IEA-Task abgeschlossen: Thermische, chemische und elektrische Speicher sind die einzigen Schlüssel zur Energiewende
Herausforderungen und Chancen durch flexible Sektorkopplung
Zukünftig wird das Stromnetz vor allem mit erneuerbarem Strom aus Windkraft und Photovoltaik gespeist. Doch der steigende Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien (VRE) bringt Herausforderungen mit sich, die innovative Lösungen erfordern. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Bewältigung dieser Probleme ist die flexible Sektorkopplung (FSC), bei der erneuerbarer Strom auf die Sektoren Wärme/Kälte und Mobilität verteilt wird.
Das Energiesystem der Zukunft muss flexibel genug sein, um den Bedarf in verschiedenen Bereichen abzudecken. In Industrieländern sind Wärme und Mobilität für rund 75 % des Endenergiebedarfs verantwortlich. Durch die Verteilung von erneuerbarem Strom auf diese Sektoren wird der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Energiesystem erheblich gesteigert.
Energiespeicher als Grundlage eines flexiblen Energiesystems
Der IEA Energy Storage TCP Task 35 hat die Rolle von Energiespeichern in der Sektorkopplung untersucht und fünf Hauptpfade definiert, die den erneuerbaren Strom mithilfe von Speichertechnologien wie thermischen, chemischen und elektrischen Speichern zu den Sektoren Wärme und Mobilität führen. Konzepte wie Power-to-Heat, Power-to-Gas, Power-to-Fuel und E-Mobilität spielen dabei eine zentrale Rolle.
Die Integration unterschiedlicher Energiespeichertechnologien eröffnet die Möglichkeit, Sektoren nach Bedarf mit zuvor gespeicherter erneuerbarer Energie zu versorgen. Dadurch wird das gesamte Energiesystem deutlich flexibler und kann auf Schwankungen in der Energieerzeugung und -nachfrage reagieren. Zu den vielversprechenden Speichertechnologien zählen dabei thermische, chemische und elektrische Lösungen, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten bieten.
Politische Maßnahmen und technologische Innovationen
Die Konzeptentwicklung wird durch eine Reihe wegweisender Empfehlungen für politische Entscheidungsträger ergänzt, die darauf abzielen, die Kopplung der Energiesektoren voranzutreiben. Es wird eine stabile und integrierte Energiepolitik gefordert, die insbesondere flexible Energiespeicherlösungen unterstützt. Zu den zentralen Forderungen gehören die Abschaffung von Mehrfach-Energiesteuern entlang der FSC-Wertschöpfungsketten sowie die Schaffung von Anreizen, um die Kürzungen von fluktuierenden erneuerbaren Energien (VRE) zu minimieren. Diese Maßnahmen sollen die Effizienz steigern und die Markteinführung innovativer Technologien beschleunigen.
In fünfzehn praxisorientierten Beispielen für Flexible Sektorkopplung (FSC) wird die Vielfalt der Energiespeichertechnologien eindrucksvoll aufgezeigt. Der Fokus liegt dabei nicht nur auf Batterien, sondern auch auf kostengünstigeren Alternativen wie Heißwasserspeichern, unterirdischer thermischer Energiespeicherung und innovativen Konzepten der Wärme- und Kältespeicherung. Ebenso wird die Wasserstoffspeicherung sowie die Nutzung von synthetischen Kraftstoffen aus Wasserstoff für den Mobilitätssektor thematisiert. Bereits etwa 40 % der FSC-Anwendungsbeispiele sind erfolgreich auf dem Markt etabliert, und ein ähnlicher Anteil wird voraussichtlich in den nächsten fünf Jahren folgen. Dennoch bleiben Herausforderungen bestehen, insbesondere bei der Systemintegration, der Steuerung und Schnittstellennormung, der Regulierung sowie der Hochskalierung der Technologien.
Dekarbonisierungsstrategien und Speicherkapazitäten für 2050
Studien zu lokalen Energiesystemen verdeutlichen eindrucksvoll, wie entscheidend die Flexible Sektorkopplung (FSC) – insbesondere die Power-to-Heat- und Power-to-Cold-Pfade – für die Integration erneuerbaren Stroms ist. In sämtlichen Untersuchungen zeigt sich, dass die Integration von thermischen Speicherkapazitäten nicht nur die Leistung des Energiesystems steigert, sondern auch dessen wirtschaftliche Effizienz erheblich verbessert. Besonders bemerkenswert ist, dass FSC eine optimierte Nutzung der bereits installierten PV- und Windkraftanlagen ermöglicht, wodurch Stromerzeugungsverluste signifikant reduziert werden.
Um ein dekarbonisiertes Energiesystem für Deutschland bis 2050 zu gestalten, wurde ein Referenz-Energiesystem auf Basis des Projekts Heat Roadmap Europe in der Software EnergyPLAN entwickelt. Durch eine detaillierte Szenarioanalyse wurde untersucht, wie die Energiespeicherkapazität in fünf verschiedenen Bereichen – Fernwärme, Fernkälte, individuelle Heizung, Wasserstoff und Elektrofahrzeuge – das nationale Energiesystem beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Verdopplung der Speicherkapazität im Vergleich zum ursprünglichen System den Primärenergieverbrauch erheblich senken und gleichzeitig die Gesamtsystemkosten reduzieren würde. Zusätzlich verdeutlichen die spezifischen Anwendungsgewinne, wie wertvoll die Flexible Sektorkopplung (FSC) für die Optimierung des gesamten Energiesystems ist.
Einen umfassenden Endbericht des Task 35 finden Sie unter den Links am Ende des Beitrags.