Kreislaufwirtschaft
Nachhaltige Energie. 7 Strategien, um ihre Variabilität zu bewältigen
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Die nachhaltige Energie ist diejenige, die genutzt werden kann, ohne zukünftige Generationen bei der Befriedigung ihrer Bedürfnisse zu beeinträchtigen. Sie kann auch als eine Energie definiert werden, deren Quelle sich nicht erschöpft oder die dies auf unmerkliche Weise tut.
Niemand bestreitet mehr (zumindest in Kreisen, die einigermaßen informiert sind) die Nichtnachhaltigkeit des gegenwärtigen Wirtschafts- und Energiesystems, das auf der Verfügbarkeit unendlicher Ressourcen beruht und eine äußerst falsche Hypothese bezüglich eines Planeten, der zwar groß ist, aber offensichtlich endlich ist.
Als klare Alternative empfehlen jedoch viele Experten die Effizienz im Umgang mit Ressourcen und eine auf den beliebtesten Quellen nachhaltiger Energie basierende Wirtschaft, einschließlich Windenergie, Solarenergie, Geothermie, Biomasse und Wasserkraft.
Um diese Energiequellen zu ergänzen und ihre Variabilität zu reduzieren (die derzeit größte Schwierigkeit, die sie für die Grundlage des Energiemodells darstellen), gelten Kernenergie und Erdgas als Verbündete im Übergang zu einer nachhaltigen Energieversorgung.
Letzteres, das Erdgas, bedeutet eine klare Fortsetzung des aktuellen Modells, gefährdet die Entwicklung der kommenden Jahre und, angesichts der geopolitischen Ereignisse des Jahres 2022, auch die von heute. Es ist erstaunlich, dass bedeutende Investitionen, gerechtfertigt durch die Dringlichkeit, in neue Erdgasinfrastrukturen umgeleitet werden.
Auf der anderen Seite zeigt sich die Kernenergie als ein armseliges Ergänzungselement der erneuerbaren Energien; enorme versteckte Kosten, geringe Versorgungssicherheit aufgrund der kostspielige Wartungen, geringe Flexibilität um sich an Nachfragespitzen anzupassen, und Sicherheit nur auf dem Papier garantiert, da die Realität hart ist, zu beweisen, dass äußerst ernste Situationen schließlich eintreten (Tschernobyl, Fukushima oder zuletzt Saporischschja).
In case a nuclear disaster at Zaporizhzhia nuclear power plant occurred on Aug 15-18, this is how the released airborne radioactive contaminants would probably get dispersed – Ukrainian hydrometeorological institute pic.twitter.com/1dQLcCtt1u
— Myroslava Petsa (@myroslavapetsa) 18. August 2022
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Derzeit gibt es bereits Technologien, die dieses Problem lösen, und die Zuweisung von Mitteln zu deren Anwendung sollte prioritär erfolgen:
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Technologische Diversifizierung der nachhaltigen Energie
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Um die Variabilität zu vermeiden, ist es immer vorteilhaft, über die größtmögliche Vielfalt erneuerbarer Energien zu verfügen. In Spanien verfügen wir über ein breites Spektrum an Technologien, jedoch ist die Offshore-Windenergie noch nicht ausreichend entwickelt und bietet große Vorteile:
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- Es kann bis zu der doppelten Energiemenge an Energie erzeugen im Vergleich zu einer an Land installierten Anlage. Der Windfluss im Ozean hat eine größere Kraft, höhere Geschwindigkeit und größere Konstanz.
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- Wenn man sich weit draußen auf See befindet, die visuellen und akustischen Auswirkungen sind sehr gering, sodass sich sehr große Flächen nutzen lassen.
- Die Leichtigkeit des Seetransports hat es möglich gemacht, dass Offshore-Windkraftanlagen Leistungswerte und Größen erreichen, die deutlich größer sind als an Land.
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Aus diesen Gründen ist ein beschleunigtes Wachstum der Offshore-Windenergieanlagen eine dringende Notwendigkeit. Es existiert bereits eine Roadmap für dieses Ziel. Nichtsdestotrotz, angesichts der Dringlichkeit der Situation, scheint es von entscheidender Bedeutung, diese Roadmap gegenüber anderen Investitionen im Energiebereich vorzuziehen.
Auch, falls man beabsichtigt, die Ziele in angemessenen Fristen zu erreichen, ist eine Beschleunigung der bürokratischen Verfahren erforderlich, die derzeit die Mehrheit der Anlagen lahmlegen.
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Geografische Diversifizierung erneuerbarer Energien
Sowohl der Wind als auch die Sonne weisen in jedem Standort zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedliche Werte auf. Die Ausdehnung der Anlagen für nachhaltige Energie auf sinnvolle Weise über die gesamte Geografie hilft dabei, die Variabilität des Gesamtwerts zu begrenzen.
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Wir können feststellen, dass einige Gebiete nicht über eine ausreichende Dichte an erneuerbaren Anlagen verfügen. Zum Beispiel in Katalonien, den Kanarischen Inseln und der Autonomen Gemeinschaft Valencia lässt sich ein großes Wachstumspotenzial beobachten.
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Diese Diversifizierung der Standorte nachhaltiger Energie sollte weltweit untersucht und als strategisches Ziel formuliert werden.
Elektrische Vernetzung zwischen den Ländern der EU
Die Vorteile der Interkonnektoren sind bekannt: Sie ermöglichen es, Strom zu günstigeren Preisen in Zeiten von Knappheit zu importieren, wodurch der Marktpreis sinkt; sie ermöglichen es, Überschüsse an Energie zu exportieren, wenn es eine höhere Produktion gibt; sie erleichtern die Einbindung größerer Mengen erneuerbarer Energien in das System und sie bieten eine größere Versorgungssicherheit.
Auf unserem Markt ist diese Interkonnektivität noch vorteilhafter, da der Wettbewerbsvorteil bei der Photovoltaik durch die größere Sonnenscheindauer gegeben ist; eine entschlossene Förderung nachhaltiger Energie mittelfristig könnte zu energetischen Überschüssen führen und die Zahlungsbilanz positiv beeinflussen.
Elektrifizierung des Verkehrs und der Wirtschaft
Einige Medien und die öffentliche Meinung haben die Elektrifizierung des Verkehrs (zunächst das Elektroauto) als Problem für das Verteilungsnetz bezeichnet. Ohne auf die möglichen Motive für diese Manifestationen einzugehen, ist es leicht zu verstehen, dass es mittelfristig eher das Gegenteil der Fall sein wird.
Elektrofahrzeuge müssen aufgrund ihrer Mobilität über Energiespeicher verfügen. Dies bedeutet, dass das Laden dieser Batterien in den meisten Fällen dann erfolgen kann, wenn das Stromnetz überschüssig ist. Daher kann das Elektrofahrzeug, sofern es entsprechend gemanagt wird, zur Nachhaltigkeit der Energie beitragen.
Auf ähnliche Weise wird die Elektrifizierung von Heizungen und anderen Prozessen, die Temperaturen regeln, eine deutlich höhere Energieeffizienz als die derzeitige ermöglichen, dank der Wärmepumpensysteme.
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Elektrische Speicherung
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Durch elektrische Speicherung lassen sich die Verbrauchsspitzen in großem Maße glätten, wodurch die Nachfrage mit der Variabilität der erneuerbaren Energien in Einklang gebracht wird. Bislang decken die implementierten Lösungen einen zeitlichen Horizont von Stunden oder Tagen ab, obwohl neue Lösungen wie die Wärmespeicherung in Salzen und andere mit einer zeitlichen Kapazität von Wochen oder sogar Monaten entwickelt werden:
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- In großem Maßstab (GW): reversibles Pumpspeicherkraftwerk, thermische Speicherung, Batteriespeicheranlagen.
- Netzspeicherung (MW): Batterien und Akkumulatoren; Kondensatoren und Supraleiter; Schwungräder.
- Auf Endverbraucherebene (kW): Hauptsächlich Batterien, die typischerweise zwischen 1 und 20 kWh liegen. Auch V2G-Lösungen (Vehicle-to-Grid), bei denen Elektrofahrzeuge bei Nachfragespitzen ebenfalls Energie liefern und die Eigentümer dafür finanziell entschädigt werden.
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Energieeinsparung und intelligenter Verbrauch durch Automatisierung
Sowohl im privaten Bereich (Hausautomation) als auch im Unternehmen ist es möglich, die Planung einiger Verbräuche zu optimieren, mit dem Ziel, sie zu den günstigsten Zeiten durchzuführen.
In diesem Sinne kann die Verfügbarkeit vollständiger Informationen zu den Stundenkosten dazu beitragen, Kosten zu senken und den Verbrauch entsprechend der Verfügbarkeit von Energie auszugleichen.
Mittelfristig ist eine Vernetzung der Systeme mit den Kostendaten der Versorger sinnvoll, um dieses Management automatisiert mittels programmierter Algorithmen oder KI zu steuern.
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Optimierung durch KI. Smart Grids.
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Jedes Jahr fügen die Stromnetze weltweit mehr erneuerbare Energie hinzu. Die softwarebasierten Kontrollen auf Netzebene speichern und senden diese Energie, wodurch ein stabileres und nachhaltigeres Netz entsteht. Die Lebenszykluskosten können gesenkt und zuverlässige Energie sowohl für Versorgungsunternehmen als auch für Entwickler bereitgestellt werden, indem Hardware und KI-basierte Software kombiniert werden.
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Auf diese Weise kann die Erzeugung und Speicherung einer großen Anzahl privater und industrieller Energieerzeuger (oder virtuelle Kraftwerke) optimiert werden, indem die Variabilität minimiert und die Rentabilität der Systemteilnehmer verbessert wird.
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Fazit
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Es gibt zahlreiche Lösungen, um die Variabilität der Erzeugung nachhaltiger Energie zu beheben. Darüber hinaus erweisen sich diese Lösungen und allgemein die erneuerbaren Energien als immer rentabler im Vergleich zu Investitionen in andere Technologien wie Kernenergie und Gas, die in den letzten Monaten deutlich den Schaden gezeigt haben, den sie der europäischen Wirtschaft zufügen.
Der Anteil der nachhaltigen Energieerzeugung ist im Vergleich zum Gesamtenergieverbrauch noch gering, daher sollten die meisten der verfügbaren Ressourcen in die Inbetriebnahme dieser Technologien investiert werden. Ihr einziger Nachteil, die Variabilität, ist mit den derzeitigen Technologien vollständig ausgleichbar.
Hinter den Initiativen, die die weitere Kohlenstoffisierung oder die Nuklearisierung der Energie vorantreiben sollen, gedeihen persönliche Interessen und Interessenkonflikte. Eine zu 100 % nachhaltige Energie ist durchaus möglich.
Wenn du mehr Informationen möchtest, empfehle ich dir diesen wissenschaftlichen Artikel bei IEEE.
- Kumar, S., Srinivasan, C. & Balavignesh, S. (2025). Enhancing grid integration of renewable energy sources for micro grid stability using forecasting and optimal dispatch strategies. https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.135572
- Ahmed, A. & Jiang, T. (2018). Operation management of power grid system with renewable energy sources and energy storage system integrations. https://doi.org/10.1109/ei2.2018.8582010
- Preethi, R. & Raha, R. (2024). Smart grid components and architecture enabling seamless renewable energy integration across diverse energy sources. https://doi.org/10.71443/9788197933615-08
- Radovanović, M. (2023). Strategies for sustainable energy management. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-821086-4.00007-6
- Boretti, A. (2024). Green hydrogen to address seasonal variability of wind and solar energy production in Australia. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.09.120
- Boretti, A. (2019). Energy storage requirements to address wind energy variability. https://doi.org/10.1002/est2.77
- Wang, D., Landolt, J., Mavromatidis, G., Orehounig, K. & Carmeliet, J. (2018). Cesar: A bottom-up building stock modelling tool for Switzerland to address sustainable energy transformation strategies. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.020
- Bossink, B. (2020). Learning strategies in sustainable energy demonstration projects: What organizations learn from sustainable energy demonstrations. https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110025
- Zhang, Z., Zhou, Q. & Kusiak, A. (2014). Optimization of wind power and its variability with a computational intelligence approach. https://doi.org/10.1109/tste.2013.2281354
