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Sektorkopplung durch Energiewende

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Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung. Veröffentlicht: 20.06.2016 Volker Quaschning, Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin.

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16 3 Energiewende im Wärmesektor teme durch Elektro-Wärmepumpen mit einer jahresmittleren Leistungszahl, beziehungsweise einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3 ersetzt, sinkt der zusätzliche Strombedarf von 770 TWh auf 167 TWh. Denkbar ist auch die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen z.B. durch den Einsatz von Abwärmenutzung oder der Solarthermie weiter zu steigern. Werte von 5 sind dann erreichbar. Würden nur Wärmepumpen mit einer JAZ von 5 eingesetzt und der Wärmebedarf aller Gebäude durch Sanierung halbiert, wäre zur Substitution der verbliebenen fossilen Energieträgern nur noch ein zusätzlicher Strombedarf von 23 TWh erforderlich. Tabelle 3 fasst den erforderlichen zusätzlichen Strombedarf bei Umsetzen verschiedener Effizienzmaßnahmen zusammen. Tabelle 3 Zusätzlicher Strombedarf durch die Substitution der verbliebenen Raumwärme und des Warmwassers aus fossilen Energieträgern Maßnahme Effizienzfaktor Zusätzlicher Strombedarf ohne Verringerung des Wärmebedarfs (zu ersetzender fossiler Wärmebedarf 500 TWh) Gasbrennwertkessel, mit P2G-Gas betrieben Gas-Wärmepumpen (JAZ=2) mit P2G-Gas betrieben 0,65 770 TWh 1,3 385 TWh Elektrowärmepumpen (JAZ=3) 3 167 TWh Elektrowärmepumpen (JAZ=5) 5 100 TWh mit Verringerung des Wärmebedarfs um 50 % (zu ersetzender fossiler Wärmebedarf 114 TWh) Gasbrennwertkessel, mit P2G-Gas betrieben Gas-Wärmepumpen (JAZ=2) mit P2G-Gas betrieben 0,65 175 TWh 1,3 88 TWh Elektrowärmepumpen (JAZ=3) 3 38 TWh Elektrowärmepumpen (JAZ=5) 5 23 TWh Referenzwert für Raumwärme und Warmwasser 150 TWh Diese Zahlen verdeutlichen, dass Effizienzgewinne im Wärmesektor für einen erfolgreichen Klimaschutz essentiell sind. Im Folgenden wird allerdings davon ausgegangen, dass sich ein flächendeckender Einsatz von Wärmepumpen und eine Halbierung des Wärmebedarfs in allen Gebäuden im anvisierten Zeitfenster nicht mehr umsetzen lassen. Darum entsteht auch bei ambitioniertem Einsatz von Effizienzmaßnahmen den-

3 Energiewende im Wärmesektor 17 noch ein zusätzlicher Strombedarf von 150 TWh. Da bei Heizungssystemen von Produktzyklen von bis zu 20 Jahren ausgegangen werden muss, ist ein Verbot des Einbaus neuer Öl- und Gasheizungen sowie KWK-Anlagen ab dem Jahr 2020 erforderlich um eine vollständige Dekarbonisierung im Jahr 2040 zu erreichen. Bild 9 zeigt eindeutig, dass der Strombedarf für die Herstellung von Gas zum Betrieb von wärmegeführten KWK-Anlagen zu hoch ist. Darum scheiden auch diese zur Deckung des Wärmebedarfs künftig weitgehend aus. Bei der Speicherung Im Stromsektor wird jedoch Gas für die Langzeitspeicherung eine zentrale Rolle einnehmen. Die bei der Gaserzeugung und der anschließenden Rückverstromung entstehende Abwärme muss selbstredend genutzt werden, unter anderem um den existierenden fossilen Fernwärmebedarf zu ersetzen. 3.2 Prozesswärme für Industrie und GHD Die Prozesswärme stellt neben der Raumwärme und dem Warmwasser den dritten Bereich der Wärmenutzung dar. Die Industrie hat dabei den größten Anteil am Prozesswärmebedarf. In großem Abstand folgt der Sektor GHD (Gewerbe, Handel, Dienstleistungen). Die im Haushalt benötigte Prozesswärme wird beispielsweise zum Kochen verwendet und wird überwiegend durch elektrischen Strom gedeckt. Auch Prozessund Klimakälte wird in allen Bereichen größtenteils durch Strom erzeugt. Wird die Stromversorgung vollständig auf erneuerbare Energien umgestellt, erfolgt automatisch auch die Dekarbonisierung der durch Strom versorgten Wärmebereiche. Daher ist es ausreichend, nur den Prozesswärmebedarf der Bereiche Industrie und GHD näher zu untersuchen. In diesem Bereich werden derzeit 72,6 % durch fossile Energieträger gedeckt (Tabelle 4). Wird dieser Bedarf über Gas aus P2G-Anlagen versorgt, steigt der zusätzliche Strombedarf auf 530 TWh. Deutlich sinnvoller ist daher der direkte Einsatz elektrischer Energie. Effizienzgewinne durch Wärmepumpen sind bei der Prozesswärme kaum möglich, da der Einsatz von Wärmepumpen durch das meist hohe Temperaturniveau technisch oft nicht möglich ist. Es besteht aber ein erhebliches Potenzial an Effizienzsteigerungen durch Prozessoptimierungen und Wärmerückgewinnung.

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