Sektorenkopplung. Quelle: AEE
Die globale Klimaerwärmung soll bis 2050 auf unter 2 Grad Celsius, besser noch auf 1,5 Grad Celsius begrenzt werden. Das bedeutet, dass neben dem Stromsektor auch die Energieverbrauchssektoren Wärme und Verkehr nahezu treibhausgasneutral werden müssen. Dazu bedarf es zunächst Steigerungen der Energieeffizienz, um den bisherigen Energieverbrauch in allen drei Sektoren deutlich zu reduzieren. Der verbleibende Energiebedarf muss dann vollständig aus Erneuerbaren Energien gedeckt werden. Neben direkt einsetzbaren regenerativen Energietechnologien wie Solarthermie, Wärme aus Biomasse oder Biokraftstoffe, ist aufgrund der begrenzten Potenziale dieser Ansätze dazu auch erneuerbarer Strom, vor allem aus Sonne und Wind, erforderlich. Hierfür müssen die Sektoren Wärme und Verkehr eng mit dem Stromsektor „gekoppelt“ werden. Diese Sektorenkopplung wird außerdem als wichtige Flexibilitätsoption zur Stabilisierung eines Stromsystems mit großen Anteilen fluktuierender Stromerzeugung angesehen. Die technisch verfügbaren Optionen der Sektorenkopplung sind vielfältig und komplex.
Auch Eigenheimbesitzer*innen und Mieter*innen kommt eine bedeutsame Rolle für die intelligente Kopplung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr zu. Die Bürgerenergie-Bewegung erhält durch die neue Erneuerbare-Energie-Richtlinie der EU enormen Rückenwind. Dies erlaubt Einzelpersonen und Gemeinschaften, selbst Energie zu erzeugen, zu speichern, zu verbrauchen und zu handeln. Denn es wird für viele private und gewerbliche Anlagenbetreiber*innen immer interessanter, zum Beispiel ihren Sonnenstrom aus der Photovoltaik-Anlage selber zu verbrauchen und über eine Wärmepumpe zum Heizen zu nutzen oder in einem Speicher zwischenzulagern.
Als Eigenverbrauch wird der Stromverbrauch verstanden, der von einem Verbraucher aus eigenen Erzeugungsanlagen – und nicht von einem Dritten – befriedigt wird. Der selbst produzierte Strom wird vor Ort verbraucht und somit nicht in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Privatpersonen, die auf ihren Hausdächern Solarstrom produzieren, können diesen zum Teil direkt zum Betrieb von Haushaltsgeräten verbrauchen. Mieterstrommodelle ermöglichen Eigenverbrauch auch für Verbraucher, die nicht Eigentümer des Gebäudes sind, auf dessen Dach Solarstrom produziert wird.
Im Wärmesektor gelten elektrische Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik als die Schlüsseltechnologie für die Integration von erneuerbarem Strom für die Wärmeversorgung im Niedertemperaturbereich. Diese können sowohl dezentral in Gebäuden als auch zentral (als Groß-Wärmepumpe) zur Speisung von Wärmenetzen bis zu einem Temperaturniveau von 100 Grad Celsius eingesetzt werden und verschiedene Quellen von Umgebungswärme nutzen: Luft, Grundwasser, das Erdreich oder Abwärme z.B. von Industrieprozessen. In einer Wärmepumpe wird die Umgebungswärme auf einen Wärmeträger übertragen, welcher die Wärme aufnimmt dabei verdampft. Der elektrische Kompressor der Wärmepumpe verdichtet den Dampf. Dadurch steigen Druck und Temperatur an. Die entstehende Wärme wird am Kondensator abgeführt und kann dann zum Heizen und für die Warmwasserbereitung genutzt werden. Wärmepumpen können auch zum Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden. Der Gebäudebestand muss jedoch zunächst energetisch saniert werden, um den Energiebedarf und die nötigen Vorlauftemperaturen beim Heizen zu reduzieren. Erst dann kann der effiziente Einsatz einer Wärmepumpe gewährleistet werden.
Für die Nutzung von erneuerbarem Strom im Verkehrssektor kommen für Privatpersonen entweder die direkte Nutzung über Batterie-betriebene Fahrzeuge (Elektromobilität) oder die Nutzung stromgenerierter Kraftstoffe in Betracht. Letztere ermöglichen Speicheroptionen z.B. in Form von Wasserstoff. Der energetische Wirkungsgrad stromgenerierter Kraftstoffe ist jedoch geringer als der einer direkten Nutzung von Strom in batterieelektrischen Antrieben. Batterien von Elektrofahrzeugen können als mobile Stromspeicher zudem eine wichtige Rolle beim Lastmanagement und für die Netzstabilität übernehmen. Beim Wasserstoff stellt sich wie bei der batteriebetriebenen Elektromobilität die Frage nach der Herkunft der Energie. Logische Voraussetzung für die Sektorenkopplung zugunsten des Mobilitätssektors ist die Entwicklung und Stärkung der Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität. Diese fächert sich, gestützt durch ein staatliches Förderprogramm in Deutschland, immer weiter auf. Besonders effizient ist die Kombination von eigener Photovoltaikanlage, Wärmepumpe, Speicher und Elektromobilität im Eigenheim. Ein solcher Technologiemix ist mithilfe einer digitalen Steuerung am effizientesten: Wegen der wetterabhängigen Energiebereitstellung der Erneuerbaren Energien muss sich der Stromverbrauch zunehmend nach dem Angebot richten. Ist mehr als genug Strom im Netz, werden Speicher und Elektroautos geladen. Ist wenig Strom im Netz, wird der Stromverbrauch soweit es geht reduziert. Als sogenannte Prosumer können Eigenheimbesitzer*innen zudem per Direktvermarktung am Energieversorgungssystem teilnehmen, den Strom an die Nachbarn verkaufen oder an Peer-to Peer- oder Flexibilitiätsmärkten teilnehmen.
