Energieversorgung der Zukunft

Dekarbonisierung und Energiewende

Die Dekarbonisierung ist eine der meist genannten Lösungen für einen nachhaltigen Klimaschutz und beschreibt den Wandel, hin zu einer Wirtschaft mit besonders niedrigem Kohlenstoffumsatz. Erreicht werden kann dieser zum Beispiel, indem fossile Energieträger wie Kohle oder Gas durch erneuerbare ersetzt werden.

Anders als Strom aus fossilen Energieträgern, ist Strom aus erneuerbaren immer nur dann verfügbar, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Das heißt, im Hinblick auf eine kohlenstoffarme Energiewirtschaft müssen Energiebedarf und Energieangebot auf einander angepasst werden. 

Spricht man von der Energieversorgung der Zukunft, dann geht es nicht nur um die Frage wie Energie klimafreundlich erzeugt werden kann. Vielmehr geht es um die intelligente Verknüpfung der Bereiche Energie-Erzeugung, -Speicherung und -Verteilung.

Energieerzeugung in unserer Zukunft

Während der Strom für unseren wachsenden Energie-Hunger heute zu einem großen Teil zentralen Kraftwerken stammt, soll er bis zum Jahr 2050 zu 100% aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden. So das erklärte Ziel der Bundesregierung.

Mit der Dezentralisierung wird Strom dabei immer da geerntet, wo er gebraucht wird. Möglich wird das zum Beispiel über kommunale Energiegenossenschaften. Also Gemeinden, die erneuerbare Energieprojekte gemeinsam finanzieren, umsetzen und so langfristig unabhängig von großen Energiekonzernen werden.

Technologische Fortschritte und wachsende Produktionszahlen führen außerdem dazu, dass Energie immer günstiger wird. Vor allem im Photovoltaikmarkt sind diese Trends schon heute zu messen. Denn hier haben sich die Kosten einer fertig installierten Anlage in den letzten 10 Jahren mehr als halbiert. Gleichzeitig konnten die Wirkungsgrade der Module um 10% bis 20% verbessert werden.

Schon heute gibt es Strom in einigen Teilen der Welt zum Nulltarif. So verschenkt zum Beispiel der US-amerikanische Stromanbieter TXU-Energy überflüssigen Strom aus Windkraft. Mit dem besonderen Angebot in der Zeit zwischen 21:00 Uhr abends und 6:00 Uhr morgens sollen aber nicht nur Kunden angelockt, sondern auch die stark überlasteten Stromnetze entlastet werden.

Zusätzlich zu den Energiegenossenschaften erzeugen auch immer mehr Hausbesitzer ihre Energie in Zukunft selbst. Und das nicht etwa aufgrund lukrativer Förderprogramme, sondern ausschließlich aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten. Denn mit sinkenden Speicherkosten wird auch der selbst erzeugte Strom immer günstiger. 

Neben den Vorteilen für das Klima, steigt mit zunehmendem Anteil erneuerbar erzeugter Energie auch die Energieunabhängigkeit. Das führt zu sinkenden Importkosten und einer Entspannung weltpolitischer Probleme.  

Energiespeicherung und Verteilung

Eine Schlüsseltechnologie für den Erfolg der Energiewende ist die Speicherung der regenerativ erzeugten Energie. Denn nur so kann das schwankende Angebot der erneuerbaren an den Energiebedarf angepasst werden. Wichtig ist das nicht nur für eine hohe Versorgungssicherheit, sondern auch für einen kostengünstigen Ausbau gut regelbarer Energienetze. Denn die sind nach Spitzenlasten auszulegen.

Bereits heute gibt es interessante Ideen, wie das Problem der Energiespeicherung in Zukunft in den Griff bekommen werden kann.

Eine lange bekannte Lösung sind zum Beispiel Pumpspeicherkraftwerke. Dabei wird Wasser bei Stromüberschuss auf einen Berg gepumpt. Soll die Energie wieder genutzt werden, fließt das Wasser über großer Rohrleitungen wieder ab und betreibt einen Generator. In Deutschland gibt es heute etwa 35 aktive Pumpspeicherkraftwerke, die zusammen eine Energiemenge von 37.700 MWh bereitstellen.

Neben den Pumpspeicherkraftwerken, die zumindest in Deutschland nur sehr begrenzt installiert werden können, kann Strom auch in Batterien gespeichert werden. Die Entwicklung geht dabei hin zu modernen Redox-Flow-Speichern, in denen der Elektronenaustausch für die Be- und Entladung zwischen zwei Flüssigkeiten stattfindet. Diese können optimal an den Speicherbedarf angepasst werden, sind ungiftig und besonders langlebig. Mit fortschreitender Entwicklung werden die Preise der noch sehr teuren Batterie-Speicher in Zukunft fallen, wodurch sie sich zum Einsatz in öffentlichen Stromnetzen, wie auch Hausanlagen eignen könnten. Energieheld.de hat die Wirkungsweise sowie Vor- und Nachteile der Redox-Flow-Speicher einmal zusammengefasst.

Eine dritte Möglichkeit Strom aus erneuerbaren zu speichern ist die Power-to-Gas-Technologie. Über eine Elektrolyse wird dabei Wasser mithilfe der Solar- oder Windenergie zu Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Während der Sauerstoff nicht weiter benötigt wird, dient der Wasserstoff als Energieträger. Je nach Anwendung kann er zum Beispiel in die Wasserstoff-Mobilität überführt, zu einem Brenngas weiterverarbeitet oder rückverstromt werden. Da die Power-to-Gas-Technologie noch nicht ausgereift und immer noch sehr kostenintensiv ist, hängt eine breite Anwendung von den Erkenntnissen aus Forschung und Entwicklung ab. Mit der weltweit größten Testanlage in Hamburg konnte im vergangenen Jahr ein entscheidender Schritt in Richtung Zukunft gegangen werden. 

Der Bereich der Energiespeicherung wird in Zukunft nicht nur von einer, sondern einer Verknüpfung verschiedenster Technologien gekennzeichnet sein. Entsprechend Ihrer Eigenschaften werden sie dabei sowohl kurzfristige Schwankungen ausgleichen und Energie langfristig speichern können.

Die mögliche Verknüpfung von Power-to-Gas und einer modernen Wasserstoff-Mobilität ist ein Kennzeichen dafür, wie eng die verschiedenen Themen im Kontext der Energiewende zusammenhängen.   

Energie intelligent verbrauchen

Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist nicht kontinuierlich vorhanden. Je nachdem wie stark die Sonne scheint oder der Wind weht, kann sie geerntet und ins Netz eingespeist werden. Anders als bei Kohle- oder Gaskraftwerken ist es mit Erneuerbaren auch nur schwer möglich, die Leistung herunter zu regeln, sollte der Bedarf einmal nicht so hoch sein.

Um die Stromnetze zu entlasten und die erneuerbare Energie wirtschaftlich sinnvoll einsetzen zu können, ist es wichtig Strombedarf und –Angebot überein zu bringen. Neben der Installation von Stromspeichern funktioniert das auch über intelligente Verbraucher. Denn die kommunizieren mit dem Netz und nutzen Energie immer dann, wenn sie gerade im Überschuss vorhanden ist. Im Haushalt könnte die Waschmaschine oder der Trockner dabei zum Beispiel dann automatisch starten, wenn mehr Energie aus erneuerbaren zur Verfügung steht, als benötigt wird.

Auch eine intelligente Verknüpfung mit Heizungsanlagen ist denkbar. Dabei könnten Wärmepumpen, die Umweltwärme mit Hilfe von Strom für die Gebäudeheizung nutzbar machen, Stromüberschüsse nutzen, um effizient und günstig Wärme zu erzeugen. 

Modellprojekte SINTEG „Schaufenster intelligente Energie“

Mit einem kürzlich gestarteten Förderprojekt soll das Verhalten moderner Stromnetze bei hohen fluktuierenden Anteilen aus erneuerbaren Energiequellen untersucht werden. Das „Schaufenster intelligente Energie“ (SINTEG) hilft Erfahrungen einer intelligenten Verknüpfung der Bereiche Erzeugung, Speicherung und Verbrauch zu sammeln, die dann im großen Maßstab angewandt werden können.

Mehr über die Energieversorgung unserer Zukunft erfahren Sie auch in der Fernsehserie „Wie werden wir in Zukunft leben?“ mit Timo Leukefeld, die im Dezember und Januar im MDR ausgestrahlt wird.