ESSENTIAL Connected

05.07.2018

ZUGESCHALTET

Die Fähre MF Ampere verbindet nicht nur die norwegischen Orte Lavik und Oppedal, sondern auch die regenerative Energieerzeugung mit dem Verkehrssektor. Die Pionierarbeit des Betreibers Norled ist deswegen so wichtig, weil der Grünstrom in einer klimafreundlichen Welt nicht nur im Stromsektor selbst, sondern auch im Verkehr und bei der Wärmeversorgung ankommen muss. Fachleute sprechen von der „Sektorenkopplung“.

 

Regenerative Energieerzeugung

Die Grundlage einer klimaneutralen Welt liegt in der regenerativen Erzeugung von Strom. Das kann auf unterschiedliche Weise geschehen.

Station 1: Wasserkraftwerke

Sie haben eine lange Tradition: Wasserkraftwerke werden schon seit mehr als 100 Jahren genutzt, um klimafreundlich Strom zu erzeugen. Heute gewinnt Norwegen nahezu 100 Prozent seines Stroms auf diese Weise. Hoch in den Bergen werden Wasserspeicher angelegt, die vom Schmelzwasser der Gletscher gespeist werden. Um Strom zu erzeugen, wird das Wasser von diesen Speichern durch Tunnel in unterirdische Kraftwerke geleitet. Dort wird die kinetische Energie des fließenden Wassers mit Hilfe von Turbinen in mechanische Energie umgewandelt: Die Turbinen beginnen sich zu drehen und treiben Generatoren an, die Strom erzeugen. Das gleiche Prinzip wird auch an Stauseen im Flachland angewendet.

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Links: Norwegen verfügt über zahlreiche Wasserspeicher, in die das Schmelzwasser von Gletschern mündet.
Mitte: Aus dem Wellengang wird Strom: Ein schottisches Unternehmen erprobt derzeit diese Konstruktion.  
Rechts: Diese Gezeitenturbinen erinnern an Windräder auf dem Meeresgrund.

Station 2: Gezeiten- und Wellenkraftwerke

Eine neue Form, die Bewegungsenergie des Wassers zu nutzen, sind Gezeiten- und Wellenkraftwerke. Gezeitenkraftwerke ähneln Windkraftwerken und bestehen aus Unterwasser-Turbinen, die an geeigneten Stellen im Meer aufgestellt werden. Angetrieben werden sie von den Strömungen, die durch den ständigen Wandel von Ebbe und Flut entstehen. Um sie richtig effizient zu betreiben, benötigen sie Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens drei bis vier Metern pro Sekunde, wie sie vor allem vor den Küsten Frankreichs, Schottlands und Kanadas, aber auch vor Indonesien, den Philippinen und China vorkommen. Ihr größter Vorteil: Die Stromproduktion ist vorhersagbar, nach Ebbe und Flut kann man die Uhr stellen. Wellenkraftwerke sind noch im Erprobungsstadium und nutzen das Auf und Ab der Wellen, um Strom zu erzeugen.

ESSENTIAL Connected Offshore-Anlagen gelten als überaus ergiebige Stromlieferanten.

Station 3: Windkraftwerke

Schon seit dem Mittelalter wird die Energie des Windes mit Hilfe von Windmühlen genutzt, um Getreide zu mahlen, später auch um Maschinen anzutreiben. Heute zählen Windkraftanlagen an Land („onshore“) und im Meer („offshore“) zu den wichtigsten Quellen für erneuerbaren Strom. Die beweglichen Rotorblätter fangen den Wind ein und beginnen sich zu drehen, ein Generator nutzt die Rotation und erzeugt elektrische Energie. Moderne Offshore-Windräder erreichen inzwischen Rotordurchmesser von rund 170 Metern und kommen auf Nennleistungen von acht Megawatt; bereits 125 solcher Windräder können den typischen Block eines Kohlekraftwerks ersetzen. Inzwischen ist Windstrom auch auf dem Strommarkt konkurrenzfähig geworden.

Station 4: Photovoltaik und Solarthermie

Die Kraft der Sonne lässt sich auf unterschiedliche Weise nutzen. Photovoltaik-Anlagen auf Hausdächern und in Solarparks bestehen aus Solarzellen, in denen eine Schicht aus Silizium von den Photonen des Sonnenlichts optisch angeregt wird. Dabei werden die Elektronen im Silizium in einen frei beweglichen Zustand versetzt; ein elektrisches Feld im Inneren der Solarzelle bringt die Elektronen dann zu den Metallkontakten der Zelle, wo Strom fließt. Eine andere Variante: Das Sonnenlicht trifft auf Wasser, das in Kollektoren erwärmt wird. Solarthermie wird nicht nur auf Hausdächern, sondern auch in Kraftwerken genutzt. Dort wird nicht Wasser, sondern ein Öl erhitzt, das seine Energie über einen Wärmetauscher weitergibt, um Dampf zu erzeugen. Der treibt wiederum eine Dampfturbine an, mit der Strom erzeugt wird.

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Futuristische Anlage: Dieses solarthermische Kraftwerk steht in Marokko.

Stromsektor

ESSENTIAL Connected Die Energiewende wird Veränderungen bei den Stromtrassen nach sich ziehen.

Lange Zeit galt das recht einfache Prinzip, dass der Strom zunächst im Großkraftwerk erzeugt und dann über Hochspannungs- und Verteilnetze zu den Verbrauchern gebracht wird. In Zeiten erneuerbarer Energien wird diese Aufgabe viel komplexer. Denn Häuser mit Solardächern werden vom Abnehmer zusätzlich zum Produzenten von Strom. Hinzu kommt, dass die Erzeugung von Sonnen- und Windstrom wetterabhängig schwankt.

Für den Stromsektor bedeutet die Energiewende deswegen vor allem, dass die Netze ausgebaut werden müssen. Das kann nicht nur durch das Verlegen oder Verstärken von Leitungen, sondern auch durch intelligente Verteilnetze geschehen, die von Fachleuten „Smart Grids“ genannt werden. Dabei erfassen vernetzte Stromzähler Erzeugung und Verbrauch, eine Software errechnet dann Prognosen über Lastsituationen.


Verkehrssektor

ESSENTIAL Connected Brennstoffzellenantriebe können die emissionsfreie Mobilität voranbringen, sofern der Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen stammt.

Ein Haus an das Stromnetz anzuschließen ist recht einfach. Bei Fahrzeugen ist dies nur selten möglich, etwa im Schienenverkehr mit Hilfe von Oberleitungen. Um in der Breite den erneuerbaren Strom für unsere Mobilität zu nutzen, sind mobile Energiespeicher notwendig. Neben Batterien, in denen der Strom direkt gespeichert wird, können das auch Wasserstofftanks sein. Der Grünstrom wird dabei zur Herstellung von Wasserstoff genutzt, an Bord der Fahrzeuge wandelt eine Brennstoffzelle den Wasserstoff dann wieder in Strom um.

Station 1: Elektroautos

Elektrofahrzeuge gibt es inzwischen in vielen Varianten. In Hybridfahrzeugen ergänzt ein Elektromotor den Verbrennungsmotor. Dabei können inzwischen Reichweiten bis 50 Kilometer rein elektrisch gefahren werden. Reine Elektrofahrzeuge beziehen ihren Strom aus Batterien oder aus Brennstoffzellen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Grundsätzlich haben Elektroautos das Potenzial für eine CO2-neutrale Mobilität, wenn der Strom zum Laden der Batterien und die elektrische Energie zur Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen stammen. Elektrofahrzeuge haben noch einen weiteren, großen Vorteil: Sie gehen sehr effizient mit Strom um. Weil Elektromotoren einen hohen Wirkungsgrad haben, kommen mehr als 95 Prozent der Energie auch am Rad an.

ESSENTIAL Connected Die Deutsche Post DHL ist mit ihrem Streetscooter ein Vorreiter der Elektromobilität.

Station 2: Elektrische Nutzfahrzeuge

Ein großer Nachteil der Batteriespeicher liegt darin, dass ihre Energiedichte viel kleiner als die von Benzin oder Diesel ist. Deswegen bringen sie bei gleicher Leistung viel mehr Gewicht mit. Besonders bei schweren Nutzfahrzeugen wird dies zum Problem: Sie müssten so viel Batteriegewicht mit an Bord haben, dass die Nutzlast erheblich sinkt. Eine Lösung kann darin liegen, die Fahrzeuge mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff zu betreiben. Verkehrsbetriebe in Hamburg, Berlin und vielen anderen Städten weltweit testen Busse mit Brennstoffzellen. Bei kleineren Fahrzeugen im Lieferverkehr kommen auch batterieelektrische Antriebe zum Einsatz. Logistiker wie die Deutsche Post DHL haben dafür eigene Modelle entwickelt. Außerdem sollen auf einem Autobahnteilstück südlich von Frankfurt demnächst schwere Lkw mit Oberleitung erprobt werden.

Station 3: Elektrofähren

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Der Elektroantrieb eignet sich auch für Wasserfahrzeuge. So fuhr bereits von 1908 bis 1945 auf dem Rhein eine elektrische Fähre von Godesberg nach Niederdollendorf. Heute ist Norwegen Vorreiter bei Elektrofähren: Die 2015 in Betrieb genommene MF Ampere gilt als erste elektrische Autofähre der Welt. Das Schiff kann 120 Autos und 360 Passagiere über den sechs Kilometer breiten Sognefjord befördern und hat in den ersten drei Jahren bereits eine Strecke zurückgelegt, die einer Tour fünfmal um den Äquator entspricht. Nach Angaben des Betreibers ist die Fähre auch wirtschaftlich ein Erfolg, weil 70 bis 80 Prozent der Treibstoffkosten eingespart werden können. Inzwischen hat die Werft, die die MF Ampere gebaut hat, Aufträge über 53 weitere Elektrofähren erhalten.

 


Wärmesektor

Neben dem Strom- und dem Verkehrssektor ist der Wärmesektor der dritte Bereich, der für erneuerbaren Strom erschlossen werden muss. In vielen Ländern werden zum Heizen aber noch fossile Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas verwendet. Elektroheizungen galten lange Zeit als ineffizient und teuer. Als Alternative haben sich in den letzten Jahren Wärmepumpen etabliert. 2015 waren allein in Deutschland 600.000 Anlagen installiert, bis 2030 werden 2,6 Millionen erwartet. Wärmepumpen werden mit Strom betrieben und funktionieren ähnlich wie ein Kühlschrank: Sie entziehen einem Betriebsmedium, das zum Beispiel aus Grundwasser oder der Umgebungsluft bestehen kann, die Wärme, verdichten diese Wärme und geben sie an einen separaten Warmwasserkreislauf ab, der auch zum Heizen genutzt werden kann.


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