Europas Weg zur Energiewende – Wirtschaftlichkeit und Klimaschutz vereinen

Der Aktionsplan „European Green Deal“ der Europäischen Kommission setzt Ziele für eine nachhaltige EU-Wirtschaft fest. Darin steht die Förderung einer effizienten Ressourcennutzung durch den Übergang zu einer nachhaltigen und sauberen Kreislauf-Wirtschaft an oberster Stelle. Zudem soll die Umweltverschmutzung reduziert und die Biodiversität regeneriert werden. Die Kombination aus bewährten Technologien und digitalen Innovationen, die auf der Nutzung erneuerbarer Energien aufbauen, hat das Potenzial, neue Geschäftsfelder in der Energiewirtschaft zu erschließen und gleichzeitig nachhaltig auf das Klima zu wirken.

Ressourcen effizient nutzen

Auf dem dena Energiewendekongress 2020, der dieses Jahr vom 16. bis zum 17. November unter dem Motto „jetzt ist Zukunft“ digital stattfand, ging es um Europas nächste Schritte zur Bewältigung der Energiewende. Die Energiewende stellt Politik und Wirtschaft vor einige Herausforderungen. Es müssen Lösungskonzepte entwickelt werden, die für die Wirtschaft rentabel und gleichzeitig nachhaltig und umweltfreundlich sind.
Betriebskosten stellen für Unternehmen einen hohen Kostenfaktor dar. Durch eine effiziente Wirtschafts- und Produktionsweise können diese Kosten erheblich eingespart werden. Darunter fällt beispielsweise die Eigenstromversorgung durch ein betriebseigenes Blockheizkraftwerk. Betreiber von Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen profitieren durch diese Eigenstromversorgung nicht nur von reduzierten Betriebskosten. Ein Teil des erzeugten Stroms kann zusätzlich gegen eine Vergütung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Durch die Nutzung umweltschonender Energieträger, wie Erdgas oder Biogas, ist der CO₂-Fußabdruck des Unternehmens deutlich kleiner.

Digitalisierung für eine „smarte“ Energieerzeugung

Die Digitalisierung verändert nicht nur laufend unsere Lebensweise und die Gesellschaft, sie kann auch gewinnbringend für das Unternehmen genutzt werden. Um Stromerzeuger, Netzbetreiber, Verbraucher und Versorger intelligent zu vernetzen, ist eine wachsende Digitalisierung der Energiewirtschaft unerlässlich. Prozesse müssen noch mehr beschleunigt und automatisiert werden, um auf die geänderten Bedürfnisse und Anforderungen der Kunden, wie die schnelle und flächendeckende Verfügbarkeit von Strom, reagieren zu können. Für die nachhaltige Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung sind „Smart Grids“ und Stromspeicher unabdingbar. Über Smart Grids, intelligente Stromnetze, können die Stromerzeugung, der Verbrauch sowie die Speicherung flexibel gesteuert werden.
Durch Stromspeicher kann überschüssiger, durch erneuerbare Energien produzierter Strom gespeichert und bei einer niedrigeren Produktion bei Bedarf wieder abgegeben werden. Dieser Stromüberschuss kann auch alternativ zur Erzeugung anderer Energieformen genutzt werden. An dieser Stelle kommen die sogenannten Power-to-X-Technologien zum Einsatz.

Power-to-X-Technologien

Power bezeichnet die über dem Bedarf liegenden zeitweisen Stromüberschüsse und X steht für die Energieform oder den Verwendungszweck (Power-to-Heat (PtH), Power-to-Liquid (PtL), Power-to-Gas (PtG)). Diese Technologien werden für die Sektorkopplung zur Integration erneuerbarer Energieträger in die Energieversorgung eine wichtige Rolle spielen.

Als Power-to-Heat (PtH) wird die Umwandlung von Strom, beispielsweise erzeugt aus erneuerbaren Energien, in Wärme verstanden. Für die Definition des Begriffes ist es jedoch wesentlich, dass es sich dabei um ein bivalentes oder hybrides System handelt. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass neben der PtH-Anlage weitere Aggregate, zum Beispiel in Form einer KWK-Anlage oder eines Heizwerkes, vorhanden sind, welche auf einen unabhängigen Energieträger wie beispielsweise Erdgas zurückgreifen können.

Damit kann gewährleistet werden, dass die Anlagen die Wärmenachfrage immer flexibel und unabhängig von der Situation am Strommarkt decken können. Es handelt sich bei PtH also um einen zusätzlichen (Überschuss-)Stromverbraucher und nicht um das Lastmanagement eines bestehenden oder neuen Verbrauchers.

Effiziente Nutzung industrieller Prozesswärme

Power-to-Heat-Anlagen können im großtechnischen Bereich eingesetzt werden. Im Bereich der Industrieanwendungen wurden und werden bereits die ersten Power-to-X-Pilotprojekte umgesetzt. Die Wirtschaftlichkeit und Technik dieser Anlagen stellen sich jedoch anwendungsspezifisch sehr individuell dar. Hier spielen unter anderem die Charakteristik des Wärmelastgangs, das Temperaturniveau, der rechtliche Rahmen zu Strombezugskosten und Sonderregelungen eine entscheidende Rolle. Generell stellt jedoch die oftmals kontinuierliche Wärmenachfrage in der Industrie gute Voraussetzungen für Power-to-Heat dar.

Wärmespeicher können gegebenenfalls eine Restriktion darstellen, denn übliche Dampfspeicher sind sehr teuer und in ihrer Kapazität stark beschränkt. Neue Hochtemperatur-Wärmespeicher wie Keramik-, Beton- oder Salz-Grafit-Speicher sind in ersten Pilotprojekten im Einsatz und können gegebenenfalls in Zukunft in Kombination mit Power-to-Heat wirtschaftliche Synergien bilden. In der Einführungsphase werden in der Praxis jedoch Power-to-Heat-Projekte ohne Wärmespeicher realisiert. Kombiniert mit Wärmespeichern, können durch Power-to-Heat die Stromnetze stabilisiert werden, indem diese die Wärmeversorgung bei einer geringen Verfügbarkeit der erneuerbaren Energien überbrücken.

Bei den industriellen Anwendungen ist generell zu unterscheiden zwischen a) Industrieunternehmen, die Prozesswärme mit KWK-Anlagen erzeugen, da der Anreiz die KWK-Anlage durch Power-to-Heat zu substituieren bei der KWK-Eigenstromerzeugung und den relativ hohen Strombezugskosten gering ist und b) Industrieunternehmen, die Prozesswärme ohne KWK-Anlage erzeugen. Im Fall relativ geringer Strombezugskosten (zum Beispiel in der energieintensiven Industrie) und einer reinen Wärmeerzeugung mit Erdgasheizkesseln ist der Anreiz zum Einsatz von Power-to-Heat hoch. Im Fall relativ hoher Strombezugskosten (zum Beispiel bei kleineren Betrieben) müssten die Steuern und Umlagen für Power-to-Heat geändert werden, um diesen Anwendungsfall attraktiv zu machen.

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