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Sektorkopplung: Warum jetzt? Wer gewinnt und wer verliert?

Die Sektorkopplung spielt in der Energiewirtschaft eine wachsende Rolle. Das Dossier beantwortet einige der wichtigsten Fragen und gibt einen Überblick über das Thema.
Bildquelle: Liza-Litsch / pixelio.de
26.01.2017 − 

Was beschreibt der Begriff Sektorkopplung?

Sektorkopplung beschreibt die Vernetzung der energiewirtschaftlichen Segmente Strom, Wärme und Verkehr.

Bislang sind die Sektoren weitgehend getrennt. Nicht wenige Experten gehen aber davon aus, dass sich in den kommenden Jahrzehnten eine deutliche Vernetzung geben wird, die mit einer Elektrifizierung der Sektoren Wärme und Verkehr einhergeht. Dadurch könnten Synergien gehoben werden. Es gibt vielfältige Möglichkeiten, wie die Sektoren miteinander verbunden werden können. Schnittstellen gibt es ohnehin längst über die Energieträger. So kommt Erdgas in allen drei Sektoren zum Einsatz und die Kraft-Wärme-Kopplung trägt bereits im Namen die Verknüpfung von Strom- und Wärmemarkt. Mit Blick auf den Einsatz erneuerbarer Energien bietet die Bioenergie Einsatzmöglichkeiten in allen Sektoren. Allerdings gibt es hier beschränkte Potenziale mit Blick auf einen erweiterten Einsatz der Bioenergie in allen Sektoren.

Warum ist die Sektorkopplung gerade jetzt ein Thema?

Die Fortschritte der Energiewende im Stromsektor schieben das Thema an. Die Sektorkopplung ist zuletzt im Zuge der Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) verstärkt diskutiert worden. Hintergrund sind die wachsenden Kosten, die durch Maßnahmen des Einspeisemanagements und Redispatch verursacht werden, da die Netze Strom aus erneuerbaren Energien nicht aufnehmen können. Vereinfacht ausgedrückt werden Windkraftanlagen in Norddeutschland abgeregelt, der in Süddeutschland benötigte Strom wird zum Teil aus dem benachbarten Ausland hinzugekauft. Da der Windkraftanlagenbetreiber einen Anspruch auf eine EEG-Vergütung auch im Falle der Abregelung besitzt, entstehen zusätzliche Kosten. Die Sektorkopplung könnte hier einen Ausweg beschreiben, da der „Überschussstrom“ in andere Sektoren überführt werden könnte.

Das Thema soll auch darüber hinaus auf der Agenda bleiben. Das hat Bundeswirtschaftsminister Sigmar Gabriel (SPD) im Zuge der EEG-Debatten in Bundestag und Bundesrat deutlich gemacht, als er die Sektorkopplung als das „nächste Thema, das wir anpacken müssen“, bezeichnete. Auf der Handelsblatttagung "Energiewirtschaft" Ende Januar 2017 in Berlin machte Gabriel deutlich, dass das reformierte Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2017 nicht die Last der Sektorkopplung schultern könne. Hierzu sei eine neuerliche Novelle des EEG erforderlich. Zudem kündigte Gabriel auf der Tagung an, dass die Bundesregierung noch in der laufenden Legislaturperiode ein Weißbuch mit konkreten Vorschlägen vorstellen will.

Welche Instrumente gibt es zur Kopplung der Sektoren Strom und Wärme?

Eine Verbindung zwischen dem Strom- und dem Wärmesektor bietet die Kraft-Wärme-Kopplung. Die gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme erhöht die Effizienz des Brennstoffeinsatzes signifikant. Die Sektorkopplung geht aber darüber hinaus. Technologien wie Power-to-Heat- und Power-to-Gas ermöglichen es, Strom umzuwandeln und im Wärmesektor nutzbar zu machen.

  • Im Fall der Power-to-Heat-Technologie wird Strom genutzt, um im einfachsten Fall einen Wassertank über einen Tauchsieder zu erhitzen. Die Wärme kann dann zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden, etwa im Rahmen von Nah- und Fernwärmekonzepten, aber auch dezentral bei einzelnen Heizungsanlagen, wenn sie entsprechend nachgerüstet werden. Im industriellen Bereich ist Power-to-Heat über Elektrodenkessel bereits stärker verbreitet, da sich bei den größeren PtH-Anlagen durch die Teilnahme am Regelenergiemarkt Zusatzerlöse erwirtschaften lassen. Die Leistung entsprechender Anlagen reicht in den zweistelligen Megawatt-Bereich. Der Energiekonzern Vattenfall kündigte im September 2016 den Bau der größten Power-to-Heat-Anlage in Deutschland mit einer Leistung von 100 MW an. Anders als etwa Power-to-Gas ist die Nutzung von Power-to-Heat bereits heute wirtschaftlich darstellbar, wenn die Anlagen am Regelmarkt Erlöse erwirtschaften.
  • Die Nutzung von Wärmepumpen ermöglicht ebenfalls eine Kopplung des Stromsektors an den Wärmesektor. Werden Heizungssysteme mit Wärmepumpen bivalent ausgelegt, so dass sie neben Strom etwa Erdgas in Mikro-BHKW nutzen können, kann das die Flexibilität des Systems als Technologie zur Nutzung von Überschussstrom erhöhen. In dem Fall können die Heizungssysteme so ausgelegt werden, dass sie Überschuss-Stromlast im Sommer aufnehmen können, die Wärmepumpensysteme aber im Winter nicht überdimensioniert sind und damit einen hohen Stromverbrauch verursachen würden. Auch der Einsatz von Wärmespeichern kann die Flexibilität von Wärmepumpensystemen verstärken. „So wird Strom optimal mit der Wärmeerzeugung verknüpft“, heißt es beim Bundeswirtschaftsministerium.
  • Auch klassische Elektroheizungen, etwa als Nachtspeicherheizungen, verknüpfen Strom- und Wärmesektor. Allerdings sind wärmegeführte monovalente Systeme für die oben genannten neuen Anforderungen an die Sektorkopplung wenig geeignet, da sie Stromüberschüsse nur in begrenztem Maße aufnehmen können. Es gibt laufende Forschungsprojekte, die sich mit den Potenzialen von „flexiblem Wärmestrom“ über Nachtspeicherheizungen befassen.
  • Bei Power-to-Gas wird durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugt, bei Verwendung von erneuerbaren Energien als Stromquelle handelt es sich entsprechend um regenerativen Wasserstoff. In weiteren Prozessschritten kann der Wasserstoff zu synthetischem Methan aufbereitet und ins Erdgasnetz oder entsprechende Gasspeicher eingespeist werden. Bis zu gewissen Grenzen kann der Wasserstoff auch direkt in das Gasnetz eingespeist werden. Das Erdgas kann dem Netz zu einem späteren Zeitpunkt und an anderer Stelle entnommen und über ein Blockheizkraftwerk wieder in Wärme und Strom umgewandelt werden. Es gibt bereits eine Reihe von Power-to-Gas-Pilotprojekten, wirtschaftlich ist das Verfahren allerdings bislang nicht. Geprüft wird der Einsatz von Power-to-Gas auch in der Industrie. BP und Uniper haben im Oktober 2016 angekündigt, den Bau einer PtG-Anlage am BP-Raffinerie-Standort in Lingen zu prüfen, um Synergien durch die Einbettung in die Industrieproduktion zu heben. Die Partner wollen sich für rechtliche Anpassungen stark machen und fordern eine Anrechnung von PtG auf die Biokraftstoffquote.  

Welche Instrumente gibt es zur Kopplung der Sektoren Strom und Verkehr?

Auch zum Verkehrsbereich ist Power-to-Gas eine mögliche Kopplungstechnologie. Über das Gasnetz kann die bestehende Infrastruktur genutzt werden. Im Verkehrssegment ist auch die synthetische Herstellung von Kraftstoffen über die Power-to-Liquids-Technologie ein Ansatzpunkt. Dabei wird Strom über eine Reihe von Umwandlungsschritten in synthetischen Kraftstoff umgewandelt, der wiederum – ähnlich wie Biokraftstoffe - in traditionellen Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen kann.

Eine direkte Nutzung von Strom im Verkehrsbereich ermöglicht die Elektromobilität. Der Elektromobilität könnte eine Schlüsselrolle bei der Sektorkopplung zukommen. Gegenwärtig ist die Marktdurchdringung batteriebetriebener Fahrzeuge in Deutschland noch verschwindend gering. Aber die Bundesregierung hat mehrere Anreize auf den Weg gebracht, die dazu beitragen sollen, die Nachfrage zu erhöhen und deutlich mehr Elektrofahrzeuge auf die Straßen zu bringen.

Auch die Automobilbranche hat angesichts massivem internationalen Konkurrenzdrucks inzwischen ihr Engagement im Bereich der Elektromobilität deutlich erhöht. Dadurch steigt das Angebot an Modellen. Beide Effekte sollten dazu beitragen, die Elektromobilität voranzubringen. Dadurch gäbe es automatisch einen wachsende Stromnachfrage aus dem Verkehrsbereich.

Grundsätzlich kann die Elektromobilität als Technologie dazu beitragen, eine schwankende Stromerzeugung aus Wind- und Solaranlagen abzufedern, wie Forschungsprojekte gezeigt haben. Die Fahrzeugbatterien können dabei als Puffer genutzt werden. Wirtschaftlich ist das unter den gegenwärtigen Bedingungen aber noch nicht.

Welche Hürden gibt es mit Blick auf die Sektorkopplung?

Nach Einschätzung des Bundesverbands Neue Energiewirtschaft (bne) ist die hohe Belastung allein des Strompreises mit Abgaben und Umlagen ein wesentliches Hemmnis für die Ausweitung der Energiewende auf den Wärme- und Verkehrssektor. Der Verband sprach sich anlässlich der Diskussion rund um die Bekanntgabe der EEG-Umlage für 2017 dafür aus, die Basis der Umlage zu erweitern und den Wärme- und Verkehrssektor einzubeziehen. „Wenn wir die Basis der EEG-Umlage verbreitern, könnten wir einen deutlichen Impuls für die Sektorkopplung und damit für das Gelingen der Energiewende geben", sagte bne-Geschäftsführer Robert Busch. Die EEG-Umlage ist dabei nur ein Abgabenfaktor. Hinzu kommen Komponenten wie Netzentgelte, KWK-Umlage und Stromsteuer.

Aus Sicht des Deutschen Industrie- und Handelskammertags wäre eine Befreiung von strombasierten Angeboten im Wärme- und Verkehrssektor von Abgabenlasten keine Lösung. „Würde der Stromeinsatz im Wärme- und Mobilitätssektor zum Beispiel von der EEG-Umlage freigestellt, müssten die Förderkosten der Wind- und Solaranlagen allein von den klassischen Stromkunden geschultert werden“, merkt der DIHK an. „In erster Linie sind Elektroautos, Wärmepumpen und Co. neue Stromverbraucher, die deshalb an Infrastrukturkosten, Steuern und EEG-Umlage beteiligt werden sollten.“ Eine Entlastung sei nur angemessen, wenn sich volkswirtschaftliche Vorteile ergeben. Dies sei etwa bei den neuen Regelungen des EEG berücksichtigt worden. Bei großem Ökostromangebot werde der Mehrverbrauch finanziell belohnt, um Abregelungskosten von Windanlagen zu senken.

Vielen Beobachtern gehen die rechtlichen Modifizierungen, die im Zuge der EEG-Novelle beschlossen wurden, nicht weit genug. Ab 2017 werden durch den neuen Paragraphen 13.6a im Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Power-to-Heat-Anlagen in Höhe von insgesamt 2.000 MW gefördert. „Mit der Vergütungssystematik zur Power-to-Heat-Förderung ist jedoch nicht sichergestellt, dass die wirkungsvollsten und ökonomischsten Anlagen entstehen“, kritisierte Philip Mayrhofer, Geschäftsführer von Enerstorage, einem der führenden Anbieter von industriellen PtH-Lösungen.

Wie stark steigt der Strombedarf, wenn Sektorkopplung als Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors verstanden wird?     

Eine Metastudie der Agentur für Erneuerbare Energien (AEE) hat sich im April 2016 unter anderem mit der Frage befasst, wie sich der Stromverbrauch in Deutschland entwickeln wird. Die betrachteten Studien sehen mit Blick auf den Zielhorizont 2030/2035 eine Bandbreite von 560 bis 730 TWh beim jährlichen Stromverbrauch voraus.

Dies sei auf unterschiedliche Bewertungen zweier gegenläufiger Trends zurückzuführen: Auf der einen Seite bewirkten Effizienzsteigerungen Einspareffekte, auf der anderen Seite entstehe durch neue Verbraucher im Zuge der Sektorkopplung eine zusätzliche Stromnachfrage. Diese Differenz in den Prognosen wächst im Zeitverlauf und ist letztlich Ergebnis des Tempos der Sektorkopplung. Im Jahr 2050 bewegen sich die Studien in einer Bandbreite zwischen weniger als 500 bis mehr als 1.000 TWh. Das Umweltbundesamt (UBA) kalkuliert bei einer vollständig treibhausgasneutralen Energieversorgung mit Sektorkopplung sogar mit einem Extremwert von fast 3.000 TWh.

Der Wissenschaftler Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin verweist auf die große Bedeutung der Energieeffizienz im Zuge der Sektorkopplung. „Werden die Effizienzmaßnahmen nicht umgesetzt, steigt der Strombedarf auf bis zu 3.000 TWh an. Diese Strommenge in absehbarer Zeit klimaneutral zu decken ist unrealistisch“, schreibt Quaschning. Selbst für einen Strombedarf von 1.300 TWh müsse das Ausbautempo von Solar- und Windkraftanlagen deutlich steigen. Bei der Onshore-Windkraft liege der empfohlene jährliche Nettozubau bei 6,3 GW, bei der Offshore-Windkraft bei 3 GW und bei der Photovoltaik bei 15 GW. Zur kosteneffizienten Integration dieser erneuerbaren Kraftwerksleistungen müsse ein Kohleausstieg bis spätestens 2030 erfolgen.

Wer gewinnt und wer verliert bei der Sektorkopplung?

Die Sektorkopplung ist nicht unumstritten. Rund um die Veröffentlichung des Klimaschutzplans des Bundesumweltministeriums gab es bereits eine Debatte, in der deutlich geworden ist, dass vor allem die Stromerzeuger die Sektorkopplung im Sinne einer Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors voranbringen wollen. Die traditionelle Wärmewirtschaft versucht dagegen, den Begriff Sektorkopplung anders auszulegen.

„Die Vorgaben für den Wärmesektor gehen aus unserer Sicht viel zu einseitig von einer kurzfristigen Elektrifizierung des Gebäudesektors auf Basis erneuerbarer Energien aus“, sagt BDEW-Hauptgeschäftsführer Stefan Kapferer. Sie sieht einen Wert in der Umwandlung von „Überschussstrom“ über Power-to-X, bringt aber auch die Potenziale traditioneller Energieträger und -infrastrukturen ins Spiel. So könnten Erdgas und Biomethan als Kraftstoff im Verkehrsbereich zum Einsatz kommen und die Treibhausgasemissionen auf diesem Weg wirtschaftlich reduziert werden.

Eine zeitnahe Elektrifizierung von Wärme- und Verkehrssektor auf der Basis von erneuerbaren Energien ist aus Sicht der Bioenergiebranche nicht zu erwarten. Ließe man die Potenziale auch der Anbaubiomasse brach liegen, würde das einer verstärkten Nutzung von Öl und Kohle und damit einer weiteren Erhitzung des Planeten Vorschub leisten, warnt der Geschäftsführer des Fachverbands Biogas, Claudius da Costa Gomez. Die Bioenergiebranche verweist zudem darauf, dass sie ohnehin in allen drei Sektoren Lösungen anbietet. So können Biogasanlagen eine schwankende Produktion in den Bereichen Wind und Solar abfedern und Biokraftstoffe im Verkehrsbereich zum Einsatz kommen. Ganz traditionell kommt die Bioenergie im Wärmesektor zum Einsatz – allerdings mit modernen Technologien wie der Kraft-Wärme-Kopplung, die eine längst etablierte Kopplungstechnologie darstellt.

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