Erneuerbare Energien
In dieser Rubrik finden Sie grundlegende Informationen zu den Themen
- Erneuerbare Energien und Kraft-Wärme-Kopplung
- Stromspeicher
Erneuerbare Energien und Kraft-Wärme-Kopplung
Unter dem Begriff Erneuerbare Energien (EE) werden Energiequellen zusammengefasst, die im Rahmen des menschlichen Zeithorizonts praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich verhältnismäßig schnell erneuern. Sie unterscheiden sich somit von den fossilen Energiequellen, die sich (wenn überhaupt) über wesentlich längere Zeiträume regenerieren. Das Gesamtspektrum der erneuerbaren Energien umfasst Windenergie, Wasserkraft, Solarenergie, Biomasse und Erdwärme. Als Synonym werden auch die Begriffe regenerative Energien oder alternative Energien verwendet.
Einige Erneuerbare Energien sind zwar praktisch unerschöpflich, aber trotzdem nur in begrenzter Menge verfügbar. Das gilt für alle auf Biomasse beruhenden Technologien. So kann z.B. dem Wald nur so viel Holz entnommen werden, wie nachwächst.
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie (Kraft), die in der Regel unmittelbar in elektrischen Strom umgewandelt wird, und nutzbarer Wärme für Heizzwecke. Die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung wird dabei (im Unterschied zum ausschließlich Strom erzeugenden Kraftwerk) weitestgehend vermieden.
Zunehmend an Bedeutung gewinnen kleinere KWK-Anlagen für die Versorgung einzelner Wohngebiete bzw. Häuser, sogenannte Blockheizkraftwerke (BHKW). BHKWs können sowohl mit fossilen Energieträgern (z.B. Erdgas) als auch mit Erneuerbare Energien (z.B. Biogas) betrieben werden.
Solarenergie – thermische Nutzung
Thermische Solarkollektoren wandeln Sonnenenergie in Wärme um. Sie erfordern auf Grund der saisonalen und tageszeitlichen Schwankungen die Kombination mit einem Speicher und mit einer stetig verfügbaren Wärmeerzeugungsanlage (Kessel, Wärmepumpe oder BHKW). Pro Quadratmeter Kollektorfläche können meist zwischen 400 und 600 kWh gewonnen werden (abhängig von Ausrichtung und Typ der Kollektoren).
Solarenergie – Photovoltaik
Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um.
Der erzielbare energetische Nutzen (Solarertrag) der einzelnen Anlage hängt vom Typ der Solarzellen und vom Standort ab. Für Beelitz kann bei optimaler Ausrichtung der Paneele mit einem jährlichen Stromertrag von rund 950 kWh je Kilowatt installierter Leistung (kWpeak) gerechnet werden. Für 1 kWpeak benötigt man eine PV-Anlage mit etwa 8 bis 10 m² Solarfläche.
Zur Sicherung der Wirtschaftlichkeit sollte ein möglichst hoher Anteil des erzeugten Stroms selbst genutzt werden. Stromspeicherung erhöht die Investitionskosten deutlich ist daher oft nicht wirtschaftlich. Überschüssiger Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist.
Wärmepumpen
Wärmepumpen machen Umweltwärme nutzbar. Als Wärmequellen kommen vor allem Luft, Grundwasser und das oberflächennahe Erdreich in Betracht. Wärmepumpen funktionieren nach dem Prinzip des „umgekehrten Kühlschranks“: Sie entziehen der Umwelt Wärme und nutzen sie für die Heizung oder Warmwasserversorgung. Als Antriebsenergie nutzen Wärmepumpen elektrischen Strom oder Erdgas.
Entscheidender Parameter für die Effizienz von Wärmepumpen ist die Jahresarbeitszahl (JAZ), die als der Quotient aus abgegebener Wärme und verbrauchter Energie (meist Strom) definiert ist. Nutzer sollten sich vom Planer eine Mindest-Jahresarbeitszahl garantieren lassen.
Um eine möglichst hohe Jahresarbeitszahl zu erreichen, sollten Wärmepumpen geringe Vorlauftemperaturen (ca. 35 °C) liefern. Als Heizungssystem werden deshalb meist Fußbodenheizungen eingesetzt. Das schränkt die Anwendbarkeit in Bestandsgebäuden ein.
Wärmepumpen sind in der Anschaffung teuer. Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb ist ein spezieller Wärmepumpen-Stromtarif. Bei einigen Stromtarifen für Wärmepumpen muss beachtet werden, dass die Stromentnahme zu bestimmten Zeiten gesperrt ist. Für diese Sperrzeiten sollte ein Pufferspeicher vorhanden sein.
Biogas / Biomethan
Biogas wird durch Vergärung organischer Stoffe erzeugt. Biogasanalgen verwerten z.B. Gülle, pflanzliche Abfallprodukte oder Silage. Die Biogasproduktion steht wegen der teilweisen Konkurrenz zur Nahrungsproduktion zuweilen unter Kritik, insbesondere wenn Einsatzstoffe wie Mais verwendet werden.
Das erzeugte Biogas wird in den meisten Fällen am Standort der Biogasanlage in BHKW eingesetzt. Wenn es für die erzeugte Wärme vor Ort keine vollständige Nutzung gibt, wird diese Wärme u.U. ungenutzt an die Umwelt abgegeben.
Biomethan entsteht durch die Aufbereitung von Rohbiogas mittels CO2-Abscheidung und Reinigung. Das so aufbereitete Biogas kann ins Erdgasnetz eingespeist werden und eröffnet die Möglichkeit, den Ort der Gaserzeugung vom Ort der Verwertung zu entkoppeln sowie das Erdgasnetz als Speichermedium zu nutzen. Damit kann über die Veredlung zu Biomethan das Problem der ungenutzten Abwärme aus den BHKW weitgehend gelöst werden.
Gasversorger bieten mitunter Mischprodukte aus Erdgas und Biomethan an, wobei die Preise höher als bei reinem Erdgas liegen. Auch wird Biomethan als Kraftstoff dem Erdgas an Erdgastankstellen zugemischt.
Ein spezieller Aspekt von Großanlagen zur Biomassenutzung (insbesondere Biogasanlagen) ist die Flächenkonkurrenz. Damit ist gemeint, dass landwirtschaftliche Nutzfläche, auf der energetisch nutzbare Pflanzen wie Mais, Roggen oder Gerste angebaut werden, für die Nahrungsmittelproduktion nicht mehr zur Verfügung steht. Das öffentliche Unbehagen darüber, dass potenzielle Nahrungs- und Futtermittel für die Gewinnung von Treibstoffen oder Strom und Wärme genutzt werden, sollte zum kritischen Nachdenken anregen.
Windkraft
Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in Strom um und speist ihn in das öffentliche Netz ein. Man unterscheidet zwischen Anlagen an Land (onshore) und auf See (offshore). Stand der Technik sind Neu-Anlagen ab 3 MW Leistung und Masthöhen von 100 bis 150 m. Brandenburg hat nach Niedersachsen die meisten Windräder in Deutschland.
Eine technische Besonderheit stellen so genannte „kleine Windkraftanlagen“ dar. Für private Haus- und Grundstückseigentümer (auch Landwirte) kommen Anlagen bis 30 Kilowatt (kW) Nennleistung in Frage, da ein bestehender Hausanschluss bis zu dieser Leistung ohne Mehrkosten für den Betreiber genutzt werden kann. Für Privatpersonen werden am Markt vor allem Anlagen bis 5 kW angeboten. Bis etwa 1,5 kW Nennleistung wird auch von Mikro-Windenergieanlagen gesprochen. Diese stellen für Haus- und Grundstückseigentümer, aufgrund Ihrer geringeren Baumaße (bis ca. 4 m Durchmesser), die interessanteste Anlagengröße dar.
Beim großflächigen Ausbau der Windkraft sind die Folgen für Natur und Umwelt zu bedenken. Windkraftanlagen haben grundlegende Auswirkungen auf das Landschaftsbild sowie u.a. auf Bestände von Vögeln und Fledermäusen.
Holz
Moderne Holz-Zentralheizungen werden mit Pellets, Scheitholz (Holzvergaser) oder auch Holzschnitzeln betrieben. Die Betriebskosten liegen wegen der niedrigen Brennstoffpreise dauerhaft unter den Kosten für fossile Energieträger. Ein Nachteil ist der hohe Platzbedarf für die Lagerung des Brennguts. Für einen optimalen Betrieb ist ein Pufferspeicher empfehlenswert. Anders als beim Heizen mit einer Wärmepumpe arbeiten Holzheizungen mit hohen Vorlauftemperaturen. Damit sind sie insbesondere für Bestandsgebäude und auch zur Warmwasserbereitung geeignet.
Die gute Klimabilanz von Holz beruht darauf, dass bei der Verbrennung nur so viel CO2 freigesetzt werden kann, wie zuvor durch Photosynthese aus der Atmosphäre aufgenommen wurde. Der heutige Stand der Technik sorgt für eine optimale Verbrennung. Für die Umweltbilanz spielt auch eine Rolle, aus welcher Entfernung die Holzprodukte angeliefert werden. Hier einige informative Links:
Holzheizung – Funktion, Kosten, Vor- und Nachteile | VERIVOX
Pelletheizung (verivox.de)
Holzheizung: Wirtschaftlichkeit & Leistung (heizungsfinder.de)
Pelletheizung – Funktion & Kosten von Pelletsheizungen (heizungsfinder.de)
Wasserstoff
Wer Näheres zum aktuellen Thema Wasserstoff wissen möchte, wird hier fündig:
Wasserstoff | BDEW
Weitere Erneuerbare Energiequellen
Es existieren weitere erneuerbare Energiequellen, deren Nutzung in Brandenburg jedoch stark eingeschränkt ist:
Geothermie: Dabei handelt es sich um die Nutzung der Erdwärme in großer Tiefe. Praktische Anwendungsfälle gab bzw. gibt es z.B. in Neubrandenburg und in Waren/Müritz. Solche Projekte sind mit enormen Investitionsaufwendungen und hohen technischen Risiken verbunden.
Wasserkraft: Das Wasserkraftpotenzial ist in Brandenburg überschaubar und, soweit wirtschaftlich nutzbar, auch bereits weitgehend erschlossen.
Audio-Informationen
Unter folgendem Link werden regelmäßig kurze Podcasts zum Bereich Erneuerbare Energien veröffentlicht: C.A.R.M.E.N.-Podcasts (carmen-ev.de)
Stromspeicher
Energiequellen wie Wind und Sonne stehen nicht bedarfsgerecht zur Verfügung. Die Einspeisungsschwankung dieser unstetigen Stromquellen muss entweder von Spitzenlastkraftwerken oder von Speichern ausgeglichen werden. Als „Speichertechnologien“ sind u.a. bekannt bzw. Gegenstand weiterer Forschungen:
Pumpspeicherwerke: sie nutzen überschüssigen Strom, um Wasser in die Höhe zu pumpen und bei Bedarf über Turbinen wieder zu Tal laufen zu lassen.
Vorteil: erprobte Technologie
Problem: kapitalintensiv, umweltbelastende Eingriffe in die Natur
Druckluftspeicherkraftwerke: sie nutzen überschüssigen Strom, um Luft in unterirdische Kavernen zu pressen und bei Bedarf über Turbinen wieder ausströmen zu lassen.
Vorteil: weniger umweltbelastende Eingriffe in die Natur
Problem: kapitalintensiv, wenig erprobte Technologie
Power to Gas: darunter wird die Erzeugung von Wasserstoff mit überschüssigem Wind- oder Solarstrom mittels Elektrolyse verstanden (Elektrolyse = Aufspalten von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff)
Vorteil: Wasserstoff ist im Unterschied zu Strom relativ gut speicherbar und kann bei Bedarf im BHKW zu Strom gemacht oder ins Erdgasnetz eingespeist werden
Problem: teure Elektrolyseanlagen, Infrastruktur
Power to Heat: nach dem „Tauchsiederprinzip“ wird überschüssiger Strom in Fernwärmeanlagen zur Erwärmung von Heizwasser verwendet, die Energie des Stroms wird im Wärmenetz gespeichert und ersetzt den üblichen Brennstoff
Vorteil: der Überschussstrom ersetzt fossile Energieträger
Batteriespeicher: in Batteriepaketen wird überschüssiger Strom gespeichert und bei Bedarf wieder abgegeben
Vorteil: erprobte Technologie
Problem: taugt nicht für die Stromversorgung von Städten