Strom, Wärme, Verkehr gemeinsam betrachten

Nicht nur der Strom­sek­tor, son­dern auch al­le an­de­ren Sek­to­ren müs­sen nach und nach mit er­neu­er­ba­ren Ener­gien ver­sorgt wer­den. Die Kopp­lung der Sek­to­ren schafft Sy­ner­gien, die ei­ne De­kar­bo­ni­sie­rung der Ge­sell­schaft auf wirt­schaft­lich sinn­vol­le Wei­se mög­lich ma­chen.

Ener­gie­ver­sor­gung be­deu­tet nicht aus­schließ­lich Strom­ver­sor­gung. Zu­nächst hat es nichts mit Kli­ma­schutz zu tun, wenn noch im­mer re­le­van­te Men­gen des Stroms im deut­schen Ener­gie­mix aus kli­ma­schäd­li­cher Braun­koh­le stam­men. Ei­ne Ver­sor­gung mit Er­neu­er­ba­rer Ener­gie be­deu­tet auch nicht au­to­ma­tisch, dass je­der Sek­tor elek­tri­fi­ziert wer­den kann. Denn da­bei bleibt die Fra­ge nach der Be­zahl­bar­keit un­be­ant­wor­tet: Die ge­sam­te Ener­gie­ver­sor­gung auf Strom um­zu­stel­len, wür­de ei­nen enor­men Netz­aus­bau mit sich brin­gen. Al­lein die Elek­tri­fi­zie­rung des Wär­me­markts wür­de mit knapp 50.000 Euro pro Haus­halt zu Bu­che schla­gen. Die­se ho­hen Kos­ten kön­nen die Ak­zep­tanz der Ener­gie­wen­de in der Be­völ­ke­rung ge­fähr­den. Und wo­her soll der Strom an kal­ten, wind­stil­len Ta­gen kom­men, wenn die Son­ne nicht scheint und der Wind nicht weht? Wir brau­chen ei­ne tech­no­lo­gie­of­fe­ne Ener­gie­wen­de, die ei­nen Wett­be­werb zu­lässt und den Ver­brau­cher:in­nen ei­ne Wahl ent­spre­chend ih­rer fi­nan­zi­el­len Mög­lich­kei­ten er­mög­licht.

Wasserstoff als Kopplungselement

Auch Erd­gas und per­spek­ti­visch grü­nes Gas füh­ren die Sek­to­ren zu­sam­men: Der kli­ma­scho­nen­de Ener­gie­trä­ger lässt sich glei­cher­ma­ßen für die Strom- und Wär­me­ver­sor­gung, für den An­trieb von Fahr­zeu­gen wie auch in der In­dus­trie nut­zen mit dem Vor­teil, dass mit den Gas-Net­zen und -Spei­chern, den Kraft­wer­ken, Heiz­kes­seln und Tank­stel­len die nö­ti­ge In­fra­struk­tur be­reits weit­ge­hend vor­han­den ist.

Ei­ne be­son­de­re Rol­le bei der gas­ba­sier­ten Sek­to­ren­kopp­lung spielt grü­nes Gas, das mit über­schüs­si­gem Wind- und So­lar­strom her­ge­stellt wird. In Power-to-Gas-Anlagen wird aus er­neu­er­ba­rem Strom per Elektrolyse Was­ser­stoff hergestellt, der ins be­ste­hen­de Gas-Netz ein­ge­speist wer­den kann. Durch die Um­wand­lung kann er­neu­er­ba­rer Strom lang­fris­tig ge­spei­chert und viel­fäl­tig als Wasserstoff an­ge­wen­det wer­den: in der In­dus­trie, für die Wär­me­ver­sor­gung, im Ver­kehr oder aber für die be­darfs­ge­rech­te Strom­er­zeu­gung.

Durch sei­ne lang­fris­ti­ge Spei­cher­bar­keit eig­net sich Gas zum sai­so­na­len Aus­gleich der er­neu­er­ba­ren Ener­gien. Denn Gas-Kraft­wer­ke kön­nen auch dann plan­bar Strom lie­fern, wenn Wind­rä­der und So­lar­an­la­gen wet­ter­be­dingt aus­fal­len.

Ein wei­te­rer Vor­teil der gas­ba­sier­ten Sek­to­ren­kopp­lung: ein­ge­speist in das be­ste­hen­de Gas-Netz, steht Gas dort zur Ver­fü­gung, wo es ge­braucht wird – et­wa in den in­dus­tri­el­len Zent­ren im Wes­ten und Sü­den der Re­pu­blik. Für den Trans­port des zu­meist im Nor­den und Os­ten er­zeug­ten Wind­stroms müs­sen die nö­ti­gen Hoch­span­nungs­lei­tun­gen da­ge­gen in wei­ten Tei­len erst noch ge­plant, ge­neh­migt und ge­baut wer­den.

Stromversorgung
Über das Gas-Netz transportierter Wasserstoff koppelt die Sektoren Wärme, Strom und Industrie.

Vorhandene Infrastruktur nutzen

Mit dem wei­te­ren Aus­bau der Wind- und So­lar­ener­gie wer­den Strom­er­zeu­gung und -ver­brauch zeit­lich wie räum­lich mehr und mehr ent­kop­pelt. Es be­darf al­so neuer Spei­cher sowie ei­nes be­schleu­nig­ten Netz­aus­baus, um den Strom be­darfs­ge­recht zur Ver­fü­gung zu stel­len. Setzt man da­bei je­doch al­lein auf Bat­te­rien und Strom­net­ze, wer­den die Kos­ten der Ener­gie­wen­de un­nö­tig in die Hö­he ge­trie­ben.

Das ist gar nicht nö­tig: Die Gas-In­fra­struk­tur steht be­reits heu­te ver­läss­lich be­reit, um Er­zeu­gung und Ver­brauch von Strom in miteinander Ein­klang zu brin­gen und das zu nie­dri­ge­ren Kos­ten und oh­ne Zeit­ver­zug, da die nö­ti­gen Gas-Kraft­wer­ke, -Net­ze und -Spei­cher be­reits vor­han­den sind. So kön­nen hoch­ef­fi­zien­te Gas-Kraft­wer­ke be­reits heu­te die schwan­ken­den Er­trä­ge der Wind­rä­der und Pho­to­vol­ta­ik­an­la­gen aus­glei­chen. Das schafft Fle­xi­bi­li­tät und stärkt die Ver­sor­gungs­si­cher­heit.

Laut ei­ner Stu­die von Frontier Economics und Part­nern könn­te Power-to-Gas samt Nut­zung der be­ste­hen­den Gas-In­fra­struk­tur den Aus­bau­be­darf im Strom­über­tra­gungs­netz lang­fris­tig um 60 und im Ver­teil­netz um 40 Pro­zent re­du­zie­ren. Für Mit­te die­ses Jahr­hun­derts prog­nos­ti­zie­ren die Ex­pert:in­nen da­mit ei­ne Er­spar­nis von zwölf Mil­li­ar­den Euro jähr­lich.

Gas-Infrastruktur

Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wär­me-Kopp­lung (KWK) ist ein klas­si­sches Bei­spiel der Sek­to­ren­kopp­lung. Mit die­sem Funk­ti­ons­prin­zip kön­nen Strom und Wär­me gleich­zei­tig er­zeugt wer­den: Da­bei wird über Ge­ne­ra­to­ren Strom er­zeugt. Die gleich­zei­tig ent­ste­hen­de Wär­me wird dem Heiz­kreis­lauf zu­ge­führt und kann zum Bei­spiel im Haus oder im Ge­wer­be­be­trieb zum Hei­zen und zur Warm­was­ser­be­rei­tung ge­nutzt wer­den.

KWK-An­la­gen kön­nen mit ver­schie­de­nen Brenn­stof­fen wie Erd­gas, Bio­mas­se, Bio­me­than oder Was­ser­stoff be­trie­ben wer­den, dem­ent­spre­chend kann sich der öko­lo­gi­sche Fuß­ab­druck der Tech­no­lo­gie je nach Aus­gangs­stoff stark un­ter­scheiden. Deutsch­land hat sich zum Ziel ge­setzt, bis 2045 Kli­ma­neu­tral zu sein. Das be­deu­tet, dass auch die heu­te noch über­wie­gend fos­sil be­feu­er­te KWK bis 2045 auf kli­ma­neu­tra­le Ener­gie­trä­ger wie Bio­gas und Was­ser­stoff um­ge­stellt wer­den muss.

Potenzial der KWK

Die Stu­die "Das Po­ten­zi­al der KWK für die Trans­for­ma­ti­on zur kli­ma­neu­tra­len Ener­gie­ver­sor­gung" ana­ly­siert ne­ben dem Sta­tus-quo, wel­che Rol­le Kraft-Wär­me-Kopp­lung für die Trans­for­ma­ti­on hin zu ei­ner kli­ma­neu­tra­len Strom- und Wär­me­be­reit­stel­lung in Deutsch­land leis­ten kann. Die Stu­die skiz­ziert, wie die­se Trans­for­ma­ti­on ge­lin­gen kann und be­nennt die da­für not­wen­di­gen Rah­men­be­din­gun­gen, die von der Po­li­tik ge­schaf­fen wer­den müs­sen.

Ge­ra­de die Er­rei­chung der Kli­ma­neu­tra­li­tät im Ge­bäu­de­sek­tor ist ei­ne gro­ße He­raus­for­de­rung, nicht zu­letzt we­gen des he­te­ro­ge­nen Ge­bäu­de­be­stands in Deutsch­land. Auch in Zu­kunft wer­den ver­schie­de­ne Heiz­tech­no­lo­gien ge­nutzt wer­den. Als viel­sei­ti­ge und ef­fi­zien­te Tech­no­lo­gie kann Kraft-Wär­me-Kopp­lung ei­ne wich­ti­ge Rol­le ein­neh­men. Sie kann so­wohl zen­tral für die In­dus­trie und Fern­wär­me als auch de­zen­tral zur Ob­jekt- und Quar­tiers­ver­sor­gung ge­nutzt wer­den. 2019 be­trug die Net­to-Wär­me­er­zeu­gung mit KWK 225 TWh/­Jahr und deck­te da­mit et­wa 17 Pro­zent des Wär­me­be­darfs.

Mit der zu­neh­men­den Elek­tri­fi­zie­rung von Ver­kehr, Wär­me­ver­sor­gung und In­dus­trie erhalten auch Strom und die De­kar­bo­ni­sie­rung des Strom­sek­tors ei­ne im­mer wich­ti­ge­re Rol­le. Auch hier­bei kann KWK hel­fen: Die Net­to-Strom­er­zeu­gung aus KWK be­trug 2019 be­reits über 110 TWh pro Jahr und deck­te da­mit et­wa 22 Pro­zent der Strom­er­zeu­gung ab.

Durch die schritt­wei­se Um­stel­lung der Tech­no­lo­gie auf kli­ma­neu­tra­le Ga­se kann die Kraft-Wär­me-Kopp­lung ef­fek­tiv die Treib­haus­gas­emis­si­o­nen re­du­zie­ren. Die Brenn­stoff­nut­zung muss da­für kon­kret in drei Schrit­ten trans­for­miert wer­den.

  1. Bis 2030 kann die Koh­le-be­feu­er­te KWK durch Erd­gas- und Bio­me­than-be­feu­er­te KWK er­setzt wer­den. Ziel­füh­rend ist zu­dem ei­ne zeit­na­he Um­rüs­tung der Erd­gas-KWK, um Was­ser­stoff-ready zu sein.
  2. Bis 2030 soll­te ein zu­neh­men­der Ein­satz von Was­ser­stoff in der KWK ne­ben Bio­me­than bei rück­läu­fi­gem Erd­gas­ein­satz statt­fin­den.
  3. Bis 2045 wird Erd­gas in der KWK voll­stän­dig durch kli­ma­neu­tra­le Ga­se er­setzt. Dafür kommen Bio­me­than und grü­nem Was­ser­stoff infrage, für eine Übergangsphase tür­ki­ser Was­ser­stoff.
Zur Studie KWK 2045

Handlungsempfehlungen

KWK-An­la­gen be­die­nen be­reits heu­te zum Teil den Strom- und Wär­me­be­darf in Deutsch­land in ei­nem er­heb­li­chen Ma­ße. Die Stu­die "Das Potenzial der KWK" zeigt zu­dem, dass die Tech­no­lo­gie gro­ße Po­ten­zi­a­le birgt, um Deutsch­land klimaneutral zu machen. Da­mit die­se Chan­ce ge­nutzt wird, müs­sen zu­nächst die rich­ti­gen Rah­men­be­din­gun­gen ge­schaf­fen wer­den. So können die Po­ten­zi­a­le der KWK für ei­ne kli­ma­neu­tra­le, si­che­re und wirt­schaft­li­che Strom- und Wär­me­ver­sor­gung rea­li­siert wer­den, und die Trans­for­ma­ti­on der KWK hin zur Kli­ma­neu­tra­li­tät kann ge­lin­gen.

  1. Er­halt und Zu­bau von KWK-An­la­gen
    Um die vor­han­de­nen KWK-Ka­pa­zi­tä­ten zu er­hal­ten und ei­nen ziel­ge­rich­te­ten Neu­bau zu er­mög­li­chen, be­darf es ne­ben ei­nem si­che­ren Rechts­rah­men auch zu­sätz­li­cher An­rei­ze für In­ves­ti­ti­o­nen in KWK-An­la­gen, Wär­me­spei­cher und Wär­me­netze so­wie be­schleu­nig­te Ge­neh­mi­gungs­ver­fah­ren.
     
  2. Rah­men­be­din­gun­gen zur Fle­xi­bi­li­sie­rung von KWK
    Ge­ne­rell sind KWK-An­la­gen da­zu fä­hig, ih­re Strom- und Wär­me­pro­duk­ti­on kurz­fris­tig und fle­xi­bel an äu­ße­re Be­din­gun­gen wie z. B. Strom­prei­se, lo­ka­le Strom­über­schüs­se oder -eng­päs­se so­wie va­ri­ie­ren­de Wär­me­ein­spei­sung an­zu­pas­sen. Da­mit KWK-An­la­gen ihr Po­ten­zi­al für die Ver­sor­gungs­si­cher­heit im Strom­sys­tem voll aus­spie­len kön­nen, muss vor al­lem ei­ne strom­sys­tem­dien­li­che Fahr­wei­se der KWK-An­la­gen mög­lich sein bzw. er­mög­licht wer­den. Hier­für wird ei­ne Fle­xi­bi­li­sie­rung der KWKG-För­de­rung be­nö­tigt, eben­so ei­ne Aus­wei­tung und Ver­ein­fa­chung von Aus­schrei­bun­gen für in­no­va­ti­ve KWK-Systeme (iKWK). Des Wei­te­ren gilt es – bei der an­ste­hen­den Re­form des Sys­tems aus Netz­ent­gel­ten, Ab­ga­ben, Um­la­gen und Steu­ern –, der Strom­netz­ent­las­tung durch KWK-An­la­gen Rech­nung zu tra­gen.
     
  3. De­fos­si­li­sie­rung von KWK
    Um die Kli­ma­zie­le zu er­rei­chen, ist es drin­gend not­wen­dig die KWK-An­la­gen schritt­wei­se zu de­kar­bo­ni­sie­ren. Das wird z. B. durch Maß­nah­men zum zü­gi­gen Er­satz von Koh­le-KWK durch Gas-KWK er­reicht: wie bei­spiels­wei­se ei­ne An­pas­sung des Koh­le­er­satz­bo­nus an den be­schleu­nig­ten Koh­le­aus­stieg und Ver­fei­ne­run­gen der Kri­te­rien für Gas-KWK in der EU-Ta­xo­no­mie. Um mit­tel- und lang­fris­tig ei­nen Um­stieg von KWK auf emis­si­ons­ar­me bzw. kli­ma­neu­tra­le Brenn­stof­fe zu er­mög­li­chen, muss die Ver­füg­bar­keit aus­rei­chen­der und wirt­schaft­li­cher Bio­me­than- und Was­ser­stoff­vo­lu­men für die KWK-Er­zeu­gung si­cher­ge­stellt wer­den. Ne­ben dem Fort­be­stand der För­de­rung von Bio­me­than in der KWK-Er­zeu­gung be­darf es da­für an In­stru­men­ten zur An­schub­fi­nan­zie­rung für den Markt­hoch­lauf von Bio­me­than und Was­ser­stoff, An­rei­zen und Stan­dards für die Ge­währ­leis­tung von Was­ser­stoff-Readiness von KWK-An­la­gen so­wie Rah­men­be­din­gun­gen für die Er­tüch­ti­gung der Gas­-In­fra­struk­tur für Was­ser­stoff.