Das Ende des fossilen Zeitalters flankiert in Deutschland der Ausstieg aus der Kernspaltung

Neues Stromzeitalter

Als Ersatz springen erneuerbare Energiequellen EE (Bild 1) für Strom/Wärme ein.

Bild 1: Erneuerbare Energien EE (ihr Anteil 2011 in D: 12,5 %)

Neben ihrem vielfach kürzeren Weg zum Verbraucher ist der Wirkungsgrad solcher Anlagen selbst bei Teillast oft höher.

Generatoren kleinerer Leistung, dezentralisiert und meist fern von Verbrauchsschwerpunkten angeordnet, muss das Netz als virtuelle Kraftwerke KW integrieren. Ihre Lieferfähigkeit hängt beim dominanten Ursprung Sonne, Wind von der Witterung ab. Um entstehende Volatilität aufzufangen, benötigt die Versorgung hochdynamische Netzregelungen, Energiemanagementmaßnahmen, flexible Grundlasterzeuger (bevorzugt thermische KW), Speicher, aber auch mathematische Simulationsmodelle.

Das Regierungsziel 2050 (80 Prozent EE bei 80 Prozent Effizienzsteigerung) bedingt starkstrom- und informationstechnische Innovationen, zielführende Normungsvorhaben, veränderte Marktmechanismen. Gemeinsam transformieren sie das Netz zum SMART GRID. Sparsamer Stromverbrauch bildet den Rahmen. Die Balance zwischen erneuerbaren und fossilen Quellen sowie unter Kleinanlagen und Groß-KW ist zu organisieren.

Derartige Erzeugung erreichte wirtschaftliches Niveau mit Erfolgen bei

  • Leistungselektronik
  • elektrischer Maschinen- und Antriebstechnik
  • Steuerungstechnik
  • Übertragungstechnologie in Verbrauchszentren (Supraleitung u. a.).
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Trotz unterschiedlicher Ausgangsarbeit stimmt ihr Prinzipaufbau überein (Bild 2), unterscheidet sich strukturell kaum von der klassischen Generierung.

Alle Ressourcen ergänzen sich zu einem unabhängigen "Stromsee". Außer Wind und Sonne stehen die anderen gleichmäßig, grundlastfähig zur Verfügung. So garantiert der Mix zusammen mit steuerbaren (www.isea.rwth-aachen.de) Kurzzeit- wie Langzeitspeichern eine sichere, unabhängige und klimafreundliche Versorgung.

Wind und Sonne

Ihre Nutzung (Tabelle) fördert die staatliche Abnahmegarantie des "grünen" Stromes.

In der Windkraftanlage WKA entsteht mechanische Energie, die ein doppeltgespeister Asynchron- oder ein permanent erregter Synchrongenerator mittels eines Umrichters in netzkompatiblen Wechselstrom umformt. Windmühlen (2 bis >5 MW) von on-shore- wie off-shore-Lagen werden zu Parks (perspektivisch sogar für Regelenergie http://www.statkraft.de) zusammengefasst, wobei Meeresstationen die Festlandbindung erfordern.

Bei der Photovoltaik wandeln Solarzellen (photovoltaischer Effekt) Sonnenlicht (künftig auch Infrarotstrahlung/Wärme) direkt in Gleichstrom. Zusammengeschaltet speisen sie (String-)Wechselrichter mit Hochsetzsteller-Funktion. Dünnschicht-Technologie, mikrokristallines Sliziumcarbid, organische Grundstoffe steigern ihre Effizienz.

Solarthermische Kraftwerke fokussieren über Spiegel Strahlungsenergie. Mit dem daraus gebildeten Wasserdampf erzeugen Turbinen oder Stirling-Motoren mittels konventioneller Elektro-Generatoren Strom (Parabolrinnen-KW http://www.desertec.org, Turm-KW). In unseren Breiten eignen sich Wärmetauscher-Anlagen zur Wassererhitzung.

Biomasse

Über Verbrennung/Vergasung bildet sich Strom/Wärme (Pellet-Heizung bis Heizkraftwerk/BHKW). Zusätzlich lässt sich Biomasse über chemische Energieträger (Wasserstoff, Biogas, Benzin) verwerten. Lediglich Reststoffe außerhalb der menschlichen Nahrungskette dürfen genutzt werden.

Brennstoffzelle BZ

Sie produziert aus Gasen (Wasserstoff, Methan, Biogas u.a.) in kalter Verbrennung (umgekehrte Elektrolyse) bei hohen Temperaturen neben Wasser sowie nutzbarer Wärme unmittelbar Gleichstrom. Die BZ eignet sich für tragbare Geräte (Laptops u.a.) ebenso wie für wie stationäre oder mobile Erzeuger (BHKW; Bild 3).

Geothermie und Umgebungswärme

In tiefen Schichten (≥ 3 Kilometer, ≥ 100 Grad Celsius) erschließt sich Erdwärme zur Stromerzeugung über eine Turbine. Oberflächennähe (einige hundert Meter, auch Bergwerke) liefert Wärme zum Kühlen oder Heizen. Beide Quellen erfordern einen Wasserkreislauf mit Wärme- beziehungsweise Umwälzpumpen sowie Wärmetauschern. Diese Technologie erlaubt den Bau unterirdischer Wärmespeicher.
Wärmepumpen entziehen der Umgebung (Luft, Wasser, Verlustleistungen) effizient Heizenergie.

Wasser

Neben festländischen Laufwasserturbinen erlangt Meerwasser Bedeutung. Sowohl Gezeiten- als auch Wellenbewegung erzeugen Strom. Einmal lässt sich der Tidenhub mit Röhrenturbinen (gefüllt mit Wasser oder verdichteter Luft) ausnutzen. Zum anderen treiben Ebbe und Flut ein auf dem Kopf stehendes Windrad an (Bild 4).

Ausblick

Trotz der unübersehbaren Erfolge (EE-Anteil 25 Prozent, gesteigerter Stromexport 2012 um ca. 300 Prozent) müssen zum Beherrschen der erkennbaren Risiken und Defizite (www.wifo.ac.at, WWW.TENNET.COM) konzertierte Maßnahmen wirksam umgesetzt werden (www.Energiewende180.de). Zugleich ist die ökölogische Gesamtbilanz der alternativen Generatoren zu prüfen/zu verbessern. Darüber hinaus wäre - dank planwirtschaftlicher Gesetzgebung - der Widerspruch zwischen dem großen Anteil grünen Stroms (zum Beispiel bestritten am 16.6.2013 kurzzeitig Wind/Sonne 60 Prozent der gesamten Erzeugung), sinkendem Börsenpreis und steigenden Energiepreisen für den Verbraucher kurzfristig aufzulösen. Das zeitweise Überangebot zwingt geradezu zur Speicherung, um Versorgungslücken während anderer Perioden zu überbrücken.

Fracking besitzt in Europa vorläufig keine Perspektive. Sofern die Kernfusion wirtschaftlich und sicher funktioniert, erscheint die Menschheit versorgt.

Kompatibel zur Energiewende sollte natürlich die staatliche Exportunterstützung für unsichere und umweltunfreundliche Technologien eingestellt werden. Kontraproduktiv wirkt gleichfalls das EU-Vorhaben der stärkeren KKW-Subventionierung.

Joachim Krause

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