Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

aucherseite technisch z. B. mit Hilfe von Tarifampeln
oder -schaltern eingeführt werden könnten.
Dadurch würden Anreize für „intelligente“ Geräte
entstehen (z. B. Kühlschränke oder Elektroautos),
die automatisch Elektrizität nur bei niedrigen Tarifen
beziehen.
Energiespeicherung
Transport und direkter Verbrauch von Strom in ausgedehnten
Netzen dürfte auch langfristig kostengünstiger
bleiben als die Speicherung, so dass diese auf
ein Mindestmaß beschränkt bleiben sollte. Selbst bei
optimiertem Lastmanagement wird aber ab einem
Anteil fluktuierender erneuerbarer Energiequellen
im Stromnetz von etwa 50% erwartet, dass im Tagesund
Jahresverlauf Überschuss- oder Mangelsituationen
auftreten und somit zusätzliche Energiespeicher
notwendig werden. Für die Ansprechgeschwindigkeiten,
Leistungen und Speicherkapazitäten gibt es
eine Reihe unterschiedlicher technischer Lösungen.
Man kann die Technologien grob einteilen in eher
flinke Speicher großer Leistung (z. B. Kondensatoren,
Schwungräder, Supraleiterspeicher) und eher
träge Speicher großen Energieinhalts (z. B. Pumpspeicherkraftwerke,
Druckluftspeicher, elektrochemische
Speicher). Aus Kostengründen sind heute für
eine großskalige Netzunterstützung bei mittel- bis
langfristiger Energiespeicherung Pumpspeicherkraftwerke
am vorteilhaftesten. Als zukünftige Speichersysteme
werden vor allem elektrochemische
Redoxsysteme, insbesondere unter Einsatz von Wasserstoff,
entwickelt.
Synergien von Strom und Wärme
Die Stromnachfrage ist in nördlichen Breiten im Jahresgang
mit der Wärmenachfrage korreliert. Eine
Energieversorgung, die maßgeblich durch die Nutzung
von Sonnenenergie geprägt ist, hat im Winter
mit einer Verknappung des Stromangebotes zu rechnen.
Ist die Stromerzeugung durch Windkraft dominiert,
dann ist in den Wintermonaten eher mit Stromüberschüssen
zu rechnen. Durch die Verwendung
von Wärmepumpen kann der Stromverbrauch mit
dem Wärmebedarf gekoppelt werden, so dass ein
höherer Wärmebedarf durch das höhere Stromangebot
gedeckt werden kann.
Strom- und Wärmenachfrage lassen sich aber
auch durch eine größere Wärmespeicherkapazität
entkoppeln. So können z. B. Regelungsreserven im
Stromnetz als KWK-Anlagen ausgelegt werden. Die
überschüssige Wärme kann gespeichert und so die
Gesamteffizienz erhöht werden. Über Wärmepumpen
können zudem auch potenzielle Stromüberschüsse
für die Speicherung von Wärme genutzt werden.
3.4.4
Wasserstoff
3.4.4.1
Grundlagen
Energieverteilung, -transport und -speicherung 3.4
Wasserstoff ist seit langem ein wichtiger, universell
einsetzbarer Grundstoff in der Metallurgie und für
die Synthese chemischer Verbindungen. In der Vergangenheit
fand er in Deutschland zudem als wesentliche
Komponente des sog. Stadtgases breite energetische
Anwendung. Das heute verbrauchte Volumen
an Wasserstoff entspricht etwa einem Fünftel des
weltweiten Erdgasverbrauchs. Aus energetischer
Sicht ist der Einsatz von Wasserstoff dennoch bisher
vernachlässigbar. Seine Bedeutung für die Transformation
des Energiesystems beruht darauf, dass zu
seiner Herstellung im Wesentlichen nur Wasser und
Energie notwendig sind und bei seiner Nutzung
nahezu keine Schadstoffe entstehen. Eine Wasserstofftechnologie
gestattet die Langzeitspeicherung
von Energie in großem Umfang, und ein Transport
des energiereichen Gases ist leicht möglich. In Kombination
mit erneuerbaren Energiequellen hat Wasserstoff
daher das Potenzial, neben elektrischer
Energie zukünftig als zentraler Sekundärenergieträger
in einem nachhaltigen Energiesystem zu dienen.
3.4.4.2
Herstellung
Es gibt zwei wesentliche Pfade der Wasserstoffherstellung:
die Gewinnung aus organischen Stoffen
(fossile Rohstoffe oder Biomasse) sowie die Zerlegung
von Wasser durch den Einsatz von Strom
(Elektrolyse). Aus Kohlenwasserstoffen (z. B. Erdgas,
Öl, Kohle, Biomasse) kann in Reformierungsverfahren
großtechnisch Wasserstoff hergestellt werden.
Die Wärme für die teils hohen Reaktionstemperaturen
(850–2.000 °C) wird dabei durch partielle Verbrennung
der Rohstoffe gewonnen. Etwa 60% des
Energieinhalts bei Kohle und bis zu 85% bei Erdgas
kann in chemische Energie des Wasserstoffs überführt
werden. Durch Einsatz von Hochtemperatursolarwärme
ließe sich die Energiebilanz des Prozesses
langfristig noch verbessern. Die Wasserstofftechnologie
eröffnet insbesondere eine effiziente Option
zur Nutzung von Biomasse: Da durch die Vergasung
ein wasserstoffhaltiges Synthesegas zur Verfügung
steht, das etwa 75% der in der Biomasse gespeicherten
chemischen Energie enthält, sind bei Nutzung
effizienter Energiewandler (z. B. Brennstoffzellen)
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