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Studie

Das gekoppelte Energiesystem - Vorschläge für eine optimale Transformation zu einer erneuerbaren und effizienten Energieversorgung

15. Dezember 2017

Management Summary

1.1 Sektorenkopplung als essentieller Teil der Energiewende

Die Sektorenkopplung ist eine wesentliche Voraussetzung für das Gelingen einer technisch und ökonomisch optimierten Energiewende in allen Sektoren. Sie erlaubt es, höhere Anteile Erneuerbarer Energie in jedem Sektor zu erreichen, Flexibilitätsoptionen intersektoral besser zu nutzen und hebt Effizienzpotenziale im Betrieb des Energiesystems. Die intelligente Interaktion von Erzeugung und Verbrauch von Energie über die Grenzen der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und stoffliche Nutzung hinweg ermöglicht die Dekarbonisierung und sorgt für ein effizienteres Gesamtsystem.

Erste technische Lösungen zur Sektorenkopplung sind vorhanden und bereits erprobt, finden aber aus diversen Gründen nur unzureichend Anwendung. Deshalb bedarf es zum jetzigen Zeitpunkt für deren Anwendung weiterer Forschungs- und Pilotprojekte sowie notwendiger Impulse durch die Politik. Im Fokus stehen sollten hierbei Maßnahmen zur Schaffung eines Marktdesigns, welches Investitionen in Technologien zur Energiespeicherung oder Transformation (Strom, Gas, Wärme) wirtschaftlich möglich macht. Dies führt zu einem effizienteren Gesamtsystem und höherem volkswirtschaftlichem Nutzen.

Sektorenkopplung ist die ganzheitliche Verknüpfung aller Bereiche des Energiesystems. Eine Vielzahl an Technologien und Energieträgern stehen zur Strukturierung, Verteilung und Nutzung Erneuerbarer Energie zur Verfügung. Sie ermöglichen ein System der bedarfsgerechten Bereitstellung Erneuerbarer Energie in den Bereichen Strom, Wärme, Mobilität und Industrie. An einzelnen Stellen ist jedoch ein vorsichtiges Nachsteuern der Rahmenbedingungen für die Entwicklung bestimmter Technologien notwendig, da der Einsatz durch falsch gesetzte Impulse oftmals verhindert wird. Beispielsweise ist der Einsatz der Sektorenkopp- lungstechnologie Wärmepumpe (Power2Heat) oft aus Energie- und Kosteneffizienzgründen für die Bereitstellung von Wärme sinnvoll, während die Nutzung von Wasserstoff (Power2Gas) und der Einsatz von Bioenergie dagegen in Bereichen mit höheren Anforderungen, wie z.B. der verlässlichen Überbrückung von Versorgungsengpässen flexibel eingesetzt werden sollte.

1.2 Interaktion der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Industrie für die Zukunft ermöglichen

Die vorliegende Studie legt die Notwendigkeit der Sektorenkopplung dar und beschreibt diese im Kontext einer Energiewende, die noch viele politische Entscheidungen zur Umsetzung in den Bereichen Wärme, Verkehr, Strom und Industrie benötigt. Die Vielzahl der möglichen Kombinationen erlaubt die Kopplung der Sektoren auf verschiedenen Routen. Aufbauend auf den identifizierten Routen werden die Interaktionen zwischen den Sektoren analysiert, Barrieren beschrieben und mit Maßnahmen adressiert. Die Analyse hat eine große Komplexität bei der Umsetzung festgestellt. Derzeitig ist nicht vollständig abzusehen, in welchen Anteilen die unterschiedlichen erneuerbaren Energieträger und Wandlungstechnologien, von der Biomasse bis zum in Power-to-Gas- Anlagen erzeugtem Wasserstoff, das zukünftige Energiesystem versorgen werden. Diese Unschärfe bei der Ausgestaltung erfordert es, dass die vorgestellten Maßnahmen darum die Sektorenkopplung aus heutiger Sicht fördern, ohne zukünftige Optionen eines nachhaltigen und verlässlichen Energieversorgungssystems grundsätzlich einzuschränken. Entsprechend wichtig ist es, dass politische Entscheidungen keine falschen Pfadabhängigkeiten zementieren.

Die Vorschläge zielen darauf ab, unter Einbezug der bestehenden Infrastruktur, faire Wettbewerbsbedingungen zwischen allen technologischen Lösungsansätzen zu schaffen („Level-Playing-Field“). Neben dem Abbau von Barrieren für bereits verfügbare Technologien muss die Entwicklung besonders systemdienlicher Technologien für eine Übergangszeit durch geeignete Rahmbedingungen gestärkt werden. Dies erstreckt sich insbesondere auf Technologien der strategischen Langzeitspeicherung (z.B. Bioenergie, Power2Gas) und schwierig zu erschließender Anwendungsfelder in den Energiesektoren (z.B. Luftverkehr, chemische Grundstoffe) aber auch den weiteren Ausbau von sinnvoller Infrastruktur (z.B. Wärmenetze). Ein wichtiges Kriterium für ein CO2-effizientes Gesamtsystem ist seine Fähigkeit, eine wetterabhängige Energieerzeugung zu möglichst hohen Anteilen kosteneffizient und zum Zeitpunkt und am Ort des Energiebedarfs nutzbar zu machen.

1.3 Politische Maßnahmen zur Förderung Sektorenkopplung

Die Bewertung der politischen Maßnahmen erlaubt eine qualitative Klassifizierung aufbauend auf der Wirkung und der Markteingriffstiefe. Die Wirkung bemisst sich anhand der Reichweite, d.h. wie viele Sektoren betroffen sind und wie groß der Anteil in den jeweiligen Sektoren in etwa ist. Die Markteingriffstiefe beschreibt die notwendigen regulatorischen Änderungen, die dafür notwendig sind. Alle vorgeschlagenen Maßnahmen sind in der nachfolgenden Grafik dargestellt. Zusätzlich dazu werden für jede Maßnahme die Anzahl der adressierten Barrieren durch Kreisgrößen dargestellt. Die Kategorisierung erfolgt in vier verschiedenen Segmenten, welche durch die unten dargestellten Quadranten verdeutlicht wird. Der obere rechte Quadrant enthält Maßnahmen die einen großen Einfluss auf alle Sektoren haben und (relativ) wenige Eingriffe in die derzeitigen Randbedingungen benötigen. Diese Maßnahmen sollten kurzfristig und prioritär umgesetzt werden. Der untere rechte Quadrant enthält Maßnahmen, welche eine große Wirkung entfalten können, jedoch auch eine große Markteingriffstiefe erfordern. Zur Umsetzung der Maßnahmen muss eine längerfristige „regulatorische Investition“ getätigt werden, damit diese ihre lohnende Wirkung entfalten.

Die Einordnung der verschiedenen teilweise komplexen Maßnahmen erfolgt qualitativ anhand der beschriebenen Kriterien. Auf dieser Basis ergibt sich das folgende zusammenfassende Bild:

Die längerfristigen Maßnahmen mit der absehbar größten Wirkung sind die Maßnahmen zur Flexibilisierung der EEG-Umlage und der Netzentgelte sowie der Einführung einer CO2-Bepreisung in allen Bereichen. Des Weiteren werden die Maßnahmen zur Beschleunigung der Markteinführung hocheffizienter Power2Heat-Technolgien eine große Wirkung entfalten. Besonders den Maßnahmen, welche sich mit den Abgaben und Umlagen befassen, kommt hier eine große Bedeutung zu, da sie sowohl ein Sektorenkopplungshindernis als auch eine große Barriere bei der Flexibilisierung des Energiesystems beseitigen. Hierdurch würde die Integration von Erneuerbaren Energien gleich mehrfach unterstützt.

Die kurzfristigeren Maßnahmen mit der größten Wirkung sind die Einführung eines regulatorischen Rahmens für die Durchführung von Mikrotransaktionen im Energiesystem. Dies würde die Interaktionen von Technologien zur Energiespeicherung oder Transformation (Strom, Gas, Wärme) stärken, die Erneuerbaren Energien lokal integrieren und die Netze entlasten. Die alternative Nutzung durch Sektorenkopplungstechnologien von zeitlich begrenzten, lokal verfügbaren Strom-Überangeboten ermöglicht die lokale Integration von Erneuerbaren Energien und schafft konkrete Anwendungsfelder der Sektorenkopplung, insbesondere wenn diese mit einer differenzierteren Stromdirektnutzung im Wärmebereich einhergeht.

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