SWITCH packt die Energiethemen der Zukunft an

Das Angebot an Energie aus Sonne und Wind wächst rasant, da die Nachfrage durch Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und die Elektrifizierung der Industrie rasant steigt. Dieser Erfolg fordert seinen Tribut von unserem Stromnetz. Die Belastung des Netzes mit zusätzlichen Kabeln ist jedoch eine zeit- und kostenintensive Lösung. Aus diesem Grund forciert TNO gemeinsam mit Partnern die Förderung von Flexibilität, Speichertechniken, die Integration mit gasförmigen Energieträgern (wie Wasserstoff) und Wärme, um das schwankende Angebot besser an die Nachfrage anzupassen und die Netzauslastung zu optimieren.

Wie wir diese Optimierung gestalten können, untersuchen wir zusammen mit der Wageningen University & Research/ACRRES im SWITCH-Feldlabor in Lelystad, das Ende März eröffnet wurde. Im Rahmen dieses Pilotprojekts vernetzen wir Windräder, Solarmodule, einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und ein Batteriesystem miteinander. Ein System, das Teil der kleinen Energieinfrastruktur der Zukunft ist.

Energie- und Umweltkompetenz bündeln

"Hier kommt alles zusammen", sagt André Faaij, Direktor für Wissenschaft und Technologie bei TNO Energy and Materials Transition und Teilzeitprofessor für Energiesystemanalyse an der Universität Utrecht. "Unsere Experten können Kombinationen von Technologien in Bezug auf Nutzung, Kosten und räumliche Integration optimieren. Durch die Zusammenarbeit mit der WUR bündeln wir Kompetenzen in den Bereichen Energie und Umwelt. Gemeinsam beschäftigen wir uns schon lange damit, wie Solarenergie im ländlichen Raum erzeugt werden kann, ohne die Landschafts-, Wasser- und Bodenqualität zu beeinträchtigen. SWITCH wurde lanciert, um alle Arten von Kombinationen von Erzeugungs-, Speicher- und Umwandlungstechnologien für unterschiedliche Situationen zu testen und zu optimieren. Wir gehen davon aus, dass wir im Laufe der Zeit immer mehr Komponenten hinzufügen werden."

Lokale Erzeugung und Nutzung

Die Infrastruktur ist der teuerste Teil der Energiewende. Es lohnt sich also, smarte Lösungen zu entwickeln, um Energie so lokal wie möglich zu erzeugen und zu nutzen. Der Strom muss dann, wenn überhaupt, nicht so weit durch das Netz wandern. Zu diesen Lösungen gehören die Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff, insbesondere für den Einsatz in der Industrie. Wenn es um Haushalte geht, sagt André, dass Wasserstoff als Ersatz für Erdgas weniger effizient ist.

"Technisch gesehen ist das kein Problem. Mit vielleicht ein paar kleinen Modifikationen ist das Gasnetz prinzipiell für die Wasserstoffverteilung geeignet. Aber auch die Herstellung und der Transport von Wasserstoff sind mit Umwandlungsverlusten verbunden. Bei der Umwandlung von nachhaltig erzeugtem Strom in Wasserstoff durch Elektrolyse verliert man ca. 30% Energie. Der Wasserstoff wird dann unter Druck gesetzt und über eine Pipeline zu den Häusern transportiert, wo er in Wärme umgewandelt wird. Eine kWh Strom aus Windkraftanlagen in der Nordsee sorgt beispielsweise für eine halbe kWh Wärme im Haushalt. Dieselbe kWh kann mit einer Wärmepumpe etwa 4 kWh Wärme an ein Haus liefern."

Eine weitere interessante Möglichkeit, Strom netzunabhängig zu speichern, ist die Umwandlung in Wärme, insbesondere an sonnigen Sommertagen. Sie können Wärmepumpen im Sommer optimal betreiben und die Wärme in Grundwasserleitern unterirdisch speichern. Das kühle Wasser kann dann im Sommer zum Kühlen verwendet werden und oder es kann als Wärme für den Winter aufbewahrt werden. Und das wiederum reduziert den Spitzenbedarf an Erdgas, das wir derzeit zum Heizen verwenden. Eine echte Win-Win-Situation. Das SWITCH-Labor beschäftigt sich zum Beispiel damit, wie thermische Speicher in verschiedenen Situationen eingesetzt werden können.

Stahlindustrie nachhaltiger machen

Ganz anders sieht es in der Industrie aus. Wasserstoff wird als Brennstoff für Hochtemperaturprozesse und als Rohstoff für Chemikalien benötigt. Es gibt zahlreiche Anwendungen für Wasserstoff, die derzeit durch Erdgas abgedeckt werden. Für die Stahlindustrie, die derzeit viel CO2 ausstößt, ergeben sich viele Chancen: Der Ersatz von umweltschädlichem Koks durch Wasserstoff sorgt für ein sauberes Stahlwerk, ohne den Stahl auf lange Sicht teurer zu machen. Wasserstoff kann auch über längere Zeiträume gespeichert werden (z. B. in unterirdischen Salzkavernen) und in Zeiten geringer Solar- und Windverfügbarkeit für flexible Spitzenleistung verwendet werden. Auch dafür werden neue und intelligentere Technologien entwickelt und getestet, wie zum Beispiel Elektrolyseure, die auch als Brennstoffzelle fungieren können.

Elektrifizierung von landwirtschaftlichen Betrieben

"Ein spannendes Thema ist die Elektrifizierung des Agrarsektors", sagt André. "Bauernhöfe bieten viel Platz, viel Dachfläche für Sonnenkollektoren und damit Möglichkeiten, das Stromnetz zu entlasten. Ganz zu schweigen von der Kombination mit Windenergie. Durch die lokale Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Energie sind Sie nicht so sehr auf das regionale Netz angewiesen. Mit thermischen Speichern flachen Sie die Kurve für den Spitzenstrom- und Wärmebedarf ab, da Wärmepumpen im Winter viel weniger benötigt werden. Traktoren und Mähdrescher sind riesige Maschinen, die viel Diesel verbrauchen, aber elektrisch gemacht und vor Ort aufgeladen werden können. Es sind solche Anwendungen, die die Energieversorgung optimieren und flexibler machen, dank des gemeinsamen Know-hows von WUR und TNO."

Großes Potenzial

Die Landwirtschaft kann in vielerlei Hinsicht elektrifiziert werden und leistet angesichts der Größe der Branche einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende. Intelligente Gewächshäuser – etwas, bei dem die Niederlande definitiv ein Weltakteur sind – können zur Energieerzeugung gebaut werden. Biomasse, bei der landwirtschaftliche Abfallströme und Produkte aus Bioraffinationsgras fermentiert werden, bietet auch in den Niederlanden erhebliche Möglichkeiten.

Laut André können 10 % der Energieversorgung innerhalb des Landes durch Biomasse gedeckt werden. Und mit dem enormen Potenzial von Solar- und Windenergie kann der Agrarsektor ein viel größerer Nettoproduzent von Energie sein. "Durch die Kombination unseres Wissens über Smart Farming, Elektrifizierung, Robotisierung, Präzisionslandwirtschaft und mehr kann noch so viel mehr erreicht werden. Wir arbeiten mit WUR an einer klimaneutralen und umweltfreundlichen Landwirtschaft, die auch einen erheblichen Beitrag zur Energiewende leisten kann."

source : SWITCH packt die Energiethemen der Zukunft an | TNO

Share :