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Photovoltaik | Energie 4.0 | Elektromoblität

Erneuerbare Energien verstehen: Was sie und deren Quotenregelung sind

Erneuerbare Energien sind ein sehr einfacher Begriff, den man als „common sense“ bezeichnen kann. Aber es gibt nur wenig Quellen, die diesen Begriff ausführlich, jedoch einfach erklären. Aus diesem habe ich mich entschieden, einen ausführlichen, aber einfachen Beitrag zu schreiben.

Mit diesem Artikel wirst Du in einfachen Sprachen ein Bild über erneuerbare Energien machen können. Welche erneuerbare Energien gibt es? Was sie machen? Wie sie in den meisten Ländern gefördert werden, und was Du von der Zukunft noch erwarten darfst. Diese Fragen kannst Du nach dem Lesen beantworten.

Was sind erneuerbare Energien? 5 Hauptkategorien

Erneurbare Energien sind Energien aus der Natur, wie Sonne, Wind, Gezeiten, Geothermie, etc. Das größte Merkmal ist, dass sie sich automatisch regenerieren. Deshalb sind sie unerschöpfliche Energiequellen. Der Gegenbegriff von Erneuerbaren Energien sind Nichterneuerbarer Rohstoff. Typische Beispiele dafür sind fossile Energien. Momentan gibt es 5 Haupt Energiequellen für die erneuerbaren Energien:

  • Solar Energie
  • Wind Energie
  • Bio Energie
  • Wasserkraft
  • Geothermie

Top 10 Länder nach Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen (2016)

Länder% Erneuerbare
Energie
Gesamt
Energie (GWh)
Davon Wasserkraft
(GWh)
Paraguay 100%63.77163.770
Island100%18.55013470
Demokratische RepublikKongo 100% 9.135 9.220,8
Albanien 100% 7,782 7782
Namibia99,3% 1.4211.359
Costa Rica97,7%10.8818.025,9
Tadschikistan 97,5%17.23216.800
Norwegen 97,2%149.630144.005
Uruguay96,5%13.2387.842,2
Sambia 95,0%11.69511.026,6

Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_countries_by_electricity_production_from_renewable_sources

Allerdings muss man berücksichtigen, dass diese Länder tendenziell kleinre Länder sind, die deutlich weniger Bevölkerung versorgen müssen. Auch interessant ist, dass die meisten Länder allein mit Wasserkraft zurecht kommen. Dabei ist Uruguay besonders interessant: Wasserkraft deckt gerade die Hälfte des Verbrauchst. Schaut man genauer hin, sieht man, dass der Strom aus Wasserkraft, Windkraft, Biomass und Solar Energie kommt. Eine vorbildliche Mischung bildet zusammen 96,5% der Energiequelle. Davon können viele Industrieländer noch lernen. Denn Paraguay hat 6,8 Millionen Einwohner. Das ist vergleichbar mit Österreich und der Schweiz. Beide haben zwar auch einen hohen Anteil von erneuerbaren Energie (Österreich 74%, Schweiz knapp 60%), aber sie sind noch von 96,5% ein Stückchen entfernt.

Auf der Liste steht Deutschland auf dem Platz 63, mit 29% Anteil aus erneuerbaren Energien. China liegt bei 24,5% und USA 14,7%.

Was ist Solar Energie? Was gehören dazu?

Solar Energie ist sehr einfach zu verstehen: Energien, die aus der Sonne entstehen. Insgesamt gibt es nur zwei Formen für Solar Energien: Photovoltaik und Solarthermie. Es liegt daran, dass die Sonne zwei verschiedene Energien abgibt: Wärme und Licht. Solarthermie verwandelt die Wärme von der Sonne zur Energie. Photovoltaik, auf der anderen Seite, verwandelt das Licht, d.h., die Strahlung zum Strom.
Kurzgesagt: Solar Energie = Photovoltaik + Solarthermie

Solarthermie, d.h., Energie mit der Wärme zu erzeugen, ist leichter nachzuvollziehen. Denn diese Wärme kann man speichern und direkt für Beheizung wiedereinsetzen. Was auch möglich wäre: man sammelt so viel Hitze, dass diese Hitze wieder Strom erzeugt. Das funktioniert ähnlich wie die normale Stromerzeugung. Der einzige Unterschied: die Hitze kommt nicht mehr von der Kohle, sondern, von der Sonne.

Photovoltaik, auf anderer Seite, basiert auf eine chemische Reaktion: Elektronen, die in Silizium sitzen, bewegen sich, wenn der Sonnenstrahl sie berührt. Bei dieser Bewegung entsteht Strom, auch wenn er nur in sehr kleine Menge existiert. Dann sammelt man diesen Strom, damit er sowohl für privaten Verbrauch, als auch Industrie Einsätze nützlich wird. Dieser Prozess verwendet die Technik „Photovoltaik“.

Wenn Du Dich für dieses Thema interessierst und tiefer einsteigen willst, kannst Du bei dem Artikel Photovoltaikanlagen alles finden, was Du wissen solltest.

Was ist Wind Energie? Welche Länder können sie besser gebrauchen als andere?

Energie, die aus dem Wind erzeugt ist, ist Wind Energie. Wenn die Temperatur in der Luft steigt, bewegt sich der Luftstrom, dann entsteht der Wind. Eine Windkraftanlage wandelt diesen Luftstrom in mechanische Energie um. Mit der mechanischen Energie dreht sich der Rotor. Das treibt den Generator zur Stromerzeugung an. Je kräftiger der Wind, desto schneller dreht sich der Rotor, desto mehr kann man daraus Strom generieren.

Wenn man dieses Phänomen genauer unter die Luppe nimmt, kann man auch sagen, dass Wind Energie ebenfalls Solar Energie ist. Denn der Luftstrom ist auch nur durch die Sonne möglich. Aber da der Prozess doch ganz anders läuft, würde ich Wind Energie grundsätzlich als eigene Kategorie nehmen.

Wind Energie hat zwar eine lange Geschichte, aber richtig ernst nehmen kann man die Technologien erst seit 1973. In diesem Jahr trat die erste Ölpreiskrise auf. Daraufhin erkannten Industrieländer zum ersten Mal, dass die starke Abhängigkeit von Energieimporten die mittel- und langfristige Entwicklung des Landes gefährdet. Um das zu ändern, fingen sie an, Wind Energie zu fördern.

Ein kurzer Überblick: Wind Energie weltweit

Seit 1980 macht Wind Energie starke Fortschritte bis heute. Allein im Jahr 2018 wurden 53,9 Gigawatt Windenergieanlagen neu installiert. Bis Ende 2018 sind insgesamt bereits 600 Gigawatt Leistung von Windkraftanlagen installiert. Damit decken sie 6% des Strombedarfs weltweit.

Die Anführer und Vorreiter waren Europäer. Dänemark war eins der ersten Länder, die Wind Kraft förderten. Danach sind immer mehr Länder dazu gekommen. Chinas Einstieg in der Wind Energie kam später, jedoch entwickelte sich rasant. Allein von 2005-2015 stieg die Kapazität von Windkraftanlagen in China von 1,2 GW auf 145,3 GW, was eine mehr als 100-fache Steigerung bedeutet.

Heute ist China der größte Wind Energie Markt mit einer neu installierten Leistung von 25,9 GW im Jahr 2018, was der Hälfte der weltweit installierten Gesamtleistung entspricht. China ist auch das erste Land der Welt mit einer installierten Leistung von mehr als 200 GW Windkraft. Außerdem das einzige Land, das 100 GW ebenfalls überschritten hat.

USA spielt ebenfalls schon seit lange eine große Rolle in der Wind Energie Welt. Bald werden sie die Grenze 100 Gigawatt überschreiten und noch mehr Wind Energie produzieren.

Neue und insgesamt installierte Windkraftkapazität in den wichtigsten Wind Energie Ländern

LänderInstallierte
Leistungen (GW)
Installation
2018 (GW)
China22125,9
USA96,47,6
Deutschland59,33,1
Indien352,1
Spanien230,39
UK20,72,9
Frankreich15,31,5
Brasilien14,51,7
Kanada12,80,56
Italien10,1Unklar
Gesamt60051,3

Quelle: http://www.eastwp.net/news/show.php?itemid=54039
https://www.evwind.es/2019/02/20/spain-increased-wind-power-by-392-mw-in-2018-adding-a-total-of-23484-mw-installed-wind-energy/66205

Die Vor- und Nachteile von Wind Energie

Wind Energie hat einige Vorteile: Sie existieren überall und es gibt viel davon. Einer der größten Vorteile ist, dass Wind Energie unabhängig von Tag und Nacht Energie generieren kann. Das kann man perfekt mit der Solaranlage kombinieren.

Noch ein Vorteil ist die Geschwindigkeit, die Infrastruktur dafür aufzustellen. Der Bau eines Windparks dauert nur wenige Wochen, viel kürzer als andere erneuerbare Energien Anlagen. Die Kosten sind daher auch relativ niedrig, außerdem sind sie sehr flexibel. Man muss nicht unbedingt auf eine große Volumen einschränken. Auch kleinere Anlagen bringen viel.

Ein großer Nachteil der Wind Energien liegt an ihrer Unzuverlässigkeit. Es lässt sich nicht fest planen, wie viel Wind an bestimmten Tagen oder Jahreszeiten entstehen wird. Denn das ist Wetter abhängig. Tendenziell gibt es im Winter mehr und Sommer weniger Wind. Aber diese Tendenz reicht nicht, um eine Kraftwerk zuverlässig zu planen.

Darum sollte man erneuerbare Energien insgesamt kombinieren, damit sie zusammen ein zuverlässiges Portfolio bildet. Das werde ich später noch weiter ausführen.

Momentan die wichtigste erneuerbare Energien Quelle: Wasserkraft

Wasserkraft ist eine ganz wichtige Energiequelle in der Kategorie erneuerbare Energien. Sie deckt 2017 16% des gesamten Strombedarfs der gesamten Menschheit und ist somit immer noch die wichtigste Energiequelle für erneuerbare Energien.

Ähnlich wie bei Wind Energie, die aus Luftstrom entsteht, kommt die Wasserkraft aus Wasserströmung. So wie die Windkraftanlage, verwandelt ein Turbinenrad die kinetische und potenzielle Energie der strömung in mechanische Rotationsenergie um. Diese Rotationsenergie treibt den Generator zur Stromerzeugung an.

Das Prinzip bei Wasserkraft ist also exakt das Gleiche wie bei Wind Energie: Je kräftiger die Strömung, desto schneller dreht sich der Rotor. Damit bekommt man mehr Strom daraus.

Wieviel Reserven hat Wasserkraft weltweit?

Die Reserven an globalen Wasserkraftressourcen sind sehr beeindruckend: Nach den Statistiken 2018 liegen die theoretischen Reserven an Wasserkraftressourcen weltweit bei etwa 40.000 bis 50.000 TWh / Jahr (Terawattstunden / Jahr). Laut Wikipedia sind davon ca. 26.000 Terrawattstunden pro Jahr technisch nutzbar, von denen 21.000 TWh auch unter ökonomischen Gesichtspunkten genutzt werden könnten. Laut Tarifo verbraucht die Welt 16.330.000.000.000  Kilowattstunden Strom, das sind 16.330 Terawattstunden pro Jahr. Das bedeutet, wenn die Menschheit danach strebt, das Potenzial von Wasserkraft auszuschöpfen, kann man den Strombedarf der gesamten Menschheit allein damit decken.

Jedoch sieht die Realität leider noch nicht so optimistisch aus: Die aktuellsten Zahlen, die ich finden kann, sagen, dass Wasserkraft im Jahr 2016 4.100 TWh / Jahr produziert. Damit deckt Wasserkraft momentan 24,5% des Weltstrombedarfes.

(Quelle: http://www.ren21.net/gsr-2017/chapters/chapter_01/chapter_01/)

Im Jahr 2016 waren weltweit Wasserkraftwerke mit einer kumulierten Leistung von zusammen rund 1096 GW installiert, die rund 4100 TWh elektrischer Energie produzierten. Damit lieferte die Wasserkraft 16,6 % des Weltbedarfes an elektrischer Energie und rund 2/3 der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, die 24,5 % des Weltstrombedarfes deckten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Wasserkraft

Das größte Kraftwerk weltweit ist momentan immer noch der Drei-Schluchten-Staudamm in China. Nach Statistiken von Weltbank deckt Wasserkraft knapp 20% des gesamten Strombedarfs Chinas. In Kongo (Grand Inga Dam) und Russland ( Penzhin Tidal Power Plant) werden zwei große Staudammen gerade gebaut, die noch größer werden.

Diese Länder produzieren am meisten Strom mit Wasserkraft im Jahr 2017

Länder mit der größten installierten Wasserkraftkapazität (Einheit:%)

LänderAnteil von der Welt
China28%
Brasilien9%
USA7%
Kanada7%
Russland4,3%
Indien4%
Norweigen2,7%
Türkei2,5%
Japan2%
Frankreich1,7%
Rest der Welt31,8%

Quelle: http://www.chinapower.com.cn/informationzxbg/20180820/119406.html

Vorteile von Wasserkraft

Die Vorteile von Wasserkraft sind eindeutig. Darum ist Wasserkraft auch eine beliebte Ressource.

  • Keine Schadstoffemissionen bei der Stromerzeugung.
    Das ist ein typlisches Merkmal für erneuerbare Energien. Sie erzeugen entweder keine oder kaum Schadstoffemissionen.
  • Niedrige Betriebskosten und Stabilität.
    Wasserkraft benötigt keinen Kraftstoff. Darum werden die Stromerzeugungskosten nicht von den Kraftstoffpreisen beeinflusst, und der Betrieb ist stark automatisiert, sodass weniger Personal für den Betrieb erforderlich ist. Das führt zu niedrigeren Betriebskosten . Wenn die Stromerzeugung kontinuierlich mit maximaler Stromerzeugung erfolgt, können die Baukosten durch den Stromverkauf von 5 bis 8 Jahren Strom gedeckt werden.
  • Man kann die Strommenge nach Bedarf einstellen.
    Wasserkraft kann die erzeugte Strommenge schnell an den Strombedarf anpassen. Die Anlaufzeit der Wasserkraft beträgt nur wenige Minuten, und es dauert nur 60 bis 90 Sekunden, bis die volle Leistung erreicht ist, und die Zeit, die für die Stromerzeugung aus Gas benötigt wird, ist kürzer. Daher kann ein kleines Wasserkraftwerk als Puffer zum Einstellen der zugeführten Energiemenge verwendet werden.
  • Kann Strömung bei Hochwasser und / oder Dürre regulieren
    Ein Staudamm verfügt über eine Wasserspeicherfunktion, die den Wasserfluss regeln kann. Damit kann es die Wasservolumen verteilen, um mögliche Überschwemmung oder Dürre zu vermeiden. In einigen geografischen Umgebungen können Stauseen den Durchfluss verringern und die Schifffahrt verbessern.

Nachteile von Wasserkraft:

  • Unzuverlässigkeit: Strommenge ist abhängig vom Klima
    Wasserkraftwerke brauchen Wasser, um Strom zu produzieren. Wenn es zu wenig geregnet hat, kann es schnell dazu führen, dass Strom knapp wird. Das ist wieder ein typlisches Merkmal bei erneuerbaren Energien.
    Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energien wie Sonnenenergie und Windenergie ist die Erzeugung von Wasserkraft relativ stabil, jedoch nicht so gut wie die Erzeugung von Wärmeenergie und Kernenergie.
  • Begrenzte Lebensdauer
    Die meisten anderen Stromerzeugungsmethoden können die Lebensdauer der Stromerzeugung verlängern, indem sie die alten Geräte durch neue ersetzen. Bei Wassskraftwerken ist das deutlich schwieriger. Denn über die Jahre sammeln sich Schlamm im Reservoir, das führt zu einer begrenzten Lebensdauer. In der Regel kann man von 20 – 50, maximal 100 Jahren ausgehen. Die Geschwindigkeit, wie schnell sich der Schlamm ansammelt, hängt von der Größe des Reservoirs und der Sedimentmenge ab. In den USA verlieren große Stauseen eine durchschnittliche jährliche Kapazität von 0,2%. Während Chinas große Stauseen eine durchschnittliche jährliche Kapazitätsverlust von 2,3% haben.
  • Hohe Kosten und Aufwand
    Da ein mislungenes Projekt große Konsequenzen verursachen kann, muss man bei Wasserkraft hohe Invesitionsvolumen mit viel Aufwand rechnen.
  • Potenzielle ökologische Schaden
    Große Stauseen überfluten große Fläche. Das kann die Artenvielfalt zerstören, weil dieses Gebiet danach unter Wasser stehen. Außerdem wird das Wasser nach dem Durchlauf geklärt, das kann zur Bodenerosion führen. Ein Stausee steigt außerdem die Wassertemperatur. Und das kann zu einer Verringerung der Anzahl und der Art der Fischbestände führen.

Wie viel Strom wird in Deutschland durch Wasserenergie erzeugt?

Die Zahl ist Deutschland ist relativ gering, besonders wenn man mit Ländern wie Kanada, China oder Brasilien vergleicht. Während Kanada mit Wasserkraft über 60% des Strombedarfs deckt, beträgt die Zahl in Deutschland nur ca. 1,6%. Allerdings liegt es auch an der natürlichen Bedingungen. Die Flüsse in Deutschland sind deutlich schmäler als die in China, Brasilien oder Kanada. Auch der Wasserfluss fällt nicht besonders stark ab in Deutschland.

Was man aber nicht übersehen soll: Nahezu jeder geeignete Fluss und jeder geeignete See in Deutschland ist bereits mit einem Wasserkraftwerk ausgestattet. Darum ist der niedrige Anteil an Stromproduktion auch nachvollziehbar.

Bioenergie

Ähnlich wie Wind Energie, kann man fast Bioenergie auch als eine erweiterte Art von Solar Energie bezeichnen. Denn Bioenergie, oder Biomasse Energie ist die Energieform, in der Sonnenenergie in Form von chemischer Energie in Biomasse gespeichert wird. Daher ist Biomasse der Träger dieser Energie.

Bioenergie entsteht direkt oder indirekt aus Photosynthese von Grünpflanzen und kann auf konventionelle feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe verwandelt werden. Damit ist sie unerschöpflich und gelten natürlich als erneuerbare Energien. Außerdem ist sie damit auch die einzige erneuerbare Kohlenstoffquelle.

Wie wird Biomasse gewonnen?

Biomasse existiert in der Natur in verschiedensten Formen. Daher ist die Energiedichte relativ gering. Außerdem sind sie meistens extrem feucht. All das macht es schwierig, große Menge von Biomasse zu sammeln. Darum ist es teuer, Biomasse als kommerzielle Energie zu nutzen.

Infolgedessen werden heute in der Regel handelsübliche Materialien verwendet, die aus anderen Gründen gesammelt wurden. Beispiele dafür sind Abfälle aus der Holz- und Lebensmittelverarbeitung und organische Abfälle aus der Siedlung. Diese Abfälle werden zur Biomasse verarbeitet.

Eine andere Möglichkeit ist, Pflanzen anzubauen, die als Energiequelle dienen können. Ein Beispiel sind die bekannten „Dieselbäume“. Bei diesen Bäumen sind Poren des Holzes gefüllt mit Öl. Zum Abzapfen des Öls wird ein Loch in das Holz geschnitten, in dem sich das Öl sammelt und dort aufgenommen werden kann. Pro Jahr fallen pro Baum etwa 50 Liter Öl an. Erträge von circa 10.000 Litern pro Jahr und Hektar sind möglich. Allerdings wachsen Dieselbäume außerhalb der Tropen nur langsam und ist empfindlich. Daher sind sie nicht für alle Regionen geeignet.

Die häufigste Methode, um Biomasse zu gewinnen, ist Anbau von üblichen landwirtschaftlichen Produkten. Diese verwendet man für Lebensmittelverarbeitung. Und die Abfälle dadurch kann man noch einmal als Biomasse für Energie erzeugen verwenden.

Vor- und Nachteile der Bioenergie

Die Vor- und Nachteile der Bioenergie sind deutlich zu erkennen. Wahrscheinlich liegt es auch daran, dass wir die Rohstoffe dafür gut kennen.

Vorteile der Bioenergie sind die kostengünstige Produktion. Auch Wiederverwertung von Abfällen macht Bioenergie sehr attraktiv. Darübeer hinaus ist die Technologie bei Bioenergie relativ einfach. Im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen ist es leicht, Bioenergie zu gewinnen.

Die Nachteile dafür sind ebenfalls eindeutig: Pflanzen können nur sehr bedingt Sonne in Energie verwandeln. D.h., hohe Verlust ist unvermeidbar. Außerdem sind die Erdfläche insgesamt begrenzt. Darum kann man schwer ein unbegrenztes Wachstum erwarten. Das letzte Problem liegt daran, dass Pflanzen oft viel Wasser braucht, das aber bei der Energieerzeugung nicht wieder verwertet werden kann. Daher steigert die Verschwendung von Energie noch einmal.

Geothermie: Ein kurzer Einblick

Geothermie ist eine natürliche Wärme, die der Erdkruste entzogen wird. Diese Energie kommt aus der Lava im Erdinneren und existiert in Form von Wärme. Daher ist sie auch die Energie, die Vulkanausbrüche und Erdbeben verursacht.

Menschen nutzen Geothermie bereits seit langem. Beispiele dafür sind Baden in heißen Quellen, die medizinische Behandlung, oder einfach zum Heizen mit unterirdischem Warmwasser. Außerdem verwenden Menschen schon lange Geothermie zum Bau von Gewächshäusern für Nutzpflanzen, zur Aquakultur oder zum Trocknen von Getreide. Aber Geothermie als konsistente Energiequelle zu verwenden, ist erst seit Mitte des 20. Jahrhunderts.

Wo wird Geothermie am meisten verwendet?

Die Geothermie konzentriert sich auf Regionen entlang des Randes der tektonischen Platte, die von Vulkanen und Erdbeben bedroht sind. Wenn man es schafft, die Wärme schneller aus der Erde zu gewinnen, als, dass sie in der Erde gebildet wird, kann die Erdwärme regeneriert werden. Damit gilt Geothermie als erneuerbare Energie.

Top 10 Länder, die am meisten Geothermie als erneuerbare Energie verwenden: (2015)

LänderInstallation (MWt)Energieumsatz
pro Jahr (KJ)
Leistung (GWh)
China17.870174.35248.434,99
USA17.41675.86221.075
Schweden5.600051.92014.423
Türkei2.886,345.12612536
Deutschland 2.848,6 19.5315.425
Frankreich2.346,915.8674.408
Japan 2.186,1726.1307.259
Island2.04026.7177.422
Finnland1.56018.0005.000
Italien1.0148.6822.412

Quelle: https://pangea.stanford.edu/ERE/db/WGC/papers/WGC/2015/01000.pdf

Wie kann Geothermie Energie erzeugen?

Auch wenn man Geothermie vielschichtig einsetzen kann, verwendet man heute hauptsächlich Geothermie für zwei Energie Gewinnungen. Man verwendet sie entweder direkt oder zur Stromerzeugung.

Direkte Nutzung: Heizen und Kühlen mit Geothermie

Erdwärme kann natürlich direkt benutzt werden. In Verbindung mit Wärmepumpen wird Erdwärme in der Regel zum Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Geothermie sorgt aber nicht nur fürs Heizen, sondern auch Kühlen. Denn ihre Eigenschaft, im Winter wärmer und im Sommer kühler zu sein, als die Lufttemperatur, hilft beim Heizen und Kühlen.

Darum bietet Geothermie eine natürliche Kühlung, die direkt für Gebäudekühlung sorgen kann. Da verwendet man Wasser vom flachen Untergrund. Denn dieses Wasser hat eine Jahresmitteltemperatur. Bei dieser Methode braucht man nicht einmal eine Wärmepumpe. Besonders Rechenzentren können das gut gebrauchen, weil der Einsatz relativ wenig Aufwand und Energie benötigt. Das Gleiche funktioniert ebenfalls beim Eisfreihalten von Brücken, Straßen oder Flughäfen im Winter.

Fürs Heizen verwendet man dabei Wasser mit Temperaturen zwischen 40 und 150 °C. Dafür benötigt man in der Regel Wärmepumpen. Island ist hier das führende Land, das bereits im Jahr 1928 in der Hauptstadt Reykjavik ein geothermisches Heizsystem gebaut hat. Das ist auch das erste geothermische Heizsystem der Welt. Das System funktioniert heute noch einwandfrei.

Stromerzeugung mit Geothermie

Stromerzeugung ist die wichtigste Form der Nutzung von Geothermie. Das Prinzip hier, wie Strom entsteht, funktioniert gleich wie bei einem Kohlekraftwerk. Beide verwandeln die Hitze in mechanische Energie in der Turbine, um Generatoren anzutreiben. Der Unterschied besteht darin, dass Geothermie keinen großen Kessel keinen Brennstoff braucht.

Warum sind erneuerbare Energien so wichtig?

Dass die Menschheit solche Enwicklung in den letzten 200 Jahren erleben konnte, liegt zum größten Teil an der Enwicklung der Energien. Energien ermöglichten uns, Produktivität in jeder Hinsicht zu steigern.

Es ist unrealistisch zu wünschen, dass die Menschen in Zukunft einfach den Energieverbrauch von selbst reduzieren würden. Ganz im Gegenteil: Mit der Wirtschaftsaufschwung vieler Entwicklungsländern ist es unvermeidbar, dass noch viel mehr Energien verbraucht werden, als die Menschheit je zuvor getan hat. Es wäre unrealistisch, und auch arrogant, diesen Ländern zu verbieten, genau so viel Energien pro Kopf zu verwenden wie die Industrieländer.

Wenn man Energiequellen findet, die unerschöpflich sind, dann stehen die Entwicklungen von allen, sowohl allen Ländern, als auch allen Industrien, nichts mehr im Wege.

Außerdem sollte man nicht vergessen, dass die Erde die Grundexistenz der Menschheit bietet. Außer der Erde hat man keine zweite Wahl. Verwendung von Fossilenergien, d.h., nicht erneuerbare Energien, ist nicht nur endlich, sondern auch noch schädlich. Die Entstehung von Fossilenergien war der Prozess, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu binden und konzentrieren. In diesem Prozess wird Luft gereinigt, Sauerstoff gebildet.

Wer ein bisschen Physik kennt, weiß, dass Energien nicht verschwinden, sondern nur verwandelt werden. Verwendet man die Fossilenergien, verwandelt man die mühsam abgebaute Kohlendioxid aus der Atmosphäre wieder in die Luft freizusetzen. Das ist nicht nur verschwenderisch, sondern auch noch tödlich für die Erde. Schließlich hat Erde Milliarden von Jahren gebraucht, um bewohnbar wie heute zu sein.

Welche Förderungen gibt es für welche erneuerbare Energien in anderen Ländern? Ein Überblick

Erneuerbare Energien, gerade in der Entstehungsphase, haben viele natürliche Nachteile. Sie sind oft teurer und aufwändiger zu erzeugen. Und die Vorteile, die Umwelt zu schützen, sind schwer an den Verbrauchern zu vermitteln.

Darum sind Subventionen und Gesetze wichtig, damit erneuerbare Energien die Anfangszeit überlebt, um später konkurrenzfähig zu werden. Um dieses Ziel zu erreichen, haben viele Länder und Regionen unterschiedliche Einsätze. Zusammengefasst teilen sie alle zwei Eigenschaften: Zielsetzung mit gesetzlichen Vorgaben (Verpflichtungen) und finanzielle Anreize mit Subventionen.

Da Subventionen jedes Jahr unterschiedlich beläuft, werde ich nur einen kurzen Überblick geben. Der Schwerpunkt liegt daran, wie die Länder das Pflichtanteil umsetzen.

USAs Quotensystem für eneuerbare Energien

Erneuerbare Energien machten 2016 12,2% des gesamten Primärenergieverbrauchs und 14,94% des im Inland erzeugten Stroms in den USA aus. Dabei erhalten Energietechnologien grundsätzlich staatliche Zuschüsse in den USA. 2016 beliefen die energiespezifischen Subventionen und Unterstützungen der Bundesregierung für erneuerbare Energien 6,7 Milliarden Dollar, während fossile Brennstoffe und Kernenergie 489 Mio. USD bzw. 365 Mio. USD. Subventionen erhielten.

Die USA waren das erste Land, das ein Quotensystem für erneuerbare Energien eingeführt hat, und es war auch ein gutes Beispiel, das für Quotensystem spricht, um erneuerbare Energien zu fördern.

Das Quotensystem heißt renewable portfolio standard (RPS). Dieses System Schlug ursprünglich Environmental Protection Agency (EPA) vor, die 1970 gegründet wurde. EPA war der Meinung, dass Energien, die bei den Verbrauchern ankommen, aus allen Quellen kommen können: Kohle, Wasserkraft Atomkraft, Windkraft und Photovoltaik. Jedoch haben Verbraucher keine Möglichkeit, die Unterschiede zwischen allen Kanälen zu unterscheiden. Letztendlich ist es den Verbraucher „egal“, woher der Strom kommt, solange der Strom stabil geliefert wird. Das erzeugt ein großes Nachteil für erneuerbare Energien. Denn erneuerbare Energien sind bekannterweise teurer als die konventionelle fossilen Energien. Die Konkurrenz wäre für erneuerbare Energien daher unfair. Dies könnte die Entwicklung von erneuerbaren Energien verhindern.

Daher entstand der Vorschlag, ein Quotensystem einzuführen, das sich RPS (Renewable Portfolio Standard) nennt. RPS sieht in der Regel vor, dass Energieversorger einen bestimmten Prozentsatz des Stroms aus erneuerbaren Quellen erzeugen müssen. Zertifizierte Generatoren für erneuerbare Energien erhalten Zertifikate für jede von ihnen erzeugte Stromeinheit. Nur mit diesem Zertifikaten können sie ihren Strom an Versorgungsunternehmen verkaufen. Die Versorgungsunternehmen geben dann die Zertifikate einfach an die Aufsichtsbehörde weiter. Damit können Versorgungsunternehmen nachweisen, dass die erneuerbaren Energien, die sie liefern, zuverlässig sind.

REC: Renewable Energy Certificate. Das Zertifikat, um erneuerbare Energien zu fördern

Das interessante an diesem Zertifikat (REC: Renewable Energy Certificate): Das ist wie ein Produkt, das man kaufen kann / muss. Im Allgemeinen steht 1 REC für 1 MWh Strom aus erneuerbaren Energiequellen. Mit dem REC wird jede Megawatt Ökostrom mit einem eindeutigen Identifikationscode gekennzeichnet. Darin sind Informationen erhalten wie z.B. welche erneuerbare Energie es sich handelt, Kapazität der Stromerzeugung, Produktionszeit und Produktionsseriennummer.

Dieses Zertifikat REC wird als transaktionsfähiges, immaterielles Energie Produkt definiert. REC kann man sowohl einkaufen, als auch verkaufen. Wer REC besitzt, kann ihre RECs an denen verkaufen, die bestimmten Quotenverpflichtungen unterliegen. Damit erschöpft man einen wahren (Mehr)Wert von erneuerbaren Energien, die sonst bei Endverbrauchern nicht erkannt werden kann. Wieviel RECs kosten, entscheidet der Markt.

Im Rahmen der Quotenregelung beträgt der Strompreis von erneuerbaren Energien der Strompreis, erzeugt von fossilen Energien, zuzüglich den Preis von Zertifikatverkaufen. Damit subventioniert man erneuerbare Energien von konventionellen Energien.

Quelle: https://zhuanlan.zhihu.com/p/20558209

Dass aus dem Zertifikat praktisch Finanzprodukt wird, überrascht mich nicht. Denn Finanzprodukte haben viele Vorteile, wenn man das Ganze neutral betrachtet.

Vorteile von REC: Erneuerbare Energien sind damit leichter zu handeln.

Damit wird es möglich, dass Energieunternehmen Zertifikate kaufen können, ohne, dass sie selbst erneuerbare Energien produzieren. Es reicht, dass diese Zertifikate von Unternehmen stammen, die erneuerbare Energien selbst erzeugt haben. D.h., wer mehr erneuerbare Energien produziert hat, kann diese Zertifikate REC auf dem Energie Markt einfach verkaufen. Somit können Energieunternehmen die Vorgaben immer einhalten können, ohne, dass sie selbst Anlagen für erneuerbare Energien einkaufen oder sogar einrichten müssen. Das mindert einerseits die Belastung bei vorhandenen Strukturen, nämlich diese können weiterhin existieren. Andererseits verschafft man indirekt finanzielle Anreize, mit Geld von konventionellen Energieträgern, in erneuerbare Energien zu investieren.

Das System ist nun weltweit in vielen Ländern, besonders in den EU umgesetzt. Wenn man sich mit diesem Thema auskennt, kann auch mehr in die Richtung Blockchain überlegen. Denn RECs bieten bereits die Grundlage dafür, dass die Stromerzeugung dokumentiert wird. Darüber hinaus sind diese Dokumentationen nicht nur digitalisiert, sondern auch noch zum Strom gebunden. Wenn man es schafft, diese Informationen noch zu verschlüsseln und Zugehörigkeit zuzuordnen, kann die Organisation noch effizienter laufen.

Was man dazu noch wissen sollte: RECs sind zur Zeit nur auf nationaler Ebene zu handeln. Internationale Transaktionen sind bisher noch nicht möglich.

Wie China mit erneuerbaren Energien umgeht

Chinas Start, erneuerbare Energien zu fördern, war viel später als die Industrieländer. 28. Februar 2005 verkündete China das erneuerbare Energie Gesetz mit Subventionsregelungen, die ab 01.01. 2006 implementiert wurde bis heue.

Wer sich für das ganze Gesetz interessiert, kann den kompletten Inhalt mit der englischen Übersetzung hier lesen: Erneuerbare Energiegesetz der Volksrepublik China

Wie vorher erwähnt, besteht das erneuerbare Energie Gesetz Chinas ebenfalls aus zwei Teilen: Pflichtanteile und finanzielle Anreize. Im Gesetz werden Ziele vorgeschrieben, dass bestimmte Menge von erneuerbaren Energien in verschiedenen Regionen jährlich erzeugt werden müssen. Das Gesetz definierte auch den Einkaufsprozess von Strom aus erneuerbaren Energien. Gleichzeitig spricht es von Subventionen und Förderungen, ohne konkrete Summe zu nennen. Diese wird jährlich festgelegt.

Die aktuelle Subvention von 2019 beträgt 10,5 Milliarden Euro. Gewöhnlicherweise erhalten Wind Energie und Solar Energie den Löwenanteil. 5,5 Millliarden gehen an die Wind Energie, und 4 Milliarden gehen an die Solar Energie. Der Hauptanteil von erneuerbaren Energien in China ist immer noch Wasserkraft. Dennoch: Andere Bereiche holen jetzt nach, auch Dank der Subventionen.

Was man noch wissen soll: China hat noch kein Quotensystem für erneuerbare Energien. Jedoch gibt es schon viele Vorschläge von Experten, die das einführen wollen. Es ist durchaus möglich, dass das noch in den kommenden Jahren passiert.

Richtlinien für erneuerbare Energien in der EU

EU hat eine sehr besondere Richtlinien, um allen Ländern hinzuweisen, wohin ganz Europa arbeiten will: Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie. Sie war seit 2009 das Fundament für die europäische Erneuerbare-Energie-Politik. Sie diente als wirkungsvoller Ausgleich für die über Jahrzehnte erfolgten finanziellen und strukturellen Förderungen und Vorteile für herkömmliche Energien. 

Die aktuellste Version aus dem Jahr 2018 sieht ein verbindliches Gesamtziel auf EU-Ebene vor: 32 % erneuerbare Energien bis 2030. Die Mitgliedsstaaten sind dazu verpflichtet, durch nationale Klima- und Energiepläne zu diesem Gesamtziel beizutragen. Die Mitgliedstaaten müssen ab 2021 „gemeinsam sicherstellen“, dass das EU-weite EE-Ausbauziel von 32 % bis 2030 erreicht wird. Wikipedia listet auch auf, welche Ländern bei den Erneuerbare-Energien-Richtlinien welche Ziele als Vorgaben haben.

Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es verschiedene Fördermöglichkeiten. Dabei handelt es sich grundsätzlich um zwei Modelle: Das Modell Einspeisevergütung, was Deutschland gestartet und von vielen EU Ländern übernommen wurden. Und das zweite Modell ist das System mit REC, wie in den USA.

Australien

Australien verwendet ebenfalls das Quotensystem. Außerdem sind sie das erste Land der Welt, das landesweit das Quotensystem für erneuerbare Energien implementiert hat. 2000 verabschiedete die australische Regierung das Erneuerbare-Energien-Gesetz, das ein verbindliche Ziele für erneuerbare Energien festlegte. Damit verpflichtete das Land die jeweiligen Stromgroßhändler gesetzlich, einen bestimmten Anteil erneuerbarer Energien zu beziehen.

Um die Preisschwankungen bei Zertifikaten für erneuerbare Energien zu reduzieren, damit das Finanzprodukt noch attraktiver wird für Investoren, notierte die australische Regierung Ende 2011 RECS Futures an der Australian Stock Exchange (ASX). Mit den Zertifikats-Futures für erneuerbare Energien kann das Wertrisiko von erneuerbaren Quellen verringert werden.

Wie werden sie in Deutschland gefördert? Ein Blick in das EEG: Das erneuerbare Energien Gesetz

EnergieträgerAnteil an den Auszahlungen
Wasserkraft1,3%
Gase0,2%
Biomasse24%
Geothermie0,2%
Windenergie an Land21%
Windenergie auf See15%
Solarenergie38%

Aus der Tabelle kann man sehen, dass Solarenergien, Windenergien und Biomasse die am meisten geförderten erneuerbaren Energien sind. Allerdings sind die Anteile von Gasen, Geothermie und Wasser so klein, dass ich nicht weiter eingesteige. Daher fokussiere ich auf die drei Bereiche, die in Deutschland stark gefördert werden:

  • Solarenergie
  • Windenergie
  • Biomasse

Wie Deutschland erneuerbare Energien fördert, kannst Du bei uns mehr erfahren. Dominik hat einen Artikel spezifisch dazu geschrieben: EEG Umlage . Spezifisch zum Thema Einspeisevergütung hat er auch die aktuellsten Förderungen aus dem Jahr 2019 erläutert. Hier kannst Du alles über Förderungen und Erneuerbare Energien Gesetze in Deutschland erfahren.

Forbes prognostiziert für 2019 sechs wichtige Trends bei erneuerbaren Energien

Forbes Energy and Sustainability Experter James Ellsmoor gab 2019 6 Prognosen zu den Trends bei erneuerbaren Energien ab. Er deckte in diesem Beitrag Themen von Energiespeicherung, künstliche Intelligenz bis zu Blockchain in den letzten Jahren. Auch Fortschritte in den Entwicklungsländern im Bereich erneuerbare Energien hat er angesprochen. Das kann für alle interessant sein, die sich für das Thema erneuerbare Energien interessieren.

1. Energiespeicher für erneuerbare Energien

Energiespeicher war schon seit der Entstehung von erneuerbaren Energien ein wichtiges Thema. Gerade weil die meisten erneuerbaren Energien nicht besonders zuverlässig und konsistent Energie generieren können, braucht man Speicher, um die Schwankungen auszugleichen. Die Kombination eines Speichersystems mit einer erneuerbaren Energiequelle gewährleistet eine reibungslose und gleichmäßige Stromversorgung. Besonders, wenn die Wetterbedingungen für die Energieerzeugung nicht optimal sind.

Baterien sind die in erneuerbaren Energiesystemen am häufigsten verwendeten Speicher. Der Verbrauch wird auch weiterhin steigen sowohl im privaten, als auch öffentlichen Bereichen. Man kann auch erwarten, dass sich die Energiespeichertechnologien weiter verbessern und ihre Nutzung rentabler und erschwinglicher machen.

Prognosen zeigen, dass die Energiespeichersysteme in Zukunft ein zentraler Bestandteil aller neuen Energietechnologien sein werden. Gleichzeitig werden Energiespeicherlösungen für Stadtwerke und Wohngebäude kostengünstiger. Damit werden Vorteile traditioneller Energiequellen allmählich geschwächt.

James berichtete von einem Fallstudie aus der Karibik, dass auf der Insel Barbados alte Batterien für Elektroautos wiederverwendet werden, um Netzstrom zu speichern. Damit verlängert man die Nutzungsdauer der Batterien noch einmal.

2. Microgrids und AI für erneuerbare Energien

Elon Musk hatte schonmal gesagt, dass zentrale Stromnetze aus der Geschichte verschwinden werden. Auch wenn er seine Aussage später korrigiert hat, kann man dennoch davon ausgehen, dass Stromnetze dezentraler werden, als jetzt. Daher glaubt auch James, dass Microgrids mit künstlicher Intelligenz weiterhin der neue Trend sein wird, um die Stromversorgung noch effizienter zu gestalten.

Microgrids sind lokale Energienetze, die entweder autonom betrieben oder an ein größeres traditionelles Netz angeschlossen werden können. Sie sorgen für Energieunabhängigkeit, Effizienz und Schutz in Notfällen. Kombiniert man die Microgrids mit AI (Artificial Intelligence, Künstliche Intelligenz), die maschinell lernfähig sind, kann man den Betrieb kontinuierlich anpassen und verbessern. (Wenn Du nicht weiß, was Machine Learning bedeutet, kannst Du erstmal den Beitrag „Deep Learning: Womit Maschinen so denken wie die Menschen“ lesen. Denn Deep Learning ist eine Unterkategorie von Maschine Learning.)

Die Bereitstellung von Micro Grids wird erheblich schneller. Denn heute schafft man es, mit einer neuen Software die Entwürfe an einem einzigen Tag fertig zu stellen.

Als Fallstudie nennt James noch den Insel Palau, ein pazifischer Inselstaat und das dreizehntkleinste Land der Welt. Es hat sich jedoch zum Ziel gesetzt, das größte Micro Grid der Welt zu bauen – 35 MW Sonnenkollektoren gepaart mit 45 Megawattstunden Energiespeicher. Das ist nur ein Teil des großen Plans: Sie wollen bis 2050 auf 70 Prozent erneuerbare Energien umzustellen. Dass Palau das vor hat, ist kein Zufall. Denn Palau als ein Inselstaat sind vom Klimawandel eher betroffen als die Binnenstaaten.

3. Energie-Blockchain und IoT für erneuerbare Energien

Eben erwähnte ich noch von Micro Grids, eine Idee, Stromnetze dezentral zu gestalten. Damit ist Blockchain auch ein ganz wichtiger Begriff. Dieser hängt mit IoT (Internet of Things) zusammen und bilden einen neuen Trend: Energie-Blockchain und IoT.

Mit Blockchain verbindet man viel häufiger mit dem Begriff „Kryptowährung“. Dabei ist die Blockchain Technologie für ein System dezentraler Stromnetze ideal geeignet. Blockchain ist ein unbestechliches digitales Ledger, das Transaktionen über ein Peer-to-Peer-Netzwerk durchführt und aufzeichnet. Die fehlende Zentralisierung in der Blockchain macht es zum idealen Mittel, um die Vermittler der Stromversorger zu eliminieren.

Blockchain verringert die Ungleichheit und Ineffizienz von Energie und ermöglicht es den Verbrauchern, Energie von anderen Verbrauchern direkt zu kaufen und zu verkaufen. Da kommt IoT (Internet of Things, Internet der Dinge) ins Spiel, weil alles mit Internet verbunden ist. Mit Blockchain können Gegenstände, die mit Internet verbunden sind und selbständig rechnen können, Transaktionen führen und Entscheidungen treffen, ohne, dass die Menschen involviert sind. Damit kann Stromversorgung überall und unabhängig von Menschen funktionieren.

Als Beispiel hat James von einem Projekt „Brooklyn Microgrid“ erwähnt. An dem Projekt ist ein Micro Grid beteiligt, dessen Eigentümer über die Blockchain-Technologie Strom kaufen und untereinander verkaufen. Der Erfolg solcher Projekte stellt sicher, dass sie in größerem Umfang umgesetzt werden.

Wenn Du mehr darüber erfahren willst, kannst Du meinen Beitrag „Internet of Things: Ganz ohne Vorkenntnisse Internet der Dinge verstehen“ tiefer lesen.

4. Netzparität und Kostensenkung von erneuerbaren Energien

Netzparität (engl. grid parity) ist der Zustand gleicher Stromgestehungskosten erneuerbarer Energieträger im Vergleich zum Strompreis konventioneller elektrischer Energie. Sie gilt üblicherweise dann als erreicht, wenn aus Sicht der Endverbraucher selbst produzierter Strom dieselben Kosten je Kilowattstunde verursacht wie der Kauf von einem Stromanbieter, also der Strombezug über das Netz. Bei diesem Vergleich ist zu beachten, dass die Kosten des Strombezugs Vollkosten darstellen (also neben den Kosten der Stromerzeugung die Kosten des Stromnetzes und der Steuern beinhalten), während die Kosten des Endverbrauchers lediglich Teilkosten darstellen.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Netzparit%C3%A4t

Eine der Hauptkritiken an erneuerbaren Energien sind immer die zu hohen Kosten. Deshalb kann auch Netzparität erst dann passieren, wenn die Kosten der erneuerbaren Energien niedriger sind als die Konventionellen. In vielen Regionen haben die Preise und die Leistung der Solar- und Windenergieerzeugung das Niveau der Netzparität erreicht. Darüber hinaus steigern die neuen Technologien weiterhin ihren Wettbewerbsvorteil.

Die traditionelle, zentral verteilte Energieerzeugung von oben nach unten wird durch ein Neues Modell ersetzt. Weil das neue Energieerzeugungsmodell von Konsumenten getrieben sind und gleichmäßiger verteilt werden. Man hat geglaubt, dass erneuerbare Energien schwer ins Netz zu integrieren sei. Heute stärken erneuerbare Energien die Netzzuverlässigkeit und -stabilität. Blockchain und IoT helfen, dass erneuerbare Energien sich selbst ständig optimieren und immer effizienter werden.

Durch den Erfolg von Solar Energie und Wind Energie glaubt James, dass es absehbar ist, dass sich die Einstellung der Menschen gegenüber erneuerbaren Energien von „akzeptabel“ zu „bevorzugt“ ändert.

5. Großes Engagement

Es ist auch sehr schön zu erkennen, dass immer mehr Unternehmen, Städte und Länder für erneuerbare Energien einsetzen.

Bisher haben mehr als 100 Städte auf der ganzen Welt berichtet, dass mindestens 70% ihrer Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. Außerdem werden mehr als 40 Städte jetzt vollständig mit erneuerbarer Energie versorgt. Darüber hinaus haben sich Hunderte von Städten das Ziel gesetzt, 100% erneuerbare Energie zu erzeugen. Zusätzlich dazu, 158 Unternehmen haben sich für verpflichtet erklärt, das Ziel der vollständig erneuerbaren Energien zu erreichen.

6. Fortschritte beim Zugang zu Energie in Entwicklungsländern

Energieversorgung ist genau so wichtig in den Entwicklungsländern. Eine Milliarde Menschen leben ohne Strom und Hunderte von Millionen haben unzuverlässige oder unerschwinglich teure Energiequellen.
Darum erklärt James, dass der universelle Zugang zu Energie eine entscheidende Komponente für die Bewältigung der globalen Entwicklungsherausforderungen ist.

Die Kosten sind oft die größte Herausforderung. Dabei können neue Technologien wie Micro Grids oder Blockchain Kerne der Lösung sein. Für die Bevölkerung in der Region, in der derzeit kein Strom verfügbar ist, sind Micro Grids auf Gemeindeebene möglicherweise das effektivste und zuverlässigste Mittel zur Stromversorgung.

James glaubt, dass ein modulares, sauberes System für erneuerbare Energien zweifellos die ideale Lösung für Gemeinden sei, die nicht von traditioneller zentraler Stromversorgung profitieren können.

https://zhuanlan.zhihu.com/p/54886386

https://www.forbes.com/sites/jamesellsmoor/2018/12/30/6-renewable-energy-trends-to-watch-in-2019/#6a064c864a1f

Chi Zhang

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