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Zukunftsprojekt Sektorkopplung

Warum uns k├╝nftig weder Dunkelflauten noch Lichtst├╝rme Sorge bereiten m├╝ssen

11.2022 - Zur├╝ck zur ├ťbersicht

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Jede Revolution schl├Ągt sich in neuen Begriffen und Schlagworten nieder. Auch die tiefgreifende Wende in der Energieversorgung, die sich derzeit anbahnt, ist da keine Ausnahme. Sie hat etwa den Begriff der ÔÇ×DunkelflauteÔÇť hervorgebracht. Gemeint ist: Mit dem Einsatz der erneuerbaren Energietr├Ąger Windkraft und Photovoltaik machen wir uns von der Wetterlage abh├Ąngig. Wie sichern wir eine stabile Stromversorgung, wenn gleichzeitig Wind und Sonne ausbleiben, wenn also ÔÇ×DunkelflauteÔÇť herrscht?

Eigentlich fehlt noch ein Begriff f├╝r den umgekehrten Fall: Wie reagieren die Stromnetzbetreiber, wenn bei kr├Ąftigem Wind auch die Sonne strahlend scheint? Wohin mit all dem kostbaren Gr├╝nstrom, den wir nicht mehr einspeisen k├Ânnen, ohne die Stabilit├Ąt der Stromnetze zu gef├Ąhrden? Wie nennen wir solche ├ťberfluss-Bedingungen, vielleicht: ÔÇ×LichtsturmÔÇť als Gegenst├╝ck zur ÔÇ×DunkelflauteÔÇť?

Prinzipiell k├Ânnen elektrische Stromnetze keinen Strom speichern, die Menge an eingespeister Energie muss auch verbraucht werden, um die Netze nicht zu ├╝berlasten. Aber auch vor dem massiven Ausbau der erneuerbaren Energien gab es Schwankungen, sowohl im Verbrauch bei Spitzenlastzeiten als auch in der Erzeugung. Zur Kompensation dieser Schwankungen gibt es konventionelle Speichermethoden. Die effizienteste ist etwa das Speicherwasserkraftwerk. Dabei wird Flie├čwasser zu einem Stausee aufgestaut, aus dem es bei erh├Âhtem Energiebedarf abflie├čt und die mechanische Energie des Wassers in elektrische Energie umwandelt. Wenn ├╝bersch├╝ssiger Strom genutzt wird, um mittels Pumpen ein Staubecken zu f├╝llen, dann handelt es sich um ein Pumpspeicherkraftwerk.

Inzwischen stehen aber aufgrund der voranschreitenden Digitalisierung wesentlich subtilere und flexiblere Methoden der Stromspeicherung zur Verf├╝gung. Um in beiden Szenarien, bei Dunkelflaute ebenso wie bei Lichtsturm, eine stabile Stromversorgung zu gew├Ąhrleisten, kommt das Konzept der Sektorkopplung ins Spiel. Das bedeutet: die intelligente Verbindung der verschiedenen Energiesektoren, die bislang weitgehend isoliert behandelt wurden. Es geht also um die Vernetzung des Stromsektors mit den Sektoren W├Ąrmeerzeugung und Mobilit├Ąt. Wie funktioniert das?

Zentrum und Herzst├╝ck der Sektorkopplung ist die Stromerzeugung. Nicht ben├Âtigter Strom aus erneuerbaren Energietr├Ągern wird in die anderen Sektoren eingespeist, kommt direkt zum Einsatz oder wird dort gespeichert. Man spricht daher von einer ÔÇ×Power to XÔÇť-Strategie. Power steht f├╝r Strom, X f├╝r den jeweiligen Sektorenbereich, in dem der Strom verwendet oder gespeichert wird. 

Geben wir jedem X einmal einen Namen: Gas oder Heat oder Mobility.

Power to Gas

Hier wird der ├╝bersch├╝ssige Gr├╝nstrom dazu genutzt, um mittels Elektrolyse Wasser in seine elementaren Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Kennt jeder aus dem Chemieunterricht. Der so erzeugte Wasserstoff kann beispielsweise direkt f├╝r Fahrzeuge oder in industriellen Prozessen genutzt, im Erdgasnetz beigemischt oder weiter umgewandelt werden, beispielsweise in Ammoniak oder Methan.

├ťbrigens: Ein interessantes Beispiel f├╝r ÔÇ×Power to GasÔÇť ist die Kooperation zwischen der W.E.B und der OMV. Ein eigens daf├╝r errichtetes W.E.B-Windrad in G├Âtzendorf im Weinviertel wird den nachhaltigen Strom liefern, mit dem die OMV mittels eines Elektrolyseurs gr├╝nen Wasserstoff erzeugen wird.

Power to Heat

Dabei werden Strom├╝bersch├╝sse zur Erhitzung von Wasser genutzt. Am einfachsten geschieht das mit dem guten alten Tauchsiederprinzip. Das hei├če Wasser kann entweder zum Heizen oder als Nutzwasser verwendet werden. Erhitztes Wasser kann aber auch in W├Ąrmespeichern bewahrt werden, die je nach Gr├Â├če die W├Ąrme des Wassers f├╝r Stunden oder Tage speichern k├Ânnen. Das ist allerdings nicht die effizienteste Art von Power to Heat.

Die viel bessere M├Âglichkeit f├╝r Power to Heat ist: Gr├╝nstrom wird zum Betreiben einer W├Ąrmepumpe verwendet, etwa zur Nutzung von Erdw├Ąrme. Einsatzgebiete w├Ąren Haushalt, Fernw├Ąrme und Industrie. Der Vorteil: Die Technologien sind erprobt, und W├Ąrme l├Ąsst sich leichter und kosteng├╝nstiger speichern als Strom. Ein weiterer Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad. Mit einem Hochtemperaturspeicher, etwa auf der Basis von Salz, w├Ąre sogar eine R├╝ckgewinnung von Strom m├Âglich: Power-to-Heat-to-Power also (wenn es unbedingt sein m├╝sste).

Power to Mobility

Das gr├Â├čte und wichtigste Feld ist die rasant wachsende E-Mobilit├Ąt. Die ist nat├╝rlich nur dann nachhaltig, wenn die Fahrzeuge mit gr├╝nem Strom versorgt werden. Auch hier gilt: Was tun, wenn zu viel oder zu wenig Strom erzeugt wird, um ein Fahrzeug oder gar eine ganze Unternehmensflotte zu versorgen? Hier hat die W.E.B bereits Musterg├╝ltiges geleistet. Ein Fuhrpark von rund 60 E-Fahrzeugen wird an 60 Ladepunkten auf dem Firmengel├Ąnde versorgt. Wenn alle Ladestationen gleichzeitig laden, erg├Ąbe das einen Strombedarf, der das Vierfache der vorhandenen Netzkapazit├Ąt des Unternehmens ausmacht, daf├╝r reicht auch die Stromerzeugung aus den firmeneigenen PV-Modulen nicht aus. Denn zus├Ątzlich gibt es nat├╝rlich auch weiteren Strombedarf am Firmenstandort (Server, Beleuchtung etc.). Die W.E.B hat darum eine Ladestellenregelung entwickelt, die sicherstellt, dass die Autos zwar geladen werden, aber nur so viel bekommen, wie gerade zur Verf├╝gung steht.

Umgekehrt k├Ânnen E-Fahrzeuge auch den ├╝bersch├╝ssigen Strom speichern und bei Bedarf wieder ins Netz zur├╝ckspeisen. Sie werden dadurch zu ÔÇ×Rolling BatteriesÔÇť. Die W.E.B ist an einem Pionierprojekt beteiligt, das die daf├╝r notwendige Software entwickelt. (Im letzten Blog-Beitrag wurde das Projekt vorgestellt.)

Ein historischer Vergleich

M├Âglich wurde die Sektorkopplung erst durch die rasant voranschreitende Digitalisierung. Ein historischer Vergleich dazu: Anfang der Siebzigerjahre erlebten wir die Geburtsstunde des interaktiven Fernsehens. Bei der TV-Show ÔÇ×W├╝nsch dir wasÔÇť, einer deutsch-├Âsterreichisch-schweizerischen Koproduktion, moderiert von Dietmar Sch├Ânherr und Vivi Bach, konnten die Zuseher eines bestimmten Ortes den Sieger der Sendung w├Ąhlen. Ihr Votum gaben diese Zuseher ab, indem sie entweder die Elektroger├Ąte in ihren Wohnungen einschalteten oder die Toilettensp├╝lung bet├Ątigten. Der in den betreffenden Wasser- bzw. Elektrizit├Ątswerken abgelesene Mehrverbrauch wurde dann per Telefonschaltung den Moderatoren mitgeteilt.

Der Wandel von dieser Art der historischen Interaktivit├Ąt hin zu einer sekundenschnellen landesweiten Mitteilung via Online-Voting entspricht in etwa dem Fortschritt von der bisherigen konventionellen Stromspeicherung hin zu den ungeheuren M├Âglichkeiten einer flexibel ausgebauten, regionalen Sektorkopplung. Kein Zweifel: Es gibt noch einiges zu tun, bis alle Sektoren intelligent und systematisch gekoppelt sind. Doch die Umstellung auf eine Versorgung mit nachhaltiger Energie ist die Anstrengungen wert. Denn wenn es uns gelingt, die zu versorgenden Sektoren nicht mehr isoliert zu denken, dann steht die Energiewende auf soliden, beweglichen Beinen. Dann k├Ânnen wir gelassen allen k├╝nftigen Dunkelflauten und Lichtst├╝rmen entgegenblicken.