Eco-Energy

Um der ökologische Zustand an dem akzeptablen Niveau zu halten und die CO2 Reduzierung entsprechend Pariser Abkomen zu erreichen muss in den nähe Zukunft den Großteil von Energieerzeugung aus fossilen Kraftwerken auf erneuerbare Energieversorgung umgeschaltet werden. Das verlangt die Einsetzung von nicht standardisierten Ingenieurlösungen bei Verknüpfung von vielen verschiedenen erneuerbaren Energieträgern wie Windenergie, Solarenergie, Biomasse und weiteren Energieerzeuger mit fluktuierenden Einspeisecharakteristiken um die Strom- und Wärmenachfrage in größtenteils zu decken.

Der größte Teil der Wind-, PV-Parks und Biogas-Anlagen wird dabei in der Nähe von Kleinstädten gebaut, wo in größerem Maße Freiflächen verfügbar sind. Oft erzeugen diese Anlagen genügend Energie, um diese Städte lokal mit Strom und Wärme zu versorgen. Durch Verbindung von verschiedenen erneuerbare Energieerzeugungstechnologien mit einem passend dimensionierten Speichersystem ist es möglich, diese Städte autark mit elektrischer und thermischer Energie zu versorgen.

Erneuerbare Energie Anlagen (EE-Anlagen), die netzautark sind, sind in den Gebieten mit einem großen Anteil an Windparks oder PV- und Biogas-Installationen sehr rentabel. Als Folge können diese erneuerbaren Erzeuger in einem virtuellen Kraftwerk gebündelt werden und autark die benachbarten Siedlungen mit elektrischer Energie versorgen und dabei die Übertragungsnetze nicht mehr belasten. Ein Vorteil netzautarker Kraftwerke gegenüber konventionellen ist vor allem der geringere Verlust von elektrischer Energie, weil die Entfernungen zwischen den Energieverbraucher und dem Kraftwerk deutlich kleiner sind. Darüber hinaus kann elektrische Energie, dank Energiespeicherungsmöglichkeiten entsprechend den Verbraucherlastprofilen eingespeist werden. Man kann auch, dank der Kraft-Wärme-Kopplung der Anlage, den Wirkungsgrad erhöhen. Der Hauptvorteil einer solchen Anlage ist jedoch ein effektiverer Einsatz grüner Energien und niedrigere Schadstoffemission im Vergleich zu existierenden Kraftwerken.

Eine netzautarke Erneuerbare Energie Anlagen bietet eine Möglichkeit für die „Clusterung“ von mehreren Erzeugungsanlagen mit verschiedenen Einspeisecharakteristiken unter Einbeziehung von Speichersystemen dar. Der Betrieb dieses Clusters kann so geregelt werden, dass die Elektroenergieversorgung einer bestimmten Verbrauchergruppe übernommen werden kann, ohne dass noch eine Netzversorgung notwendig ist.

Der modulare Aufbau und der geringe Platzbedarf erlauben es, die autarke EE-Anlage in der Nähe der Verbraucher (Siedlung, Gewerbe, Haushalt) einzurichten. Die Energie wird effektiver verteilt, in den Zeiten, wenn ein Bedarf entsteht; und bei niedrigem Bedarf wird in verschiedene Form (elektrisch, thermisch, chemisch H2 und O2 etc.) gespeichert. Selbstverständlich sind noch umfangreiche Forschungen notwendig, um das gesamte Energieversorgungssystem mit der Transport- und Verteilungstechnologie umzufassen.

Die fluktuierend erzeugte elektrische Energie bei erneuerbare Energieanlagen kann in verschiedene Form (elektrische, thermische und chemische) gespeichert werden, und später nach Bedarf zu den Verbrauchern geleitet wird. Auf diese Weise kann dezentrale / autarke Konzept an verschiedene europäische Regionen mit unterschiedlichen erneuerbaren Energiepotenzialen angepasst werden. 

 So beträgt die Anzahl der Volllaststunden bei Photovoltaikanlagen je nach Standort ungefähr 800 St/Jahr, verschiedene Wasserkraftwerken weisen einen Energiebeitrag von 2.500 bis 4.000 Volllaststunden (abhängig vom Typ) auf - und bei der Windenergie werden ca. 1200 bis max. 2000 Volllaststunden (on-shore) und bis 4000 Volllaststunden(off-shore) erreicht.

Da eine Vielzahl von erneuerbare Energie Anlagen in ländlich geprägten Regionen in der Umgebung von kleinen Siedlungen/Städten aufgebaut werden, wäre es vorteilhaft, diese erneuerbare Energie lokal zu verbrauchen anstatt die Kosten für den Netzausbau zusätzlich in die Höhe zu treiben und einen Teil der Energie beim Transport über größere Strecken zu verlieren.

 Durch ständige Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien, sowie durch eine geeignete energiepolitische Rahmensetzung ist es schon heute möglich, diese Anlagen wirtschaftlich konkurrenzfähig zu betreiben und die Investitionskosten für erneuerbare Energien sehr nahe an die von konventionellen Kraftwerken heranzubringen.

 Bei solchem Energieversorgungskonzept aus erneuerbaren Energiequellen müssen viele technische Aspekte (wie Erzeugungs- und Speichersysteme,) berücksichtigt werden. Durch den Einsatz von Speichersystemen, die aus verschiedenen Energiespeichertechnologien bestehen (thermische-, Gas- und Elektrospeicher), kann die Entkopplung zwischen Erzeugung und Verbrauch bereitgestellt werden. Dadurch kann die Erzeugungsanlage unabhängiger von der Verbrauchercharakteristik ausgelegt werden.

Zusammenfassung

Die Vorteile und Nachteile bei der netzautarken Energieversorgung

Vorteile

• Keine Anbindung ans Hochspannungsnetz (Übertragungsverluste entfallen);
• Keine oder relativ geringe Änderung in Betriebsmitteln und Schutzsystemen im elektrische System des Haushalts;
• Kein, oder sehr niedrige Ausstoß von Treibhausgasen und CO2 - Emissionen;
• Höhere Energieeffizienz – die Energie wird eingespeist, wenn Bedarf besteht;
• Flexibilität -> elektrische Energiekapazität kann leicht reguliert werden;
• Bei einer optimalen Kombination von verschiedenen erneuerbaren Energieerzeugern kann das Speichersystem relative klein sein;
• Wärme-Kälte Kopplung führt zu einer bedeutenden Erhöhung des Wirkungsgrades (jeweiliges „Abfallprodukt“ kann zur Deckung des Bedarfs der Kleinstadt genutzt werden);
• Ökologisch freundlich und nachhaltig;
• Perspektiven für die Zukunft.

Nachteile

• Große Investitionskosten;
• Aufwand bei Planung und Auslegung
• Komplizierte technologische Ausführung;