Unter der Sektorenkopplung wird die physische Kopplung verschiedener Infrastrukturen der Energieversorgung verstanden. Dabei werden per Definition die Sektoren Energiewirtschaft (Strom, Wärme, Gas), Mobilität und Industrie verknüpft.
Das Ziel der Sektorenkopplung besteht darin, die Potentiale der Erneuerbaren Energien nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch in den Sektoren Wärme, Gas sowie Mobilität und Industrie nutzbar zu machen. Letztlich kann so der Einsatz fossiler Energieträger wie z.B. Kohle, Erdöl und Erdgas insgesamt reduziert werden.
Die Sektorenkopplung stellt ein bedeutendes Element zum Gelingen der Energiewende bzw. zum Erreichen der nationalen Klimaziele dar und entwickelt sich schrittweise in drei verschiedenen Phasen (siehe auch Frage des Monats Januar 2020, „In welchen Phasen entwickelt sich die Sektorenkopplung?“). Wasserstoff kann dabei eine wichtige Rolle spielen. Entscheidend hierfür ist der Aufbau einer entsprechenden Wasserstoffinfrastruktur (siehe auch Frage des Monats Juni 2019, „Welche Wasserstoffinfrastruktur braucht die Sektorenkopplung?“).
Definition Kopplungselemente im Kontext der Sektorenkopplung
Zur Kopplung der verschiedenen Sektoren finden die folgenden Elemente, auch Power-to-X-Technologien genannt, Anwendung. Der Strom aus erneuerbaren Energien stellt dabei einen wesentlichen Ausgangspunkt dar. Nachfolgend die Definition der verschiedenen Kopplungselemente:
Power-to-Gas (PtG) beschreibt das Kopplungselement zwischen der Strom- und der Gasinfrastruktur. Mithilfe des Stroms aus Erneuerbaren Energien wird per Elektrolyse grüner Wasserstoff hergestellt (siehe auch Frage des Monats Februar 2018, „Woher kommt grüner Wasserstoff?“). Der Wasserstoff kann dann zu einem bestimmten Anteil in die Erdgasinfrastruktur eingespeist werden oder in einem weiteren Prozessschritt zu synthetischem Methan umgewandelt werden. Der hergestellte Wasserstoff oder das Methan können zudem im Mobilitätsbereich Anwendung finden. Durch den Einsatz von Brennstoffzellen lässt sich der Wasserstoff rückverstromen, da bei der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom bereitgestellt wird.
Unter Power-to-Liquid (PtL) versteht man verschiedene Prozesse zur Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, welche im Mobilitätssektor Anwendung finden. Die Herstellung von Methanol oder Treibstoffen wie z.B. Kerosin erfolgt auf Basis von Wasserstoff oder synthetischen Methan.
Power-to-Heat (PtH) verbindet den Strom- mit dem Wärmesektor. Der regenerative Strom wird direkt zur Wärmeerzeugung durch den Einsatz von Direktheizungen, Wärmepumpen und Elektrodenkesseln genutzt.
Die direkte Nutzung des regenerativ erzeugten Stroms kann z.B. durch die Ladung von Elektrofahrzeugen erfolgen. Hierdurch entsteht eine direkte Kopplung des Strom- und Mobilitätssektors (auch als Power-to-Mobility bezeichnet).
Definition stoffliche Nutzung im Kontext der Sektorenkopplung
Die stoffliche Nutzung von Wasserstoff erfolgt zum Beispiel in der Stahl- und Chemieindustrie. Hier wird der Wasserstoff z.B. als Reduktionsmittel eingesetzt oder als Grundstoff für neue Produkte wie z.B. Kunststoffe verwendet.
Ausblick
In Bezug auf das zentrale Klimaziel Deutschlands (Klimaschutzplans 2050 der Bundesregierung) bis 2050 überwiegend treibhausgasneutral zu werden, nimmt die Sektorenkopplung eine zentrale Rolle ein. Mithilfe der Sektorenkopplung kann die volatile Erzeugung von regenerativem Strom flexibilisiert und sektorenübergreifend effizient genutzt werden.
Wir beraten Sie gerne ausführlich zum Thema „Definition Sektorenkopplung“:
Für weitere Fragen des Monats und Rückmeldungen stehen wir gerne zur Verfügung:
Impulspapier Sektorenkopplung Energiewende neu denken – DVGW, von https://www.dvgw.de/medien/dvgw/verein/energiewende/dvgw-impulspapier-sektorenkopplung.pdf
„Systemeffizienz bei regenerativer Stromerzeugung-Strategien für effiziente Energieversorgung bis 2050“, Günther Brauner (2019).
„Sektorenkopplung als Baustein der Energiewende“ 2016 DLR, Hans Christian Gils.