Energie & Umwelt

Erneuerbare Energie: Der Grundlast-Stromfehler

Erneuerbare Energie: Der Grundlast-Stromfehler

Die Bereitstellung von Grundlaststrom aus erneuerbaren Quellen zur weiteren Steigerung der erneuerbaren Energien ist eine Herausforderung, kann jedoch erreicht werden. Das ist wie.

Eine verbreitete Kritik an erneuerbaren Energien ist, dass sie, da sie zeitweise auftreten, Ersatzstrom aus konventionellen Energietechnologien benötigen, die auf fossilen Brennstoffen wie Erdgas basieren. Ein kürzlich veröffentlichter Kritiker, der einen Kommentar zu einem anderen Artikel über Interesting Engineering veröffentlichte, fragte, wie Großbritannien den Grundlastbedarf im Winter decken könne, und führte eine Zahl von etwa 32 GW und einen Spitzenbedarf von etwa 47 GW an, wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint scheint nicht.

Diese Annahme basiert zunächst auf einer Reihe von Irrtümern. Einer davon ist, dass wir bereits ein absolut zuverlässiges Stromversorgungssystem haben. Eigentlich nicht, aus dem einfachen Grund, dass es so etwas nicht gibt. Darüber hinaus können einige Technologien für erneuerbare Energien wie Biogas und Geothermie bereits Grundlaststrom liefern.

Deutschlands Erfahrung

Malte Jansen ist Energieexpertin und arbeitet am deutschen Fraunhofer-Institut. Herr Jansen sprach auf einer Veranstaltung im Juli dieses Jahres, die von der Energy & Climate Intelligence Unit (ECIU) organisiert wurde, einer gemeinnützigen Organisation, die eine informierte Debatte über Energie- und Klimaprobleme in Großbritannien unterstützt. Jansen betreibt in Deutschland ein Projekt namens Kombikraftwerk, das die Implementierung eines zu 100 Prozent erneuerbaren Energienetzes modelliert. In diesem deutschen Szenario sind Wind, Sonne und Biomasse die wichtigsten erneuerbaren Generatoren. Als wichtigste Form der Energiespeicherung wird neben Pumpspeicherkraftwerken, Batterien und Strom zu Gas die Umwandlung von erneuerbarem Strom in Methan angenommen. Dezentrale KWK-Anlagen und zentralisierte Gaskraftwerke, die Biogas (Methan) verwenden, können Biogas in Elektrizität umwandeln und so als Reservekraftwerke für Zeiten mit wenig Wind oder Sonnenschein fungieren. In einer Hochlaststunde mit geringer Erzeugung aus Wind und Sonne erzeugen die Methankraftwerke einen Maximalwert von 43 GW.

Für die Frequenzstabilisierung wurden zwei verschiedene Mechanismen modelliert. Eine davon betrifft die hauptsächliche kurzfristige Frequenzänderung, die aus einem plötzlichen Ausfall eines großen Generators resultiert. In diesem Fall wird die fehlende Energie den rotierenden Massen von Wärme- und Wasserkraftwerken entnommen. Nach diesem passiven Stabilisierungsmechanismus kommt die primäre Ausgleichsleistung von vorgesehenen Kraftwerken, die innerhalb weniger Sekunden geliefert werden. Diese liefern mehr Leistung und stabilisieren so die Frequenz wieder. Wenn jedoch die Zeitspanne bis zur vollständigen Bereitstellung der Ausgleichsleistung 30 Sekunden beträgt, ist die Frequenz nach einem solchen Ausfall für eine hohe Einspeisung erneuerbarer Energien zu niedrig, da die Wind- und Solaranlagen keine rotierende Masse für das Netz bereitstellen können. Aus diesem Grund simuliert das Modell weitaus schnellere Reaktionszeiten für das System, das Solar- und Windenergie, Strom für Gas und Batterien umfasst, und löst so das Problem.

Solche schnellen Entnahmen aus diesen Systemen sind bereits möglich, wodurch erneuerbare Energien den Mangel an rotierender Masse ausgleichen können. Das System benötigt große Speicherkapazitäten für die vollständige Versorgung und die verschiedenen dezentralen Systeme müssen vernetzt sein, um Frequenz- und lokale Spannungsschwankungen auszugleichen.

Neben den Simulationen wurden auch Feldtests durchgeführt, um die Fähigkeit eines solchen Systems zur Bereitstellung einer Kontrollreserve nachzuweisen. Die verschiedenen erneuerbaren Energiesysteme - Wind-, Solar-, Biomasse-, Geothermie-, Wasserkraft-, Energiespeicher- und Ersatzkraftwerke - können zu einem virtuellen Kraftwerk kombiniert werden, das nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Ausgleichsstrom liefern kann. Das geografische Gleichgewicht in Bezug auf die Windkraft ist insofern von großem Vorteil, als es selten eine Situation gibt, in der „nirgendwo Wind“ ist. Windparks in verschiedenen Regionen müssen daher vernetzt werden. Darüber hinaus ist die Wettervorhersage für größere Regionen genauer. Die Prognosen zur Vorhersage des von Wind- und Solarenergiesystemen erzeugten Stroms verbessern sich stetig, was bedeutet, dass die Energie aus diesen Systemen zunehmend vorhersehbarer wird und sie somit zur Frequenzstabilisierung beitragen können.

Das Hauptproblem besteht derzeit darin, dass die Rahmenbedingungen des Ausgleichsmarktes verhindern, dass erneuerbare Energiequellen diese Dienstleistungen erbringen. Dies bedeutet, dass die Umgestaltung des bereits umgesetzten Energiesystems auch den Ausgleichsmarkt umfassen sollte, der Möglichkeiten zur Teilnahme erneuerbarer Energiequellen bietet. Dies kann durch kürzere Ausschreibungsfristen und Vorlaufzeiten erreicht werden. Dies würde auch erneuerbaren Energiesystemen, die auf der Umwandlung von erneuerbarem Gas in Elektrizität beruhen, den Zugang zum Markt ermöglichen.

„Wenn die Nachfrage das Angebot übersteigt, wird die nicht wesentliche Nachfrage reduziert und Backup-Speichersysteme aktiviert“, erklärt Director Richard Black auf der ECIU-Website. „Wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt, wird der Ersatzstrom beispielsweise zur Erzeugung von Wasserstoff zur späteren Verwendung oder zum Heizen verwendet oder exportiert. Die genaue Lösung für eine bestimmte Situation wird weitgehend vom Markt ausgearbeitet: Wind- und Solarenergie haben bei ihrer Erzeugung Vorrang, da sie grundsätzlich freien Strom produzieren, und je nach Preis werden andere angebots- oder nachfrageseitige Maßnahmen ergriffen. Intelligente Technologie ölt die Entscheidungsräder. “

"Aber der Wind weht nicht und die Sonne scheint nicht die ganze Zeit."

"Sicher", sagt Richard Black, "aber es gibt auch nicht immer Spitzenbedarf, weshalb es als" Spitzenbedarf "bezeichnet wird."

Damit dies funktioniert, muss das Raster flexibel sein. Mit anderen Worten, es muss modifiziert werden, um an die neuen Systeme für erneuerbare Energien angepasst zu werden. Laut einer anderen ECIU-Sprecherin, Professorin Catherine Mitchell von der Exeter University, muss die Gesamtnachfrage reduziert werden, indem der Energieverbrauch effizienter gestaltet wird. Die Spitzenlast muss dann mithilfe von Energiespeichern auf andere Tageszeiten verschoben werden. Schließlich muss es kurzfristige Flexibilität geben, um zufällige Schwankungen zu erfassen.

Nutzung von Biogas zur Stromerzeugung

Eine andere Lösung besteht darin, Biogas zu verbrennen. Dies kann durch anaerobe Vergärung in landwirtschaftlichen Betrieben und durch die Verarbeitung von Lebensmittelabfällen erreicht werden, was in vielen Ländern ein großes Problem darstellt und derzeit größtenteils auf Deponien entsorgt wird. Das Gas kann unterirdisch gespeichert werden. Leider ist der AD-Sektor in Großbritannien derzeit viel weniger gut entwickelt als in Deutschland, aber bei näherer Betrachtung hat er tatsächlich ein enormes Potenzial.

Laut der Anaerobic Digestion and Bioresources Association (ADBA) kann Biogas aus anaeroben Vergärungsanlagen (AD) bis zu 30 Prozent des britischen Gas- oder Strombedarfs oder mehr als 80 Terrawattstunden (TWh) decken. Im Jahr 2014 nach einem Bericht der Parlamentarisches Büro für Wissenschaft und Technologie (POST), Biogas machte 7 Prozent der einheimischen Gasversorgung Großbritanniens aus, die durch AD-Anlagen und Deponiegas bereitgestellt wurde. Zahlen haben gezeigt, dass der schottische AD-Sektor in den nächsten zwei Jahren um 200 Prozent wachsen könnte, während das vom britischen Agrarsektor produzierte Biogas zu einem Anstieg des Stroms aus Biogas um 40 Prozent geführt hat. Laut dem britischen Bioökonomieberater NNFCC auf seinem AD-Portal kann 1 Tonne Lebensmittelabfälle etwa 300 kWh Energie erzeugen. Die Renewable Energy Association (REA) ist der Ansicht, dass alle inländischen Lebensmittelabfälle in Großbritannien genug Strom für 350.000 Haushalte erzeugen könnten.

Eine andere Möglichkeit ist Biogas aus menschlichem Kot. Die Vereinten Nationen haben gerade einen Bericht veröffentlicht, in dem behauptet wird, dass Biogas aus menschlichen Abfällen weltweit 138 Millionen Haushalte mit Strom versorgen könnte.

Verbindungsleitungen

Es besteht auch die Möglichkeit, erneuerbare Energie aus dem Ausland über Verbindungsleitungen, HGÜ-Unterseekabel, aus Ländern wie Dänemark, Deutschland und Norwegen zu importieren. Das Vereinigte Königreich verfügt bereits über solche Verbindungsleitungen aus Irland, Frankreich und den Niederlanden. Die Entwicklung einer Verbindungsleitung zwischen Großbritannien und Norwegen wurde im Mai dieses Jahres durch ein Abkommen eingeleitet. Darüber hinaus macht die EU mit ihren Plänen zur Entwicklung einer europaweiten Energieunion rasche Fortschritte. Wenn dies gelingt, wird sich Europa insgesamt noch weiter dem Ziel eines 100-prozentigen erneuerbaren Stroms nähern und die Kritiker zum Schweigen bringen.

Fazit

Es gibt zahlreiche Berichte, die wirklich ins Detail gehen, wie Länder auf der ganzen Welt bis 2050 ganz oder fast vollständig mit erneuerbaren Energien betrieben werden können. Anfang dieses Jahres wurde beispielsweise von Greenpeace beauftragt, diese Frage zu prüfen Es gilt für Großbritannien und stellte fest, dass das Land eine erneuerbare Energieversorgung von 90 Prozent erreichen könnte, einschließlich mehr als 80 Prozent seines Stroms aus Wind, Sonne und Gezeiten.

Die Grundlastkraft ist also angesichts des politischen Willens, sie zu erreichen, überhaupt kein Thema. Das eigentliche Problem sind daher alle berechtigten Interessen, die an einem veralteten und schmutzigen Energiesystem mit fossilen Brennstoffen festhalten wollen, obwohl diese veraltete Vorgehensweise die Erde selbst und alles, was darauf lebt, schnell gefährdet.


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