Vollversorgung mit erneuerbaren Energien in Europa - wie kann es gehen?

Nachfolgend werden die wesentlichen Möglichkeiten dargestellt, die eine Vollversorgung mit regenerativen Energien in Europa, ermöglichen können. Nicht alle Möglichkeiten müssen wir ausschöpfen, bei der Auswahl der Möglichkeiten müsssen die Kosten beachtet werden.

Aus heutiger Sicht sind für den Bereich Strom folgende Backup-Systeme von fundamentaler Bedeutung:

1. Mix der regenerativen Energien, Mix der verschiedenen Standorte
2. PSW
3. HGÜ
4. Elektrolyse - BHKW

Daneben spielen zukünftige neue Verbraucher, wie Wärmepumpen und E-Autos eine nicht zu unterschätzende Rolle.

Zu 1)
Es gibt planbare regenerativen Energien (Speicherwasserkraftwerke, Biomasse) und die große Anzahl der nicht steuerbaren Energien, wie Windkraft oder Solarstrom. Schon hier ist ein gewisser Ausgleich erreichbar. So ist auch bei der Windkraft selbst ein Ausgleich möglich, weil in Südeuropa/Nordafrika der Input im Sommer höher als im Winter ist.

Zu 2)
PSW (Pumpspeicherkraftwerke) wurden zunächst ohne den Hintergrund der regenerativen Energien ausgebaut, und für deren Bedürfnisse auf einen 8-Stunden-Takt ausgerichtet.

Typische Pumpspeicherkraftwerke (PSW) wurden für die Kohlekraftwerke/Atomkraftwerke gebaut:

Grundüberlegung:
8 Stunden in der Nacht wird hochgepumpt und in den 8 verbrauchsstärksten des Tages Stunden wieder zu Tal gelassen.

Dumm für die Betreiber war nur, dass dieses Prinzip unabhängig von der Speichergröße des Ober- bzw. Unterbeckens funktioniert.

Somit hatten die Kraftwerksbetreiber unabsichtlich eine der größten Lösungsansätze für die wechselnde Windstromeinspeisung gesorgt.

Aber es kommt noch schlimmer:
Viele vorhandene Wasserkraftwerke -mit sehr großem Gefälle - lassen sich ohne ganz großen Aufwand zu richtigen PSW erweitern.

Nur ein Beispiel von vielen:

http://www.grande-dixence.ch/de/gd_hydraulique/production.php

Mit PSW wird heute schon ein Wirkungsgrad von 80 % erreicht:

Heute haben wir alleine in Deutschland über 6.000 MW an PSW - dabei hatte keiner überhaupt an Windkraft gedacht.

http://de.wikipedia.org/wiki/Pumpspeicherkraftwerk
.. und in Europa weit über 10.000 MW PSW

Natürlich, bislang wurden die PSW auf den vorhandenen Kraftwerkspark abgestimmt, die vereinfacht lautet:

Staukraftwerke müssen nicht über 4.500 Stunden Strom liefern: Weniger Stunden mit mehr Power, so könnte Wasserkraft optimal eingebunden werden. Hier kann auch Norwegen mit eingebunden werden.
http://www.dradio.de/dlf/sendungen/umwelt/1542294/

Zu 3)
PSW müssen mit HGÜ zusammen gesehen werden.

http://www.innovations-report.de/html/berichte/energie_elektrotechnik/bericht-107020.html
HGÜ-APPELL
http://www.tu-chemnitz.de/etit/le/downloads/Apell%20HG%C3%9C-Ausbau.pd

Zu 4)
Für die Elektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Wasserstoffes bedarf es großer Mengen von billgen Überschussstromes.

http://de.wikipedia.org/wiki/Schwimmende_Windkraftanlage#Optimierungsm.C3.B6glichkeiten
http://www.wwindea.org/technology/ch01/de/1_3_3.html

Für die längerfristige Zukunft könnte ich mir gut das Ecofisk-Projekt vorstellen:
Windlage:
http://www.windfinder.com/windstats/windstatistic_ekofisk.htm

Ein MUFOW-WP mit 200.000 MW in kuchenstückförmigen Segmenten rund um Ekofisk aufgeteilt.

100.000 MW leistet eine Elektrolyseanlage, 100.000 MW stark ist die Summe aller Stromkabel.

Das Gasnetz bei Ecofisk existiert ja bereits:
http://www.bsh.de/de/Meeresnutzung/Wirtschaft/CONTIS-Informationssystem/ContisKarten/Gesamte_Nordsee%2c_saemtliche_Nutzungen_und_Schutzgebiete_.pdf

Jetzt kann man schön variabel sein:
100.000 MW, und sonst überall auch guter Wind=
-> 100 % H2-Erzeugung
-> 0 % ins Stromnetz
100.000 MW, und sonst überall Flaute=
-> 0 % H2-Erzeugung
-> 100 % ins europäische Stromnetz

mit unbegrenzten Zwischenschritten.
Die Qualität der Standorte in der Nordsee werden hier unterstrichen:

Dabei könnte das HGÜ-Netz in der Nordsee so aussehen, wie hier im Link aufgezeigt:
http://inhabitat.com/lego-invests-500-million-in-german-offshore-wind-farm/

[b]Offshore-Windpark alpha ventus produziert mehr als erwartet[/b]

Die Vollastbenutzungsstundenzahl für den Offshore-Windpark liegt mit rd. 4.400 deutlich über den Erwartungen der sog. "Experten", welche mehr als 3.800 nicht für möglich gehalten haben.

Wo in Europa wären beste Standorte für MUFOW:

Die fünf besten Plätze sind:
Nordsee
Irische See mit Nordfrankreich
Iberische Atlantikküste
Golf von Lyon
und die griechische Ägis

Dies sind nicht nur die windigsten Plätze in Europa, nein, ein weiterer Vorteil ist, dass sich diese Orte sehr häufig ausgleichen. So sind die Winde in der griechischen Ägis im Sommer noch flotter als im Winter.

An diesen guten Standorte ist es möglich, einen Teil des Stromes zu speichern, z.B. auch in Wasserstoff.

Die Rückverwandlung erfolgt über GuD-Kraftwerke oder noch besser über BHKWs:

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK):

Hier ist die Startseite vom Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V. (B.KWK)
http://www.bkwk.de/bkwk/
in der diese Technik näher beschrieben ist.

Der grundsätzliche Vorteil liegt darin, dass hier dezentral Strom mittels einem Wärmekraftwerk erzeugt wird, wobei deren Abwärme bestmöglich vor Ort verwertet wird.

Unbestritten hat diese Technologie ein enormes Potential. Der Kern der Anlage besteht aus einem normalen, langlebigen Motor.

Jährlich werden also ca. 1,5 Mio. PKWs mit Dieselmotoren zugelassen.
Nehme ich nur eine durchschnittliche Stärke von 100 KW je PKW an, was sicherlich nicht übertrieben ist, dann bedeutet dies eine Gesamtleistung von 150.000 MW.

Gut die Hälfte dieser Produktionsmenge würde genügen, um die erforderliche Leistung für den Strombedarf in Deutschland gesichert zu bekommen, oder etwas über 10 % dieser Motoren würden die AKWs in Deutschland ersetzen können.

Wo liegen die Probleme:
Derzeit funktioniert KWK wie folgt: Wird Wärme benötigt, läuft der Motor (statt eines Brenners) an, dieser produziert Strom, welcher ins Netz eingespeist wird und erzeugt die erforderliche Wärme. Daneben speichert üblicherweise noch ein Pufferspeicher kurzfristig Überschusswärme.

Dabei fragt das Aggregat nicht, ob es momentan gut ist, wenn weiter Strom eingespeist wird, oder ob vielleicht gerade z.B. der Wind gut weht.
Dieses Problem ist bekannt und es gibt Lösungsansätze, welche teilweise mit dem Schlagwort „virtuelle Kraftwerke“ versehen werden.

Wie könnte es gehen:
Jede KWK-Einheit ermittelt den Wärmestatus (z.B. von 0 bis 100) und schickt diesen laufend an die Steuerzentrale. Je nach dem Wert wird angezeigt, ob noch Wärme gebraucht wird, oder nicht. Dabei kann zwischen Heizwärme, Warmwasserwärme und Speicherwärme unterschieden werden.
Eine Steuerstelle kann nun dafür sorgen, ob viele BHKWs laufen sollen, oder wenige, je nachdem, wie der Strom nachgefragt wird bzw. welchen Input andere Erzeuger, wie z.B. Windstrom haben.
Auch ein Brenner läuft ja in der Regel nicht immer, sondern nur zeitweise.
Somit könnte der Wärmebedarf mit dem Strombedarf abgestimmt werden, mit äußerst kurzen Reaktionszeiten. Selbst die kleinen BHKWs erreichen in wenigen Sekunden ihre volle Leistungsfähigkeit.
Dabei kann es aber auch mal vorkommen, dass einfach soviel und solange Strom von den BHKWs eingefordert wird, so dass die Aufnahmemöglichkeit bzgl. der Wärme überschritten wird. In diesen Ausnahmefällen wird dann die Wärme ungenutzt abgeleitet. Hier ist dies der absolute Ausnahmefall, bei der heutigen Stromproduktion in Großkraftwerken ist dies der Regelfall!

Was passiert, wenn kein Strom benötigt wird, aber langsam das Haus kälter wird, der Pufferspeicher auch schon aufgebraucht ist – und selbst das Warmwasser neue Wärmezufuhr brauchen könnte?
In vielen Fällen wird neben einem BHKW ein weiterer (Spitzen-) Kessel daneben gestellt. Dieser könnte dann eben jetzt für Wärme sorgen.
Eine noch elegantere Lösung wäre, wenn der Spitzenkessel durch eine Wärmepumpe ersetzt werden würde. Dann könnte in dieser Situation der reichliche (und billigere) Strom im Netz bestens verwertet werden, in dem bei einer Arbeitszahl von 3 bis 5 Wärme erzeugt wird.
Gerade in Kranken- und Altenheimen, wo die KWK am besten eingesetzt werden kann, fallen größere Mengen von warmen Abwässern an, welche über die Wärmepumpe ideal in Nutzwärme verwandelt werden könnte.
http://www.waermepumpe.de/wib.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmepumpe

Ich bin sehr dafür, dass sofort beim Aufbau von KWK im größeren Umfang die Steuerbarkeit gegeben sein muss.

Strom wird dann nicht mehr ungefragt in das Netz eingespeist. Es erleichtert den Netzbetreibern die Einbindung von regenerativen Strom, erübrigt den Neubau von unsinnigen, unflexiblen Großkraftwerken und erhöht die Versorgungssicherheit bei hoher Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.

Dies ist ein wesentlicher Teil einer neuen und flexiblen Infrastruktur zur Schaffung einer regenerativen Energieversorgung. Dieser Aufbau sollte mit Priorität verfolgt werden. Die Frage, mit welchen Aggregaten (Motor, Mirkoturbine oder Brennstoffzelle usw.) die KWK betrieben werden sollte, ist nachrangig und sollte von der besten Wirtschaftlichkeit beantwortet werden. Wenn die Brennstoffzelle tatsächlich mal kostengünstiger wird, dann kann das BHKW immer noch nach dessen Lebenszeit durch einen solche Zelle ersetzt werden. Wichtig ist allein, dass die passende Struktur vorhanden ist.
Selbst die Frage nach dem Brennstoff ist derzeit noch sekundär. Ob jetzt das BHKW mit Öl oder Gas betrieben wird, ist nicht entscheidend. Gibt es später Methanol aus Windkraft oder Ähnliches, ist auch hier die Umrüstung oder der spätere, passende Ersatzmotor kein Problem.

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th1999/th1999_02_08.pdf
Wasserstoff eingebunden in Methanol
Siehe Abbildung 1!

http://de.wikipedia.org/wiki/Carbazol
Wasserstoff eingebunden in Carbazol