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Sektor­kopp­lung

Lesezeit: 6 Minuten

Was ist Sektorkopplung?

Sektor­kopp­lung bezeichnet ganz allge­mein die Verbin­dung der „Energie­sek­toren“ Strom, Wärme und Verkehr. Für die Dekar­bo­ni­sie­rung der Energie­wende spielt die Sektor­kopp­lung eine tragende Rolle, da die Bedeu­tung von Strom aus Erneu­er­baren Energien weiterhin deutlich zunehmen wird. Strom wird daher zum Teil auch als „Leitenergie des 21. Jahrhun­derts“ bezeichnet. Im Gegen­satz zur Strom­branche dominieren im Bereich Wärme und Mobilität bzw. Verkehr bis dato die fossilen Energie­träger – hier kommen Erneu­er­bare Energien bislang noch eher selten zum Einsatz. Die Vernet­zung aller Sektoren, also die Sektor­kopp­lung, soll deshalb zum Errei­chen der klima­po­li­ti­schen Ziele der Bundes­re­gie­rung beitragen: Die techni­schen Anlagen, Infra­struk­turen und Märkte der verschie­denen Sektoren sollen stärker aufein­ander abgestimmt werden, um so ein flächen­de­ckendes, intel­li­gentes Energie­system zu etablieren.

Abgesehen von den sekto­ren­über­grei­fenden Prozessen, bezieht sich Sektor­kopp­lung zudem auch auf die optimale Verknüp­fung inner­halb der Sektoren: Mithilfe eines integrierten Energie­sys­tems sollen alle Kompo­nenten in einem Sektor bestmög­lich aufein­ander abgestimmt sein.

Wie trägt die Sektor­kopp­lung zur Energie­wende bei?

Um die Energie­wende zielfüh­rend und konse­quent voran­zu­treiben, ist es von großer Bedeu­tung, dass die unter­schied­li­chen Bereiche und Sektoren des Energie­sys­tems zusam­men­wirken. Bislang kennzeichnet sich die Energie­wende in Deutsch­land eher durch eine „Strom­wende“ – um die deutschen und europäi­schen Klima­ziele zu errei­chen, ist es aller­dings von großer Bedeu­tung, dass es auch zu einer Wärme- bzw. Mobili­täts­wende kommt. Im Zuge dessen ist es wichtig sich bewusst zu machen, was der Unter­schied zwischen Energie im Ganzen und Strom im Spezi­ellen ist: Während der Anteil von Erneu­er­baren Energien am Strom­ver­brauch in Deutsch­land inner­halb der letzten Jahre (2012: 23,4% - 2019: 42,1%) konti­nu­ier­lich gestiegen ist, so ist deren “Rolle” im Brutto-Endener­gie­ver­brauch über alle Sektoren hinweg noch eher klein (2019: 17,1%). Zum gesamten Endener­gie­ver­brauch wird über den Strom­ver­brauch hinaus noch zusätz­lich die Energie einbe­zogen, welche z.B. im Bereich Heizung oder Verkehr anfällt. Diese und andere Bereiche sind aller­dings immer noch stark geprägt von fossilen Energie­trä­gern. Deshalb ist es umso wichtiger, dass gerade hier immer mehr auf Erneu­er­bare Energien gesetzt wird, um die CO2-Reduk­tion sekto­ren­über­grei­fend voran­zu­treiben. Die Sektor­kopp­lung verbindet deshalb diese verschie­denen Bereiche unter­ein­ander und sorgt dafür, dass fossible Energie­träger wie Gas oder Öl, schritt­weise durch Erneu­er­bare Energien und Erneu­er­baren Strom ersetzt werden.So wird bspw. die Mobilität der Zukunft mehr und mehr durch Elektro­mo­bi­lität abgedeckt werden und auch im Bereich Wärme wird beispiels­weise über Wärme­pumpen die Abkehr von fossilen Energie­trä­gern voran­ge­trieben. Das überge­ord­nete Ziel gemäß dem Klima­schutz­pro­gramm 2030 und dem neuen Klima­schutz­ge­setz der Bundes­re­gie­rung ist die verbind­liche Reduzie­rung des Ausstoßes von Treib­haus­gasen um 55 Prozent. Bis 2030 sollen 65 Prozent des Brutto­strom­ver­brauchs von Erneu­er­baren Energien gedeckt werden. Dabei gilt: Deutsch­land und Europa sollen bis 2050 klima­neu­tral sein. 

Was sind Beispiele für Sektorkopplung?

Auch wenn Erneu­er­bare Energien in Deutsch­land zuneh­mend auf dem Vormarsch sind, müssen zum Errei­chen der Klima­ziele deutlich höhere Anstren­gungen unter­nehmen werden. Im Zuge der Verknüp­fung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr sind sog. “Power-to-X-Techno­lo­gien” die zentralen Verbin­dungs­ele­mente. Dabei handelt es sich um Techno­lo­gien, die Strom aus Erneu­er­baren Energien in einen anderen Energie­träger überführen. “Power-to-X” bezieht sich dabei auf eine große Bandbreite an unter­schied­li­chen Prozessen, Produkten, Techno­lo­gien und Anwen­dungs­fel­dern. Wichtig ist dabei, dass sowohl der Ausbau der Erneu­er­baren Energien, als auch die Dimen­sio­nie­rung der Strom­netze Schritt hält. 

Sektor­kopp­lung Strom

Die Strom­branche fungiert als Ausgangs­punkt für die Sektor­kopp­lung. Entschei­dend ist hier die Nutzung von erneu­er­barem Strom, also Strom aus regene­ra­tiven Energie­quellen. Windkraft­an­lagen, Photo­vol­taik-Anlagen, Biomas­se­an­lagen usw. sorgen dafür, dass der erzeugte Strom nicht nur direkt genutzt werden kann, wie zum Beispiel für die Beleuch­tung von Räumen, sondern auch dass dieser Strom umgewan­delt und in anderen Berei­chen einge­setzt werden kann. Im Jahr 2019 lag die Menge an erzeugtem Strom aus Erneu­er­baren Energien erstmalig über der Strom­erzeu­gung durch Braun- und Stein­koh­le­kraft­werke. Spitzen­reiter war die Windenergie, deren Anteil in der Strom­erzeu­gung aus nachhal­tigen Energie­quellen 2019 bereits bei knapp 50 Prozent lag. Im Bereich Photo­vol­taik ist im Zuge dessen ebenfalls eine positive Entwick­lung zu verzeichnen: Aufgrund von günstigen Witte­rungs­ver­hält­nissen und dem steigenden Zubau von Photo­vol­taik-Anlagen konnte auch mithilfe dieser Erzeu­gungsart in der Strom­erzeu­gung ein Anstieg von 4 Prozent im Vergleich zum Vorjahr erzielt werden. 

Sektor­kopp­lung Wärme

Die Wärme­ver­sor­gung in Deutsch­land zeichnet sich durch einen Energie­be­darf aus, der ca. doppelt so groß ist wie der Strom­be­darf. Der Anteil an Erneu­er­baren Energien im Endener­gie­ver­brauch im Bereich Wärme und Kälte lag 2019 bei 13,9 Prozent: In Deutsch­land spielen demnach fossile Energie­träger, wie Öl und Gas, nach wie vor eine große Rolle im Heizungs­wesen und machen ca. 75% aus. Um diesem Zustand Abhilfe zu schaffen und die Nutzung von Erneu­er­baren Energien zu fördern, werden sog. “Power-to-Heat-Techno­lo­gien” einge­führt. Power-to-Heat bezieht sich auf den Einsatz von Techno­lo­gien, die zur Wärme­ge­win­nung Strom anstatt fossiler Brenn­stoffe nutzen. Je mehr dieser Strom dabei von Erneu­er­baren Energien bezogen wird, umso größer ist der geleis­tete Beitrag zur Energie­wende. Als konkretes Beispiel für eine elektri­sche Wärme­lö­sung dient die Wärme­pumpe: Deren Funkti­ons­weise im Heizungs­keller beläuft sich auf die Nutzung von Strom, um Erdwärme aufzu­nehmen und zu verdichten. Im Anschluss wird die gewon­nene Wärme dann wiederum für die Heizungs­an­lage verwendet. Durch kosten­güns­tige Wärme­spei­cher kann dieser Effekt sogar noch vergrö­ßert werden. Insbe­son­dere bei gut isolierten Gebäuden erweist sich diese Heizungsart als vorteil­haft. Alles in allem gibt es auf diesem Gebiet also diverse Möglich­keiten und bereits erprobte Techno­lo­gien, um fossile Methoden zu ersetzen. Der Fokus in der Wärme­er­zeu­gung kann deshalb also auf die flächen­de­ckende Verbrei­tung dieser Techno­lo­gien gelegt werden. 

Sektor­kopp­lung Verkehr

Der Sektor Verkehr bietet großes Poten­zial zur Elektri­fi­zie­rung vieler Bereiche und ist gleich­zeitig aber trotzdem der Bereich mit dem geringsten Anteil an Erneu­er­baren Energien: Der Anteil des Strom­ver­brauchs mithilfe von nachhal­tigen Energie­quellen lag 2019 bei 5,6 Prozent. Als konkretes Beispiel für die Sektor­kopp­lung dienen die Bemühungen um die Elektro­mo­bi­lität: Als sekto­ren­über­grei­fender Prozess verbindet sie u.a. den Strom­sektor mit dem Bereich Verkehr. Im Schie­nen­ver­kehr ist die Elektri­fi­zie­rung schon zum Großteil geschehen. Die meisten Züge nutzen mittler­weile Strom als Antriebs­en­ergie. Hier ist es wichtig, dass auch die ausste­henden Strecken zumin­dest teilweise elektri­fi­ziert werden oder aber Wasser­stoff bzw. andere synthe­ti­sche Kraft­stoffe einge­setzt werden. Im Gegen­satz dazu sind im Straßen­ver­kehr die Verän­de­rungen momentan in vollem Gange. Um Treib­haus­gas­emis­sionen zu reduzieren, bietet es sich an bei PKWs auf Elektro­fahr­zeuge zu setzen. Gemäß dem Ziel der Bundes­re­gie­rung sollen in Deutsch­land bis 2030 sieben bis zehn Millionen Elektro­fahr­zeuge zugelassen werden, um den Umstieg auf Elektro­mo­bi­lität weiter voran­zu­treiben. Entschei­dend ist hierbei, dass der Umstieg auf Elektro­mo­bi­lität weiterhin konse­quent voran­ge­trieben wird: 2019 lag die Zahl der neu zugelas­senen PKWs mit Hybrid­an­trieb bei ca. 239.000. Dabei ist es von zentraler Bedeu­tung, dass ausrei­chend Ladesta­tionen zur Verfü­gung gestellt werden und dass diese zusätz­liche Last flexibel gesteuert werden kann, sodass lokale Engpässe verhin­dert werden können. Bei Omnibussen kann schon eine positive Bilanz verzeichnet werden: Viele dieser Verkehrs­mittel sind mittler­weile ausschließ­lich strom­be­trieben. Bei LKWs und Sattel­zügen gestaltet sich das aufgrund ihrer hohen Tages­fahr­leis­tungen und der großen Zuladung noch heraus­for­dernd. Auch im Flug- und Schiffs­ver­kehr sind noch tiefer­ge­hende Forschungs­ar­beiten vonnöten, da hier Batte­rien keine adäquate Alter­na­tive darstellen. Alles in allem kann die Energie­ef­fi­zienz der Verkehrs­branche durch die Elektri­fi­zie­rung jedoch weiter verbes­sert werden. Die Nutzung von Wasser­stoff als Antriebs­en­ergie erweist sich im Zuge dessen als eine zusätz­liche Möglich­keit zur umwelt­freund­li­cheren Gestal­tung der Verkehrs­branche. Strom kann im Rahmen der “Power-to-Gas-Techno­logie” als Ausgangs­en­ergie verwendet und in Wasser­stoff umgewan­delt werden. 

Was sind die Vorteile der Sektorkopplung?

Die Sektor­kopp­lung bringt unter­schied­liche Vorteile mit sich. Zum einen fördert sie die Dekar­bo­ni­sie­rung aller Sektoren durch den Einsatz Erneu­er­barer Energien. Das bedeutet also, dass fossile Energie­träger nach und nach durch regene­ra­tive Energie­quellen ersetzt werden. So kann zum Beispiel Strom erzeugt werden ohne dass zuerst Kohle verbrannt werden muss oder Autos können gefahren werden ohne die vorhe­rige Verbren­nung von Benzin. Entschei­dend dafür ist die Verknüp­fung unter­schied­li­cher Sektoren mithilfe intel­li­genter Techno­lo­gien, wie etwa Wärme­pum­pen­hei­zungen oder Elektro­autos. Zum anderen wird durch die Sektor­kopp­lung Flexi­bi­lität in der Nachfrage nach elektri­scher Energie geför­dert. Konkret bedeutet das, dass Schwan­kungen, die mit der Verwen­dung von Erneu­er­baren Energien einher gehen, ausge­gli­chen werden können ohne größere Inves­ti­tionen in Energie­spei­cher tätigen zu müssen. Dieser Umstand wirkt sich wiederum positiv auf die Energie­si­cher­heit aus. Insge­samt ist der klare Vorteil der Sektor­kopp­lung also, dass sie als Kataly­sator für die Energie­wende agiert. Durch die Verknüp­fung unter­schied­li­cher Sektoren werden Syner­gie­ef­fekte herbei­führt, wodurch der Einsatz von regene­ra­tiven Energie­quellen weiter und effizi­enter ausge­baut werden kann. 

Was sind die Nachteile der Sektorkopplung?

Im Vergleich zu flüssigen oder gasför­migen Treib­stoffen kann Strom leider nicht ohne Weiteres in einem Gefäß gespei­chert werden. Deshalb muss Strom elektro­che­misch in Form von Batte­rien oder in verän­derter Form gespei­chert werden, bspw. in Pumpspei­chern. Diese Speiche­rung oder Umwand­lung ist aller­dings immer mit Energie­ver­lusten verbunden. Die Batte­rie­spei­che­rung ist aller­dings insge­samt eher teuer und ökolo­gisch ausbau­fähig in Bezug auf Herstel­lung und den damit verbun­denen Verbrauch von Rohstoffen. Dementspre­chend schneiden fossile Energie­träger, die kosten­güns­tiger betrieben werden können, im Vergleich zu “Power-to-X-Techno­lo­gien” in manchen Aspekten besser inner­halb des Marktes ab. Trotz dieser Heraus­for­de­rungen ist es unumgäng­lich, dass die Energie­wende sekto­ren­über­grei­fend in einem ganzheit­li­chen Ansatz voran­ge­trieben wird mithilfe intel­li­gent einge­setzter Flexi­bi­li­sie­rung und Verknüp­fung von Strom­erzeu­gung, Strom­ver­brau­chern und Speichern. 
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Pierre Fees, Head of Sales

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