27.03.2019

Wie die Energiewende gelingt

Aktuell deckt erneuerbare Energie aus Wind, Wasser oder Sonne rund 25 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs ab. Geht es nach der Ingenieurswissenschaftlerin Lucy Pao von der University of Colorado sind 100 Prozent möglich. Wie? Das erklärte sie bei der Nachhaltigkeits-Konferenz der ÖAW am 4. April.

Wind und Sonne lassen sich nicht steuern. An Regentagen und im Winter scheint kaum Sonne und die Windstärke schwankt von Tag zu Tag sowie von Ort zu Ort – mal ist es stürmisch, mal windstill. Das macht die Stromversorgung mit regenerativen Energiequellen zu einer Herausforderung. „Je mehr Strom diese erneuerbaren Energieträger beisteuern, desto schwieriger wird es, das gesamte Stromnetz stabil zu halten. Deshalb arbeiten Forscher/innen weltweit daran, die Stromversorgung weiterhin zu stabilisieren und effizienter zu gestalten“, erklärt die Ingenieurswissenschaftlerin Lucy Pao von der University of Colorado Boulder. Die wichtigsten Lösungsansätze – und ihre eigene Forschung zu Windparks – stellte sie bei der Konferenz „Global Sustainable Development Goals in a Mediatized World“ vor, die vom 4. bis 5. April an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Wien stattfand.

Sensoren machen Windparks effizienter

Bei Windparks, so Pao, liegt die Herausforderung darin, Windanlagen so zu steuern, damit sie länger funktionsfähig bleiben und nur jene Strommengen produzieren, die von den Netzbetreibern gezielt angefragt werden. „Früher, als es noch weniger Windräder gab, hat man einfach das Maximum aus den Anlagen herausgeholt. Als immer mehr Anlagen an das Netz angeschlossen wurden, haben Anbieter begonnen, gezielter bestimmte Strommengen anzufragen.“

Über Sensoren in den Turbinen soll einerseits die Windenergie bei jeder Turbine effizienter in Strom umgewandelt werden und andererseits sollen diese helfen, die Stromproduktion bestmöglich unter den einzelnen Windrädern zu verteilen. „Hier müssen wir einen Weg finden, wie wir jede Turbine so kontrollieren, dass sie die richtige Menge Strom bereitstellt. Und dann müssen wir den gesamten Windpark miteinander koordinieren“, erklärt die Ingenieurswissenschaftlerin ihr Forschungsvorhaben. Dabei forscht Pao nicht allein. „Die Windräder eines Windparks gezielt zu steuern und zu koordinieren ist ziemlich schwierig und braucht die Zusammenarbeit von Atmosphärenforscher/innen, Regelungstechniker/innen und Aerodynamikforscher/innen.“

Es wird künftig notwendig sein, den Strom über die Erdkugel zu verteilen und so Defizite und Überschüsse global auszugleichen.

Bei der Solarenergie hat man diese Probleme derzeit noch weniger. Dafür sind die Anteile an der Stromproduktion zu gering, erklärt Pao. Global deckt Energie aus Photovoltaikanlagen nur zwei Prozent des Strombedarfs ab, bei Wind sind es immerhin schon gut fünf Prozent. „Aber auch hier gehen die Anteile stark nach oben, weshalb der Bedarf steigt, die Stromproduktion zu kontrollieren. Die Forschung steht hier aber eher noch am Anfang.“

Stromdefizite und -überschüsse global ausgleichen

Allein die Stromproduktion zu kontrollieren, reicht allerdings nicht, um die Stromversorgung stabil zu halten. Das Problem, dass die Sonne im Winter beispielsweise zu wenig scheint und im Sommer an manchen Tagen zu viel, ist damit noch nicht gelöst. „Es wird künftig notwendig sein, den Strom über die Erdkugel zu verteilen und so Defizite und Überschüsse global auszugleichen.“ Vereinfacht gesagt: In den Sommermonaten zwischen Juni und September könnte dann das Zuviel an Energie in die südliche Erdhalbkugel geliefert werden, im Winter vom Süden in den Norden. Geht es nach der Wissenschaftlerin, ist das bereits in absehbarerer Zukunft möglich. „Es gibt hier große Entwicklungen: Zum einen werden die Kabel immer besser, wodurch sie den Strom effizienter übertragen können. Zum anderen hat sich auch in der Speichertechnologie enorm viel getan.“

Zum einen werden die Kabel immer besser, wodurch sie den Strom effizienter übertragen können. Zum anderen hat sich auch in der Speichertechnologie enorm viel getan.

So versucht man in Nordeuropa bereits, den überschüssigen Strom aus Windenergie von Deutschland und den Niederlanden etwa nach Norwegen zu liefern – ein Land, das seinen Strom zu 95 Prozent mit Wasserkraft deckt. „In diesem Fall hält Norwegen das Wasser beispielsweise in seinen Dämmen gespeichert und bekommt Strom aus seinen Nachbarländern. Lässt der Wind dort wieder nach, exportiert Norwegen den Strom umgekehrt in Form von Wasserkraft.“

Eine andere Möglichkeit ist es, die überschüssige Windenergie dafür zu verwenden, um Wasser in höher gelegene Wasseranlagen zu pumpen. „Lässt der Wind nach, kann das Wasser abgelassen und in Strom umgewandelt werden“, beschreibt Pao zwei einfache Möglichkeiten, Defizite und Überschüsse auszugleichen.

Es ist wichtig, dass die Menschen bewusster mit ihrem Stromkonsum umgehen und künftig Spitzen vermeiden.

Umdenken notwendig: Bewusster Strom verbrauchen

Die Forschung allein wird allerdings das Problem schwankender Stromverfügbarkeit nicht lösen. „Es ist wichtig, dass die Menschen bewusster mit ihrem Stromkonsum umgehen und künftig Spitzen vermeiden“, fordert Pao. „Beispielsweise existieren in den USA manche Kraftwerke nur um den Spitzenstrombedarf zu decken.“ Solche Spitzen werden allerdings nur an wenigen Tagen im Jahr erreicht. „Das heißt, diese Anlagen stehen die meiste Zeit im Jahr still. Hier könnte ein intelligentes System helfen, den eigenen Stromverbrauch zu überwachen. Dann wäscht man seine Wäsche nicht genau dann, wenn der Stromverbrauch besonders hoch ist“, so Pao.