Seit einigen Jahren wandelt sich das Bild der Energieversorgung, bisher auf den fossilen und nuklearen Energieträgern beruhend. Bedingt durch die endlichen Reichweiten dieser Energieträger sowie des Bewusstseins um die schleichenden Konsequenzen des Klimawandels, kommt es zum Nachdenken.
Seit einigen Jahren wandelt sich das Bild der Energieversorgung, bisher auf den fossilen und nuklearen Energieträgern beruhend. Bedingt durch die endlichen Reichweiten dieser Energieträger sowie des Bewusstseins um die schleichenden Konsequenzen des Klimawandels, kommt es zum Nachdenken. Laut dem „business ass usual“-Szenario der Internationalen Energieagentur (IEA) wird sich die globale Energienachfrage um weitere 36 Prozent bis zum Jahr 2035 im Vergleich zum Jahr 2008 erhöhen. Für die Europäische Union wird die Abhängigkeit hinsichtlich des Erdöls und des Erdgas auf nahezu 90 Prozent bis zum Jahr 2030 steigern. Auch wenn die Industrieländer ihren Energieverbrauch durch den erhöhten effizienten Energieverbrauch vermindern, so wird die Nachfrage in den Schwellen- und Entwicklungsländern rasant zunehmen.
In ihrer rezenten Studie hat die IEA mitgeteilt, dass die CO2-Emissionen auf globaler Ebene den Wert von 30,6 Milliarden t im Jahr 2010 erreicht haben, 5 Prozent als im Krisenjahr 2008. Sie warnt in diesem Zusammenhang vor einer möglichen Destabilisierung von Gesellschaften durch die Folgen des Klimawandels und vor aufkommenden erhöhten Migrationsbewegungen.
Es sei noch vermerkt, dass sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre von 280 ppm (parts per million) zu Beginn der industriellen Revolution durch die menschlichen Aktivitäten, beruhend auf den fossilen Energieträgern, auf fast 390 ppm erhöht hat. In der Rio-Klimarahmenkonvention hatte sich die Weltgemeinschaft im Jahr 1992 jedoch verpflichtet, einen „gefährlichen Klimawandel“ zu vermeiden. Als oberste Grenze für die tolerierbare Erwärmung der Erdatmosphäre hat man sich mittlerweile auf eine maximale Erhöhung von 2 Grad C über dem vorindustriellen Temperaturniveau geeinigt. Beim Überschreiten dieses Limits werden extreme Wetterereignisse u.a. Überflutungen, Hitzewellen und Tropenstürme den Menschen und der Umwelt hohe Schäden zufügen. Es wird deshalb gefordert, die CO2-Konzentration dauerhaft unterhalb von 450 ppm CO2äq zu stabilisieren. Um dieses ambitiöse Ziel jedoch zu erreichen, sind zumindest die industrialisierten Länder durch das Kyoto-Protokoll aufgefordert, der Erhöhung der Energieeffizienz in allen Bereichen der Wirtschaft einen hohen Stellenwert einzuräumen, einer wichtiger Schritt in Richtung der zukünftigen karbonfreien Gesellschaft. Laut den rezenten Mitteilungen glaubt die Europäische Union, ein Vorreiter in Sachen Klimaschutz, jedoch nicht mehr an das Gelingen dieses ambitiösen Klimakonzeptes.
Die Energieerzeugung und den Energieverbrauch optimal abstimmen
Die aktuelle Energieversorgung in den Industrieländern und den aufstrebenden Schwellenländern ist stark zentral ausgerichtet und die Erzeugung der elektrischen Energie erfolgt in wenigen Kraftwerken mit Leistungen von mehreren hundert MW. Der Ausgleich zwischen der Produktion und dem Verbrauch von elektrischer Energie wird durch die Regelkraftwerke durchgeführt. Die Verteilung der elektrischen Energie zum Endverbraucher geschieht mittels der Drehstrom-Hochspannungsleitungen. Der weltweite Energiemix setzt sich folgendermaßen: fossile und nukleare Energieträger 87 resp. 7 Prozent; die erneuerbaren Energien tragen nur 6 Prozent zur Energieversorgung bei. In den kommenden Jahrzehnten werden nur noch energieeffiziente Kraftwerke an der Energieversorgung eingesetzt und die erneuerbaren Energien übernehmen einen wachsenden Anteil.
Die Europäische Union ist gewillt, ihre Treibhausgasemissionen zu verringern, im Jahr 2010 betrug ihr Anteil an den weltweiten CO2-Emissionen nur noch 11 Prozent. Sie hat des Weiteren gefordert, den Anteil der erneuerbaren Energien in ihrer Energieversorgung auf 20 Prozent und in Luxemburg auf 11 Prozent (in der Versorgung mit elektrischer Energie) zu erhöhen. Die dezentrale Energieerzeugung, beruhend auf der Sonnenenergie und der Windkraft mit geringen Einheitsleistungen, ist leider den meteorologischen Schwankungen ausgesetzt. Bei wachsendem Anteil der Windenergie, insbesondere der offshore-Anteil, sowie der Solarenergie auf den Dächern und den Freiflächen, kann es zu Problemen bei der Einspeisung kommen. Durch die Integration von dezentralen Speicherelementen kann eine gleichmäßigere Auslastung des Gesamtsystems erreicht werden. Die Biomasseanlagen und die Laufwasserkraftwerke werden vornehmlich in der Deckung der Grundlast eingesetzt.
Die „smart grids“ – die intelligenten Partner
Damit die Energieversorgung auf Basis der erneuerbaren Energien optimal gestaltet werden kann, fällt den intelligenten Netzen eine eminent wichtige Rolle zu. Galt bisher die Aussage: „Man soll die elektrische Energie dann erzeugen, wenn sie gerade gebraucht wird.“ so wird der Leitspruch der intelligentem Energieversorgung nunmehr lauten: „Die elektrische Energie dann verbrauchen, wenn sie gerade erzeugt wird.“ Die angestrebte nachhaltige Energieversorgung muss deshalb in der Lage sein, die elektrische Energie in beiden Richtungen zu transportieren.
Einer der entscheidenden Schlüssel für den Aufbau dieses intelligenten Versorgungssystems liegt in der Entwicklung von Technologien zur optimalen Integration der dezentralen „erneuerbaren“ Produktionseinheiten. Parallel muss es zur Effizienzsteigerung bei der Produktion und dem Verbrauch kommen. Bedingt durch die Frequenz- und die Spannungsstabilisierung bedarf es eines hohen Forschungs- und Entwicklungsbedarfs.
Die in das Energieversorgungssystem eingesetzten Speicher dienen dazu, das Angebot und die Nachfrage zu jedem Moment exakt auszugleichen. Als Speichermöglichkeiten stehen die Pumpspeicherkraftwerke, die Doppelschichtkondensatoren (SuperCaps genannt), die hochwertigen Bleiakkumulatoren sowie die wachsende Flotte der Elektromobile mit ihren Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Speicherkapazität zur Verfügung. Bereits heute steht die Akkumulatorentechnologie zur Verfügung u.a. durch die modernen Bleiakkumulatoren und die NiCd-Akkumulatoren. Über den Umweg der Biogaserzeugung kann ein weiteres Speichermedium gewonnen werden. Durch das Zusammenwirken der einzelnen Partner kommt es zur Bildung eines virtuellen Kraftwerks, dem Zusammenschluss mehrerer dezentraler Energieerzeugungseinheiten. Die intelligenten Versorgungsnetze ermöglichen nunmehr die Einsatzoptimierung der jeweils wirtschaftlich „günstigsten“ dezentralen Erzeugungseinheiten, hier bilden die umweltschützerischen Kriterien das entscheidende Element.
Neben den neuartigen Netzen werden die Energiedienstleister auch die intelligenten Stromzähler „smart meters“ in die Energieversorgung einbringen. Wurden bisher die klassischen Zähler höchstens zweimal pro Jahr abgelesen, so sollen die neuartigen Zähler den Energieverbrauch von privaten Haushalten und Klein- & Mittelunternehmen in kurzen Intervallen ablesen. Dieses Ablesen soll den Netzbetreibern die Möglichkeit anbieten, das Angebot und die Nachfrage besser abzustimmen und den Fluss der elektrischen Energie energieeffizient und intelligent zu steuern. Es lässt sich heute schon vorhersagen, dass sich durch diese intelligente Energieversorgung die ausgewiesenen hohen Potenziale der Energieeinsparung realisieren, die Treibhausgasemissionen verringern und die Ziele hinsichtlich der Einbindung der erneuerbaren Energien erreichen lassen.
Im Rahmen der EU-Strategie 2020 mit ihren drei konkreten Zielvorgaben bietet sich der Umbau der Energieversorgung mit intelligenten Elementen als eine wichtige Zwischenetappe auf dem Weg hin zur nachhaltigen Entwicklung an. Diese Chance sollte die Europäische Union zu ihrem wirtschaftlichen Vorteil nutzen, massiv in die Forschung und Entwicklung investieren und im Gefolge tausende neuer Arbeitsplätze schaffen.
Marcel Oberweis
CSV- Abgeordneter