Sektorkopplung

Fraunhofer vernetzt Produktion und Speicherung von Energie

Wissenschaftler suchen nach Wegen, um die Sektoren Strom, Wärme und Gas etwa durch Elektromobilität oder mit Erdgas betriebenen Fahrzeugen untereinander stärker zu vernetzen.

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromproduktion erreicht mittler- weile fast 50 Prozent – mit dem großen Nachteil, dass sie sich dem wechselnden Strombedarf am Tage kaum anpassen können. Wind- und Solarparks liefern nur dann Strom, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Ideal wäre es, erzeugte erneuerbare Energie in großem Maße speichern und die Produktion und Speicherung von Energie aufeinander abstimmen zu können. Dies ist das Ziel von ES-FLEX-INFRA, einem Gemeinschaftsprojekt unter der Leitung des Fraunhofer- Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI.

Übliche Optimierung reicht heute nicht mehr aus

Das vom Land Nordrhein-Westfalen geförderte Projekt steht dabei für die „Kopplung von Energiesektoren zur Flexibilisierung der Energieinfrastruktur“. Die dafür entwickelte Software soll Energieversorger in die Lage versetzen, Lastverlagerungen und die Integration von Speichern in der städtischen Infrastruktur analysieren und betreiben zu können. Beteiligt sind neben dem Fraunhofer SCAI noch die Technische Hochschule Köln, die Werusys GmbH & Co. KG sowie die Rheinische Netzgesellschaft mbH. „Wenn der Anteil der erneuerbaren Energien weiter wächst, wird die bisher übliche Energieoptimierung innerhalb der einzelnen Energiesektoren nicht mehr ausreichen. Vielmehr wird es notwendig, Energiesektoren wie Strom, Erdgas, Fernwärme und Verkehr miteinander zu koppeln“, erklärt Dr. Bernhard Klaaßen, der beim Fraunhofer SCAI das Projekt begleitet. „Denn verglichen mit der Energiespeicherung in Form von Elektrizität ist z.B. der Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch durch Lastverlagerung, Nutzung industrieller Abwärme und thermische Energiespeicherung deutlich kostengünstiger und effizienter.“

Effizienz durch Cross Energy Management

Eine gut funktionierende Vernetzung verschiedener Energiesektoren regelt Produktion und Speicherung auch von Wärme. Denn diese entsteht immer bei der Produktion von elektrischer Energie – und ist weit mehr als nur ein „Abfallprodukt“. Ein so optimiertes „Cross Energy Management“ sei laut Fraunhofer eine ideale Kombination aus Strom- und Wärmegewinnung auf der einen Seite – und deren jeweils bestmöglichen Speicherung, Verteilung und Nutzung. Das verbessere die Versorgungssicherheit beim umfassenden Einsatz erneuerbarer Energien und steigere deren Akzeptanz nachhaltig.

Verschiedene Optionen

Beispielsweise kommen folgende Flexibilitätsoptionen in Frage:

  • Die Nutzung bisher ungenutzter Wärme (Abwärme, Flüsse) mit Wärmepumpen und Wärmespeichern bzw. Wärmenetzen,
  • die Nutzung von Überschussstrom zur Erzeugung von Methan (Power-to-Gas) und gleichzeitige Nutzung des hohen Prozesswärmeanteils durch Kraft-Wärme-Kopplung,
  • der Bezug und die Einspeisung von Methan in Gasnetze bzw. Speicher,
  • Nutzung in Kraftwärmekopplungs-Prozessen sowie
  • die Nutzung von Überschussstrom in der Elektromobilität bzw. über Power-to-Gas in Erdgas-betriebenen Fahrzeugen.

Bereits erste industrielle Anwendung

„Der Bedarf an Speicherung und anderen Flexibilitätsoptionen wird noch weiter zunehmen. Effizient und ökonomisch kann die Energiewende nur gelingen, wenn die Sektoren Strom, Wärme, Gas – und auch Transport etwa durch Elektromobilität oder mit Erdgas betriebenen Fahrzeugen – untereinander vernetzt und Synergien in Lastflüssen und Speicherung genutzt werden“, schließt Klaaßen.

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