Erneuerbare Energien

Ein Großteil unseres Energiebedarfs wird durch fossile Energieträger bereitgestellt. Im Jahre 2020 lag der globale Primärenergiebedarf bei 565 Exajoule und jährlich nimmt dieser Bedarf zu. Die Verwendung von fossilen Energieträgern wie Kohle oder Erdgas hat zur Folge, dass Treibhausgase wie z.B. CO2 in die Atmosphäre freigesetzt werden und den Klimawandel vorantreiben und somit nachhaltig das Leben auf der Erde gefährden. Um dem Klimawandel entgegenzuwirken, werden erneuerbare Energieträger eingesetzt. Zu den erneuerbaren Energien zählen die Bioenergie, die Wasserkraft, die Geothermie, die Windenergie und die Sonnenenergie, wobei insbesondere die letzten beiden wichtige Technologien zum Wandel hin einer nachhaltigen Stromversorgung darstellen.

Die Sonnenenergie wird in Form von Solarthermie- und Photovoltaikanlagen genutzt. Bei Solarthermieanlagen, wie zum Beispiel der Concentrated Solar Power Anlage, wird die direkte Sonneneinstrahlung mit Hilfe von Spiegeln auf einen Receiver reflektiert, der die konzentrierte Solarstrahlung absorbiert und auf ein Wärmetransfer-Fluid, wie z.B. Thermal Öl, überträgt. Anschließend kann die aus dem Solarfeld gewonnene Wärme verwendet werden, um einen Prozess zur Stromerzeugung wie einen Dampfkreislauf anzutreiben, oder sie kann in einem thermischen Energiespeicher (TES) gespeichert werden.

Photovoltaikanlagen hingegen wandeln die solare Einstrahlung durch den photoelektrischen Effekt direkt in elektrische Energie um. Die Umwandlung erfolgt mit Hilfe von Siliziumsolarzellen und ermöglicht eine direkte Nutzung der Sonnenenergie in Form von Strom. Diese Anwendungsmöglichkeit lässt sich auch in Solarparks realisieren um mögliche Brachflächen zu nutzen.

Windkraftanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes zur Stromerzeugung. Dabei wird die kinetische Energie mithilfe eines Generators in elektrischen Strom umgewandelt. Windkraftanlagen könne sowohl Offshore als auch an Land betrieben werden und sind ein wichtiger Faktor im Kampf gegen den Klimawandel.

Um die Volatilität von Wind- und Sonnenenergie abfedern zu können, sind für eine stabile Energieversorgung Energiespeichersysteme von enormer Wichtigkeit. Die Energiespeicher lassen sich dabei in thermische, chemische, elektrische und mechanische Speicher unterteilen. Vor allem spielen hierbei Pump-, Poren- und Kavernenspeicher eine Rolle für die Langzeitspeicherung von großen Energiemengen. Für die Kurzzeitspeicherung kommen Batteriespeicher als auch sensible und latente Wärmespeicher zum Einsatz. Bei Energiespeichern darf allerdings auch nicht außer Acht gelassen werden, dass je nach Speicher ein hoher Platzbedarf und ein hoher Rohstoffverbrauch berücksichtigt werden muss.

Die Verwendung erneuerbarer Energien ist ein essenzieller Stützpfeiler auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft, um auch zukünftigen Generationen eine lebenswerte Umwelt zu sichern. Die Herausforderungen hierbei sind groß. Die Sicherheit der Energieversorgung steht hierbei im Mittelpunkt und muss durch eine geeignete Verschaltung aller nachhaltiger Energieträger mit Energiespeichern sichergestellt werden. Insbesondere für energieintensive Industrien, wie z.B. der Stahlindustrie oder Anlagen zur Meerwasserentsalzung ist diese Verknüpfung von nachhaltigen Energiesystemen und Energiespeicherung von hohem Stellenwert, um einen stabilen und wirtschaftlichen Betrieb zu gewährleisten. Um diese Ziele zu erreichen, müssen individuelle, standortspezifische Lösungen erarbeitet werden, die dem spezifischen Bedarf gerecht werden.