10. – 11. Schuljahr

Martin Reiner · Wolfgang Gerber

Woher kommt unsere Energie?

Energietransport und Energiespeicher in der zukünftigen Energieversorgung Deutschlands

Die künftige Energieerzeugung aus großen Anteilen von Photovoltaik- und Windkraftanlagen fällt wetterabhängig an und erfolgt in Zukunft dezentral weiträumig verteilt. Die so produzierte Elektrizität muss daher transportiert, gespeichert und umgewandelt werden. Dazu sind mehrere Optionen mit Auswirkungen auf den Standort Deutschland denkbar. Die Lernenden diskutieren in einem Rollenspiel den Stromnetz- und Speicherausbau in Deutschland.

Sachanalyse
Der Ausstieg aus der Kohleverstromung bis 2038 ist vom Parlament beschlossene Sache. Alternativen müssen gefunden werden. Es gibt technisch betrachtet mehrere Optionen, Deutschland künftig mit Energie aus CO2-freien Quellen zu versorgen. Neben der Energieumwandlung im eigenen Land wäre auch der Import von Energie oder die Nutzung von Kernenergie denkbar.
Die aktuelle politische Präferenz basierend auf Abwägungen zu Kosten, Risiken und Importabhängigkeiten ist, die Energieerzeugung in Deutschland selbst auf Basis erneuerbarer Energien weiter auszubauen. Aufgrund der in Deutschland eng begrenzten Potenziale zur verstärkten Nutzung von Biomasse, Wasserkraft und Geothermie in Relation zum Gesamtenergiebedarf sowie aufgrund der Stromgestehungskosten der jeweiligen Systeme soll der weitere Ausbau in den kommenden Jahren daher vor allem durch neue Photovoltaik- und Windkraftanlagen erfolgen.
Bis zum Jahr 2030 ist geplant, im Jahresdurchschnitt den Anteil der erneuerbaren Energieträger am Stromverbrauch auf 65  % und bis 2050 auf 80 % zu erhöhen.
Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland
Bereits aus der heutigen Situation lässt sich jedoch ableiten, dass eine Stromerzeugung, basierend auf zunehmenden Anteilen an Solar- und Windstrom, weitere sogenannte Flexibilitätsoptionen im Stromnetz benötigt, um auch künftig die Nachfrage nach Elektrizität zu jedem Zeitpunkt sicherzustellen. Nur so können sogenannte „Dunkelflauten überbrückt werden. Im Stromnetz selbst müssen Angebot und Nachfrage stets ausgeglichen sein.
Derzeit erfolgt der Ausgleich von Angebot und Nachfrage vor allem über thermische Kraftwerke, die, je nach Kraftwerkstyp, in gewissen Grenzen in ihrer Leistungsabgabe regelbar sind, sowie über Energiespeicher. Davon stehen in Deutschland heute einige Gigawatt in Form von Pumpspeicherkraftwerken und einige Hundert Megawatt als Batteriespeicher zur Primärregelleistung bzw. Frequenzstabilisierung zur Verfügung.
Über die Stromnetze wird Elektrizität innerhalb Deutschlands, aber auch mit den Nachbarländern ausgetauscht. Durch den hohen Anteil nur begrenzt regelbarer Kern- und Braunkohlekraftwerke sowie den starken Zubau an erneuerbaren Stromerzeugern hat sich ergeben, dass Deutschland in den vergangenen Jahren überwiegend ein Stromexporteur in die Nachbarländer war.
Stromnetze in Deutschland
Deutschlands Stromnetz ist historisch gewachsen und besteht aus mehreren Netzebenen: vom Höchstspannungsnetz zum großräumigen Verteilen großer Leistungen bis hin zum Niederspannungsnetz zum Anschluss auch kleiner Verbraucher.
In der Vergangenheit waren die Stromerzeuger in diesem Netz überwiegend große thermische Kraftwerke oder Wasserkraftwerke. Deren Stromerzeugung wurde über die untergeordneten Netzebenen an die Verbraucher weiterverteilt. Durch den Ausbau erneuerbarer Energien mit vielen dezentralen kleinen Anlagen, die oft nur über Leistungen im Bereich einiger Kilowatt bis einiger Megawatt verfügen, wird heute Strom auch auf unteren Netzebenen eingespeist. Wenn diese Stromerzeugung lokal nicht nachgefragt wird, erfolgt eine Verteilung über die Netze der höheren Spannungsebenen. Erst wenn dies technisch nicht möglich ist, erfolgt eine Drosselung der Leistung von Solar- und Windkraftanlagen durch die Netzbetreiber.
In Deutschland konzentriert sich, bedingt durch unterschiedliche klimatische...

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