Der Ausbau von erneuerbaren Energien und die zunehmende Dezentralisierung lassen ein intelligentes Stromnetz entstehen, welches in Echtzeit geregelt werden muss. Die grösste Herausforderung liegt darin, den Strom genau nach Bedarf der Verbraucher bereitzustellen. Das Sammeln von Daten mithilfe der Big-Data-Technologie und die Verwendung von automatisierten Entscheidungsprozessen machen letztendlich das Stromnetz intelligent.
Herausforderung
Während in der Schweiz im Sommer praktisch keine Versorgungsknappheit herrscht, ist für das Winterhalbjahr prinzipiell zu wenig Strom aus erneuerbaren Quellen vorhanden. Es ist anzunehmen, dass der Landesbedarf an elektrischer Energie bis zum Jahr 2050 weiter ansteigen wird. Diese Vermutung erschwert den Ausstieg aus den nicht erneuerbaren Energieträgern und bringt die angestrebte Energiestrategie des Bundes in Gefahr.
Die nachfolgende Abbildung zeigt ein mögliches Szenario basierend auf Annahmen bezüglich des zunehmenden Stromverbrauchs:
- Durch Elektromobilität
- Durch Raumwärme, Warmwasser und Raumkühlung
Ferner wird angenommen, dass der Ausbau von Wasser- und Windkraftanlagen vermehrt auf Widerstand stossen wird. Einzig der grossflächige Ausbau von Photovoltaikanlagen (PV) scheint weiterhin realistisch zu sein.
Mögliche Abhilfe kann ein intelligentes Stromnetz in Kombination mit der saisonalen Speicherung schaffen und somit die Versorgungssicherheit der Schweiz auch künftig sicherstellen
Smart Grids
Die Dezentralisierung und Dekarbonisierung des Energiemarktes kann zu erhöhter Volatilität des Stromnetzes führen. Damit weiterhin ein stabiler und effizienter Netzbetrieb garantiert werden kann, entstehen mithilfe von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) und Big-Data-Analysen, sogenannte intelligente Stromnetze (engl. Smart Grids). Smart Grids sind Systeme, welche den elektrischen Energieaustausch aus unterschiedlichen Quellen mit Konsumenten verschiedener Verbrauchsprofilen sicherstellen und Stromerzeugung, Speicherung und Verbrauch in Echtzeit aufeinander abstimmen. Das Internet der Dinge (engl. Internet of Things, IoT) und insbesondere Intelligente Zähler (engl. Smart Meter) bilden dafür die Säulen. Die übermittelten Verbraucherdaten der vernetzten Sensoren optimieren sowie regulieren den Ressourcenverbrauch.
Saisonale Speicherung
Für die saisonale Speicherung werden Langzeitspeicher für grosse Energiemengen benötigt. Dies stellt eine enorme Herausforderung dar. Mögliche Methoden, um überschüssigen Grünstrom zu speichern, könnten die Power-to-X-to-Power Technologien sein.
Power-to-H2-to-Power
Mittels Elektrolyse wird aus erneuerbarem Strom sogenannter grüner Wasserstoff (H2) hergestellt und bis zur Wiederverstromung gespeichert. Für die Verstromung des Wasserstoffs werden voraussichtlich Brennstoffzellen eingesetzt, welche mittels einer elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und typischerweise Sauerstoff (O2) Strom erzeugen.
Power-to-Methan-to-Power
Dieses Verfahren umfasst die Wasserstoffherstellung, die Methanisierung (CH4), die Speicherung und die Wiederverstromung. Für die Methanisierung von H2 wird Kohlenstoffdioxid (CO2) benötigt welches z.B. aus Biogasanlagen gewonnen werden kann. Allerdings wird aufgrund der Klimaziele das CO2-Recycling in Frage gestellt.
Fazit
Generell sind Technologien zur saisonalen Energiespeicherung verfügbar. Bei der gesamten Prozesskette von Power-to-H2-to-Power geht man langfristig (bis 2050) davon aus, dass ein elektrischer Gesamtwirkungsgrad (η) von 44% resultiert, während bei der Methan-Prozesskette gerade mal ein (η) von 36% erwartet wird. Damit dennoch genügend Strom im Winter vorhanden ist, müssten aufgrund der hohen Prozessverluste während des Sommers erhebliche Stromüberproduktionen stattfinden. Der Ausbau von ökologischer Energie und die Transformation zu Smart Grids ist fundamental für eine grünere Zukunft und muss zwingend intensiviert werden.
Weiterführende Links:
https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/versorgung/stromversorgung/stromnetze/smart-grids.html
