Energiespeicher und Sektorkopplung im Dienst der Energiewende

Die globale Energiewende stellt Politik, Wirtschaft und Gesellschaft vor tiefgreifende Herausforderungen. Der Übergang von fossilen zu erneuerbaren Energien wie Sonne, Wind oder Biomasse ist nicht nur ein technologischer Wandel, sondern auch ein struktureller Transformationsprozess. Anders als konventionelle Kraftwerke, erzeugen die meisten erneuerbaren Energien nicht konstant Strom: Die Produktion hängt von Wetterlagen, Tageszeit und Jahreszeit ab. Zudem löst sich die traditionelle Trennung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität immer mehr auf. Auf Grund der Elektrifizierung von Wärme und Mobilität durch Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge, entstehen neue Schnittstellen, die eine ganzheitliche Betrachtung und Optimierung von Energieerzeugung und Verteilung sowie der dabei erforderlichen Regel-Strategien erfordern.

Die Rollen der Energiespeicher

Energiespeicher werden in unserem Energiesystem unverzichtbar. Warum? Weil wir im Zuge von Dekarbonisierung, Elektrifizierung und dem Ausstieg aus der Atomkraft schrittweise gut speicherbare Energieträger wie Erdölprodukte und Uran (Bild 1) durch erneuerbare, aber volatile Quellen wie Photovoltaik und Windkraft ersetzen – Technologien ohne inhärente Speicherfunktion.

Die Herausforderungen, die dadurch entstehen, sind vielfältig, komplex und verlangen unterschiedliche Antworten auf unterschiedlichen Zeitskalen: verschiedene Speichertechnologien, mit jeweils unterschiedlicher typischer Speicherdauer, an verschiedenen Orten im System:

1. Tag-/Nachtausgleich und Netzengpässe betreffen Zeiträume von wenigen Stunden
    
2. Das «Gespenst der Dunkelflaute» bezieht sich auf Zeiträume von einigen Tagen.
    
3. Saisonaler Ausgleich: Dieser ist wichtig für Länder wie die Schweiz, wo der Wärmebedarf im Winter den Kältebedarf im Sommer bei Weitem übersteigt und das realisierbare Potenzial für Photovoltaik weit grösser ist als das der Windkraft.

Die Vielfalt der Speichertechnologien spiegelt die unterschiedlichen Anforderungen der drei Zeitskalen wider:

• Elektrische Speicher wie Batterien eignen sich, um kurzfristige Lastspitzen auszugleichen und die Integration dezentraler Erzeuger wie Photovoltaikanlagen zu verbessern.
   
• Thermische Speicher können Wärme für Heiz- oder Prozessanwendungen zwischenspeichern. Grosse thermische Speicher können zudem sogar für die längerfristige Speicherung über Monate hinaus wirtschaftlich sein.
   
• Mechanische Speicher nutzen Lageenergie, um zum Beispiel in Pumpspeicherwerken den Tag/Nacht-Ausgleich vorzunehmen und kurzfristige Optimierungen im Stromnetz zu realisieren.
  Für den saisonalen Ausgleich ist die Speicher-Wasserkraft in unseren Alpen unser Rückgrat.
   
• Chemische Speicher (Stichwort Power-to-X) wandeln Strom in speicherbare Energieträger wie Ammoniak, Methanol oder Metalle um, die langfristig speicher- und transportierbar sind.
   

Sektorkopplung: Das Energiesystem als Ganzes denken

Ein weiterer zentraler Baustein der Energiewende ist die Sektorkopplung:
Die gezielte Verzahnung der vormals getrennten Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität.
Ziel ist es, Synergien zwischen diesen Bereichen zu nutzen, um das Gesamtsystem flexibler, effizienter, nachhaltiger und robuster zu gestalten.
Heute entfallen etwa 50 – 70 % des Endenergieverbrauchs auf Wärme und Mobilität. Diese Sektoren waren lange Zeit nicht oder nur geringfügig Teil des elektrischen Energiesystems. Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Wärme (z. B. Wärmepumpen) und Verkehr (Elektromobilität), entstehen schnell wachsende Schnittstellen zwischen diesen Energiesektoren. 

Eine gezielte Kopplung schafft Vorteile: Im Moment nicht benötigter Strom aus erneuerbaren Quellen, kann z. B. zur Erzeugung von Wärme oder zur Ladung von Batterien in Fahrzeugen genutzt werden. Gleichzeitig können elektrische Netze durch intelligentes Lastmanagement entlastet und dadurch teurer Netzausbau reduziert werden. 

Nur durch eine koordinierte Betrachtung aller Energiesektoren, lassen sich Flexibilitätsoptionen optimal ausschöpfen – etwa über intelligente Steuerung, Speicherintegration oder die Nutzung von Fahrzeugbatterien als Netzpuffer (Vehicle-to-Grid).
Neben technischen Lösungen sind auch geeignete regulatorische Rahmenbedingungen, neue Geschäftsmodelle und technische Standards erforderlich. Erst wenn Akteure aus den Bereichen wie Energieversorgung und -planung, Gebäudetechnik, Mobilität und IT systematisch zusammenarbeiten, kann die Sektorkopplung ihr Potenzial entfalten (Bilder 5 & 6).

Die Energiewende als gesamtgesellschaftliche Aufgabe

Die steigende Bedeutung von Energiespeicher und Sektorkopplung zeigt, wie komplex moderne Energiesysteme geworden sind. Sie verlangen nicht nur technische Innovationen, sondern auch ein tiefes Verständnis der Zusammenhänge und der regulatorischen Rahmenbedingungen, die sich zudem schnell ändern. Fachwissen in diesen Bereichen ist daher für Planende, Ingenieur:innen, Führungskräfte und Entscheidungstragende essenziell. Nur so können nachhaltige Systeme entworfen, verglichen, bewertet und implementiert werden.

Die beiden Weiterbildungsangebote der OST – 
der Fachkurs «Sektorkopplung – Synergiepotenzial der Energiesektoren nutzen» 
und das Modul „Energiespeicher – Theorie und Anwendungen“ – 
vermitteln konkretes Wissen praxisnah und fundiert:

• Das Modul Energiespeicher behandelt verschiedene Speichertechnologien, ihren Nutzen im Energiesystem und deren praktische Anwendung, um erneuerbare Energie effizient zu integrieren.
  www.ost.ch/energiespeicher
   
• Der Fachkurs Sektorkopplung beleuchtet technologische Konzepte, regulatorische Rahmenbedingungen und konkrete Anwendungsmöglichkeiten, fördert den interdisziplinären Austausch und zeigt Wege auf, wie Unternehmen von der Energiewende profitieren können.
  www.ost.ch/sektorkopplung
   

Beide Angebote richten sich an Fach- und Führungskräfte, die ihre Kompetenzen im Kontext der Energiewende ausbauen möchten, um einen aktiven Beitrag zur Transformation des Energiesystems zu leisten.

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