Laut Friends of the Earth ist eine Zukunft, in der fast der gesamte Bedarf an Elektrizität mit klimafreundlichen Energiequellen wie Sonne, Wind und Wellen gedeckt wird, in Sichtweite. Im Vereinigten Königreich, das im 18. Jahrhundert den Wandel hin zur Industrialisierung im Zeitalter von Dampf und Fabriken angeführt hat, hat sich die Nutzung erneuerbarer Energien seit 2004 verzehnfacht. Im gesamten Vereinigten Königreich werden knapp 40 % des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt, in Schottland sind es sogar fast 90 %. Im Jahr 2020 gelang dem Vereinigten Königreich zum ersten Mal eine erstaunliche Leistung – zwei Monate lang kam das Land ausschließlich mit erneuerbaren Energien aus.
Außerdem machten im Jahr 2020 erneuerbare Energiequellen 37,5 % des Bruttostromverbrauchs in der EU aus. Dies stellte im Vergleich zum Vorjahr einen Anstieg von 34,1 % dar, wobei der aus erneuerbaren Quellen gewonnene Strom zu mehr als zwei Dritteln durch Wind und Wasserkraft generiert wurde. Im Jahr 2020 war Schweden mit 60 % der Energie aus erneuerbaren Quellen führend in Europa. Auf Schweden folgten Finnland (43,8 %), Lettland (42,1 %) und Österreich (36,5 %).
Nach Angaben von EDF erzeugen erneuerbare Energiequellen derzeit 26 % des weltweiten Stroms, und bis 2024 werden es voraussichtlich 30 % sein. Im Juni 2022 wurde in einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA) angegeben, dass die Energieinvestitionen weltweit im Jahr 2022 um 8 % auf 2,4 Billionen Dollar steigen würden – wobei der Anstieg hauptsächlich im Bereich der „grünen“ Energien erfolgt.
Vor- und Nachteile erneuerbarer Energie
Was genau ist also erneuerbare Energie? Im Wesentlichen ist es Energie, die nachhaltig ist. Diese saubere, erschwingliche und zuverlässige Energie kann niemals ausgehen, im Gegensatz zu nicht nachhaltigen Quellen wie fossilen Brennstoffen, insbesondere Kohle, die der Brennstoff der industriellen Revolution war.
Die wichtigsten Arten erneuerbarer Energien sind Solarenergie, Wind- und Wasserkraft, Gezeitenenergie, Erdwärme und Biomasse. Andere Arten sind Meereswärme und Biogas. Laut EDF entspricht die Menge an Solarenergie, die die Erdoberfläche in nur einer Stunde erreicht, mehr als dem gesamten Energiebedarf des Planeten während eines ganzen Jahres. Das klingt nach der idealen Lösung. Wie viel Sonnenenergie speicherbar und nutzbar ist, hängt allerdings sehr stark vom Wetter und der Tageszeit ab, also vom Solarertrag. Bei windigem Wetter ist der Wind eine hervorragende Quelle erneuerbarer Energie, und es werden immer mehr Windparks gebaut. Dazu gehört jedoch die Installation riesiger Windkraftturbinen, die viele Menschen hässlich finden, auch wenn sie weit draußen im Meer aufgestellt sind. Darüber hinaus warnen viele Experten vor der CO2-Bilanz und den Kosten am Ende der Nutzungsdauer von Windkraftturbinen. Natürlich sind Windenergiespeichersysteme auch durch die jeweils vorhandene Windmenge begrenzt.
Im Hinblick auf die Entwicklung ist Wasserkraft die fortschrittlichste erneuerbare Energieressource. Dabei werden Staudämme oder Barrieren errichtet und ein großes Reservoir zur Erzeugung eines kontrollierten Wasserstroms genutzt, der eine Turbine antreibt. Wasserenergie ist nicht wetterabhängig, erfordert jedoch die Erzeugung großer Strukturen und großer Reservoirs.
Die Gezeitenenergie ist ähnlich wie die Wasserkraft, mit der Ausnahme, dass sie von den zweimal täglich erzeugten Gezeitenströme der Natur abhängig ist, die zum Antrieb von Turbinengeneratoren verwendet werden. Das bedeutet, dass die Energiequelle nicht kontinuierlich, aber zumindest vorhersehbar ist. Bei der Energieerzeugung durch Erdwärme wird die natürliche Wärme unterhalb der Erdoberfläche zur Stromerzeugung oder zur Heizung genutzt. Die Verfügbarkeit ist jedoch nicht garantiert – Island erzeugt zum Beispiel weit mehr Energie dieser Art als das Vereinigte Königreich. Die Energieerzeugung durch Biomasse basiert schließlich auf der Verbrennung organischer Materialien zur Stromerzeugung. Dieser Ansatz ist noch nicht so weit verbreitet wie die anderen, aber er bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf die Umwelt und die Gesamtkosten, da landwirtschaftliche, industrielle und häusliche Abfälle in feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe umgewandelt werden.
Können grüne Energien gespeichert werden?
Während alle oben genannten Optionen ihre Vor- und Nachteile haben, war die Speicherung erneuerbarer Energien bisher die größte Herausforderung bei dem Versuch, diese alternativen Energiequellen optimal zu nutzen. Die Stunde der Speichertechnologie für erneuerbare Energien wird kommen, wenn sie eine kostengünstige Möglichkeit bietet, erneuerbare Energien zu speichern und bei Bedarf freizugeben.
Speicherlösungen für erneuerbare Energien
Es gibt im Wesentlichen vier Arten von Speicherlösungen für erneuerbare Energien: Pumpspeichersysteme, Wärmespeichersysteme, mechanische Energiespeichersysteme und batteriebasierte Energiespeichersysteme.
Pumpspeicherung
Dabei wird Wasser bergauf gepumpt, in einem Reservoir gesammelt und durch Turbinen geleitet. Laut dem Bericht der IEA über erneuerbare Energien werden 2025 über 50 % der neuen Wasserkraft-Kapazität Europas aus Pumpspeichersystemen stammen, insbesondere in der Schweiz, in Portugal und in Österreich. Dasselbe sollte für China ab einem Zeitpunkt zwischen 2023 und 2025 gelten.
Abbildung: Pumpspeicherung
Wärmespeicherung
Beinhaltet die Speicherung von überschüssiger Energie, in der Regel aus erneuerbaren Quellen oder Abwärme, zur Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt. Wasser, Sand und Felsen können thermische Energie speichern, und die Internationale Organisation für Erneuerbare Energien schätzt, dass die Wärmespeicherung bis 2030 eine installierte Kapazität von 800 Gigawattstunden (GWh) erreichen könnte.
Abbildung: Wärmespeicherung
Mechanische Energiespeicherung
Verwendet die Schwerkraft oder Bewegung (z. B. ein Schwungrad) zur Speicherung von Elektrizität. Die mechanische Energiespeicherung kann auch die Speicherung von Druckluft oder Gas umfassen, das dann erhitzt und bei der Ausdehnung durch eine Turbine geleitet wird.
Abbildung: Mechanische Energiespeicherung
Batteriebasierte Energiespeicherung
Es ist weithin anerkannt, dass batteriebasierte Speichersysteme für erneuerbare Energie die effizienteste Methode sind, um Energie aus erneuerbaren Quellen zu speichern und bereitzustellen. Je mehr Batteriespeicher für erneuerbare Energien zur Verfügung stehen, desto geringer ist der Bedarf an konventionellen Energiequellen.
Abbildung: Batteriebasierte Energiespeichersysteme
Lithium-Ionen-Akkus zur Speicherung erneuerbarer Energie
ZBC-Energiespeichersystem von Atlas Copco zur Speicherung von Solarenergie
Der Einsatz von Li-Ionen-Akkus für die Speicherung erneuerbarer Energien bietet Benutzern eine hervorragende Energiebereitstellung in Kombination mit einem unübertroffenen Maß an Nachhaltigkeit, Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit. Mit zwei Betriebsarten – Stand-Alone oder Hybrid bei Verwendung mit einem Stromerzeuger – ermöglichen es Li-Ionen-basierte Energiespeichersysteme wie ZBP- und ZBC-Einheiten von Atlas Copco, einen Energiebedarf unterschiedlicher Höhe zu bewältigen, Betriebskosten gering zu halten und die Gesamtkosten zu minimieren. In Kombination mit einer erneuerbaren Energiequelle, wie den oben genannten, können diese Speicherlösungen für erneuerbare Energien wirklich zu 100 % nachhaltig sein.
Die Energiespeichersysteme von Atlas Copco bieten einen geräuscharmen Betrieb und minimalen Wartungsaufwand, wodurch sie sich ideal für Telekommunikationsanlagen an abgelegenen Standorten oder innerstädtische Baustellen eignen. Sie arbeiten als hybride Speichersysteme und eignen sich perfekt, um Nachfragespitzen und geringe Last auszugleichen. Diese Speichersysteme für erneuerbare Energien ermöglichen es den Nutzern, den Kraftstoffverbrauch und die Treibhausgasemissionen zu senken, indem sie zwischen 46 kWh und 535 kWh erneuerbarer Energie speichern und mehr als zwölf Stunden Strom mit einer einzigen Ladung liefern.
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Andere Batterietechnologien für die Speicherung erneuerbarer Energien
Die effizientesten Systeme, die die Batteriespeicherung für erneuerbare Energie nutzen, basieren auf wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ionen-Akkus). Diese Akkus sind leicht, haben aber eine hohe Dichte und sind aus vielen Gründen zur bevorzugten Option geworden, nicht zuletzt aufgrund der Fähigkeit eines 1 kg-Li-Ionen-Akkus, 150 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) zu speichern. Ein Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH-Akku) speichert typischerweise zwischen 60 und 70 Wh/kg, ein 6 kg schwerer Blei-Akku kann nur etwa 25 Wh/kg speichern.
Vergleicht man Lithium-Ionen- mit Blei-Akkus, hat die erstgenannte Technologie eine höhere Lebensdauer und eine bessere Leistung sowohl bei unvorhersehbarer und veränderlicher Last als auch bei hohen Temperaturen. Die Leistung von Nickel-Metallhydrid-Akkus ist auf Dauer und bei hohen Temperaturen besser als die von Blei-Akkus, aber immer noch schwächer als die von Lithium-Ionen.
