Energiewende erneuerbare Energien Photovoltaik

Erfolgreiche Energiewende mit zellularem Ansatz

Wichtig für die Energiewende: das grüne Energie Haus

Intelligente Strukturen fördern die erfolgreiche Energiewende

Wenn von erfolgreicher Energiewende die Rede ist, denken die meisten an den Ausstieg aus der Kernenergie und an die Ablösung der herkömmlichen fossilen Energiequellen (Kohle, Erdöl/-gas) durch erneuerbare Energien (EE) wie Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft, Biomasse usw. Zu Recht, denn auch die Bundesregierung hat sich auf diese Ziele verpflichtet und konkrete Etappenziele bis 2020 bzw. 2050 vorgegeben sowie entsprechende Schritte in die Wege geleitet. So regelt zum Beispiel das Erneuerbare-Energien-Gesetz von 2014 die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen.

Neue Strukturen für neue Energiequellen

Doch mit einem reinen Austausch der Energieträger ist es nicht getan. Denn die über das Zwanzigste Jahrhundert gewachsenen Strukturen der Energieerzeugung von vormals dezentralen, gleichstromproduzierenden Licht- und Elektrizitätswerken in Städten zu überregionalen Stromnetzen mit via Fernleitungen übertragenem Wechselstrom aus fossilen und nuklearen Großkraftwerken basieren auf einem zentralistischen Modell. Angesichts der neuen umweltverträglicheren Energiegewinnungsmöglichkeiten erweisen sich diese Strukturen als nicht mehr passend. Zwar werden auch weiterhin Übertragungsleitungen benötigt, etwa für große Windkraftanlagen auf See und an Land, aber die Möglichkeiten einer regenerativen Energiegewinnung, zum Beispiel durch Photovoltaik (PV), Biomasse oder Geothermie, öffnen den Blick auf völlig neuartige Konzepte intelligenter lokaler Erzeugung und lokaler Nutzung.

Eckpfeiler für eine erfolgreiche Energiewende

Wichtige Stützen der Energiewende: Windkraft und Sonnenstrom

Als nach der durch den Bundestag beschlossenen Energiewende der Ausstieg aus Kohle und Kernkraft feststand, fragten sich die Experten, wie die Zukunft der Energienetze angesichts der neuen Herausforderungen aussähe. Zahlreiche Konzepte entstanden: So könnte „Wüstenstrom“ in afrikanischen PV-Farmen oder „Windstrom“ durch riesige Windparkanlagen an Land oder in der Nord- und Ostsee erzeugt werden, der dann via Hochspannungsgleichstromübertragungs-Verbindung (HGÜ) bis nach Europa bzw. Deutschland übertragen wird. Dort sorgt dann ein übergreifendes Verteilnetz (Super-Grid) durch selbststeuernde Underlay- und Overlay-Netze für einen Transport des Stroms bis zu den industriellen und privaten Abnehmern. Diesen und ähnlichen Überlegungen war gemeinsam, dass sie wie bisher von Strukturen einer fabrikmäßigen Energiegewinnung durch Großkraftwerke und einer Übertragung via Fernleitungen ausgingen. Die Vorgaben der mittlerweile überkommenen Energieerzeugung wurden nicht angetastet und spiegelten das „alte“ Denken wider. Nicht von ungefähr stammten diese Konzepte zum größten Teil aus großen Industrieunternehmen und Energiekonzernen.

Neues Denken

Im Zuge der intensiveren Beschäftigung mit dieser Materie verlor dieses Vorgabengerüst jedoch an Bedeutung. Stattdessen rückte die Frage in den Mittelpunkt, wie eine moderne Energieversorgung aussehen könnte, wenn man unter Beachtung der neuen Anforderungen, aber auch unter Verwendung richtungsweisender Technologien die Struktur völlig neu konzipieren könnte? Warum den Strom nicht dort produzieren, wo er gebraucht wird? Wie lassen sich die Anforderungen eines überregionalen Energieausgleichs mit denen der lokalen Versorgung verknüpfen? Was braucht eine erfolgreiche Energiewende?

„Zellular“ ergänzt „zentral“

Bereits 2011 favorisierte das von der Bundesnetzagentur (BNetzA) veröffentlichte Eckpunktepapier zum Energieversorgungssystem eine dezentral geprägte Struktur, einen sog. „zellularen Ansatz“, der über intelligente Micro-Grids gesteuert wird. Auf dieser lokalen Versorgungsebene könne die bestehende Großverteilerinfrastruktur gewissermaßen von unten nach oben ergänzt werden. Auch die Energieexperten des Verbands der Elektrotechnik (VDE) folgen dieser Linie. In der Studie „Der zellulare Ansatz“ (2015) fordern sie, die Erzeugung und den Verbrauch von Energie auf der niedrigsten Ebene in kleinteiligen „Energiezellen“ auszubalancieren. Damit werde Energie erzeugt und direkt wieder verbraucht, ohne überhaupt in das Gesamtnetz eingespeist zu werden. Schließlich sei die effizienteste Lösung, den Strom dort zu verbrauchen, wo er erzeugt wird: auf der lokalen Versorgungsebene. Ihr Resümee: Ein derartiges „Graswurzel-Konzept“ könne optimal auf die Besonderheiten und Unwägbarkeiten regenerativer Energiequellen – insbesondere ihre starke Fluktuation – reagieren.

Dynamische Energiezellen

Wie aber gelingt es am besten, Verbrauch und Erzeugung von Energie auf der niedrigsten Ebene lokal auszubalancieren? Die Voraussetzung eines zellularen Ansatzes besteht nach Ansicht der VDE-Experten darin, auf lokaler Ebene – von Privathaushalten bis zur Industrie – sogenannte „Energiezellen“ zu bilden, bei denen der Energiehaushalt und -austausch untereinander plan- und steuerbar sind. Die lokalen Energiezellen werden durch Energienetze und Kommunikationssysteme untereinander verbunden und bilden übergeordnete größere Energiezellen mit speziellen Schnittstellen und Eigenschaften. Das Zusammenfassen von Energiezellen erfolgt dabei über mehrere Ebenen, womit der zellulare Ansatz sowohl auf kleine als auch auf größere Einheiten und Systeme anwendbar ist. Eine vollständige Energiezelle besteht dabei aus den Komponenten Erzeuger, Wandler, Speicher, Netzanschluss, Lasten sowie schutz- und leittechnische Einrichtungen.

Dezentralität punktet

Die Vorteile des Konzeptes sind vielfältig. So schafft der zellulare Ansatz nicht nur wichtige Grundlagen für eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung, sondern ermöglicht auch eine stärkere Konvergenz der unterschiedlichen Energieträger Strom, Gas und Wärme. Außerdem sorgt er für eine optimale Integration der dezentralen erneuerbaren Energieträger in das Energieversorgungssystem und reduziert den Aufwand des notwendigen Netzausbaus. Dabei gilt: Je besser Stromangebot und -nachfrage in den Energiezellen austariert werden, desto geringer fällt der Netzausbau aus. Ebenso rechnen Energiefachleute mit einer hohen Akzeptanz durch die Abnehmer, denn der dezentrale Ansatz stellt durch die lokale Zuordnung einen direkten Bezug zwischen den Anwendern und der notwendigen Technik her und führt außerdem zu mehr Selbstbestimmung. So kann eine erfolgreiche Energiewende unterstützt werden.

Neue Geschäftsmodelle

Wirtschaftlich bietet der zellulare Ansatz ebenso reizvolle Perspektiven, besonders mit Blick auf die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle und Märkte. So könnten neue Dienstleister oder Investoren dank klar definierter Schnittstellen zum Beispiel den Betrieb der Energiezellen, die Auswahl der Technik und deren Installation am Markt anbieten. Außerdem böten sich Privatpersonen die Möglichkeit, ihren Energiespeicher als Puffer zu vermarkten. Damit wird eine weitere Grundlage für die erfolgreiche Energiewende geschaffen.

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