Im ersten Halbjahr 2020 wurde in der Bundesrepublik erstmals mehr Strom aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen als auf Grundlage fossiler Brennstoffe – ein zentraler Faktor beim Erreichen dieses Meilensteins war die Windenergie. Im Bereich der Windkraft haben die Deutschen ehrgeizige Pläne – Mitte des Jahres wurde ein umfangreiches Konjunkturprogramm für Nachhaltigkeit und Innovation eingeführt, um die Offshore-Windkraftkapazität bis 2030 von 15 auf 20 Gigawatt (GW) zu erhöhen.
Es gibt jedoch zwei wesentliche Herausforderungen, die den weiteren Ausbau der Windenergie in Deutschland im Weg stehen: Zum einen ist die Erzeugung von Energie aus Windkraftanlagen aufgrund schwankender Wetterbedingungen nur schwer planbar. Um die Anlagen effektiv nutzen zu können ist es daher wichtig die erzeugte Energie speichern zu können – für Zeiten, in denen das Wetter einmal nicht mitspielt. Die Speicher-Technologie ist jedoch nach wie vor sehr kostspielig. Das zweite Hindernis ist die bestehende Abhängigkeit vieler Sektoren der deutschen Wirtschaft von fossilen Brennstoffen. So wird die Wärme für Privathaushalte und der Strom für das Verkehrswesen oder Schwerindustrien noch immer überwiegend mithilfe fossiler Brennstoffe und nicht aus erneuerbaren Energien erzeugt. Doch die Lage ist nicht aussichtslos: Ein möglicher Ansatz zur Lösung der beschriebenen Probleme ist die sogenannte Sektorenkopplung.
Wind in Wärme umwandeln
Damit das Prinzip der Sektorenkopplung funktionieren kann, ist die umfassende Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors erforderlich und deren Umstellung von Strom aus fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energiequellen. Mit dem Ansatz der Sektorenkopplung wird ein ganzheitliches Energiesystem angestrebt, in dem die Sektoren mit dem Ziel einer nachhaltigen Versorgungssicherheit zusammen agieren. Dies kann zum Teil mithilfe der Power-to-X-Technologie erreicht werden: Mit Power-to-X kann beispielweise überschüssige Energie aus erneuerbaren Energiequellen in andere Energieformen umgewandelt und effizient eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist die Umwandlung von überschüssiger Energie in Wärme und deren Einsatz in energieeffizienten Wärmepumpen oder Elektrokesseln zum Heizen – die sogenannte Power-to-Heat Technologie.
„In der aktuellen Diskussion rund um die Dekarbonisierung wird viel über erneuerbare Energien und die Reduktion von Strom aus fossilen Brennstoffen gesprochen. Die Dekarbonisierung von Wärme steht dabei aber häufig nicht im Mittelpunkt, obwohl im Vergleich zur Stromerzeugung etwa doppelt so viel Energie für die Produktion von Wärme benötigt wird“, sagt Jan Andersson, Market Development Manager, Wärtsilä Energy Business. „Um die CO2-Neutralitätsziele zu erreichen, wird die Dekarbonisierung von Wärme ebenfalls eine große Rolle spielen.“
Eine weitere Möglichkeit bietet das Power-to-Fuel Verfahren, bei dem überschüssige Energie aus erneuerbaren Energiequellen in Wasserstoff oder einen anderen Kraftstoff der Zukunft umgewandelt wird. Durch diese Umwandlung kann Energie mit Hilfe eines Energieträgers, wie Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Dadurch können beispielsweise an windstillen Tagen thermische Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) betrieben werden. Wärtsilä wurde bereits mit der Installation mehrerer KWK-Anlagen in Deutschland beauftragt, darunter eine KWK-Anlage mit über 100 Megawatt (MW) der Kraftwerke Mainz-Wiesbaden (KMW). Dank der Power-to-X-Technologie werden diese Anlagen in Zukunft eine wichtige Rolle in der Energieversorgung einnehmen.
Kostengünstige und saubere Energie
Mithilfe der Modellierung von Stromversorgungssystemen können wir das Potenzial der Sektorenkopplung und die Notwendigkeit der Transformation des deutschen Energiesystems in eine nachhaltige Zukunft aus 100 Prozent erneuerbaren Energien verdeutlichen. Mithilfe der Software PLEXOS modellierte Wärtsilä drei unterschiedliche Szenarien für die Stromversorgung einer durchschnittlichen deutschen Stadt im Jahr 2030. Der Strombedarf beträgt in jedem Modell 100 MW, die Variable ist der Anteil der erneuerbaren Energien am Strom-Mix. Bei der Auswertung der unterschiedlichen Szenarien wurde klar: die Energiepreise konnten in allen drei Szenarien durch den Einsatz von Sektorenkopplung sowie von Power-to-X-Technologie reduziert werden.
„Neben den Kostenvorteilen, die die Modellierung hervorhebt, würde eine Änderung der Energiepreise zur Senkung des Gesamtstrompreises und zum Wachstum des Sektors führen“, sagt Oldag Caspar, Teamleiter für europäische Klimapolitik beim Think Tank Germanwatch.
Laut Jan Andersson von Wärtsilä müssen zudem die Verbraucher stärker eingebunden werden, insbesondere hinsichtlich der vielfältigen Möglichkeiten, die sich aus der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen ergeben: „Generell denke ich, dass wir auch die notwendige Veränderung der Denkweise der Verbraucher berücksichtigen müssen, um erneuerbaren Strom in Zukunft effektiv als Wärmequelle verwenden zu können“, so Andersson. Wenn die Verbraucher den Mehrwert einer verstärkten Elektrifizierung sowohl aus finanzieller als auch aus ökologischer Sicht erkennen, wird dies dazu beitragen, die Sektorenkopplung und damit auch die Energiewende voranzutreiben.
