Energiewende: komplexe Herausforderungen für sichere Energieversorgung in der Zukunft

Energiewende: komplexe Herausforderungen für sichere Energieversorgung in Zukunft

Aufmacherbild: (C) Armin Kübelbeck via Wikipedia, CC BY-SA 3.0

Mit der Energiewende hat sich Deutschland eine anspruchsvolle Herausforderung gestellt. Wenn das Ziel ist, von fossilen Ressourcen ebenso wie auch von der Atomkraft unabhängig zu werden, wird die zuverlässige und bezahlbare Versorgung mit Energie zu einer komplexen Aufgabe. Erneuerbare Energiequellen spielen dabei eine wichtige Rolle, aber keinesfalls die einzige. Auch Transport und Speicherung von Energie, bedarfsgerechte Steuerung des Stromnetzes sowie die Einsparung von Energie auf der Verbrauchsseite sind Faktoren, von denen das Gelingen der Energiewende abhängt.

Diesen Herausforderungen gegenüber steht die Chance für deutsche Unternehmen, zum weltweiten Vorreiter eines modernen Energieversorgungskonzepts zu werden. Damit verbunden ist die Hoffnung, dass sich heutige Investitionen in die Energiewende als Innovationen, Geschäftsmodelle und Exportchancen von morgen bezahlt machen könnten. Deshalb beschäftigen sich selbstverständlich auch Forschungsinstitutionen intensiv mit allen Aspekten der Energiewende.

Der vielleicht interessanteste Aspekt dabei: Forschungsprojekte und Anwendungen finden sich auf wirklich allen Ebenen. Sie beginnen im Kleinsten – zum Beispiel wenn Geräte im Internet der Dinge Strom aus ihrer unmittelbaren Umgebung beziehen. Er wird erzeugt etwa durch mikroskopische Bewegungen, aus der in Funkwellen enthaltenen Energie oder aus der mechanischen Energie, die beim Tippen auf einer Tastatur aufgebracht wird. „Energy Harvesting“ ist der Fachbegriff für diese Technologie.

Energy Harvesting – Kleingeräte holen sich Energie aus ihrer Umgebung

Am Karlsruher Institut für Technologie, Fachbereich Mikrostrukturtechnik (IMT), wird an Energy-Harvesting-Systemen geforscht, die Schwingungsenergie oder Abwärme ihrer Umgebung nutzen. Auf induktive, kapazitive und piezoelektrische Generatoren, die ebenfalls Schwingungen nutzen, hat sich das Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg spezialisiert. Ebenfalls in Freiburg arbeiten aktuell 21 Stipendiaten im Forschungscluster „GRK Micro Energy Harvesting“ an Strategien zur Energiewandlung, Energiespeicherung und zum Energiemanagement. Im Fokus stehen Technologien, die Energie aus Licht, Wärme, Bewegung und chemischer Energie in der lokalen Umgebung eines Sensorknotens „ernten“ und in elektrische Energie umwandeln.

Und auch Startups haben längst erkannt, dass innovative Ideen und Technologien im Umfeld der Energiewende eine Basis für wirtschaftlichen Erfolg sein können. So hat es das Startup otego, unter die Finalisten im Gründerwettbewerb CODE_n geschafft. Ziel von otego ist die Produktionsautomatisierung von gedruckten, thermoelektrischen Generatoren zur Energieerzeugung aus Wärme. Die elektrischen Schaltungen werden bereits heute auf ultradünne Folien gedruckt. Dies gilt als technologischer Durchbruch, denn Wärme gibt es überall – oft sogar viel mehr als eigentlich benötigt wird. Das Startup macht daraus Strom.

Autarke Energiedörfer leben vor, wie es gehen könnte

Und die Projekte erstrecken sich bis hin zum Großen – etwa wenn Gemeinden beweisen, dass sie erheblich mehr Energie produzieren können als sie selbst verbrauchen. Beispiele wie Wildpoldsried bei Kempten im Oberallgäu erlangen so als vorbildhaftes  „Energiedorf“: weltweite Berühmtheit. Mittels erneuerbarer Energien erzeugt Wildpoldsried gut fünf Mal so viel Strom wie es selbst verbraucht. Dafür wurde die Gemeinde mehrfach mit deutschen und internationalen Preisen geehrt.

Auch Neuerburg in der Eifel (Rheinland-Pfalz) setzt auf autarke Energie-Versorgung. Hier wurde ein Stadtviertel entwickelt, das mehr Energie erzeugt als verbraucht. Die Häuser beziehen bei extrem niedrigem Energieverbrauch Strom aus eigenen Solaranlagen und Wärme per Nahwärmenetz aus Deutschlands erstem Solarheizkraftwerk. Und die Straßenlaternen sind gar nicht ans Stromnetz angeschlossen, sondern versorgen sich mit Solarzellen und Akkus komplett selbstständig.

Dies sind nur zwei Beispiele für lokal erfolgreiche Projekte auf dem Weg zur bundesweiten Energiewende. Diese und weitere Erfolgsgeschichten haben wir auf intelligente-welt.de bereits als Teil unserer Serie „Landleben 2.0″ vorgestellt: „Von intelligenten Mobilitätskonzepten bis zu autarken Energiedörfern“.

Erneuerbare Energien im Fokus der Forschung

Um für die Forschung rund um erneuerbare Energiequellen optimale Ausgangsbedingungen zu schaffen. So unterstützen das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)  entsprechende Forschungsanstrengungen mit der Förderinitiative „F&E für Photovoltaik“. Seit 2015 und Über einen Zeitraum von drei Jahren stellen die Ministerien rund 50 Millionen Euro für die Solarstromforschung bereit. Auf www.solarstromforschung.de kann man sich die geförderten Projekte im Detail ansehen.

Dabei beschäftigen sich aber natürlich nicht nur Forscher in Deutschland mit den Bedingungen und Details erneuerbarer Energien. Ein besonders interessantes Beispiel aus Kalifornien stellten wir vor einigen Monaten auf intelligente-welt.de vor: „Wie Solarkraftwerke von einem Zwei-Minuten-Blick in die Zukunft profitieren.“ In diesem Beispiel dient ein cleveres Sensor-Netzwerk in Verbindung mit innovativen Algorithmen dazu, exakte Kurzzeit-Wetterprognosen für die Standorte von Solarkraftwerken anzustellen.

Clevere Stromspeicher und smarte Netze

Photovoltaikanlagen und Windkraft stellen Energieversorger und Betreiber von Stromnetzen allerdings vor besondere Herausforderungen: Denn sie erzeugen nur dann Strom, wenn die Sonne scheint beziehungsweise der Wind weht. Benötigt wird der Strom aber rund um die Uhr. Deshalb muss das Stromnetz intelligent werden – man sprich vom „Smart Grid“. Wie die intensivere Vernetzung von Kraftwerken, Transportnetzen und Energieverbrauchern die Anforderungen der Energiewende besser lösen kann, ist Gegenstand umfangreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Stellvertretend für unzählige Institutionen, die sich mit diesem Thema befassen, sei das  Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE)  genannt.

Doch letztlich stellt sich in diesem Zusammenhang immer auch die Frage, wo der Strom zu Zeiten herkommen soll, in denen keine Einspeisung aus regenerativen Energiequellen erfolgen kann. Viel vesser als in solchen Fällen doch wieder umweltschädliche Kohlekraftwerke anzuwerfen, wäre es sicherlich, vorher ökologisch erzeugen Strom für spätere Verwendung speichern zu können. Diese Aufgabe ist alles andere als einfach zu lösen – doch unser Beitrag „Deutschland sucht den Superspeicher“ zeigt einige Ideen und Konzepte, die Unternehmen und Forscher zur Lösung dieses Problems untersuchen.

Ein anderer, überraschender Lösungsansatz: „Power-to-Gas“ oder kurz P2G. Bei diesem Konzept wird großen Anlagen überschüssiger Strom aus Windkraft und Solaranergie in Wasserstoff oder Methan umwandelt. Das Gas kann dann in die bereits bestehenden Gasnetze gepumpt und dort gespeichert werden. In Gaskraftwerken lässt es später bei Bedarf wieder zu Strom umwandeln und beispielsweise ein Blockheizkraftwerk für das Strom- und Fernwärmenetz antreiben.

Doch auch zum Konzept eines zentralen Steuer-Netzwerks gibt es Alternativvorschläge: So könnten Big Data und die Idee der „Share Economy“ dazu führen, dass Privathaushalte, die etwa eine Photovoltaikanlage betreiben, überschüssigen, selbst produzierten Strom über „soziale Stromnetze“ beziehungsweise „Social Energy“ selbst vermarkten.

Die Intelligente Welt ist mitten drin

Sie sehen: Die Problemstellungen der Energiewende sind zwar komplex, aber Forscher, Startups und Unternehmen liefern auch viele smarte Ideen zu ihrer Lösung. Intelligente-Welt.de verfolgt diese Diskussionen gespannt – und befindet sich nicht selten mitten drin. So ist Intelligente-Welt-Moderator Christian Spanik häufig als Moderator von Fachkongressen aktiv, wie sie etwa der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) regelmäßig veranstaltet. Hier kommen Vertreter aller beteiligten Player regelmäßig zusammen, um sich über bekannte und neue Lösungsvorschläge und das Vorankommen bei ihrem gemeinsamen Ziel Energiewende auszutauschen.

Klar ist aber: Auch der Energie-Kunde muss sich künftig bewusster mit seinem Energiekonsum und seiner neuen Rolle als Prosumer auseinander setzen. Welche Faktoren und Fragestellungen dabei zu beachten sind, zeigt etwa diese von Christian Spanik moderierte, rund einstündige Podiumsdiskussion unter dem Titel „Der Energiekunde 2030 – sind wir bereit für ihn“? Nach Antworten suchen Andreas Dutz von Microsoft Deutschland, Dr. Susan Hennersdorf von EnBW, Dr. Kristina Rodig von E.ON, Udo Sieverding von der Verbraucherzentrale NRW und Christian Meyer-Hammerström von den Osterholzer Stadtwerken.

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