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Stromzeitalter
Aufgrund der technischen Innovationen im Bereich der Stromwirtschaft wird das Erdölzeitalter durch das Stromzeitalter (bezogen auf Energie) abgelöst werden. Durch die Tatsache, dass der eigentliche Kulturtreiber die Informationstechnologie ist, wird unser Zeitalter aber als Informationszeitalter in die Geschichte eingehen.
Definition
Nach der aktuellen gängigen geschichtlichen Gliederungsschema zufolge wird unsere Epoche nach der Frühgeschichte, Altertum und Mittelalter als Neuzeit bezeichnet. Werden die Epochen aber nach der dominierenden Technik, die die Kultur der Menschheit treibt definiert, befinden wir uns nach dem Steinzeitalter, dem Dattelzeitalter[1], dem Kupferzeitalter, dem Bronzezeitalter und dem Eisenzeitalter gegenwärtig im Zeitalter der fossilien Energien, das auch als Erdölzeitalter bezeichnet werden kann. Das immense Wirtschaftswachstum in den letzten 200 Jahren war nur durch die Erschließung der fossilien Energieträger möglich. Im Gegensatz zum 19. Jahrhundert ist das schwarze Gold nicht Kohle sondern Erdöl. Obwohl das Erdölzeitalter durch Technologien aus der Stromwirtschaft beendet wird, wird das folgende Zeitalter nicht als Stromzeitalter bezeichnet werden. Der Grund ist, dass die kulturelle Entwicklung der Menschheit durch die Informationstechnologie bestimmt wird. Somit wird der Begriff in dem Sinne verwendet, dass durch Technologlien der Stromwirtschaft, dass Ende des Zeitalters der Erzeugung mit den Fossilen eingeleitet wird.
Das Ende des Erdölzeitalters in 21. Jahrhundert
Bereits in den 1970er Jahren zeichnete sich ab, dass zunehmend Kriege um Erdöl und Erdgas geführt werden. Als Lösung dieses Problems wurde angesichts der wachsenden Erdbevölkerung zunächst die Atomenergie als Lösung angesehen. Diese Technik hat jedoch einige Risiken, deren Ausmaß z.T. falsch eingeschätzt wurde. Im Zusammenhang mit dem Syrienkrieg beschäftigte sich Daniele Ganser mit den geopolitischen Aspekten von Erdöl und Erdgas.[2] Neben den Kosten für diese Kriege wird die technologische Entwicklung im Bereich der Stromwirtschaft, die Entwicklung der regenerativen Energien, die Entwicklung von Stromspeichersystemen, der Sektorkoppelung sowie von virtuellen Speichern zu einem Ende des Erdölzeitalters führen.
Stromerzeugung
Stromerzeugung mit Photovoltaik
Aufgrund der Massenproduktion von Photovoltaik-Modulen in China lag der Herstellerpreis pro Watt bei einer kristallinen Solarzelle 2016 nur noch bei 41,4 Eurocent.[3][4]
Inzwischen ist der Aufbau eines dezentralen Stromverteilnetzes mit elektrischem Strom aus der Photovoltaik in Schwellenländern und Entwicklungsländern günstiger als eine Versorgung mit einem zentralen Stromverteilnetz mit thermischen Kraftwerken oder Diesel-Generatoren.
Eine organische Solarzelle ist eine Solarzelle, die aus Kunststoffen besteht. Gegenüber einer kristallinen Solarzelle können organische Solarzellen wesentlich günstiger, bei einer gleichen Massenproduktion, hergestellt werden. Ein Nachteil einer organischen Solarzelle ist aber der Lebenszyklus der Solarzelle. Ähnlich wie bei kristallinen Solarzellen, bei denen der Preis von von 1,30 Euro im jahre 2009 auf unter 40 Eurocent im Februar 2017 reduziert wurde, kann von einer ähnlichen Kostenreduzierung bei der Herstellung von organischen Solarzelle ausgegangen werden. Zur Zeit ist aber nicht bekannt, wie hoch die Herstellungskosten von organische Solarzelle sind.
Windenergie
Durch die technische Entwicklung ist die Windenergie bis 2016 zu einer wichtigen Energiequelle geworden, die inzwischen ohne staatliche Förderung auskommen kann.
Stromspeicherung
Hochleistungsbatterien
Die Kosten zur Stromspeicherung werden sich ähnlich, wie bei den Solarzellen deutlich reduzieren. Der Preise für Lithium-Batterien lagen 2007 noch bei 1.000 US-Dollar pro Kilowattstunde (kWh). Bis zum Jahre 2014 konnte der Preis um mehr als zwei Drittel, auf 300 Dollar/kWh, reduziert werden. Nach Verlautbarungen lagen Ende 2016 beim "Chevrolet Bolt" die Kosten nur noch bei 145 Dollar/kWh. Bis zum Jahre 2022 soll der Preis durch die zunehmende Massenproduktion auf 100 Dollar pro Kilowattstunde fallen.[5][6]
Niederleistungsbatterien
Die Kosten zur Stromspeicherung durch Hochleistungsbatterien von PV-Strom liegen noch ca. 35% oberhalb der Kosten der Stromspeicherung mit Blei-Batterien. Angegeben werden die Kosten der Stromspeicherung in der BRD, bei extrem geringen Stückzahlen, zurzeit mit 900 bis 1.350 € pro kWh. [7]
Flusszell-Batterien
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Eine Flusszell-Batterie (Redox-Flow-Batterie (RFB)) ist eine Batterie, die Strom chemisch speichert. Zwei energiespeichernde Elektrolyten zirkulieren in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der galvanischen Zelle mittels einer Membran der Ionenaustausch erfolgt. In der Zelle werden dabei die gelösten Stoffe chemisch reduziert bzw. oxidiert, wobei elektrische Energie als chemische Energie gespeichert wird oder wieder in elektrische Energie gewandelt wird. Der Vorteil einer Flusszell-Batterie ist, dass diese mehrerer Megawatt speichern kann. Zudem der extrem hohe Wirkungsgrad sowie eine extrem lange Laufzeit. Außerdem können Selbstentladungen aufgrund des speziellen Aufbaus fast komplett vermieden werden. Es sind mehr als 10.000 Ladezyklen möglich, die dann Lebensdauern von 20 Jahren und mehr garantieren. Aufgrund der zu geringen Stückzahlen können aktuell moderne Fluss-Batterien preislich und aufgrund ihrer Größe noch nicht mit den etablierten PV-Stromspeichern mit Hochleistungs- und Niederleistungsbatterien konkurrieren. Wie hoch die Herstellungskosten zurzeit sind, könnte nicht recherchiert werden.
Sektorkoppelung
Der Begriff Sektorkoppelung beschreibt Technologien, die es erlauben überschüssigen Strom nicht als Strom zuspeichern, sondern in eine anderen nutzbaren Energieform zu wandeln.
Power-to-Gas
Als Power-to-Gas wird ein chemischer Prozess bezeichnet in dem mittels Wasserelektrolyse mit teilweise nachgeschalteter Methanisierung, unter Einsatz von überschüssigen Strom, ein brennbares Gas hergestellt wird. Das so hergestellte Brenngas kann in das öffentliche Gasnetz eingespeist, in Kavernenspeichern zwischengespeichert oder im Verkehrswesen genutzt werden. Daneben existieren auch Konzepte für integrierte Speicherkraftwerke auf Basis von reversiblen Brennstoffzellen, eine mittlerweile in den Markt eingeführte Technologie. Diese Technologie kann aber nicht ohne Add on Kosten Strom in Gas wandeln.
Power-to-Gas and Heat
Bei Power-to-Gas and Heat wird in Zeiten mit überschüssigen Strom Nutzwärme nur mit einer Wärmepumpe erzeugt. Zudem noch Strom in ein brennbares Gas gewandelt. In Zeit einer Knappheit von Strom wird die Nutzwärme durch eine Gasheizung erzeugt. Der Vorteil dieses Konzeptes ist, dass das vorhandene Gasnetz zur Speicherung von Gas genutzt werden kann.
Power-to-Heat
Unter Power-to-Heat versteht man die Erzeugung von Wärme unter dem Einsatz von Strom. Dieses sollte wenn möglich nicht über Elektroheizungen erfolgen, sondern nur über Wärmepumpenheizungen. Power-to-Heat ist eine Möglichkeit Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien durch Kopplung von Strom- und Wärmesektor für die Wärmebereitstellung besonders vorteilhaft zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit ist die Wandlung von überschüssigen Strom in Wärme mittels einer Magnetheizung. Im Gegensatz zu einer Wärmepumpe liegt die Effizienz übers ganze Jahr bei mindestens 4 (COP).
Power-to-Cool and Heat
Die Kalte Nahwärme beruht darauf, dass niederkalorische Wärme (0°C bis 20°C) von einem Absorber (>0°C), aus einem Eisspeicher (<0°C) oder einer niederkalorische Quelle mit Abwärme (<15°C) über eine Wärmeleitung, in der Wasser gefördert wird, versorgt wird. Beim Wärmeabnehmer wird die Wärme mit einer Wärmepumpe auf ein für den Wärmeabnehmer nutzbares Niveau gefördert. Aufgrund der Tatsache, dass mit dieser Technologie Strom in Kälte und Wärme gewandelt wird, ist die Wirtschaftlichkeit geben.
Power-to-Compressed Air and Heat
Eine Möglichkeit ist die Wandlung von überschüssigen Strom in Druckluft bei gleichzeitiger dezentraler Nutzung der Abwärme zum beheizen von Gebäuden.[8][9] Der Nachteil dieser Technologie ist, dass zur Nutzung von Power-to-Compressed Air in ein flächendeckendes Druckluftverteilnetz investiert werden muss. Simulationen zeigen, dass die Wirtschaftlichkeit geben sein kann, aber nach der Simulation des Projektes Power-to-Compressed Air wurde das Projekt eingestellt.
Power-to-Liquid
Unter dem Begriff Power-to-Liquid versteht man unterschiedliche technische Prozesse, die alle die Herstellung flüssiger Kraftstoffe zum Ziel haben. Diese Technologie kann aber nicht ohne Add on Kosten Strom in Erdöl wandeln.
Power-to-Ammonia
Das Power-to-Ammonia-Verfahren hat zum Ziel, Energie aus erneuerbaren Energiequellen transportier- und speicherfähig zu machen, indem man Energie chemisch in Form von Ammoniak speichert. Ob diese Sektorkoppelung ohne Add on Kosten Strom wandeln kann, war nicht zu recherchieren
Virtueller Stromspeicher
Der Begriff virtueller Stromspeicher beschreibt Technologien, die es erlauben überschüssigen Strom nicht als Strom zu speichern oder in eine andere nutzbare Energieform zu wandeln, sondern durch eine gezieltes zu- und abschalten von Stromerzeuger die Stromerzeugung mit dem Stromverbrauch auszugleichen.
Die Idee ist, durch virtuelle Stromspeicher, bzw. einer virtuellen Regelleistung, einen Black out [10] zu verhindern in dem Stromverbraucher zu- und abgeschaltet werden.
Insbesondere durch die Nachfrageanpassung von Stromverbraucher besteht die Möglichkeit besonders wirtschaftlich das Stromnetz auszubilanzieren. Gut geeignet sind insbesondere Wärme- und Kältemaschinen wie Kühlschränke, Kühlhäuser, Wärmepumpenheizungen usw. Aber auch Boiler, die Brauchwasser mit Strom erwärmen. Des weiteren die E-Mobilität (Power-to-Drive). Mit Einschränkungen bieten sich aber auch energieintensive industrielle Prozesse wie die Aluminiumherstellung per Elektrolyse, die Elektrostahlherstellung und der Betrieb von Zementmühlen und Lüftungsanlagen für Lastverschiebungen an. In den Auswirkungen erzielt die Lastverschiebung die gleiche Effekte wie der Einsatz von Speicherkraftwerken (Regelleistung) zur Angebotsanpassung: Die Lasterhöhung (Zuschalten der Last bei Stromüberschüssen) entspricht der Ladung eines Speichers, die spätere Lastminderung der Speicherentladung; daher fungiert Lastverschiebung als "virtuelles Regelkraftwerk".[11]
Die Nachfrageanpassung kann durch die Smart Grid Technologie oder der Easy Smart Grid Technologie realisiert werden.
Smart Grid Technologie
Als Smart Grid Technologie wird eine Technologie beschrieben, die mit dem Begriff Intelligentes Stromnetz zu fassen ist. Die Smart Grid Technologie beruht darauf, dass über eine kommunikative Vernetzung von Stromverbraucher mit Stromerzeugern das Netz ausbilanziert wird. Die Ausbilanzierung geschieht primär durch eine zeitliche Lastverschiebungen von Stromverbraucher. Ein Nachteil dieser Technologie ist die Vernetzung sämtlicher Akteure über ein Datennetz sowie die Notwendigkeit über Großrechner zu berechnen, welcher Stromerzeuger oder Stromverbraucher zu- oder abgeschaltet wird. Bei einem Ausfall der Datenkommunikation, z. B. durch einen Hackerangriff, muss auf eine Ausbilanzierung durch Smart Grid verzichtet werden.
Easy Smart Grid Technologie
Im Gegensatz zu Smart Grid werden bei der Easy Smart Grid Technologie Stromerzeuger und Stromverbraucher über die Führungsgröße Netzfrequenz des Stromnetzes zu- und abgeschaltet. Aufgrund der Tatsache, dass bei einer zu hohen Einspeisung von Strom die Netzfrequenz steigt und bei einer zu geringen Stromeinspeisung die Netzfrequenz sinkt, erlaubt die Netzfrequenz sehr gut Stromerzeuger bzw. Stromverbraucher zu- und abzuschalten. Eine technische Herausforderung bei der Easy Smart Technologie ist aber die Entflechtung des heutigen Stromnetzes. Die Technologie setzt Netzinseln voraus. Der Grund ist, dass jede Netzinsel mit einer anderen Frequenz ausbilanziert wird. Aus technischer Sicht ist die Netztrennung in Netzinseln kein technisches Problem, sondern nur ein regulatorisches Problem.
Fazit
Die Frage, ob im 21. Jahrhundert ein Zeitalter des Erdöl wird oder des Stromes ist weniger eine Frage der Technik als eine Frage der geopolitischen Interessen. Im Gegensatz zu den geopolitischen Interessen der westlichen Staaten, die ein Interesse an der Fortschreibung des Erdölzeitalters haben, liegen die geopolitischen Interessen von Schwellenländern bzw. Entwicklungsländern, wie z. B. China, darin, dass Erdölzeitalter zu beenden. Aufgrund des internationalen Wissenaustausches über das Internet, muss man davon ausgehen, dass das 21. Jahrhundert des Zeitalter des Stromes sein wird.
Aufgrund der sehr geringen Wertschöpfung der BRD im Bereich der Erdölindustie sowie die Kosten die die BRD trägt, zur Aufrechtverhaltung des Erdölzeitalters, durch die NATO und dass die BRD eine Technologiemacht ist, kann es nicht im geoploitischen Interesse der BRD liegen, sich dem Stromzeitalter zu versperren. Der Grund ist, dass die Technologiemacht BRD die Technologien für des Stromzeitalters entwickelt hat bzw. noch entwickeln kann.
Literatur
Weblinks
Videos
Einzelnachweise
- ↑ Es zeigt sich, dass durch die Erschließung einer lagerbaren Zuckerquelle (Dattel) der Grund der ersten Hochkulturen war
- ↑ Syrien, ein Krieg um Gas und Öl Infosperber, abgerufen an 26 Mai 2017
- ↑ IHS-Studie: Chinesische PV-Hersteller produzieren 22 Prozent günstiger als europäische[1] PV MAGAZINE, 19. APRIL 2016
- ↑ Modulpreise für Photovoltaik Anlagen[2] solaranlagen-portal. abgerufen am 26. Mai 2017
- ↑ Die Batterie entscheidet[3] MDR, abgerufen am 26. Mai 2017
- ↑ Kostenfalle E-Mobilität: Keine Batterien vom „Leitanbieter“[4] Peter Trechow, VDI-Nachrichten, 24. April 2015
- ↑ Solar-Akku: Preise, Kosten und Wirtschaftlichkeit[5] solaranlagen-portal.de, abgerufen am 26. Mai 2017
- ↑ Konzept zum unlimitierten Ausbau von Windenergie in MV[6] Dr. Gerhard Heymel und Dipl.-Ing. Robert Brockmann, abgerufen am 26. Mai 2017
- ↑ Power-to-Compressed Air and Heat[7] Dr. Gerhard Heymel, Dipl.-Ing. Robert Brockmann, researchgate, abgerufen am 26. Mai 2017
- ↑ Vereinfachung, ist aber zulässig, um den Leser zu verdeutlichen, was eine zu hohe Einspeisung von Strom bedeutet.
- ↑ Wikipedia: Intelligentes Stromnetz [8] textliche Übernahme