Energieversorgung mit erneuerbaren Energien

Die Energieversorgung der Zukunft steht vor großen Herausforderungen. Wie können Versorgungssicherheit und Netzstabilität in Deutschland angesichts volatiler Stromquellen gewährleistet werden?

Intelligente Stromnetze (Smart Grids), Energiespeicher und Technologien zum Lastmanagement sollen die Grundlage dafür schaffen, dass das Energiesystem der Zukunft effizient und sicher ist.

Energiesysteme

Umbau mit Blick fürs Ganze

Das Energiesystem von morgen muss viele unterschiedliche Herausforderungen meistern. Um eine konstante Versorgung mit erneuerbaren Energien zu gewährleisten, bedarf es einer intelligenten Verknüpfung von Erzeugung, Verteilung und Verbrauch.

Im Jahr 2011 hat Deutschland den Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen. Das letzte Kernkraftwerk soll spätestens 2022 vom Netz gehen. Diese grundlegende Wende in der Energieversorgung erfordert auch die Weiterentwicklung des bestehenden Systems der Speicherung und Verteilung des Stroms. Ein Transformationsprozess, der sowohl auf technologischer wie gesellschaftlicher Ebene durch die Kopplung verschiedener Konzepte gelingen kann.

Smart Grids: Neue Netze für neue Energie

Eines der meist diskutierten Projekte der Energiewende hierzulande sind neue Stromautobahnen: moderne Netze, die den Windstrom aus dem Norden und Osten Deutschlands in den Süden und Westen transportieren.

Zusätzlich müssen Stromnetze der Zukunft auf die Schwankungen der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien vorbereitet sein. Schon heute sind viele kleinere Erzeugungsanlagen ans Netz angeschlossen, beispielsweise Photovoltaik-Anlagen auf Hausdächern. Strom wird damit dezentraler eingespeist. Um diesen „Gegenverkehr“ im Stromnetz zu regeln, braucht es sogenannte Smart Grids – intelligente Netze, die durch vielfältige Maßnahmen für ein effizientes Zusammenspiel von Erzeugung, Speicherung, Netzmanagement und Verbrauch sorgen. Hierzu muss das konventionelle Netz mit neuen Mess-, Steuer- und Regelungstechniken weiterentwickelt werden.

Smart Markets: Der Verbraucher als Produzent

Darüber hinaus sind auch neue technische Voraussetzungen jenseits der Netze gefragt: Hier kommt den Verbrauchern eine zentrale Rolle zu, die immer mehr selbst zu Stromerzeugern werden und damit die Notwendigkeit einer bedarfs- und verbrauchsorientierten Verknüpfung von Erzeugung und Nachfrage erhöhen. Der Begriff „Smart Markets“ fasst diese Handlungsfelder zusammen.

Dank der Digitalisierung kann im Smart Market die Verbindung von Erzeugung und Nachfrage gelingen. Beispielsweise durch die Einrichtung intelligenter Messsysteme (Smart Meter), die den bekannten Stromzähler zu Hause ersetzen. Diese neuen Systeme sollen nicht nur den Stromverbrauch oder die eingespeiste Strommenge in Echtzeit messen, sondern zum Beispiel auch die Netzbetreiber mit wichtigen Informationen zum Netz versorgen.

Energiespeicher: Wenn die Sonne mal nicht scheint

Mit dem Transport und der Verteilung erneuerbaren Stroms sind jedoch noch nicht alle Herausforderungen gelöst. Die Sonne scheint nicht immer und auch der Wind weht nicht konstant. Die Speicherung von Energie ist daher eine der größten Herausforderungen der Energiewende. In den kommenden Jahren werden von der Bundesregierung deshalb bis zu 200 Millionen Euro zur Verfügung gestellt, um neue Speicher-Technologien zu erforschen.

Ein wegweisender Ansatz ist die Sektorkopplung auf Basis der sogenannten Power-to-Gas-Technologie. Hierbei wird durch chemische Spaltung von Wasser Wasserstoff gewonnen, der dann gespeichert oder als Treibstoff verwendet werden kann. Durch den zusätzlichen Einsatz von Kohlendioxid – beispielsweise aus einer Biogasanlage – kann aus dem Wasserstoff auch Methan hergestellt werden. Dieses lässt sich direkt in das Erdgas-Netz einspeisen.

Konzepte wie diese, die unterschiedliche Sektoren miteinander verbinden, können Synergien schaffen und zur Dekarbonisierung auf Basis von grünem Strom beitragen. Für die Versorgungssicherheit werden flexible, konventionelle Kraftwerke benötigt, die dann sichere Leistung garantieren, wenn mit erneuerbaren Energien wenig Strom erzeugt werden kann.

Energiewende als gesellschaftliches Thema

Gesellschaftliche Aspekte sind beim Transformationsprozess hin zu einem neuen Energiesystem von zentraler Bedeutung. Denn die Energiewende entscheidet sich beim Bau neuer Stromleitungen, von Gaskraftwerken, Stromspeichern und Hochsee-Windparks genauso wie im Heizungskeller, im Elektromarkt und beim Autohändler. Deshalb braucht es einen regen Informationsaustausch, verlässliche Beratung und eine offene Debatte.

Gefragt ist eine zukunftsweisende Strategie, die die gesetzten Ziele technisch und wirtschaftlich optimiert sowie unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Rahmenbedingungen berechtigte Interessenausgleiche erzielt. Die dena begleitet die Energiewende in Deutschland mit Konzepten, Informationen und Netzwerkprozessen. Gemeinsam mit Partnern aus Politik, Verwaltung und Wirtschaft entwickelt sie Lösungen und Strategien für zukunftsfähige, intelligente Energiesysteme, die eine nachhaltige und sichere Energieversorgung gewährleisten. Dabei übernimmt die dena die Moderation von Multi-Stakeholder-Prozessen, Politik- und Strategieberatung sowie die Erstellung von energiewirtschaftlichen Gutachten und Studien. Zudem engagiert sie sich für die Implementierung von Dialog-Plattformen sowie für die gezielte Information von Stakeholdern und der breiten Öffentlichkeit im Rahmen von bundesweiten Kampagnen.

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Blockchain

Blockchain ist ein dezentraler Ansatz, um Daten sicher und direkt auszutauschen, zu verschlüsseln und zu speichern. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten für den Energiemarkt, zum Beispiel für einen direkteren Austausch zwischen dezentralen Energieerzeugern und -verbrauchern. Mehr lesen

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Urbane Energiewende

Das Wachstum der Welt spielt sich vor allem in den urbanen Zentren ab: Schon heute leben mehr als die Hälfte aller Menschen in Städten, bis zum Jahr 2050 sollen es schon sieben von zehn sein. In vielen Ländern ist die ökologische Stadterneuerung deshalb ein drängendes Thema. Doch die Herausforderungen auf den verschiedenen Kontinenten sind zum Teil sehr unterschiedlich. Einblicke in die Praxis der urbanen Energiewende in Deutschland und in China.

Unsere Projekte

Potenzialatlas Power to Gas

Power to Gas – also die Umwandlung von Strom in Gas zwecks Weiterverwendung oder langfristiger Speicherung – ist eine der vielversprechendsten Technologien für die Zukunft.

Überblick

  • Projektlaufzeit: 08/2015 – 07/2016
  • Anzahl der Partner: 13 assoziierte Partner und 25 Partner der Strategieplattform
  • gesichtete Studien zum Thema: >80
  • durchgeführte Experteninterviews: 91
  • analysierte Nutzungspfade: 5
  • identifizierte Clusterregionen: 4
  • abgeleitete Handlungsempfehlungen: 17

Smart-Meter-Studie

Die dena hat unter Einbindung von Verteilnetzbetreibern in Deutschland eine Studie durchgeführt, deren Gegenstand die Ermittlung der ökonomischen Kosten des flächendeckenden Rollouts von Smart-Meter-Technologie, deren unmittelbare Nutzeneffekte (Netzdienlichkeit) und der Anforderungen an den regulatorischen Rahmen ist.

Überblick

  • Projektlaufzeit: Juli 2014
  • Partner der Studie: 11 Unternehmen (Schwerpunkt Netzbetrieb und Energieversorgung)
  • Forschungspartner: Ludwig Einhellig (Deloitte & Touche GmbH), Prof. Dr.-Ing. Christian Rehtanz (TU Dortmund/ef. Ruhr), Prof. Dr. Gert Brunekreeft (Jacobs University Bremen)

Strategieplattform Power to Gas

Seit 2011 leitet die dena die Strategieplattform Power to Gas. Zusammen mit Partnern aus Wirtschaft, Verbänden und Wissenschaft werden die Bedeutung von Power to Gas für die Nutzung erneuerbaren Stroms analysiert und die Rahmenbedingungen für die Nutzbarmachung der Systemlösung für den wirtschaftlichen und großtechnischen Einsatz definiert.

Überblick

  • Projektstart: 2011
  • derzeit 26 Projektpartner
  • Ziel: 1.000 MW installierte Leistung an Elektrolyseuren bis zum Jahr 2022

Systemdienstleistungen 2030

Systemdienstleistungen werden für eine sichere und stabile Stromversorgung benötigt. Die Studie analysiert und bewertet technologische Alternativen für die Bereitstellung von Systemdienstleistungen in einem Energiesystem mit hohem Anteil erneuerbare Energien.

Überblick

  • Veröffentlichung: Februar 2014
  • Partner der Studie: 16 Unternehmen
  • Bearbeiter: dena, Technische Universität Dortmund/ ef. Ruhr GmbH

Taskforce Netzentgelte

In der Taskforce Netzentgelte entwickelt die dena mit Industrieunternehmen, Verbänden und Netzbetreibern einen Vorschlag zur Ausgestaltung der Netzentgelte für die Industrie.

Überblick

  • Projektstart: März 2017
  • Projektdauer: etwa ein Jahr
  • Partner: insgesamt rund 20 Unternehmen (Netzbetreiber, Industrieunternehmen und Verbände)
  • Veröffentlichung: Januar 2018

Thermal Energy Resource Modeling and Optimization System

THERMOS liefert neue Methoden und Instrumente, um die Wärmeversorgung schneller, effizienter und wirtschaftlicher zu gestalten.

Überblick

  • Projektziel: Entwicklung emissionsarmer Wärme- und Kältenetze vorantreiben
  • Teilnehmer: 15 europäische Partner aus acht Ländern
  • Laufzeit: Oktober 2016 bis September 2019