Es wird Zeit für Strom

Strom gewinnt. Entscheidend für die Zukunft der Erde wird sein, welche Energieform wir nutzen. Wo heute noch fossile Energieträger dominieren, bietet sich Strom als Alternative an.
Energieträger der Zukunft
Erneuerbarer Strom gilt als der bedeutendste End­energieträger der Zukunft.

 Wohlstand für alle, bei gleich­bleibendem oder sogar sinkendem Energieverbrauch: Diese Vorstellung haben Experten inzwischen aufge­geben. Denn der Trend geht eindeutig in die andere Richtung. Die globale Energie­­nach­­­frage wächst kräftig, und die Internationale Energie­agentur (IEA) schätzt, dass wir 2035 rund 36 Prozent mehr Energie verbrauchen werden als 2008. Verantwortlich dafür sind die wachsende Wirtschaft, vor allem in den Schwellen­ländern, und der Anstieg der Weltbe­völkerung.
Können wir angesichts dieser Vorhersagen unsere Klimaziele vergessen? Keineswegs. Entscheidend für die Zukunft unseres Planeten wird sein, welche Energieform wir nutzen. In vielen Bereichen, wo heute noch fossile Energie­träger das Sagen haben, bietet sich Strom als Alternative an, speziell dann, wenn er aus erneuerbaren Quellen stammt. 
Bricht ein neues Stromzeitalter an? Experten sind davon überzeugt. „Wir halten erneuerbaren Strom für den bedeutendsten Endenergieträger der Zukunft“, urteilt Professor Ulrich Wagner, Vorstandsmitglied des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Elektrizität sei einfach zu erzeugen, leicht zu transportieren und äußerst komfortabel und flexibel einsetzbar, ist die Quintessenz einer Studie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) aus dem Jahr 2010. Laut IEA wird bei keiner anderen Form von Endenergie die Nachfrage so stark steigen wie bei Elek­trizität. So dürfte der globale Stromverbrauch bis 2035 um rund 70 Prozent zunehmen – am meisten in Ländern mit wachsender Wirtschaft wie China.
Wie sich die Energienutzung in Eu­ropa verändert, lässt sich am Beispiel Deutschland zeigen. Laut einer Studie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) liegt der Anteil elektrischer Energie derzeit bei rund 22 Prozent des Endenergieverbrauchs und soll jährlich um 1,4 Prozent steigen, wobei eine Verschiebung von anderen Energieträgern zum Strom feststellbar ist.
Auch für Gebiete in Schwellenländern mit fehlender Infrastruktur bietet Strom eine Möglichkeit, sich rasch und kostengünstig ins 21. Jahrhundert zu katapultieren. Einfache Windturbinen können vor Ort zusammengebaut und aufgestellt werden. Kombiniert mit Solarzellen, versorgen sie sparsame LEDs als Beleuchtung, Hausgeräte, PCs und Handys. Auch kühlen lässt sich mit Sonnenenergie. Und die Umwelt profitiert, weil kein Feuerholz mehr genutzt werden muss.

Heizung von Gebäuden umstellen

Gebäude als Stromproduzent
Gebäude werden in Zukunft eine neue Rolle spielen: als Stromproduzent (etwa durch Photovoltaik), als Speicher und bei der Abstimmung von Verbrauch und Stromproduktion.

„In den Industrienationen verbraucht derzeit die Heizung von Gebäuden am meisten Energie. Dabei wird in vielen Fällen auf Gas- oder Ölheizungen gesetzt“, so KIT-Präsident Professor Eberhard Umbach. „Doch wenn Strom CO2-arm produziert wird und Gebäude wärmetechnisch saniert sind, dann ist der Wechsel zur elektrischen Wärmeversorgung sinnvoll.“ Das KIT rechnet daher damit, dass der Stromanteil am weltweiten Gebäudeendenergieverbrauch von heute 27 auf 37 Prozent im Jahr 2035 steigen wird. Gebäude entwickeln sich zunehmend zu Trendsettern beim intelligenten Umgang mit Energie. Hunderte Sensoren sammeln Informationen über Raumklima, Luftqualität oder Lichtbedarf der Nutzer, kombinieren sie mit Wetterdaten und schaffen so die Voraussetzung für ein Smart Building, das von einem intelligenten Managementsystem energieeffizient gesteuert wird. 

Elektroautos werden zum Hype

Elektroauto
Elektroautos leisten einen wesent­lichen Beitrag zum Umstieg auf CO2-freie Mobilität. Und sie können in der Stromwelt von morgen eine wichtige Rolle als Speicher übernehmen.

Auch im Straßenverkehr könnte Strom in Zukunft fossilen Energieträgern ihren führenden Platz streitig machen. Bisher entfällt in den Industrienationen nur ein geringer Prozentsatz des Stromverbrauchs auf den Transportsektor, und zwar fast ausschließlich auf den Schienenverkehr. Die Straßen beherrschen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, die weltweit für rund ein Fünftel des CO2-Ausstoßes verantwortlich sind. Der beginnende Hype bei Elektroautos könnte hier eine grundlegende Änderung herbeiführen. 
Allein der Plan der EU, bis 2015 den CO2-Ausstoß bei Neuwagen pro gefahrenem Kilometer stark zu beschränken, eröffnet dem Elektroauto enorme Marktchancen. Dazu kommen Förderungen zahlreicher Regierungen, die sich eindrucksvolle Ziele für den Umstieg auf Elektromobilität gesetzt haben. Deutschland will bis 2030 fünf Millionen Elektroautos auf die Straße bringen. Die USA und China wollen schon bis 2015 jeweils eine Million E-Autos nutzen können. Bis etwa 2020 erwartet die Investmentbank HSBC ein Marktvolumen von 473 Milliarden US-Dollar, aufgeteilt auf 8,7 Millionen reine Elektroautos und 9,2 Millionen Plug-in-Hybride. Auch bei Siemens arbeiten die Wissenschaftler an Konzepten für die Elektromobilität. Im Blickpunkt steht dabei das Gesamtsystem, von der Stromerzeugung über die -verteilung bis zum Tankvorgang.

Stromerzeugung ohne CO2

Ein Beitrag zum Klimaschutz sind alle diese Aktivitäten aber nur dann, wenn bei der Stromerzeugung kein CO2 anfällt. Die Produktion entscheidet also letztlich über den Erfolg des Stroms als Energie der Zukunft. Derzeit geht die Internationale Energieagentur davon aus, dass bis 2035 der Gesamtanteil von Kohle, Gas und Öl an der weltweiten Stromproduktion von 67 auf 55 Prozent sinken wird. Das bedeutet aber immer noch eine gigantische Menge an Treibhausgasen, die täglich in die Luft geblasen werden. Pro Kilowattstunde Strom aus Kohlekraftwerken in Europa werden 880g Kohlendioxid produziert. In Deutschland summiert sich das auf 350 Millionen Tonnen pro Jahr. Die Abtrennung und Speicherung von CO2 bleibt daher angesichts des steigenden Strombedarfs ebenso ein wichtiges Thema wie eine Maximierung der Wirkungsgrade der Kraftwerke. 
Parallel dazu wird der Anteil erneuerbarer Energieformen in den nächsten Jahren kräftig wachsen. Wasser, Wind oder Sonne werden ihren Anteil an der Stromproduktion von derzeit 19 auf 32 Prozent steigern. Dieser Trend spiegelt sich auch in den Prognosen über die Marktentwicklung wider. Siemens-Experten rechnen damit, dass 2020 bereits mehr als die Hälfte der weltweiten Investitionen auf dem Kraftwerksmarkt in die regenerativen Energien fließen werden. Und die Investmentbak HSBC erwartet, dass sich das weltweite Marktvolumen für die Produktion CO2-armer Energie zwischen 2009 und 2020 mehr als verdoppeln wird.

Unter den neuen, CO2-freien Stromquellen werden neben der Wasserkraft vor allem die Wind- und in etwas geringerem Umfang auch die Sonnenenergie  weltweit eine Vorreiterrolle einnehmen. Die Windindustrie soll mit 285 Milliarden Dollar 2020 den Löwenanteil am Gesamtmarkt der erneuerbaren Energien ausmachen, gefolgt von der Solarindustrie mit 116 Milliarden Dollar.
Und das sind nur die konventionellen Alternativen zur CO2-freien Stromgewinnung. Parallel dazu werden neue Methoden getestet und erforscht. Eine attraktive Quelle regenerativer Energie ist das Meer, wo Energie aus Strömungen, den Gezeiten und unterschiedlichen Salzkonzentrationen bei Flussmündungen gewonnen werden kann. Meeresströmungskraftwerke funktionieren wie im Ozean versenkte Windräder. Bereits heute ist eine solche Unterwasserstromfabrik des britischen Unternehmens Marine Current Turbines, an dem Siemens beteiligt ist, im irischen Strangford in Betrieb. Das Kraftwerk produziert mit einer Leistung von 1,2 Megawatt Elektrizität für 1.500 Haushalte und ist damit die derzeit leistungsfähigste Anlage der Welt. 
„Wir müssen auf allen Feldern intensiv forschen und sollten auch andere Energieträger wie synthetisch hergestellte Kohlenwasserstoffe oder Wasserstoff nicht vernachlässigen“, betont Dr. Eberhard Umbach, Präsident des Karlsruher Instituts für Technologie. Siemens arbeitet an einer besonders effizienten Form der Elektrolyse, bei der Wasserstoff aus Wasser erzeugt wird. Elektrolyseure könnte man bei Windparks aufstellen, mit überschüssigem Strom Wasserstoff erzeugen und mit dem energiereichen Gas bei Bedarf in klassischen Kraftwerken CO2-neutralen Strom herstellen. 

Stromspeicher gesucht

HGÜ - Hochspannungsgleichstromübertragung)
HGÜ (Hochspannungsgleichstromübertragung) bringt erneuerbaren Strom verlustarm zum Verbraucher.

Stromspeicher wie zum Beispiel Wasserstoff wären eine Möglichkeit, um die vom Wetter abhängigen schwankenden Stromlieferungen aus alternativen Quellen in vollem Umfang zu nutzen. Bisher stehen dafür vor allem Pumpspeicher von Wasserkraftwerken zur Verfügung. In Zukunft könnten auch Elektroautos als ein gigantischer Pool aus vielen kleinen Batterien als Speicher dienen. Die Batterien in zwei Millionen Elektroautos haben in etwa einen Energieinhalt von 40  Gigawattstunden – so viel, wie alle deutschen Pumpspeicherkraftwerke derzeit speichern können.
Grundsätzlich stellt der Ausbau der erneuerbaren Energien eine enorme Belastung der vorhandenen Stromnetze dar. Einerseits muss Strom weiter als bisher von den optimalen Standorten für die Gewinnung von Alternativenergie zu den Verbrauchszentren transportiert werden. In Deutschland müssten nach Angaben der Energieagentur bis 2020 rund 3.600 Kilometer Trassen gebaut werden, um den Strom zu den Verbrauchern zu bringen, was auch politisch nicht leicht durchzusetzen ist. Dazu kommt die grundsätzliche Änderung der Stromanlieferung. Statt großen, berechenbaren Partnern und einer überschaubaren Anzahl von Kraftwerken, werden in Zukunft Tausende Einfamilienhausbesitzer mit Solarzellen am Dach Strom liefern. Eine schwierige Situation für die Netze, die fein ausbalanciert sein müssen. Um alle diese Anforderungen zu bewältigen, muss das Stromnetz vor allem eines werden: intelligent. 

Smart Grids im Aufbau

An intelligenten Netzen, sogenannten Smart Grids, wird derzeit intensiv gearbeitet, wobei Österreich im Siemens-Konzern eine bedeutende Rolle spielt. Experten beschäftigen sich mit der Entwicklung von Regelstrategien, die dafür sorgen, dass Fluktuationen in der Stromeinspeisung schnellstens ausgeglichen werden können. Dafür müssen alle im Netz befindlichen Anlagen in Millisekunden Informationen austauschen können.
Ein Beispiel für die Vermeidung von Problemen ist die Integration von Wechselrichtern ins Netz. Wechselrichter haben die Aufgabe, den Sonnenstrom an die Bedürfnisse unserer Stromnetze anzupassen. In Zukunft sollen sie auch Blindleistung aus dem Netz nehmen können. 

Aktive Player im Stromnetz

Ein Großteil der Netzprobleme durch die Nutzung alternativer Energieträger ließe sich vermeiden, wenn es gelänge, Stromverbrauch und Stromproduktion besser zu koordinieren. Gebäude oder Gebäudegruppen könnten als aktive Player eine entscheidende Rolle bei der Lastverschiebung spielen. Sie könnten den Energieversorgern anbieten, den Stromverbrauch so zu steuern, dass die Lastspitzen im Netz entschärft werden und große Stromverbraucher vor allem dann laufen, wenn Windräder, Solarkraftwerke und Photovoltaikmodule Strom im Überfluss liefern. Das reduziert auch die Stromkosten der Gebäudenutzer. Experten erwarten für die nahe Zukunft einen Strompreis, der sich im Stunden- oder gar Viertelstundentakt ändern kann. 
Gemeinsame Studien von Siemens und der TU München haben ergeben, dass das Lastverschiebungspotenzial vor allem in Bürogebäuden groß ist. So lässt sich etwa die Lüftung in normal besetzten Büros bis zu einer halben Stunde komplett abschalten, ohne dass es stickig wird. Abgesehen von den Stoßzeiten kann man die Geschwindigkeit der Aufzüge für mehrere Stunden drosseln, was den Strombedarf um rund zehn Prozent reduziert. Die Pumpen, mit denen die Brauchwassertanks gefüllt werden, können mit bis zu 12 Stunden Verspätung angeworfen werden. Die vielen hundert Parameter und Messwerte, die heute in ein modernes Gebäudeleitsystem einfließen, wird die Lastverschiebungssoftware, die auch Teil einer Leittechnik wie Siemens Desigo-sein wird, verknüpfen und nützen. 

Die neue Rolle der Verbraucher

Das prognostizierte Stromzeitalter bringt uns auch als einzelnen Konsumenten viele neue Möglichkeiten. Wir können entscheiden, ob wir nur Stromverbraucher, Stromproduzent oder mit einem Elektroauto Stromspeicher sein wollen. Und wir können aktiv am Lastenausgleich mitwirken. Dafür  werden wir mit einem niedrigen Strompreis belohnt. Natürlich wird es weiterhin jederzeit Strom geben, allerdings zu unterschiedlichen Preisen. Beim gezielten Sparen werden uns die Energieversorger helfen. 

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