Mit erneuerbaren Energien in eine innovative Zukunft

Die Diskussion zum Thema Energieversorgung durch erneuerbare Energien ist heute omnipräsent und hat die Entwicklung innovativer Technologien beschleunigt. Im Fokus steht dabei die elektrische Energiegewinnung aus Wasserkraft, Photovoltaik und Windkraft. Die beiden letzteren haben in den vergangenen Jahrzehnten einen beträchtlichen Technologie- und Innovationssprung gemacht. Dr. Thomas J. Schoepf, VP und Chief Technology Officer der globalen Geschäftseinheit Energie von TE, hat eine aktuelle Bestandsaufnahme für CleanEnergy-Project zusammengestellt und erläutert, warum er die Digitalisierung als zentralen Faktor für den Ausbau und die Nutzung erneuerbarer Energien sieht.

Traditionelle Solaranlagen haben heute eine durchschnittliche Kapitalrendite von 10-20%. Das bedeutet, die Systeme der meisten Solarparks amortisieren sich innerhalb von 5 bis 10 Jahren und produzieren anschließend für weitere 30 Jahre Strom. Damit sind die Gesamtkosten der Stromerzeugung durch Photovoltaik heute bereits am niedrigsten.

Verfügten Windturbinen um die Jahrtausendwende noch über eine Kapazität von knapp 2 MW, so erzeugt die heute leistungsstärkste Offshore-Turbine, GE’s Haliade-X, bis zu 14 MW. Mit nur einer Rotation ihres 220 m großen Rotors könnte sie einen britischen Haushalt für 2 Tage mit Strom versorgen.

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien lag laut Umweltbundesamt in Deutschland im Jahr 2021 bei 41,1 % des Bruttostromverbrauchs und übertraf zum wiederholten Mal die Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas und Öl.

Trotz dieser Fortschritte sind die Energie- und Klimaziele noch lange nicht erreicht und ein deutlich beschleunigter Ausbau der erneuerbaren Energien ist nötig. Der aktuelle geopolitische Konflikt zwischen Rußland und dem Westen hat uns zudem unsere Abhängigkeit von fossilen Energieträgern unmißverständlich vor Augen geführt und hat das Potenzial Europas Bemühungen zu erneuerbaren Energien weiter zu beschleunigen.

Digitalisierung als zentraler Faktor für eine verbesserte Handhabung des Stromnetzes

Die Zunahme an erneuerbaren Energiequellen, insbesondere an Sonnen- und Windkraft, die zeitlich und wetterbedingt nicht stets verfügbar sind, stellt das Stromnetz jedoch auch vor steigende Herausforderungen. Gleichzeitig nimmt die Bedeutung von elektrischem Strom im Alltag nicht zuletzt auch wegen des wachsenden Trends zur Elektromobilität immer mehr zu. Für die Versorgungssicherheit müssen Angebot (verfügbare Kapazität) und Nachfrage im Stromnetz zu jeder Zeit in Einklang gebracht werden. Hierzu werden viel mehr digitale Technologien (Sensorik, Datenverarbeitung und Kommunikation) im Stromnetz zur Aussage über Erzeugung, Verteilung und Verbrauch eingesetzt werden als bisher. Leistungsfähige Sensortechnologien in integrierter oder nachrüstbarer Form, wie beispielsweise für lösbare Energiekabelanschlüsse, werden in diesem Zusammenhang unentbehrlich.

Die Rolle von Energiespeichern

Für den Ausgleich der zeitlichen und wetterbedingten Volatilität erneuerbarer Energien kommt der Energiespeicherung verstärkt eine wesentliche Bedeutung zu. Energie, die etwa in Batterien gespeichert wurde, kann zur Stabilisierung von Stromnetz und Frequenz bei Netzschwankungen oder bei Spitzenbedarf abgerufen werden.

Schon heute ist ein Batteriespeicherelement fester Bestandteil in jedem größeren Solarpark. Mit der zunehmenden Erzeugung erneuerbarer Energien wächst auch der Bedarf an robusten, effektiven und effizienten Speicherorten, wie sie über Speicherbatterien verfügbar sind.

Erneuerbare Energien vs. Flächennutzungskonkurrenz

In Gebieten mit einer hohen Bevölkerungsdichte, wie etwa in Europa, tritt die Gewinnung von Windenergie in den Vordergrund. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk der Energieversorger auf der Offshore-Windenergie. Ihr Vorteil: Große Windkraftanlagen und Parks machen die Erzeugung einer enormen Energiemenge möglich. Erst kürzlich haben die Nordsee-Anrainerstaaten Deutschland, Dänemark, die Niederlande und Belgien auf dem Windenergiegipfel vereinbart, den Ausbau der Windenergie anzukurbeln. Bis 2030 wollen sie ihre Offshore-Leistung vervierfachen, bis 2050 sogar verzehnfachen.

Windanlagen auf See profitieren neben ausreichend Platz von gleichmäßigeren Windgeschwindigkeiten als an Land. Das Ergebnis: Gleichmäßige Energiezufuhr macht sie zu einer zuverlässigeren Energiequelle.

Die zurzeit weltweit größte installierte Leistung von Windenergie auf See befindet sich im Offshore-Windpark Hornsea One in der ausschließlichen Wirtschaftszone des Vereinten Königreiches in der Nordsee. Mit einer installierten Leistung von 1,2 GW und einem Bruttokapazitätsfaktor von 40%, d.h. Produktion maximaler Leistung von mehr als 40% der Zeit im Jahr, können geschätzt 1,1 Millionen Haushalte in Europa mit Strom versorgt werden oder 400.000 Haushalte in den USA.

Herausforderungen effektiv begegnen: Offshore-Windparks

Windparks auf See bringen eigene Herausforderungen mit sich: Windkraftanlagen und Verbindungen benötigen eine zuverlässige Leistung und müssen gleichzeitig korrosivem Salzwasser und immer stärker werdenden Stürmen verlässlich widerstehen. Wartungsarbeiten sollten so selten wie möglich, zuverlässig und präventiv durchgeführt werden, da es extrem kostspielig ist, Personal und Ausrüstung per Hubschrauber auszufliegen. Für Verbindungssysteme beispielsweise liegt ein Lösungsansatz in schlanken und dennoch belastbaren Kabelanschlüssen mit vereinfachter Montage und geringem Personalaufwand. Durch diese Effizienzgewinne in Bezug auf Kosten und Zuverlässigkeit wird Windenergie im Vergleich zu herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger und schafft dadurch zusätzliche Anreize auf diese Energieform umzusteigen.

Wind und Sonne als Energiequellen der Zukunft

Neben der Windenergie werden beispielsweise in Regionen wie Nordamerika, dem Nahen Osten und Australien Solarparks mit einer Leistung von mehr als 500 MW realisiert und stellen damit eine Alternative für fossile Kraftwerke dar. Sind die entsprechenden räumlichen und klimatischen Voraussetzungen gegeben, kann sich Solarstrom als noch attraktiver als Windenergie erweisen. Solarstromerzeugung lässt sich schneller ausbauen als die Windenergie, so dass das Investitionsrisiko geringer ist. Mit einer innovativen Architektur können der Installations- und Materialaufwand und damit die Kosten von Solarfarmen im industriellen Maßstab deutlich reduziert werden – wichtige Faktoren, die die Umsetzung von Solarprojekten beschleunigen.

Foto: Dr. Thomas J. Schoepf
Quelle: TE Connectivity

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