Wie Dezentralisierung regenerative Energien stark macht
Man kennt es aus der Natur: Viele kleine Wasserquellen vereinen sich zu einem mächtigen Strom. Diesem Prinzip folgt auch die Dezentralisierung von Energiesystemen: Die Elektrizität aus vielen lokalen Produktionsanlagen addiert sich zu einem großen Ganzen. Anders als beim Entstehen eines großen Fließgewässers speisen allerdings dezentrale Energiesysteme nur die Menge Strom in das große Netz ein, die sie vor Ort nicht selbst verbrauchen. Lokale Energiesysteme lassen sich damit unabhängig, flexibel, versorgungssicher und nachhaltig betreiben. Gleichzeitig stützt ihre Stromproduktion das Gesamtsystem, mit dem sie verbunden sind.
Häufig gestellte Fragen zur Dezentralisierung der Energieversorgung
Elektrische Energie wird heute vor allem in Großkraftwerken produziert und über weite Strecken zu den Abnehmern transportiert. In vielen Fällen ist es allerdings effizienter und flexibler Strom – und gegebenenfalls Wärme – nahe bei den Verbrauchern zu produzieren und bereitzustellen. In einem dezentralisierten Energiesystem entstehen als Ergänzung zu großen Kraftwerken deshalb auch lokale und regionale Stromnetze aus Erzeugern und Verbrauchern. Vor allem, wenn Energie aus erneuerbaren Quellen integriert wird, spielt dieses Konzept seine Stärken aus.
Zu einer dezentralen Energieversorgung können auch kleine Erzeuger beitragen. Das gilt insbesondere für regenerative Energiequellen wie Solarenergie oder Windkraft. Erneuerbare Energien sind an vielen Orten lokal verfügbar. In dezentralen Energiesystemen lassen sie sich dort nutzen, wo sie am effizientesten sind: beispielsweise in windreichen Gebieten oder in Regionen mit vielen Sonnenstunden. Die kurzen Wege von der Produktion zum Verbrauch machen dezentrale Energienetze wirtschaftlich erfolgreich und vermindern Übertragungsverluste. Zudem ist ein Verbund dezentraler Energiesysteme widerstandsfähiger gegen großflächige Störungen und Ausfälle. Sektorenkopplung etwa von Elektrizität und Fernwärme, ist eine Alternative zum Ausbau der weitreichenden Übertragungsnetze und kann die Basis für die Unabhängigkeit vom Import fossiler Energien legen. Integrieren sie einen hohen Anteil an erneuerbaren Energien, sind dezentrale Energienetze außerdem ein Beitrag zur Klimawende und zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks.
Zur Erreichung der weltweiten Klimaziele werden in vielen Lebensbereichen fossile Brenn- und Kraftstoffe durch Elektrifizierung ersetzt, beispielsweise bei der Elektromobilität. Der Begriff dafür lautet Dekarbonisierung. Voraussetzung dafür ist die Verfügbarkeit von Strom. Der Ausbau des konventionellen Stromnetzes stößt allerdings an seine Grenzen und verläuft bereits heute schleppend. Laut einer Studie der Internationalen Energieagentur IEA müssten bis 2030 jährlich zwei Millionen Kilometer neue Leitungen für Stromübertragung und Stromverteilung gebaut werden, um den weltweiten Bedarf zu decken.* Bis 2050 würden für den Ausbau und die Modernisierung des Leitungsnetzes allein etwa 260 Millionen Tonnen Kupfer benötigt.** Zum Vergleich: Gegenwärtig liegt die globale Jahresproduktion von Kupfer bei etwa 22 Millionen Tonnen.
Werden die Stromproduktion und die Energieverteilung dezentralisiert, sinkt der Bedarf an Hochspannungstrassen über weite Distanzen deutlich. Außerdem können in kleineren, dezentralen Netzen innovative Technologien, beispielsweise Digitalisierungskonzepte oder Lösungen mit Wasserstoff als Speichermedium, erprobt, validiert und in einer nächsten Entwicklungsstufe in große Dimensionen skaliert werden.
* IEA: Net Zero Roadmap: A Global Pathway to Keep the 1.5 °C Goal in Reach; Paris, 2023
** IEA: Electricity Grids and Secure Energy Transitions; Paris, 2023
Die Errichtung dezentraler Energienetze erfordert Anfangsinvestitionen, die von Privaten, Energiegemeinschaften oder Kommunen getätigt werden. Andererseits hat auch der Ausbau der konventionellen Energie-Infrastruktur, beispielsweise von Hochspannungstrassen, einen hohen Investitionsbedarf, um die steigende Energienachfrage zu decken.
Je höher der Anteil erneuerbarer Energien im Energiesystem ist, desto größer wird die Herausforderung, die Schwankungen der Stromproduktion auszugleichen, die durch Tageszeiten, Jahreszeiten und wandelnde Witterungsbedingungen entstehen. Neben Anlagen zur Stromproduktion und intelligenten Stromnetzen sind daher Speichertechnologien essenziell für eine dezentralisierte Energieversorgung. Eine vielversprechende Lösung dafür ist der Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur. Sie wandelt zeitweilige Stromüberschüsse mittels Elektrolyse in Wasserstoff und macht die gespeicherte Energie für verschiedene Technologien und Anwendungen verfügbar.
Das ausgleichende Element der Dezentralisierung: Wasserstoff
Photovoltaik-Anlagen, Windkraft-Anlagen und Wasserkraftwerke produzieren in dezentralen Energiesystemen nachhaltig Energie: klimaschonend und ohne Treibhausgas-Emissionen. Um Schwankungen dieses Energiehaushalts auszugleichen, ist Wasserstoff das ideale Medium.
Die verbindenden Elemente der Dezentralisierung: Digitalisierung und Microgrids
Im großen Maßstab lassen sich Netzwerke aus zahlreichen Energieproduzenten und Energieverbrauchern nur steuern, wenn leistungsfähige Technik das Angebot und die Nachfrage intelligent und automatisiert regelt. Die Lösungen dafür sind Digitalisierung und der Aufbau sogenannter Microgrids.
Digitalisierung
Sie wird die Energiesysteme der Zukunft fundamental verändern. Energieproduzenten, Energieverbraucher und Übertragungsinfrastruktur interagieren künftig digital vernetzt miteinander. Die dezentralisierten und zugleich untereinander verbundenen Systeme von Menschenhand zu regeln, wäre aufgrund ihrer Komplexität wohl ein Ding der Unmöglichkeit.
Es braucht stattdessen intelligente, schnelle und hochpräzise Verteilsysteme, die Energie- und Datenströme selbstständig analysieren und die Energieproduktion und den Energieverbrauch automatisiert koordinieren. Dies wird durch die Künstliche Intelligenz der Dinge ermöglicht.
Microgrids
Ein Microgrid, auch als Mikronetz oder Inselnetz bezeichnet, ist ein kleines, lokal begrenztes Energiesystem, das aus einer Kombination von Energieproduktion, Energiespeichern, Verteilnetz und Verbrauchern besteht. Seine räumliche Geschlossenheit erlaubt es, neben der Stromproduktion auch die Wärmeversorgung oder Teile des Mobilitätssystems zu integrieren (Sektorenkopplung). Beispielsweise kann der Heizbedarf von Haushalten über die Fernwärme eines Blockheizkraftwerks oder in Form von Elektrizität für Wärmepumpen gedeckt werden.
Auch Elektromobilität lässt sich sektorenübergreifend in ein Microgrid integrieren: Elektrofahrzeuge können bei Stromüberschuss als Batteriespeicher dienen oder bei Strombedarf im Netz gespeicherte Energie aus ihren Batterien zurückspeisen. Für Haushalte kann in Microgrids ein neues Rollenbild entstehen: Sind sie heute vor allem Stromverbraucher (Consumer), werden sie künftig sowohl Stromproduzenten als auch -verbraucher sein – sie werden zu Prosumern.
