Letzte Aktualisierung: 03.09.2018

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Was versteht man unter der Sektorkopplung?

Sektorkopplung meint die Übertragungsmöglichkeit der Energiebereitstellung von einem Sektor in einen anderen Sektor. Insbesondere die Übertragung von erneuerbarem Strom in den Wärme- oder Mobilitätssektor spielt für die energie- und klimapolitischen Ziele eine herausragende Rolle. Eine Sektorkopplung bringt erneuerbare Energien zu hohen Anteilen in die verschiedenen Energiesektoren, verringert deutlich die Treibhausgasemissionen, entlastet lokal die Verteilnetze und ermöglicht den direkten Einsatz von erneuerbarer Energie dort, wo sie am (kosten-)effizientesten genutzt werden können.

Kernziele der Energie- und Klimapolitik sind die Erhöhung der Energieeffizienz, die Reduzierung von CO2-Emissionen und die Erhöhung des Anteils von erneuerbaren Energien am Energiemix. Der weitere Ausbau von erneuerbaren Energien wird hauptsächlich auf fluktuierenden erneuerbaren Energien wie Wind- oder Sonnenenergie basieren. Gleichzeitig muss in den Energiesektoren (Strom, Wärme/Kälte und Mobilität) der Anteil an fossilen, CO2-intensiven Energiequellen reduziert werden. Über die Kopplung der Energiesektoren (in verschiedenen Verbrauchsbereichen und Energieformen) können diese Kernziele nachhaltig realisiert werden.

Die Sektorkopplung bzw. Sektorenkopplung birgt großes Potential, um die Erneuerbaren besser in das Energieversorgungssystem zu integrieren und zu seiner Flexibilisierung beizutragen. Dabei ist Sektorkopplung mehr als die Elektrifizierung der Bereiche Wärme und Verkehr. Sie ist die energietechnische und energiewirtschaftliche Verknüpfung von Strom, Wärme, Mobilität und industriellen Prozessen sowie deren Infrastrukturen.

Eine Kopplung zwischen Strom- und Wärmeversorgung erzielt man zum einen durch die gemeinsame Erzeugung von Strom und nutzbarer Wärme in Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), und zum anderen durch den Einsatz von Strom in Wärmepumpen und direktelektrischer Wärmeerzeugung. Die Kopplung zwischen Strom- und Verkehrssektor umfasst batterieelektrische Fahrzeuge, die elektrolytische Gewinnung von Wasserstoff zur Nutzung in Brennstoffzellenfahrzeugen, sowie die Erzeugung synthetischer flüssiger Kohlenwasserstoffe zur Nutzung in konventionellen Verbrennungsmotoren.

Die Sektorenkopplung kann auch neue Möglichkeiten für die Speicherung von Strom schaffen. So können Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen Strom speichern, wenn es ein Überangebot aus Wind- und Solarenergie gibt. Auch die stoffliche Wandlung temporärer Stromüberschüsse in Wasserstoff, Methan oder andere Kraftstoffe („Power-to-X“) kann zur Sektorenkopplung beitragen. Diese können in der Industrie, im Verkehr oder als Langzeitenergiespeicher eingesetzt werden. Die stofflichen Wandlung erneuerbarer Energien kann jedoch mit energetischen Verlusten einhergehen.

Power-to-X: Unter Power-to-X sind all jene Verfahren zu verstehen, die Ökostrom in chemische Energieträger oder Grundstoffe für die Chemieindustrie umwandeln. Mit Power-to-X lassen sich beispielsweise Diesel, Benzin, Heizöl, oder Kerosin für Flugzeuge sowie synthetisches Gas herstellen. Grundlage für Power-to-X ist die Elektrolyse. Mithilfe von Ökostrom werden zwei Wassermoleküle (H2O) in ein Sauerstoff- sowie zwei Wasserstoffmoleküle aufgespalten (2H2O -> 2H + O2). Der so gewonnene grüne Wasserstoff kann über weitere chemische Prozesse (Fischer-Tropsch-Synthese, Methanol-Synthese oder Methanisierung) mit Kohlendioxid CO2 zu neuen langkettigen Kohlenwasserstoffverbindungen verbunden werden, die sich wiederum zu flüssigen (Methanalkohol), gasförmigen (Methangas) oder synthetischen Kraft- und Brennstoffen, deren Eigenschaften mit denen von heutigem z.B. Benzin oder Diesel vergleichbar sind, umwandeln lassen. Das benötigte CO2 kann aus industriellen Prozessen stammen oder direkt aus der Luft (CO2 Direct Air Capture) gewonnen werden. So wird beim Verbrennen nur soviel CO2 freigesetzt, wie beim Power-to-X-Prozess zuvor eingesetzt wurde.

Tabelle 1: Überblick über die wichtigsten Kopplungselemente von Energie-Sektoren bzw. Technologien zur Speicherung bzw. anderweitigen Nutzung von Stromüberschüssen („Power-to-X“)
Technologien Beschreibung
Power-to-Chemicals Einsatz von Überschussstrom in der Industrie zur gezielten Erzeugung von Grundchemikalien für chemische Produkte
Power-to-Gas Erzeugung von Energiegasen aus erneuerbarem Überschussstrom durch die Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff) und ggf. anschließender Methanisierung (Herstellung von erneuerbarem Erdgas durch die Anlage von Wasserstoff- an Kohlenstoffatome) als zentrales Kopplungselement zwischen Strom- und Gasinfrastruktur mit dem Ziel, zusätzliche Flexibilitäten zu schaffen.
Power-to-Heat Einsatz von überschüssigen Strommengen im Wärmemarkt durch die Verwendung von regelbaren Heizelementen in lokalen Wärmespeichern, in Fernwärmesystemen oder die Zuschaltung von Wärmepumpen.
Power-to-Liquids Verfahren zur Herstellung von Treibstoffen aus Überschussstrom über den Weg der Elektrolyse/Wasserstoffherstellung zu verwertbaren Grundchemikalien (Methanol) oder Treibstoffen aus synthetischen Kohlenwasserstoffen (Dimethylester, Kerosin etc.)
Power-to-Mobility Einsatz von Überschussstrom zum Laden von Elektrofahrzeugen, das theoretisch auch ein Rückspeisen des Batterieinhalts ins Netz ermöglichen würde. Alternative Nutzung von aus Power-to-Gas-Prozessen erzeugtem Methan für CNG und LNG-Mobilität bzw. von Wasserstoff für die Brennstoffzellenmobilität
Power-to-Steam Eine Power-to-Steam-Anlage erzeugt aus elektrischem Strom Dampf, der in industriellen und chemischen Prozessen eingesetzt wird. Besonders umweltfreundlich ist es, überschüssigen Ökostrom einzusetzen. So wird saubere Energie in Dampf verwandelt, der nicht mehr durch fossile Brennstoffe wie z. B. Erdgas erzeugt werden muss, CO2-Emissionen einspart und zugleich die Netze entlastet.

Nicht zuletzt kann auch eine digitale Vernetzung eine Sektorenkopplung durch zum Beispiel Smart Grids unterstützen.

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