Ausbau von Power-to-X-Infrastrukturen
und der Sektorkopplung

Power-to-X-Infrastrukturen ermöglichen es, aus Strom andere Formen von Energie (z.B. Wärme, flüssige Kraftstoffe) zu erzeugen. So soll beispielsweise ein Teil der Leitungen, die bisher für Ferngas genutzt wurden, so umgebaut werden, dass sie künftig auch Wasserstoff transportieren können [2]. Der Ausbau von Power-to-X-Infrastrukturen wird von den meisten befragten Expert/innen (Datengrafik) als Beitrag zur Resilienz des Systems gesehen, wobei das Risiko einer ungenügenden Versorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien besteht. Das produzierte Volumen von Wasserstoff in Deutschland ist im vergangenen Jahrzehnt tendenziell gesunken (Datengrafik), obwohl die Anzahl der in Betrieb genommenen Power-to-X-Anlagen in Deutschland seit 2018 deutlich zugenommen hat (2018: 17 Anlagen; 2019: 33; Anfang 2023: 36). Zahlreiche weitere Anlagen sind in Planung (vor allem Power to Gas), die ganz überwiegend das Ziel haben, Wasserstoff zu produzieren [3]. Allerdings können auch beim Ausbau von Power-to-X-Infrastrukturen (z.B. Wasserstoff) Pfadabhängigkeiten und neue Formen von Abhängigkeiten von ausländischen Lieferanten entstehen, die durch die zunehmenden geopolitischen Konflikte Risiken mit sich bringen [4][5][6][7].

Zum Ausbau der Power-to-X-Infrastrukturen gehört auch die zunehmende Verbreitung alternativer Wärmeerzeuger, die unter Einsatz von Strom Wärme bereitstellen (z.B. Wärmepumpen), deren Beitrag zur Resilienz des Infrastruktursystems von den Expert/innen (Datengrafik) als besonders hoch eingeschätzt wurde. Wärmepumpentechnologien, die mittels Strom und Umgebungswärme (aus dem Boden, Wasser, Luft oder rückgewonnene Abwärme) Wärme bereitstellen, erfahren stetige Verbesserung und Effizienzsteigerungen, wodurch sie perspektivisch auch zur Dekarbonisierung der Industrie beitragen könnten [8]. In Deutschland wird beispielsweise die Erzeugung von Prozesswärme mit Hochleistungswärmepumpen erprobt, die mit dem Arbeitsmedium Wasser bis zu 200 °C erreichen [9]. Auch Großwärmepumpen werden für die großstädtische Wärmeversorgung in Großbritannien, in Deutschland und in der Schweiz aufgebaut bzw. schon genutzt und könnten einen Eckpfeiler für Fernwärmenetze darstellen [10]. Neue Ansätze wie flexible Wärmepumpen ermöglichen es, höhere Prozesstemperaturen zu erreichen, und könnten perspektivisch auch mit Systemen der saisonalen Wärmespeicherung gekoppelt werden. Ein noch zu lösendes Problem stellt die Substitution des Einsatzes von Fluorkohlenwasserstoffen als Arbeitsmedium dar.

In Deutschland werden Energiespeicherkapazitäten ausgebaut (z.B. PV-Stromspeicher). Die Anzahl der insgesamt installierten PV-Stromspeicher ist zwischen 2017 und 2023 um mehr als das 13-Fache gewachsen [11]. Ende 2022 waren bereits ca. 5,5 GWh an Speicherkapazität installiert [12]. Auch batteriebetriebene Fahrzeuge lassen sich mit neuen Technologien wie Vehicle to Grid als dezentrale Speicher in das Stromnetz einbinden. Des Weiteren sind in 2023 eine Reihe an Großbatteriespeicher in Betrieb gegangen [13]. Die Kapazität von Großbatteriespeichern in Deutschland könnte sich bis 2030 mehr als verzehnfachen [14]. Allerdings sind für den Einsatz von Batteriespeichern für großtechnische stationäre Anwendungen (z.B. für die Versorgung ganzer Quartiere) noch bedeutsame technologische und wirtschaftliche Hürden zu überwinden [4]. Großtechnische Batteriespeicher werden derzeit primär im Rahmen von Forschungs- und Demonstrationsprojekten entwickelt und aufgebaut. Es entstehen zwar zunehmend kommerzielle Anwendungen, allerdings stellt das Hochskalieren der Produktion eine große Herausforderung dar [15] und ist nicht unter allen Stromnetzausbauszenarien vorteilhaft. Vor allem Lösungen zur Nutzung von Abwärme und saisonaler Wärmespeicherung werden von den meisten befragten Expert/innen (Datengrafik) als förderlich für die Resilienz des Infrastruktursystems angesehen. Thermische Energiespeichertechnologien (kurz: Wärmespeicher) werden in Deutschland Medienberichten zufolge [16][17] zunehmend gebaut. Ihnen kommt eine Schlüsselrolle zu, um die Kopplung zwischen Wärme- und Stromsektor voranzutreiben und zur Flexibilisierung der Energiebereitstellung sowie zur Dekarbonisierung des Wärmesektors beizutragen. Werden sie auf Quartiersebene eingesetzt, können sie lokal verfügbare und überschüssige regenerative Energie speichern und diese bei Bedarf wieder verfügbar machen [18].