Die Energiewende: warum das Gleichgewicht wichtig ist

In jeder Sekunde eines jeden Tages wird Energie an den unterschiedlichsten Orten und auf unterschiedliche Weise erzeugt und auch genutzt. Es gibt kein Naturgesetz, das sicherstellt, dass die erzeugte Energiemenge der verbrauchten Energiemenge entspricht – dieses Gleichgewicht muss im Energiesystem hergestellt werden.

Im Gegensatz zu den traditionellen Energiequellen sind die erneuerbaren Energien unstetig, was zu Schwankungen in der Verfügbarkeit von Energie führt. Um ein Gleichgewicht im System zu schaffen und die Energiewende zu ermöglichen, ist Flexibilität erforderlich, um diese Schwankungen zu bewältigen, die Nachfrage auszugleichen und dezentrale Energiequellen zu integrieren.

Potenzial ist vorhanden

Der Energieverbrauch schwankt im Laufe des Tages und je nach Aktivität der Menschen erheblich. Wenn es kalt ist, muss mehr geheizt werden, und wenn es warm ist, laufen die Klimaanlagen auf Hochtouren. So werden beispielsweise an einem typischen Julitag in Schweden zwischen 300 und 350 GWh Energie verbraucht. An einem typischen Novembertag sind es zwischen 380 und 400 GWh.

Die Energieerzeugung folgt jedoch nicht genau diesem Muster. Tatsächlich ist es das Gegenteil, wenn es um das Wetter geht. Das bedeutet, dass der Bedarf an Flexibilität zunimmt, je höher der Anteil von Wind- und Solarenergie im System wird.

Einem Bericht der Europäischen Agentur für Zusammenarbeit der Energieregulierungsbehörden (ACER) zufolge muss das Energiesystem der EU im Jahr 2030 doppelt so flexibel sein wie im Jahr 2023, um die Ziele der Energiewende zu erreichen. Dies sollte angesichts des gesamten Potenzials, das bei der Nutzung, Erzeugung und Speicherung von Energie besteht, möglich sein. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen alle Akteure des Systems mithelfen.

Flexible Nutzung, flexible Produktion

Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Verwendung einer Vielzahl von Smart Home-Lösungen in unseren Haushalten. Es gibt Möglichkeiten, Prozesse so zu steuern, dass zum Beispiel Warmwasserbereiter, Waschmaschinen und Ladegeräte für Elektroautos dann in Betrieb sind, wenn die Nachfrage im Netz geringer ist.

In diesem Herbst haben die europäischen Energieregulierungsbehörden einen Bericht veröffentlicht, in dem sie darauf hinweisen, wie wichtig es ist, dass den Endkunden Möglichkeiten und Anreize geboten werden, ihren Energieverbrauch auf Zeiten mit geringerer Nachfrage zu verlagern. Nur 50 Prozent der Haushalte in der EU verfügen derzeit über intelligente Stromzähler, die erforderlich sind, um vierteljährliche oder stündliche Strompreisvereinbarungen abzuschließen und somit den Stromverbrauch an den günstigsten Zeiten anzupassen. Mit anderen Worten, existiert ein enormes Potenzial.

Es mag sich falsch anhören, aber es gibt auch Zeiten, in denen die Energieerzeugung reduziert werden muss, um das Gleichgewicht im Netz aufrechtzuerhalten. Selbst Erneuerbare wie die Windenergie benötigen daher möglicherweise Funktionen zur Drosselung, und es ist wichtig, Zugang zu zuverlässigen Prognoseinstrumenten zu haben, um zu wissen, wann eine solche Drosselung der Produktion erforderlich sein könnte. 

Gelegentlich müssen Windturbinen auch aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden, etwa bei Sturm. Wasserkraft lässt sich leichter steuern, zum Beispiel durch Schließen von Luken, damit weniger Wasser durch die Turbinen fließt, durch Abschalten einer Turbine oder durch einfaches Zurückhalten des Wassers hinter den Dämmen.

Bedeutung der Energiespeicherung

Neben der Erzeugung und Nutzung sind die verschiedenen Energiespeichertechnologien ein weiterer wichtiger Aspekt des Energiesystems. Die Wasserkraft hat natürlich die größte Kapazität, vor allem in Schweden und ähnlichen Ländern.

Batterien entwickeln sich ebenfalls immer mehr zu einem wichtigen Bestandteil des Energiesystems. Stationäre Batteriespeicher haben in den letzten Jahren ein exponentielles Wachstum erlebt, wobei sich die Gesamtkapazität bis 2023 gegenüber dem Vorjahr fast verdreifacht hat. Batteriespeicher helfen Unternehmen, ihre eigenen Energiekosten zu senken und das Energiesystem mit Flexibilitätsdienstleistungen zu unterstützen. Batteriespeicher bieten auch Schutz vor möglichen Stromausfällen.

Außerdem sind Batterien eine attraktive Option für Haushalte, in denen Solarkollektoren installiert sind. Da das Netz möglicherweise nicht die gesamte Solarenergie aufnehmen kann, die die Haushalte an besonders sonnigen Tagen produzieren, könnte diese Energie stattdessen in Batterien gespeichert und von den Haushalten genutzt werden, wenn die Erzeugung geringer ist.

Die Vehicle-to-Grid-Technologie, bei der die Batterien von Elektroautos zur Herstellung des Gleichgewichts im System genutzt werden, bietet ebenfalls mehr Flexibilität. Die kurzzeitige Übertragung großer Strommengen von der Batterie eines Elektroautos auf das Netz kann dazu beitragen, bei Kapazitätsengpässen das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, und bei einem Überschuss kann die Ladekapazität erhöht werden. Lokale Stromnetze können auch durch die Übertragung geringer Strommengen über lange Zeiträume hinweg unterstützt werden.

Eine weitere Speichermethode, vor allem mit Blick auf eine nicht allzu ferne Zukunft, ist Wasserstoff, der in der Regel durch Elektrolyse erzeugt wird, wenn Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Wasserstoff ist ein wichtiges Puzzlestück für die Energiewende, wenn es um schwer abbaubare Sektoren wie Stahl, Kunststoffe und auch Kraftstoffe geht. Er kann auch wieder in Energie umgewandelt werden. Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff in einer sogenannten Brennstoffzelle reagiert, wird Strom erzeugt. Das Verfahren erzeugt auch Wärme, die zurückgewonnen und für Anwendungen wie Fernwärme genutzt werden kann.

Verbundene Netzwerke für mehr Flexibilität

Eine stärkere Verknüpfung der Stromnetze verschiedener Regionen und Länder verbessert die Flexibilität, weil dadurch eine breitere Basis für die Energieerzeugung und -nutzung geschaffen wird. Eine Region, die vorübergehend zu viel Energie produziert, kann zum Beispiel überschüssige Energie an eine Region mit einem Defizit senden. Heute sind rund 90 Prozent des europäischen Energienetzes miteinander verbunden, und die Länder sind besser in der Lage, bei Veränderungen von Angebot und Nachfrage schnell Strom auszutauschen.

Es gibt lokale Lösungen, um kleine Energieerzeuger und -verbraucher miteinander zu verbinden und die Flexibilität in kleineren Gebieten zu erhöhen. Eine solche Lösung sind sogenannte Microgrids oder Inselnetze, also kleine, lokale Stromnetze, die in Verbindung mit größeren Stromnetzen oder unabhängig davon betrieben werden können. Inselnetze integrieren lokale Energiequellen wie Solarzellen und Windkraft mit Energiespeicherung und intelligenter Steuerung und ermöglichen so einen effizienteren Energieeinsatz und eine höhere Resilienz.

Der Gesamtanteil der Inselnetze an der europäischen Energieversorgung ist noch relativ gering, wird erwartungsgemäß jedoch an Bedeutung zunehmen, wenn die Technologie ausgereift ist und mehr Projekte umgesetzt werden.