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Herausforderungen im Münsterland
Im Münsterland herrscht eine hohe Dichte an Photovoltaik-, Windenergie- und Biomasseanlagen. Dies hat zur Folge, dass es eine hohe Fluktuation (Schwankungen) in der Strombereitstellung gibt. Diese Schwankungen sind eine Herausforderung bei der ausschließlichen Versorgung mittels erneuerbarer Energien.
Die Bedarfsstrukturen in den Bereichen Strom, Wärme und insbesondere Mobilität sind anders als in urbanene Gebieten. Im Bereich Mobilität gibt es wenige Alternative zum motorisierten Individualverkehr. Das Angebot im ÖPNV oder Carsharing-Angebote stellen flächedeckend noch keine Alternative dar. Ebenso verhält es sich mit dem Bereich Wärme. Für eine vollständige Versorung des Sektors Wärme mittels erneuerbarer Energie stellen Wärmenetze eine effiziente Versorgung der angeschlossenen Gebäude sicher. Aufgrund der demographischen Struktur im Münsterland, sind Wärmenetze aufgrund der geringen Abnehmerdichte, nicht immer wirtschaftlich und technisch zu realisieren.
An diesen zwei Beispielen wird deutlich, dass das Münsterland, stellvertretend für die ländliche Region, alternative Versorgungskonzepte benötigt, um eine umweltverträgerliche Energiebereitstellung zu ermöglichen. Diese Alternativen und Konzepte werden im Projekt EnerRegio näher betrachtet und auf ihre Anwendung hin untersucht.
Herausforderungen in der Energiewende
Bei einer fortschreitenden Dekarbonisierung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität in Deutschland und einem gleichzeitigen Ausbau von erneuerbaren Energien (EE) Anlagen wird durch deren fluktuierendes und wetterbedingtes Erzeugungsprofil die Diskrepanz zwischen Erzeugung und Bedarf weiter ansteigen. In der Folge gibt es auch eine Verschiebung auf der zeitlichen und örtlichen Ebene. Es besteht der Bedarf, das Stromnetz in Deutschland flächendeckend auszubauen, um die örtlich erzeugten Energiemenge zu transportieren und durch eine Verschiebung den zeitlichen Ausgleich zu schaffen.
Durch ein hohes lokales Angebot von Einspeisequellen aus erneuerbaren Energien, kann es bei einem gut verfügbaren Windangebot und einer hohen solaren Einstrahlung zu großen Einspeisespitzen im Stromnetz kommen. Es ist die Aufgabe der Netzbetreiber diese Schwankungen durch netzstabilisierende Maßnahmen auszugleichen. Diese Situation entsteht bei einem unausgeglichenen Verhältnis zwischen Stromerzeugung und -bedarf. Eine äußerst pragmatische Lösung ist die Abregelung der EE-Anlagen. Im Jahr 2016 wurde durch das sogenannte Einspeisemanagement der Netzbetreiber deutschlandweit eine Energiemenge von 3.743 GWh aus EE-Anlagen abgeregelt [1]. Eine Abregelung ist seitens der verantwortlichen Netzbetreiber erforderlich, wenn die Netzstabilität bedroht wird. Die abgeregelte Energiemenge konnte im Vergleich zum Jahr 2015 reduziert werden, allerdings ist dies möglicherweise auf das schwache Windangebot im Jahr 2016 zurückzuführen. Generell lässt sich hier noch kein Trend ableiten. Durch den weiterhin starken Ausbau der erneuerbaren Energien werden die Eingriffe der Netzbetreiber tendenziell häufiger geschehen.
Bei einer vollständigen Nutzung der abgeregelten Energiemengen von 3.743 GWh aus dem Jahr 2016 ließe sich durch die vermiedene Stromentnahme eine Einsparung von 1,93 Mio Tonnen CO2 pro Jahr erzielen, die Tendenz ist bei einer Zunahme der Eingriffe steigend [2]. Der ökonomische Schaden und die Entschädigungsansprüche der betroffenen der Anlagenbetreiber betragen jährlich mehrere hundert Millionen Euro [3].
Die genannten Beispiele zeigen deutlich, warum es eine der zentralen Aufgaben im Rahmen der Energiewende sein wird, die erneuerbaren Energien durch die Schaffung von Speicher- und Flexibilitätsoptionen zeitlich und räumlich zu entkoppeln, das Stromnetz zu stabilisieren, die Eingriffe zur Netzstabilisierung zu reduzieren, die CO2-Emissionen zu senken und damit einen Beitrag zum Erreichen der Klimaschutzziele NRWs zu leisten. Einen effizienten und nachhaltigen Ansatz bietet die Sektorenkopplung, d. h. die Verknüpfung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Hierbei wird der erzeugte Strom aus EE-Anlagen „[…] als Primärenergie zur Dekarbonisierung der anderen Sektoren genutzt“ [4]. Der Begriff Power-to-X wird im Kontext der Sektorenkopplung stellvertretend verwendet und verdeutlicht die verschiedenen Nutzungspfade für den erzeugten Strom. Auf Grundlage der erneuerbaren Energien gelingt mit verschiedenen Konversionstechnologien etwa die Bereitstellung von Wärme, die Erzeugung von Wasserstoff und Biomethan, Biokraftstoffen oder die Herstellung von Chemikalien. Ein Expertenpapier der Expertengruppe im Netzwerk Netze und Speicher der EnergieAgentur.NRW im Auftrag des Landes Nordrhein-Westfalen hat die Chancen und Herausforderungen der Sektorenkopplung in NRW untersucht. Ein Ergebnis der Studie ist, dass im Rahmen der Energiewende auch weiterhin Gas und flüssige Brennstoffe als Energieträger benötigt werden [4]. Allerdings werden diese Energieträger zukünftig basierend auf den erneuerbaren Energien bereitgestellt. Die nachfolgende Grafik zeigt in einer vereinfachten Form, welche Möglichkeiten die Sektorenkopplung bietet und wie vielfältig die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten sein können. Die Verteilung und Konversion in den einzelnen Sektoren sind äußerst komplex – ein Zustand, der auch durch die Abbildung veranschaulicht wird. Der Prozess zur Integration dieses Energiesystems läuft. Es gilt, die fehlenden Verknüpfungen herzustellen und die einzelnen Blöcke innerhalb dieses Systems zu integrieren.
[1] Monitoringbericht 2017, Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahn und Bundeskartellamt, Bonn (2017).
[2] CO2 ‑ Emissionsfaktor im deutschen Strommix: 516 g/kWh: Übersicht zur Entwicklung der energiebedingten Emissionen und Brennstoffeinsätze in Deutschland 1990 – 2016, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau (2017).
[3] Quartalsbericht zu Netz- und Systemsicherheitsmaßnahmen – Viertes Quartal und Gesamtjahr 2016, Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, Bonn (2017).
[4] Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration, Sterner, M; Stadler, I., Springer Verlag (2017).