Der Umbau der Energiewirtschaft – Probleme und Lösungsideen

Problem 1: Schwankende Energieerträge

Die Stromerzeugung mit Solar- und Windkraft ist mittlerweile gegenüber konventioneller Stromerzeugung wirtschaftlich konkurrenzfähig. Warum also nicht zügig den Ausbau vorantreiben? Mehrere Probleme müssen gelöst werden: Windparks benötigen lange Planungszeiträume, die Akzeptanz ist nicht überall gegeben, das Stromnetz muss erweitert werden, weil der Strom nicht dort verbraucht wird, wo er am günstigsten erzeugt werden kann. Das möglicherweise am schwierigsten zu lösende Problem ist die Abhängigkeit von den Witterungsbedingungen: Bei Dunkelheit und Windstille wird kein Strom erzeugt - vor allem in den Wintermonaten gehen die Erträge deutlich zurück.  

Lösungsvorschlag: Neue Speichertechniken

Bei Stromüberschuss wird in einem Behälter oder einem unterirdischen Hohlraum Druck aufgebaut , der dann bei erhöhtem Energiebedarf abgelassen wird. Behälter, vor dem zwei Arbeiter stehen.
Bodenseeprojekt des Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik

Was benötigt wird, sind große Stromspeicher. Es gibt seit langem Pumpspeicherkraftwerke, in denen bei geringer Energienachfrage Wasser von einem tiefer gelegenen See in einen höher gelegenen See gepumpt wird. Steigt die Nachfrage nach Strom, lässt man das Wasser wieder den Berg hinunterfließen und treibt damit eine Turbine an. Der Nachteil dieser Technik: Hohe Investitiotonen und wenige Orte, an denen solche Kraftwerke errichtet werden können. Zudem führen sie zu einem erheblichen Eingriff in die Landschaft. Dennoch gibt es Überlegungen, neue Kraftwerke in den Alpen oder in Norwegen zu bauen. Abgesehen davon wird an verschiedenen anderen Speichertechniken geforscht. Einige davon arbeiten mit Wasser- oder Gasdruck: So kann bei Stromüberschuss in einem Behälter oder einem unterirdischen Hohlraum Druck aufgebaut werden, der dann bei erhöhtem Energiebedarf abgelassen wird. Das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) hat 2016/17 ein Verfahren getestet, bei dem Betonkugeln verwendet und in großer Wassertiefe installiert werden (siehe Foto). Bei Stromüberschuss wird Wasser aus den Kugeln gepumpt. Benötigt man Strom, strömt das Wasser (angetrieben von dem hohen Druck unter Wasser) in die Kugeln zurück und treibt dabei eine Turbine an. Das Verfahren ist für die Speicherung von Energie in der Nähe der besonders ertragreichen Offshore- Windparks geeignet. Dort sollen die Kugeln dann einen Durchmesser von 30 Metern haben.

Weitere Informationen zu diesem Projekt finden sich hier: www.sueddeutsche.de/wissen/ stromspeicher-die-energie-kugel-1.3290867 (www.sueddeutsche.de Suchwort „Betonkugeln“)

Problem 2: Es wird nicht ohne Verbrennung von Gas oder Treibstoffen gehen

Den Pkw-Straßenverkehr auf Elektrofahrzeugemit Batterie umzustellen, ist technisch einlösbares Problem. Aber batteriebetriebene Flugzeugesind derzeit kaum denkbar. Und wohersoll in Zukunft die Wärme zum Heizen oder fürden Einsatz bei industriellen Verarbeitungsprozessenkommen?

Lösungsvorschlag: Power-to-Gas-Technologie

Das Bild zeigt die Verknüpfung von Strom- und Gasnetz mit Hilfe von Power-to-Gas-Technik (GuD-Kraftwerk = Gas und Dampfkraftwerk, BHKW = Blockheizkraftwerk). Mit dem sogenannten Power-to-Gas-Verfahren wird zunächst Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten (Elektrolyse); in einem zweiten Schritt kann aus Wasserstoff und Kohlendioxid Methan hergestellt werden (Methanisierung). Methan ist der Hauptbestandteil des Erdgases und kann direkt im Erdgasnetz gespeichert werden. Von dort aus kann man es in herkömmlichen Heizungen verbrennen oder aber in einem modernen Kraftwerk Strom herstellen – etwa in Zeiten, in denen bei Dunkelheit und Windstille das Stromangebot nicht ausreicht. Auch eine Weiterverarbeitung des Methans zu flüssigem Treibstoff ist möglich, etwa für den Einsatz im Luftverkehr. Ein rein elektrischer Betrieb mit Batterien ist hier nicht möglich. Werden die Produkte verbrannt, so ist der Prozess insgesamt dennoch CO2-neutral, weil bereits zuvor Kohlendioxid verwendet wurde. Ein Nachteil besteht darin, dass bei den Umwandlungsprozessen viel Energie verloren geht. Würde solch ein System flächendeckend zum Einsatz kommen, wären Mengen an regenerativem Strom erforderlich, die auch bei einem beschleunigten Ausbau von Windkraft und Photovoltaik in Deutschland auf absehbare Zeit nicht zur Verfügung stehen.

Quelle: Zentrum für Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Themenseite Power-to-Gas (www.zsw-bw.de/forschung/regenerativekraftstoffe/themen/power-to-gas.html)

Aufgaben

  • Teilt die beiden vorgestellten Problemstellungen untereinander auf. Lest die Texte und erklärt euch gegenseitig, worum es geht.
  • Denkt darüber nach, welche weiteren Probleme bei einer Umstellung auf 100 Prozenterneuerbare Energien auftreten. Formuliert Fragestellungen und versucht, sie mit einer Internet-Recherche zu beantworten.