Fluktuierende erneuerbare Energien

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Fluktuierende erneuerbare Energien sind erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Sonnenenergie oder Windenergie, deren Dargebot schwankt, also Fluktuationen unterworfen ist.

Vergleich der einzelnen regenerativen Erzeuger[Bearbeiten]

Biomasse und geothermische Energie sind komplett regelbar. Bei der Erzeugung von Strom durch Sonnenenergie kann zwar die Leistung reduziert, jedoch nicht erhöht werden; zudem ist Sonnenenergie variabler als Windenergie, jedoch auch besser vorhersagbar. Windkraftanlagen können bei Bedarf beliebig gedrosselt werden, zudem ist bei modernen drehzahlvariablen Anlagen mit Vollumrichter auch kurzfristig, d. h. für einige Sekunden Leistungserhöhung möglich. Die hierfür benötigte Energie stammt aus der gespeicherten kinetischen Energie von Rotor und Triebstrang, dessen Drehzahl dabei absinkt.[1] Damit können hinreichend viele Windkraftanlagen mit entsprechender zentraler Anlagensteuerung sowohl bei Über- als auch bei Unterfrequenz im Sekundenbereich zur Frequenzstabilität des Stromnetzes beitragen.

Die Energiegewinnung durch Biomasse besteht aus einem zweiteiligen Prozess, dem Erzeugen und dem Verwerten der Biomasse. Ein Kombinationskraftwerk des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik wird zu 100 Prozent durch erneuerbare Energien betrieben, dabei werden Windkraftanlagen und Solaranlagen durch Wasserspeicher und Biomasse unterstützt, wenn dies notwendig ist.[2]

Typische Windleistungsvorhersage mit Vorhersagedaten (grün) und tatsächlicher Leistung (blau)

Windenergie ist von allen variablen Energiequellen am schlechtesten voraussagbar. Netzbetreiber setzen auf eine tägliche Voraussage der Windkraft und des Wetter, um entscheiden zu können, welche Energiequellen am nächsten Tag genutzt werden sollen und welche nicht. Im Falle der Windkraft ist die Genauigkeit der Vorhersagen mit einem durchschnittlichen unkorrigierter Fehler von 8,8 % in Deutschland über einem Zeitraum von zwei Jahren.[3]

Bei Wellenkraftwerken wird die Bewegungsenergie von Wellen, die durch Wind erzeugt werden, in elektrische Energie umgewandelt. Die Stärke der Wellen korreliert zwar mit der Windkraft, ist jedoch aufgrund der Masse des Wassers weniger variabel. Windenergie ist proportional zur dritten Potenz der Windgeschwindigkeit, außerdem verhält sich die Wellenenergie proportional zum Quadrat der Wellenhöhe.[4][5]

Einspeisung einer Solaranlage an drei unterschiedlichen Tagen

Sonnenenergie ist leichter abschätzbar als Windenergie jedoch auch variabler, da sie nur untertags verfügbar ist. Beeinflusst wird sie tagsüber durch den Grad der Bewölkung. Windkraft entsteht durch die verschieden starke Erwärmung der Erdoberfläche und kann circa 1 % der Sonnenenergie verfügbar machen.[6]

Gezeitenenergie ist am besten vorhersagbar im Vergleich zu allen variablen erneuerbaren Energiequellen. Zweimal täglich kommt es zu einer Gezeitenänderung, welche jeden Tag ähnlich stark auftritt. Man geht davon aus, dass 20 % des Energiebedarfs des Vereinigten Königreiches durch Gezeitenenergie gedeckt werden könnte, jedoch gibt es weltweit nur 20 Standorte, an denen die Nutzung von Gezeitenenergie sinnvoll wäre.[7]

Umgang mit der Variabilität[Bearbeiten]

Sobald ein System hauptsächlich von nicht regelbaren Energiequellen gespeist wird, muss die Reaktion auf Schwankungen eine der Hauptaufgaben eines Netzbetreibers werden. Statt auf das Ein- und Ausschalten verfügbarer Quellen muss nun auf die richtige Verteilung und Speicherung der Energie gesetzt werden.

Elektrische Energie kann großtechnisch in Form von Pumpspeicherkraftwerken in Form von potentieller Energie zwischengespeichert werden. Verfahren wie „Power-to-Gas“ sind in kleinen Maßstab in Erprobungsverfahren, bei dem unter anderem Methoden zur Wasserelektrolyse erprobt werden. Ein Beispiel einer Prototypenanlage ist das Hybridkraftwerk des Unternehmens Enertrag, das 2011 in Betrieb genommen wurde.

Die Internationale Energieagentur merkt an, dass dem Problem der Variabilität von erneuerbaren Energien zu viel Aufmerksamkeit geschenkt werde. Dieses Hindernis treffe nur auf bestimmte Formen von erneuerbarer Energie zu, wie Windenergie und Photovoltaik, und sei im Weiteren abhängig von anderen Faktoren, wie zum Beispiel der Marktdurchdringung der jeweiligen Energieform oder der Verfügbarkeit von Ausgleichsoptionen. Hier sei die unter anderem die Kombination von Sonnenenergie und Windenergie ratsam, erstere ist ertragreicher im Sommer, zweitere im Winter. Zusätzlich könne der Basisverbrauch durch Geothermalenergie oder Biomasse abgedeckt werden. Somit sei die Variabilität von erneuerbaren Energien nur selten eine Barriere für die Verbreitung dieser. Jedoch kann es bei hoher Marktdurchdringung zu zusätzlichen Kosten durch aufwändigere Rückfallsysteme kommen.[8]

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Anca D. Hansen, Müfit Altin,Ioannis D. Margaris, Florin Iov, Germán C. Tarnowski, Analysis of the short-term overproduction capability of variable speed wind turbines. Renewable Energy 68 (2014) 326-336, 326f doi:10.1016/j.renene.2014.02.012.
  2. The Combined Power Plant: the first stage in providing 100% power from renewable energy. SolarServer. January 2008. Abgerufen am 14 Juni 2014.
  3. On-line Monitoring and Prediction of Wind Power
  4. Wind and Waves
  5. Comparing the Variability of Wind Speed and Wave Height Data
  6. Wind Turbines: Converting Wind Energy Into Electricity
  7. Tidal power
  8. Contribution of Renewables to Energy Security, S.5. Internationale Energieagentur. Zuletzt abgerufen am 1. August 2014.