Dezentrale Energiesysteme & Herausforderungen
Sich energieautark und unabhängig vom Netz aufzustellen, stellt einen wichtigen Trend im Rahmen der Energiewende dar. Statt sich auf große, zentrale Energieerzeuger, wie z.B. Kohlekraftwerke zu verlassen, werden beispielsweise Solar-Anlagen auf dem eigenen Dach oder dem Produktionsgebäude installiert.
Durch die Verwendung von erneuerbaren Energien (Solar- und Windenergie), die nicht nur unerschöpflich, sondern auch erneuerbar sind, kann die sogenannte Energierücklaufzeit (Zeit, bis sich Investition in erneuerbare Energie amortisiert/rentiert; aktuell in EU bei 0,9 – 1,1 Jahre) deutlich reduziert werden. Dies bedeutet, dass die Investition in erneuerbare Energien schneller zu einer positiven Rendite führen kann.
Trotz all dieser positiven Vorteile gibt es immer noch Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt, um das Ziel einer unabhängigen und erneuerbaren Energieversorgung zu erreichen – hohe Anfangsinvestitionskosten, die Notwendigkeit von spezialisiertem Fachwissen und Technologie sowie die Herausforderungen in Bezug auf die Speicherung und den Transport von erneuerbaren Energien.
Im Wesentlichen lassen sich diese Herausforderungen in drei Kernpunkte eingliedern:
1 | Zukünftig steigender Strombedarf
Die deutsche Bundesregierung prognostiziert bis zum Jahr 2030 einen Anstieg des Strombedarfs um ca. 30%. Ursache für den erhöhten Strombedarf sollen laut Bundesregierung u. a. die fortschreitende Digitalisierung, der Ausbau der E-Mobilität und die verstärkte Elektrifizierung der Industrie und der Wärmeenergieproduktion sein.
2 | Die Frequenzschwankungen im Stromnetz steigen an
Generell gilt, dass genauso viel Energie aus dem Netz verbraucht/ abgenommen werden muss, wie eingespeist/ hergestellt wird, damit die in Deutschland vorherrschende Netzfrequenz von 50Hz im Gleichgewicht beibehalten werden kann. Der Erhalt dieser Frequenz ist sehr wichtig, da eine große Änderung der Frequenz Schäden an elektrischen Geräten nach sich zieht, sogar zu einem Spannungsabfall bis hin zu einem Stromausfall oder im Worst Case zu einem überregionalen Blackout führen kann.
Um diese Netzstabilität zu gewährleisten, müssen die Schwankungen von Angebot und Nachfrage konstant ausgeglichen werden. Durch das angestrebte Ziel bis 2030, mindestens 80% des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien zu beziehen, wird dies allerdings zusätzlich erschwert.
Das Angebot an Wind und Sonne ist wesentlich volatiler in der Produktion als fossile Energieträger. Der Wind weht nicht immer gleich stark und die Sonne scheint nicht konstant und durchgängig – betrachtet über 24 Stunden, aber auch über ein Kalenderjahr.
Durch die Substitution von Kohle und Atom durch erneuerbare Energien nehmen die Schwankungen somit zu und die Netzstabilität nimmt ab.
3 | Wirtschaftliche & Rechtliche Faktoren bremsen den Ausbau erneuerbarer Energien trotz überlegener Eigenschaften
Es ist allgemein bekannt, dass erneuerbare Energien im Überfluss vorhanden sind. Allein die Strahlen der Sonne, welche die Erde erreichen, könnten den Weltenergiebedarf um das 10.000-Fache decken. In der Regel sind auch die Stromproduktionskosten (Gestehungskosten) für erneuerbare Energien im Vergleich zu fossilen Energien günstiger, da sie weniger Investitionen in Infrastruktur und Rohstoffe erfordern und nach Errichtung keine weiteren Emissionen von Treibhausgasen verursachen. Teuer ist vor allem der Weg zur erneuerbaren Energie (Umbaukosten des Netzes). Folgende Gründe können ein Hindernis beim Ausbau sein:
- Gesetze und Regulierungen
- Fehlen einer planbaren Kostenrechnung:
Die Schwankung in der Verfügbarkeit bei Wind und Solar erschwert das Problem, den Kosten die Einnahmen gegenüberzustellen. Dazu kommt noch, dass staatliche Interventionen den freien Markt in weiten Teilen übergehen und Investoren so keine solide Investmentbasis haben. - Fehlender Netzausbau:
Aufgrund von Investitionsverzögerungen und Regulierungen gibt es einen Mangel an Netzeinspeisepunkten, Speichermöglichkeiten und Abnehmern, über die Produzenten den von ihnen erzeugten Strom ins öffentliche Netz einspeisen, speichern oder direkt verbrauchen können. Das hat zur Folge, dass im Jahre 2021 knapp 6 TWh im Gegenwert von 800 Mio. € abgeregelt und somit nicht zugänglich gemacht wurden. Der Strom verpufft, wird gar nicht erst erzeugt und steht somit nicht zur Verfügung. Die Steuerzahler müssen dafür aufkommen. Weiterhin kann nicht das volle Energiepotenzial ausgeschöpft werden, da gewisse Territorien für die Energieinfrastruktur nicht erschließungswürdig sind (z. B. zu weit abseits von Abnehmern, keine Änderung der Gesetzeslage in Sicht).
Lösungsansätze
Klassische Lösungsansätze
- Energieeinsparung
- Zeitliche Verteilung der Stromproduktion
- Speicherlösungen
- Flexible Kraftwerke
- Lastenausgleich
Bitcoin Rechenzentrum
- Bitcoin-Miner als initialer Stromabnehmer (privatwirtschaftliche Subvention)
- Bitcoin-Miner als hochflexibler Stromabnehmer der letzten Instanz
Klassische Lösungsansätze
Die alles entscheidende Frage lautet:
Kann der vollständige Strombedarf durch den Einsatz von erneuerbaren Energien als alleiniger Energieträger gedeckt werden?
Sogenannte Dunkelflauten (Dunkel: keine Sonne; Flaute: kein Wind) sind hier das größte Problem und erschweren es, diese Frage mit einem eindeutigen „Ja“ zu beantworten. Grundsätzlich gibt es diese folgenden fünf Möglichkeiten, um einer Dunkelflaute entgegenzuwirken:
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