Hausarbeit

Hybridkraftwerke erneuerbarer Energien

Die erneuerbaren Energien (EE) entwickeln sich stetig in Deutschland zur wichtigsten Quelle für Strom- und Wärmeerzeugung. Im Jahr 2011 wurden 20,0 % des Stromes aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen . Bis 2020 sollen 35 % des Nutzstroms aus regenerativen Energieformen stammen . In Szenarien für 2050 wird eine bis zu 100-prozentige Versorgung angedeutet. Für diese Perspektive müssen die EE in der Lage sein, einen nachfrageorientierten Output zu leisten.
Um in der Vision eine 50%ige oder gar 100%ige Stromversorgung zu erhalten, bedarf es daher Anlagen, die eine Spitzen- und Grundlastfähigkeit aufweisen. Um Schwankungen der EE zu handhaben, muss es daher das Hauptziel einer Stromversorgung aus EE sein, effiziente und rentable Speichermöglichkeiten zu schaffen. Ein EE-Hybridkraftwerk, im Sinne dieser Arbeit, könnte ein solches Lösungsmodell darstellen. Für die relativ einfache Vorstellung - ausreichend Speichermöglichkeiten zu schaffen - stellt sich die Frage, warum es Schwierigkeiten bei der Entwicklung und Umsetzung von EE gibt.
Es gibt unterschiedliche Formen der nicht-fossilen Energiegewinnung. Sie besitzen in der Abhängigkeit der örtlichen Gegebenheiten Vor- und Nachteile. Einige Vorteile sind neben einer relativ nachhaltigen Energienutzung, eine dezentrale, von endlichen Rohstoffen unabhängige Bereitstellung. Besonders kritisch sind jedoch, wie im Folgenden beschrieben, die spezifischen Nachteile der einzelnen Systemtypen. Biogasanlagen benötigen Rohstoffe aus der Landwirtschaft. Dadurch ist diese Energieumwandlung besonders flächenintensiv. Zudem emittieren diese Anlagen erheblich Gerüche, wodurch sie für Anwohner störend wirken können. Biogasanlagen besitzen zwar eine Grundlastfähigkeit, können aber nicht kurzfristig an- und abgeschaltet werden, da der Gärprozess stetig ist. Photovoltaikanlagen liefern nur rentablen Strom, wenn die Sonne direkt scheint. Zudem sind sie flächenintensiv und durch die Sonnenabhängigkeit nicht grund- und spitzenlastfähig. Windkraftanlagen (WEA) benötigen für einen effizienten Betrieb ausreichend Wind. Sie sind daher separat weder spitzen- noch grundlastfähig und räumlich nicht überall rentabel. Zudem können WEA auf Anwohner und spezielle Tierarten, wie Fledermäuse, negative Wirkungen haben. Die Effizienz einer WEA ist besonders abhängig von der Windstärke. Ist diese gering, wird wenig Strom erzeugt. Zudem besteht die Gefahr, dass bei nicht benötigter Energie, Windkraftanlagen abgeschaltet oder gedrosselt werden müssen.
An dieser Stelle wird diese Arbeit ansetzen. Es wird die Stromgewinnung aus Windkraft, Biomasse und Elektrolyse sowie die Speicherungsmöglichkeiten der gewonnenen Energie betrachtet. Ziel ist es, ein Hybridkraftwerk zu beschreiben, das spitzen- und grundlastfähig ist und dadurch zu jeder Zeit soviel Energie liefern kann, wie benötigt wird.
Ziel der Arbeit ist es den Aufbau eines EE-Hybridkraftwerkes darzustellen, das eine Stadt von ca. 25.000 Einwohnern versorgen kann. Hierzu wird eine abstrakte Beispielkommune betrachtet. Wichtig wird dabei sein, auf die Ansprüche der einzelnen Kraftwerkskomponenten sowie auf Energie-, Produktions- sowie Versorgungskurven einzugehen (siehe Abbildung 2). Hintergrund ist es, Kriterien für einen optimalen Standort bzw. Kenngrößen für ein dementsprechendes Kraftwerk zu finden. Schwerpunktmäßig wird sich die Arbeit auf die technischen Aspekte beziehen. Hierfür werden im ersten Schritt die technischen Details der einzelnen Kraftwerkskomponenten betrachtet, um sie im zweiten Schritt an die Vorgabe der Einwohnerzahl hin anzupassen. Im dritten Schritt werden die Erkenntnisse zusammengetragen und ein Fazit gezogen.