, Chancen und Herausforderungen

Obwohl die Sektorkopplung immer mehr an Bedeutung für die Energie- und Klimapolitik gewinnt, existiert keine einheitliche Definition des Begriffs. Das kann aber zu allerhand Problemen führen. Das Frauenhofer ISI hat deshalb nun eine einheitliche Begriffsdefinition erarbeitet. Zusätzlich werden in dem Paper die Potentiale verschiedener Entwicklungen diskutiert.

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Sektorkopplung – Was ist das überhaupt?

Der Begriff Sektorkopplung ist in letzter Zeit in aller Munde. Eine Auswertung der Literatur zeigt jedoch, dass es bisher kein einheitliches Verständnis für den Begriff gibt. Diese Studie möchte das nun nachholen. Sie beschäftigt sich außerdem mit den Fragen, welche Sektoren überhaupt miteinander gekoppelt sind und welche Technologien dazu gehören.

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