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Hintergrundinformation Eine Infrastruktur Erneuerbare Energieträger, vor allem Wind und Sonne, kann man nur dann nutzen, wenn die Sonne scheint und der Wind weht. Während Wärme zumindest über kürzere Zeiträume leicht in Warmwassertanks gespeichert werden kann, ist für die umfassende Nutzung erneuerbaren Stroms eine angepasste Infrastruktur notwendig, die sowohl die Energiespeicherung als auch ein angepasstes und “intelligentes” Stromnetz umfasst.
Das heutige Stromnetz ist nicht für die Nutzung erneuerbarer Energien in großem Umfang gebaut: Das Hochspannungsnetz dient vor allem dazu, den Strom aus den im Prinzip verbrauchernah gebauten Kraftwerken zu ersetzen, wenn diese einmal ausfallen. Vor allem die großtechnische Erzeugung von Strom braucht aber einerseits mehr Transportkapazität - Strom aus Windparks in der Nordsee oder aus Sonnenkraftwerken rund ums Mittelmeer wird eben nicht dort erzeugt, wo er gebraucht wird - und fällt andererseits in schwankenden Mengen an. Ein für erneuerbare Energiequellen ausgebautes Hochspannungsnetz hätte einen weiteren Vorteil: Sonne und Wind schwanken nicht nur kurzfristig, sondern auch saisonal - die Sonne liefert vor allem im Sommerhalbjahr Strom, der Wind im Winterhalbjahr. Werden Wind- und Sonnenkraftwerke in einem großräumigen Stromverbund verknüpft, ergänzen sich beide: Irgendwo scheint immer die Sonne, irgendwo weht immer Wind. Daher werden desto weniger Kraftwerke und andere Technologien für den Ausgleich von Schwankungen (>> unten) gebraucht, je mehr Kapazität für die Fernübertragung von Strom zur Verfügung steht. Herkömmliche (Wechselstrom-)Hochspannungsleitungen sind wegen zu hoher Verluste für die nötigen Distanzen aber ungeeignet. Für die Übertragung von Strom über weite Strecken - so dass etwa Sonnenenergie aus Spanien die Windschwankungen in der Nordsee ausgleichen kann - soll daher die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) genutzt werden. Ein HGÜ-Netz hätte geringere Übertragungsverluste und wäre besser steuerbar, was seine Nachteile (höhere Kosten) ausgleicht; außerdem können sie kostengünstig unterirdisch verlegt werden, was die Akzeptanz in der Öffentlichkeit erhöhen dürfte. Die Technik ist bewährt und wird seit fast 60 Jahren eingesetzt; jüngstes Beispiel ist das Norned-Unterseekabel, das Norwegen und die Niederlande miteinander verbindet. Bei einer Länge von 1.000 Kilometern betragen die Verluste nur 3 Prozent, die Hälfte der Verluste von Wechselstromleitungen (dazu kommen noch 1,5 Prozent für die beiden Konverterstationen, an denen der Wechselstrom gleichgerichtet bzw. wieder in Wechselstrom umgewandelt wird). Nun geht es darum, die vorhandenen HGÜ-Fragmente zu einem europäischen, bis nach Nordafrika reichenden, “Supernetz” auszubauen. Dabei könnten auch norwegische Wasserkraftwerke, die als Zwischenspeicher dienen könnten (>> unten) mit eingebunden werden. Daneben führt aber bei großtechnischer Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen kein Weg darum herum, auch das konventionelle Hochspannungsnetz auszubauen, nur mit dem HGÜ-Netz wird sich der Strom nicht von Anlagen zu den Verbrauchern bringen lassen. Hochspannungsleitungen sind unbeliebt, und wo immer welche gebaut werden sollen, regt sich Widerstand in der Bevölkerung. Zahlreiche Experten fürchten inzwischen, dass dieser Widerstand die Chancen für wirksamen Klimaschutz mindert. Auch diese Leitungen lassen sich unterirdisch verlegen - das ist aber bis zu fünfmal so teuer wie eine oberirdische Leitung. Solange wir nicht bereit sind, unseren Stromverbrauch deutlich abzusenken, so dass er aus lokalen Quellen gedeckt werden kann, sind erneuerbare Energien mit neuen Hochspannungsleitungen tatsächlich die Alternative zur bisherigen, klimabelastenden Energiepolitik. Aus diesem Grund setzen auch alle anderen Länder, die erneuerbare Energien massiv ausbauen, auf neue Stromnetze: In den USA wird ein Unified National Smart Grid von “Repower America” als einer von vier Meilensteinen auf dem Weg zu einer vollständigen Versorgung mit erneuerbaren Energien gesehen (und von Präsident Obama unterstützt); China hat bereits mit dem Bau des modernsten Hochspannungsnetzes der Welt mit einem 800-Kilovolt-Supernetz begonnen, es soll bis 2020 in Betrieb gehen. “Smart” wird ein Supernetz übrigens in Kombination mit “schlauen”, lokalen Stromnetz (siehe folgendes Kapitel); die Kombination aus besseren Hochspannungsnetzen und intelligenten Stromnetzen wird auch als Super-Smart-Grid bezeichnet. “Schlaue Stromnetze” Ein “schlaues Stromnetz” (engl. smart grid) nutzt moderne Informations- und Kommunikationstechniken, um lokal Stromerzeugung und Verbrauch auszugleichen. Dieses Netz erlaubt, die Stromverbraucher über den Zustand des Netzes zu informieren (smart metering - “intelligente Stromzähler”) und etwa über gestaffelte Preise dazu zu animieren, ihren Verbrauch möglichst in Zeiten zu legen, in denen genug Strom zur Verfügung steht (wie Industriebetriebe das heute schon unter dem Stichwort “Lastmanagement” tun). Damit werden Elektrogeräte möglich, bei denen die Nutzer eingeben können, bei welchem Strompreis sie sich einschalten und bei welchem sie sich wieder ausschalten sollen - so können etwa Kühlschränke ihren Kompressor zu Zeiten, in denen Spitzenlaststrom besonders teuer ist, einfach kurz abschalten; Waschmaschinen nur in Zeiten des billigsten Stromes laufen. Außerdem können solche Stromnetze lokale Energiespeicher (siehe nächstes Kapitel), zukünftig etwa die Batterien von Hybrid- und Elektroautos (>> hier), in das Netz einbinden. Mit diesen Maßnahmen kann die (teure) Erzeugung von Spitzenlaststrom, mit dem heute Schwankungen zwischen Stromangebot und -nachfrage ausgeglichen werden, verringert werden - die Energieversorgung würde billiger und umweltfreundlicher. Heute ist aber noch unklar, in welchem Ausmaß Verbraucher ihr Verhalten ändern und die Möglichkeiten dieser Technologie auch nutzen werden. Speicherung von Wind- und Sonnenstrom Schwankungen bei Wind- und Sonnenenergie kann man auch mit anderen, flexibleren erneuerbaren Energiequellen ausgleichen: Auf lokaler Ebene mit “regenerativen Kombianlagen”, in denen beispielsweise Biomasse genutzt wird, um mittels Holz- oder Biogas-Kraftwerken Strom zu erzeugen, wenn Wind und Sonne nicht ausreichen. Aber aufgrund der Grenzen der Biomassenutzung (>> hier) ist dieses Potenzial begrenzt. Vor allem kann damit kein überschüssiger Strom gespeichert werden. Dieser wird aber absehbar in größerem Umfang anfallen, wenn die geplanten Offshore-Windkraftanlagen in Nord- und Ostsee fertig gestellt werden. Auf “konventionelle” erdgasbetriebene Kleinkraftwerke setzt daher der Ökostromanbieter Lichtblick bei seinen “ZuhauseKraftwerken”: Auch diese lassen sich so steuern, dass Schwankungen bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energiequellen ausgeglichen werden; die anfallende Wärme wird gespeichert. Die Anlagen lassen sich im Prinzip auch mit Biogas in Erdgasqualität betreiben (Lichtblick selber mischt seinem Erdgas Biogas zu); als Kraft-Wärme-Koppelungsanlagen vermeiden sie in jedem Fall die enormen Wärmeverluste von Großkraftwerken (>> hier). Der klassische Weg zum Speichern überschüssigen Stroms sind Pumpspeicherkraftwerke: Bei einem Überangebot an Strom wird Wasser in hochgelegene Stauseen gepumpt, und bei Strommangel mit der Wasserkraft Strom erzeugt. In Deutschland gibt es Pumpspeicherkraftwerke mit einer Leistung von etwa 7.000 Megawatt; aber für weitere Pumpspeicher fehlen hier geeignete Standorte. Daher wird daran gedacht, die norwegischen Wasserkraftwerke, die heute fast den gesamten Strom Norwegens erzeugen, mit Pumpen und Steigleitungen zu versehen. Damit würde die Pumpspeicherkapazität enorm ausgebaut. Allerdings wäre diese Technik auf weit größere Stromtransportkapazität - den Anschluss an das europäische Supernetz - angewiesen. Auch andere Technologien werden entwickelt: Unterirdische Druckluftspeicher (mit überschüssigem Strom wird Druckluft erzeugt, und mit dieser im Bedarfsfall Strom; die erste deutsche Anlage arbeitet seit 1978 im niedersächsischen Huntorf) und auf die Erzeugung von Wasserstoff (siehe >> hier). Die Erzeugung von Wasserstoff ist vor allem für längere Speicherzeiträume preisgünstiger als die Erzeugung von Druckluft, allerdings sind die Energieverluste größer. Wie groß der Bedarf an Speichern bei einer Energieerzeugung ausschließlich aus erneuerbaren Energiequellen ist, ist nicht genau bekannt; und hängt auch von Faktoren wie etwa dem Ausbau des Stromnetzes (siehe oben) ab. Schätzungen reichen von 0,5 bis 8 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs; im obersten Fall wäre das etwa 1000 Mal soviel Speicherkapazität wie heute vorhanden. Daher sucht die Energiewirtschaft nach weiteren Speichermöglichkeiten. Ein Hoffnungsträger sind Elektroautos: Energiespeicher Plug-In-Hybrid- und Elektroauto Die Akkus zukünftiger Plug-In-Hybrid- (das sind Hybridautos, deren Akkus am Stromnetz aufgeladen werden können) und Elektroautos könnten in Kombination mit einem intelligenten Stromnetz als Speicher dienen, und den Autobesitzern Geld sparen: Geladen werden die Akkus, wenn Strom billig ist, verkauft wird der Strom, wenn er besonders teuer ist. Immerhin wird ein Auto durchschnittlich 90 Prozent seiner Lebenszeit nutzlos geparkt. Hybridautos könnten mit ihrem Motor - oder in fernerer Zukunft mit Brennstoffzellen - in Spitzenzeiten sogar Strom erzeugen, geparkte Autos also zu einem “Kraftwerkspark” werden. Diese Speichertechnologie hängt freilich, wie die Zukunft der Hybrid- und Elektroautos insgesamt, von Fortschritten in der Batterietechnologie ab (>> mehr). Stromspeicherung mit Akkumulatoren Von der Entwicklung der Batterietechnologie für Elektroautos wird die Stromindustrie in jedem Fall profitieren: Batterien stellen einen wichtigen Baustein zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen dar. Moderne Akkus können in wenigen Millisekunden Strom zur Verfügung stellen, und sind darin jeder Art von Kraftwerk überlegen. Der modernste Batterietyp, zimmergroße Natrium-Schwefel-Akkus eines japanischen Herstellers, sind jedoch auf Jahre ausverkauft; zukünftig sollen aber auch aus Autoakkus zusammengesetzte Anlage diese Rolle spielen können. Optimisten gehen davon aus, dass die Nanotechnologie oder magnetische Stromspeicherung in Zukunft zu Durchbrüchen bei der Speichertechnologie führen werden. Webtipps Mehr über das amerikanische Supernetz: Repower America >> Energy Infrastructure Mehr über intelligente Stromnetze: |
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