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© Dagmar Heene / WWF
Was für ein Problem haben wir eigentlich mit erneuerbaren Energien?


von LeonieV
13.12.2015
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Die Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und komplette Dekarbonisierung werden oft gefordert und scheinen drängend. So drängend, dass es schwer ist, nachzuvollziehen, warum es nicht einfach einen Beschluss gibt, der die Abschaltung von Kohlekraftwerken beinhaltet und unser Leben nachhaltig gestaltet.


Allerdings sind Kohlekraftwerke nicht nur umweltschädigende, sondern vor allem stabile Energieerzeuger. Die eigentliche Energieerzeugung der Verbrennungskraftwerke geschieht in einem Generator. Dieser funktioniert durch eine mechanische und damit leicht feststellbare Drehbewegung einer Turbine. Das Drehen führt zu einer Richtungsänderung des Elektronenstroms in der Leitung, also dem Stromnetz.

Herkömmliche Kraftwerke funktionieren also zwar ganz anders als Photovoltaik-zellen, aber fast wie Windräder. Bei Stromkreisen mit einer der Energiequellen als Spannungsquelle kann man bei einem Generator einen Wechselstrom, bei einer Batterie oder Photovoltaikzelle Gleichstrom feststellen. Bei einem Strommix, an dem Windenergie den größten Anteil hat, ist es dabei sicherlich sinnvoll, den Strom gleichzurichten. Was aber, wenn Energie in Zellen gespeichert wird, die wieder Gleichstrom abgeben? In dem Fall ergibt sich das erste Problem, das nur durch Flexibilität zu lösen ist: Ein neues System an Gleichrichtern und Wechselrichtern ist je nach Verbraucher und Möglichkeiten der Energiegewinnung nötig.

Das Fehlen eines mechanischen Generators ist bei Strom aus einer Gleichstromquelle ein weiteres Problem. Etablierte Stromnetze sind auf eine konstante Spannung und eine konstante Frequenz ausgelegt. Bei Gleichstrom fällt die Frequenz, die in einem Anteil der Leistung, der Blindleistung, die Richtung bestimmt, weg. Allerdings ist dieser Anteil auch der zur Not veränderliche Anteil, durch den plötzlichen Veränderungen entgegengewirkt wird, während die nutzbare Wirkleistung veränderlich ist. Bei Änderungen des Strombedarfs müsste sich bei Gleichspannung sofort die Energie ändern, die gespeichert wird. Bei regenerativen Energiequellen kommt hinzu, dass ein plötzlicher Abfall der hergestellten Leistung möglich ist. Da Photovoltaikzellen und Batterien keine sich träge bewegenden Elemente haben, haben Veränderungen hier sofort Auswirkung.

Energiespeicher fügen weitere Schwierigkeiten hinzu, weil sie neben physikalischer Elektronenbewegung auch chemische und strukturelle Materialkriterien haben. Sie sind aber wichtig, da elektrische Energie nur genutzt werden kann, wenn sie direkt besteht. Wird gerade keine elektrische Energie gebraucht, muss diese erstmal genutzt werden, um eine andere Energieform herzustellen. In Batterien ist das chemische Energie und in Pumpspeicherkraftwerken potenzielle Energie. Beide Energieformen werden durch andere Zusammenhänge beschrieben als elektrische Energie. Um trotzdem immer elektrische Energie nutzen zu können, müssen Speicher eingesetzt werden, bei denen auch die Kosten, Standorte, Sicherheit, Wartung, Effizienz… beachtet werden müssen. Dieser Bereich ist nicht mit einem Elektrotechniker abgedeckt. Stattdessen werden viele Experten aus vielen Fachrichtungen und Disziplinen gebraucht. Alleine für Energiespeicher entsteht also ein hoher Aufwand an spezialisierten Arbeitsplätzen.

 

Insgesamt sind die Änderungen größer als einfach die Energiequellen zu ersetzen. Das Fraunhofer-institut für Windenergie und Energiesystemtechnik hat durch ein Modell herausgefunden, dass die Energieversorgung in Deutschland trotzdem bereits möglich wäre, wenn bestehende Systeme als Beispiele betrachtet werden. Energiequellen können in Verwaltungsknoten erfasst werden und wie größere Kraftwerke betrachtet werden, Biomassekraftwerke reagieren so träge wie Kohlekraftwerke und wenn Kraftwerksbetreiber heute eine Woche im Voraus bekannt geben, wie viel Leistung sie zum Netz und zur Regelung beitragen, ist das auch täglich möglich. So können trotz Schwierigkeiten das Wetter und der Zustand der Speicher berücksichtigt werden. Während technische Möglichkeiten vorhanden sind, wird die Organisation und Kommunikation schwieriger. Intelligente Stromnetze können dabei auch an unseren Verbrauch angepasst sein oder Elektromobilität und Wärme miteinbeziehen. Eine radikale Veränderung unserer Energieversorgung schafft also auch Möglichkeiten für neue Ideen.

 

Bilder: Titel: "entropy ≥ memory.creativity²" Jef Safi, Kohlekraftwerk: "Drax Power Station" Ian Britton, Windräder: "Wind generators" BiggerPictureImages.com, Solarzellen: "Ivanpah Solar Power Facility 2" Justin Elliot über Flickr creative commons

           

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Kommentare (2)
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14.12.2015
FranziL hat geschrieben:
Guter Bericht, der das Thema sehr umfassend beleuchtet :)

@B0uld3r: Die Idee ist super, aber leider kaum umzusetzen, weil diese Akkus zum einen sehr teuer sind, meist eher kurzlebig sind und zum anderen dafür seltene Erden verbraucht werden, welche nicht in dem Maße zur Verfügung stehen in welchem sie für die Umsetzung dieser Idee gebraucht werden.
14.12.2015
B0uld3r hat geschrieben:
Sehr schöner, umfassender Bericht!
Eine mögliche Lösung wäre wahrscheinlich auch eine dezentrale Speicherung. Jeder Haushalt hätte eine Akkustation, die sich in einem Netzwerk befindet. So könnte man je nach Bedarf den Strom verteilen und hätte riesige Speicherkapazitäten.
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