Sektorkopplung - erneuerbarer Strom ersetzt fossile Energie

Klimafreundlicher Strom für die Klimaneutralität

Durch den hohen Anteil an Wasser- und Windkraft weist Niederösterreichs Bilanz jetzt schon 100 % erneuerbaren Strom aus. Neben Wasser, und Wind kann auch aus Sonne und Biogas klimaneutraler Strom im eigenen Land erzeugt werden. Mit der Sektorkopplung soll dieser Strom vermehrt die fossilen Energieträger in den Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie ersetzen. Wärmepumpe statt Ölheizung und Elektroauto statt Verbrennungsmotor sind bereits bekannte Techniken für den Umstieg.

Für die Klimaneutralität braucht es aber weitere Entwicklungen. Neben der vermehrten direkten Nutzung von Strom ist die Umwandlung in gasförmige oder flüssige Brennstoffe z.B. Treibstoff vorgesehen. So sollen aus erneuerbarem Strom brennbare Gase oder flüssige Kraftstoffe für den Verkehr und die Industrie hergestellt werden.

Aus Strom wird Wärme (Power-to-Heat)

Erneuerbarer Strom soll in Zukunft vermehrt zum Heizen eingesetzt werden, um den hohen Anteil an Heizöl und fossilem Erdgas zu ersetzen.

Power-to-Heat (PtH / P2H) steht für die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme. Idealerweise geschieht die Umwandlung mit einer Wärmepumpe. Sie erzeugt aus einem Teil Strom etwa 4 Teile Wärme und wird immer häufiger eingesetzt. Beim Neubau von Einfamilienhäusern ist die Wärmepumpe mittlerweile die gefragteste Heizform. 

Mit Power-to-Heat werden Heizungen bevorzugt dann betrieben, wenn ein Überschuss an erneuerbarem Strom erzeugt wird. Anstatt die Stromproduktion zu drosseln, werden Heizungen aktiviert, um die Wärme zu speichern und später bei Bedarf abgeben zu können. Die Speicherung der erzeugten Wärme spielt hier eine wichtige Rolle. Wenn ein Haus z.B. ausschließlich mit Windstrom beheizt werden soll, muss die Wärme für windschwache Zeiten aufgehoben werden. Das geschieht meist über massive Bauteile z.B. einer Bauteilaktivierung oder über Warmwasserspeicher.

Aus Strom wird Gas (Power-to-Gas)

Mit Power-to-Gas (PtG / P2G) kann mit erneuerbarem Strom ein Brenngas aus Wasser hergestellt werden. Der Prozess heißt Elektrolyse und zerlegt Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff kann gespeichert und als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden. Er kann aber auch durch Zugabe von Kohlenstoffdioxid methanisiert und als synthetisches Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden. Das ermöglicht die Wärmeversorgung von Wohnungen mit den bestehenden Gasheizungen, jedoch mit klimafreundlichem Gas aus erneuerbarer Energie.

Für die klimafreundliche Produktion von Wasserstoff und synthetischem Erdgas sind große Mengen an erneuerbarem Strom notwendig. Im Energiefahrplan NÖ ist für die Energiewende ein entsprechender Ausbau bis 2030 geplant.  Wie bei Power-to-Heat gilt auch hier: Stromüberschüsse werden bevorzugt für die Erzeugung von Wasserstoff und synthetischem Erdgas verwendet.

Aus Strom wird Kraftstoff (Power-to-Liquid)

In der Mobilität dominieren heute Autos mit Verbrennungsmotor, die mit Erdöl (Benzin oder Diesel) angetrieben werden. In Zukunft wird im privaten Bereich das Elektroauto die klimafreundliche Alternative sein, vor allem wenn es mit erneuerbarem Strom betrieben wird. Ein weiterer Vorteil des Elektroautos: Die Batterie von zukünftigen Elektroautos kann auch als Stromspeicher eingesetzt werden. Damit können Familien mit einer Photovoltaikanlage ihre Stromversorgung optimieren.

Die Power-to-Liquid (PtL / P2L) Technologie kann aus Strom synthetische Kraftstoffe erzeugen. Zunächst wird mit der Power-to-Gas Methode Wasserstoff erzeugt. In einem zweiten Schritt wird der Wasserstoff mit CO₂ zu einem flüssigen Kraftstoff umgewandelt. Die Technik ist aufwändig und hat einen relativ schlechten Wirkungsgrad, d.h. es geht viel Energie bei der Umwandlung verloren. Der Einsatz ist deshalb nur für jene technischen Geräte sinnvoll, wo keine Alternative zu flüssigem Kraftstoff gibt, z.B. für Schiff oder Flugzeug. Die Verwendung von synthetischem Kraftstoff als Ersatz für Heizöl in privaten Haushalten ist weder wirtschaftlich noch ökologisch empfehlenswert. Hier ist der Umstieg auf eine Wärmepumpe oder eine Biomasse-Heizung die bessere Variante.

Mit Power-to-Liquid können Stromüberschüsse aus erneuerbaren Quellen in Form von flüssigem Kraftstoff langfristig gespeichert werden.

Vorteile der Sektorkopplung

Sektorkopplung kann Potenziale in einem Sektor für einen anderen nutzbar machen. Dabei ergeben sich mehrere positive Effekte:

Klimaschutz

Durch den hohen Anteil an Wasser- und Windkraft wird Strom in Österreich zu fast drei Viertel aus erneuerbaren Quellen produziert. Niederösterreichs Bilanz von Erzeugung und Verbrauch weist jetzt schon 100 % erneuerbaren Strom aus. Durch die Sektorkopplung kann dieser klimafreundliche Strom in den Sektoren Wärme und Verkehr die fossilen Energieträger ersetzen.

• Beispiel 1: Wärmepumpen verbessern Effizienz und Klimabilanz im Sektor Wärme deutlich. Eine Wärmepumpe liefert viermal so viel Wärme wie sie an Strom benötigt. Diesen Wert können andere Heizungen nicht einmal annähernd erreichen.
• Beispiel 2: Eine ähnlich hohe Steigerung der Effizienz bewirken Elektroautos im Sektor Mobilität. Sie wandeln 60 % der ursprünglichen Energieform in Bewegung um, Verbrenner schaffen nur etwa 16 %!

Stabile Stromnetze

Der hohe Anteil an der unregelmäßig auftretenden (volatilen) Stromerzeugung stellt die Stromnetze vor wachsende Herausforderungen. Windkraft erzeugt bei Starkwind oft zu viel Strom, bei Windstille fällt sie komplett aus. Genau diese Schwankungen können durch flexiblen Energieeinsatz über die Sektorkopplung ausgeglichen werden.

• Beispiel 1: Eine Wärmepumpenheizung mit Bauteilaktivierung heizt immer nur dann, wenn gerade ein Stromüberschuss erzeugt wird. Bei zu geringer Stromproduktion hält die gespeicherte Wärme der Bauteilaktivierung die Wohnung bis zu 4 Tage warm, ohne nachheizen zu müssen. Erst beim nächsten Stromüberschuss wird wieder aufgeheizt. Damit passt sich die Wärmepumpe an die Stromerzeugung an, entnommen wird nur bei Stromüberschuss, bei Strommangel bleibt sie abgeschaltet. Auch Heizungen mit einem Pufferspeicher eigenen sich für eine solche Regelung.
• Beispiel 2: Die Batterie von zukünftigen Elektroautos kann auch als Stromspeicher eingesetzt werden. Bei zu hoher Stromproduktion werden die Autos geladen, bei zu geringer Produktion liefern sie ins Stromnetz oder versorgen das eigene Haus bzw. die eigene Wohnung. Wer sein Elektroauto für die Netzstabilisierung zur Verfügung stellt, wird mit einer entsprechenden Vergütung rechnen können.

Letztendlich wird auch die Umwandlung von Stromüberschüssen in andere Energieformen eine wichtige Rolle spielen. Über diese Power-to-X Technologie kann sehr viel erneuerbare Energie langfristig als Gas oder Treibstoff gespeichert werden.

Erhalt der bestehenden Infrastruktur

Die Umwandlung von erneuerbarer Energie in andere Energieformen (z.B. Power-to-Gas) hat den Vorteil, dass bestehende Gas- und Wärmenetze mitsamt ihren Speicherkapazitäten weiter genutzt werden können. Die Versorger ersparen sich Kosten für neuartige Verteilsysteme und auch die Kundinnen und Kunden müssen nicht in neue Geräte investieren.

Versorgungssicherheit

Eine hohe Anzahl unterschiedlichster Anlagen zur Erzeugung, zur Speicherung und zur Umwandlung von Energie erhöht die Krisensicherheit unseres Energiesystems. Wenn das System gut und stabil vernetzt ist, kann der Ausfall eines Kraftwerks sofort ausgeglichen werden. Auf Engpässe in der Versorgung reagieren alle Bereiche unmittelbar und ausgleichend. Anders als bei Öl oder Gas kann ein Großteil der erneuerbaren Energie im eigenen Land erzeugt werden, das erhöht nicht nur die Versorgungssicherheit, es schafft auch Arbeitsplätze.

Herausforderungen der Sektorkopplung

Die Technologien für Power-to-Gas und Power-to-Liquid sind aufwändig und teuer. Solche Anlagen sind derzeit nicht wirtschaftlich zu betreiben.
Die Umwandlung von Strom in Gas oder Treibstoff ist auch energetisch ineffizient. Mit 1 kWh Strom können wir mit der derzeitigen Technik nur 0,44 kWh synthetischen Kraftstoff herstellen. Und davon kommen nur 0,13 kWh beim Rad an, ein Wirkungsgrad von nur 13 % (siehe Bild). Wenn die Anlagen nicht ausschließlich mit Stromüberschüssen arbeiten, ist der Einsatz dieser Technologie auch ökologisch zu hinterfragen. 

Je höher der Aufwand für die Erzeugung ist, desto höher werden auch die Energiekosten für die KonsumentInnen sein.

eNu

Tipps zur nachhaltigen und leistbaren Energienutzung

Der schrittweise Umstieg auf erneuerbare Energie ist eine der Hauptaufgaben bis 2030. Im privaten Bereich ist es deshalb wichtig, alle Vorhaben im Haushalt, bei der Mobilität oder in der Freizeit entsprechend zu planen.

Unsere Empfehlungen:

1. Energiesparende Möglichkeiten überlegen.
2. Effiziente Produkte einsetzen.
3. Erneuerbare Energie bevorzugen.
4. Maßnahmen für einen flexiblen Energiebedarf setzen.

Wer die oben genannten Empfehlungen konsequent umsetzt, sorgt Sie für eine nachhaltige und leistbare Energieversorgung. Zum eigenen Vorteil und zum Schutz von Klima und Umwelt.