Sonntag, 24. Mai 2015

Die Bedeutung von Stromspeichern

Dass Stromspeicher eine Rolle in der Energiewende spielen werden, ist wenig umstritten. Doch die Aussagen der Fachwelt über Einsatzbedarf, Konkurrenzlösungen und Einsatzszenarien sind teils widersprüchlich. Die Fraunhofer-Institute UMSICHT und IWES haben daher relevante Studien zu den Themen Stromspeicher und Power-to-Gas untersucht. Die Metastudie umfasst die aktuelle Datenlage sowohl für verschiedene Energieausgleichsszenarien im Stromsystem wie auch zu Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit einzelner Speichertechnologien. 

Die Stromerzeugung aus Sonne und Wind hat einen stetig steigenden Anteil am deutschen Strommix. Damit wächst ebenfalls der Bedarf an Technologien zum Ausgleich von Stromerzeugung und -nachfrage. Leistungsfähige Stromspeicher sind ein Baustein für eine stabile Energieversorgung der Zukunft. Jedoch ist fraglich welche Technologien rechtzeitig die nötige Marktreife erreichen, welche Rolle das Prinzip Power-to-Gas einnehmen könnte und welche Auswirkungen andere Flexibilitätsoptionen haben. Dazu zählen beispielsweise der Ausbau konventioneller Netze, der Bau von Gaskraftwerken, von Biogas und KWK-Anlagen oder der Einsatz von Elektroautos. Viele, zum Teil sehr widersprüchliche Antworten liefern eine nahezu unüberschaubare Anzahl an Studien. Die Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute UMSICHT und IWES haben im Auftrag des Bundesministeriums für Energie und Wirtschaft mehr als 800 Studien auf Relevanz geprüft, über 400 davon detaillierter ausgewertet und die Ergebnisse zusammengeführt bzw. gegenübergestellt.

Neue Methode zur Auswertung der Studien
Um diese hohe Zahl an Studien beherrschen zu können, wurde eine mehrstufige Auswertesystematik genutzt. Dabei wurde insbesondere die Eignung einer Studie bezüglich ihrer Auswertbarkeit geprüft; hierzu mussten nicht nur Zielland und Aktualität gewährleistet, sondern auch die Transparenz gegeben sein, um die Studienergebnisse vergleichen zu können. Eine Befundintegration (Clusterung) erlaubte dann den systematischen Vergleich zwischen Studien ähnlicher Rahmenbedingungen. Mit dieser Methodik konnten 20 vorab definierte Leitfragen, die sich mit dem Ausgleichsbedarf, den Investitionskosten, der Wirtschaftlichkeit von Speichern, dem Potenzial von Großspeichertechnologien und der Power-to-Gas-Technologie, dem Strommarktdesign, den Stromüberschüssen sowie konkurrierenden Flexibilitätsoptionen beschäftigen, beantwortet werden. Die Studien zum zukünftigen Ausgleichbedarf in Spitzenlastzeiten sind sich einig, dass Bedarf besteht, jedoch mit Werten von drei bis 30 GW für 2020/2022 und 13 bis 50 GW in 2030 nicht über die absolute Menge des Bedarfs. Die Varianz der Ergebnisse ist dabei auf die zum Teil sehr komplexen und stark differierenden Annahmen und Randbedingungen der einzelnen Studien zurückzuführen, was zusätzlich die Vergleichbarkeit über die Studiengrenzen hinweg begrenzt.

Wirtschaftlichkeit von Stromspeichern
Das technische Ausbaupotenzial stellt bei Großspeichern theoretisch keinen limitierenden Faktor dar. Kavernen für Druckluftspeicher und geeignete Areale für Pumpspeicher sind ausreichend vorhanden, lokale Restriktionen sind für diese Technologien gut abschätzbar. Allerdings bleibt die Akzeptanz fraglich. Die ausgewerteten Studien lassen darauf schließen, dass unter heutigen Randbedingungen ein wirtschaftlicher Betrieb – im Rahmen des Day-Ahead-Spotmarkts und der Regelleistungsmärkte – nicht oder nur bedingt möglich ist. Für die Power-to-Gas-Technologie existiert grundsätzlich eine Vielzahl an Studien, die jedoch keine eindeutige Aussage über das wirtschaftliche Potenzial zulassen. Die wenigen verfügbaren Quellen zur Bereitstellung von Primärregelleistung weisen einheitlich einen zukünftigen wirtschaftlichen Betrieb für stationäre Batterien aus, was u. a. auf das deutliche Kostensenkungspotenzial von Lithium-Ionen-Batterien durch Massenfertigungseffekte und Weiterentwicklungen einzelner Komponenten zurückzuführen ist. Auch für andere Speichertechnologien prognostizieren die Studien mitunter große Kostensenkungspotenziale, jedoch sind diese Annahmen nicht immer transparent und nur schwer vergleichbar.

Klare Rahmenbedingungen wichtig
Die Antwort auf die Frage, ob eine Speichertechnologie wirtschaftlich betrieben werden kann, ist neben technologischen Aspekten zudem von den jeweiligen gesetzlichen bzw. regulatorischen Rahmenbedingungen abhängig. Was die Strommärkte betrifft, so fordern die Studien den gezielten Abbau von Markteintrittshemmnissen und in jüngeren Untersuchungen zudem die Schaffung eines einheitlichen Rechts unter Berücksichtigung der anderen Flexibilitätsoptionen. Stromspeicher sind ein notwendiger Baustein zur Bewältigung der Energiewende, die technologischen Potenziale sind vorhanden, der geeignete Rahmen sollte jetzt geschaffen werden.

Abschlussbericht Metastudie Energiespeicher [ PDF  10.47 MB ]

Quelle: Fraunhofer Umsicht

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Freitag, 22. Mai 2015

CH am Schluss - und doch nicht

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Die Schweiz hinkt der EU bei der Sonnen- und Windstromproduktion um Jahre hinterher. Die europäischen Länder produzierten 2014 im Durchschnitt 5,7 mal mehr grünen Strom. Ein Vergleich der SES bringt weitere enttäuschende Fakten ans Licht: Alle neun umliegenden Staaten erzeugen mehr Strom aus Sonne und Wind und selbst unter sämtlichen 28 EU-Ländern liegt die Schweiz auf dem viertletzten Rang. 

Das ist ein Weckruf für die ParlamentarierInnen der Energiekommission des Ständerats, die am 27. Mai 2015 über die Förderung erneuerbarer Energien im Rahmen der Energiestrategie 2050 beraten. Die Schweizerische Energie-Stiftung (SES) fordert die Aufhebung der Obergrenze des Netzzuschlags für die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV). Die schlechten Zahlen sind allerdings der Windenergie geschuldet, bei der Solarenergie sieht es schon wesentlich besser aus und die Schweiz ist unterdessen wenigstens europäisches Mittelmass.

Die Schweizerische Energie-Stiftung SES vergleicht die Photovoltaik- und Windstromproduktion 2014 der EU-Länder mit der Schweiz(1). Um die Grössenunterschiede der Länder zu berücksichtigen, wird die Stromproduktion pro EinwohnerIn betrachtet. Im Vergleich mit neun umliegenden Ländern ist die Schweiz abgeschlagen auf dem letzten Platz (siehe Grafik). Selbst wenn man alle 28 EU-Staaten miteinbezieht, landet die Schweiz auf Rang 26. Nur gerade die Slowakei, Ungarn und Lettland sind grössere Erneuerbaren-Muffel. Im Durchschnitt produziert die EU pro Einwohner 5,7 mal mehr Strom aus Wind und Sonne als die Schweiz. 

Sonne mit viel Potential
Dass Hopfen und Malz noch nicht verloren ist, zeigt das Steigerungspotential der Sonnenenergie.  Doch auch europäische Staaten geben GSeit 2010 konnte die Schweiz die Stromproduktion aus Photovoltaik von 10 auf heute 104 kWh pro Kopf mehr als verzehnfachen. as: Bulgarien, das vor vier Jahren noch kaum Photovoltaikanlagen hatte, konnte seine Produktion von 2.1 KWh auf 172 KWh gar um das 82-fache steigern. Sogar das von Krisen gezeichnete Griechenland weist einen relativen Wachstumsfaktor von 27,6 auf. Tschechien, das deutlich weniger Sonnenstunden verzeichnet als die Schweiz, konnte nochmals zulegen und produziert beinahe das Doppelte, nämlich 202 kWh pro EinwohnerIn.

Dänemark brilliert
Den höchsten absoluten Zubau in den letzten vier Jahren (+762 kWh pro EinwohnerIn) kann Dänemark verzeichnen. 2014 brilliert das Königreich auf dem europäischen ersten Rang mit einer Produktion von 2'165 kWh pro Kopf aus neuen Erneuerbaren. Immerhin ist die Schweiz beim absoluten Zubau im letzten Jahr mit 37 kWh pro Kopf ins europäische Mittelfeld aufgestiegen (Rang 16). Rumänien kann jedoch im selben Jahr einen Zuwachs von bravourösen 131 kWh pro Person verzeichnen. Aber auch andere EU-Länder setzen die Energiewende erfolgreich um. An Europas Spitze stehen Dänemark (2’165 kWh/Kopf), Spanien (1’276), Portugal (1’240), Deutschland (1’125), Schweden (1’096) und Irland (1’064). 

Nachbarn hängen uns ab
Vergleicht man nur unsere umliegenden neun Länder, sticht Deutschland vor Belgien und Italien hervor. Unser nördlicher Nachbar produziert 4,2 mal mehr Strom aus Photovoltaik, 55,8 mal mehr Strom aus Windkraft und insgesamt knapp 10 mal mehr Strom aus diesen beiden wichtigsten Technologien für die Energiewende. Österreich, mit ähnlicher Bevölkerungszahl wie die Schweiz und ebenfalls ein Binnenland, erzeugt fast 30 mal mehr Windstrom pro EinwohnerIn als die Schweiz.

Ständerat gefordert
Die gesamteuropäische Entwicklung zeigt, dass die Energiewende schon Realität ist. Die Schweiz als Wohlstandsinsel und fitte Wirtschaftsnation zeigt sich zwischen den EU-Ländern hingegen von einer wenig schmeichelhaften Seite. Es besteht grosser Aufholbedarf bei der Nutzung von Wind- und Sonnenstrom. Die wirtschaftlichen Vorteile – neue Arbeitsplätze und inländische Wertschöpfung – sind eine Chance, die wir nutzen sollten.

Am 27. Mai wird sich die Ständeratskommission für Umwelt, Raumplanung und Energie (UREK-S) zur Energiestrategie 2050 beraten. Die SES fordert die ParlamentarierInnen auf, für die Förderung von zukunftsfähigen Technologien und Energieeffizienz endlich grünes Licht zu geben. Die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) entfaltet ihre volkswirtschaftlich positive Wirkung dann optimal, wenn die Fördergelder nicht gedeckelt sind. Bundesrat und Nationalrat schlagen als Obergrenze 2,3 Rp./kWh vor – damit lässt sich die Warteliste nicht abbauen. Die SES fordert den Ständerat auf, die Deckelung der KEV aufzuheben.

Mittwoch, 20. Mai 2015

PV ist grösster Arbeitgeber unter Erneuerbaren

Die Photovoltaikindustrie gibt derzeit weltweit mehr als 2,5 Millionen Menschen Arbeit und ist damit unter den erneuerbaren Energien der größte Arbeitgeber. Erneuerbare-Energien-Industrie beschäftigt weltweit 7,7 Millionen Menschen. 

Dies geht aus einem Report der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) hervor. Der Solarindustrie folgen die Branchen Biokraftstoff (1,8 Millionen) und Windenergie (1 Million). Insgesamt bietet der Sektor der Erneuerbaren weltweit 7,7 Millionen Menschen Lohn und Brot.

Allein im vergangenen Jahr gab es einen Zuwachs um 18 Prozent. Die meisten Zuwächse gab es in Asien, wo sich mit China, Indien, Indonesien, Japan und Bangladesh fünf der zehn Länder mit dem größten Markt für Jobs in der Erneuerbare-Energien-Branche finden: China, Brasilien, USA, Indien, Deutschland, Indonesien, Japan, Frankreich, Bangladesh und Kolumbien. In der EU und in den USA gibt es zusammen ein Viertel aller Arbeitsplätze der Regenerativ-Branche (2012: 31 Prozent).


irena.org

irena.org

© beide Grafiken: irena.org

Renewable Energy Employs 7.7 Million People Worldwide, Says New IRENA Report
Employment in the renewable energy industry increased by more than one million jobs in the last year.

Quelle: photon / Sonnenseite

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Dienstag, 19. Mai 2015

Effizienter dank besserer Kristalle

Anfangs Mai trafen sich rund 140 internationale Experten aus Industrie und Wissenschaft zur 8. Auflage der internationalen Konferenz „Crystalline Silicon for Solar Cells - CSSC“ in der Weltkulturerbestadt Bamberg. Der Tenor: Die Fortschritte im Bereich der Siliziumkristallisation und der Kristalltrennprozesse führen zu einer weiteren Wirkungsgradsteigerung der Solarzellen und zu einer damit verbundenen Kostenreduktion bei der Erzeugung von Photovoltaik-(PV)-Strom.

Heutzutage werden Solarzellen zu mehr als 80% aus dem Halbleitermaterial Silizium gefertigt. Dazu wird zunächst reiner Siliziumrohstoff mittels verschiedener Kristallisationstechnologien zu einem hochwertigen Kristall und anschließend über einen mechanischen Trennprozess zu Scheiben, so genannte Wafer, weiter veredelt. Die aus den Wafern gefertigten Solarzellen zeigen aktuell eine typische Zelleffizienz im Bereich von 17 - 22%, mit der die Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt wird. Eine klare Maßgabe für die Fertigungstechnologie über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg ist die Reduktion der Herstellungskosten bei erhöhtem Wirkungsgrad. Zu diesem Ziel können die Bereiche Kristallisation und Kristalltrennen einen wichtigen Beitrag leisten, da sie den Wirkungsgrad stark beeinflussen und zu etwa 15 - 20% in die Produktionskosten von Photovoltaik­anlagen einfließen.

Ein fachlicher Schwerpunkt der Konferenz waren die aktuellen Entwicklungen im Bereich des sogenannten High Performance Multi (HPM). HPM ist ein Silizium-Material, bei welchem zu Kristallisationsbeginn ein sehr feinkörniges Gefüge eingestellt wird. Dieses feinkörnige Gefüge sorgt im Siliziumkristall für einen geringen Anteil an für den Wirkungsgrad besonders schädlichen Versetzungsclustern. Dadurch kann bei multikristallinem Silizium die Effizienz gegenüber dem Standard um mehr als 0,5% absolut gesteigert werden. Auf der CSSC-8 wurde gezeigt, wie sich das kleinkörnige Gefüge prozesstechnisch kostengünstig realisieren lässt.

Noch höhere Wirkungs­grade – mit über 21% vergleichbar mit nach dem Czochralski-Verfahren hergestelltem monokristallinen Standard-Silizium – wurden im industriellen Pilot­maßstab für sogenanntes QuasiMono-Silizium demonstriert. Bei QuasiMono erfolgt die Kristallisation auf einkristallinen Siliziumsubstraten. Hier werden Entwicklungen vorangetrieben, um im Industriemaßstab wirkungsgradlimitierende Kristallfehler repro­duzierbar zu reduzieren und die Kosten für dieses Verfahren weiter zu senken. In der Serienfertigung erlaubt nach wie vor das Czochralski-Silizium die höchsten Wirkungsgrade. Dieses Material enthält jedoch verfahrensbedingt relativ viel Sauer­stoff. Deshalb wird an alternativen, so genannten tiegelfreien Kristallzüchtungs­verfahren geforscht, die perspektivisch die kostengünstige Herstellung von ein­kristallinem, versetzungsfreiem und sauerstoffarmem Silizium ermöglichen.

Eine wesentliche Kostenreduktion kann auch im Kristalltrennprozess erreicht werden. Hier werden große Anstrengungen unternommen, um von der Schleifmittel-basierten Sägetechnologie auf Diamantdrahtsägen umzustellen. Letzteres ermöglicht es, die Kristalle schneller und mit weniger Materialverlusten in Wafer zu vereinzeln, die künftig weniger als 100 µm dünn sind. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Reduktion der Herstellungskosten der mit Diamantkörnern besetzten Sägedrähte erzielt. Perspektivisch könnte vielleicht sogar ganz auf das Sägen verzichtet werden, wenn sich eine der sogenannten Kerfless-Techniken durchsetzt, bei denen die Wafer gleich in der geforderten Dicke hergestellt werden. Trotz beachtlicher Fortschritte in diesem Bereich wird es jedoch noch einige Jahre dauern, bis diese Techniken in der Großserienfertigung zum Einsatz kommen.

Einen Höhepunkt der CSSC-8 bildete die Verleihung des Ulrich-Gösele-Young-Scientist-Awards. Der diesjährige Preisgewinner, Dr. Bing Gao von der Kyushu Universität in Japan, hat sich mit der numerischen Berechnung von Silizium­kristallisationsprozessen beschäftigt. Seine herausragenden wissenschaftlichen Ergebnisse führten in Japan bereits zur Umsetzung einer speziellen Variante der QuasiMono-Technologie im Forschungsmaßstab.

Quelle: Fraunhofer Institut IISB

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Sonntag, 17. Mai 2015

Deutsche Energiewende im Überblick

Die Energiewende ist ein gesamtdeutsches Projekt, das jedoch vor Ort umgesetzt werden muss. Die Bundesländer dienen hier als entscheidende Vermittlungsstelle, da sie nicht nur die bundespolitischen Beschlüssen in einen dezentralen Ausbau Erneuerbarer Energien umsetzen müssen, sondern auch durch eigene energiepolitische Ziel- und Rahmensetzungen den Umbau des Energieversorgungssystems enorm befördern oder bremsen können. Der aktuelle Jahresreport Föderal Erneuerbar porträtiert umfassend die jeweiligen Strategien, Schwerpunkte und Erfolge der Länder im Energiewende-Prozess.
 
Titel_FE-Report_2015„Gleichgültig, welche politische Farbenkombination die jeweilige Regierungskoalition hat – bei den prinzipiellen Zielen der Energiewende, nämlich Ausbau Erneuerbarer Energien und Klimaschutz, sind sich alle Landesregierungen einig“, betont Philipp Vohrer, Geschäftsführer der Agentur für Erneuerbare Energien (AEE). „Allerdings gibt es trotz der gemeinsamen Oberziele deutliche Unterschiede bei den konkreten Zielsetzungen und Schwerpunkten der jeweiligen Landesenergiepolitik. Mit unserem Projekt Föderal Erneuerbar, dem dazugehörigen Internetportal sowie dem nun frisch erschienen Jahresreport versuchen wir, die föderale Energiewende transparent zu machen.“ Die neue Publikation zeigt auf mehr als 200 Seiten viele Daten und Statistiken, Grafiken und textliche Einordnungen zur Energiewende in den Bundesländern. In Interviews mit den für Erneuerbare Energien zuständigen Ministerinnen und Ministern wird deutlich, wo noch Diskussions- und Harmonisierungspotenziale stecken.

Dr. Robert Habeck (GRÜNE), Energiewendeminister des Landes Schleswig-Holstein, will beispielsweise bis 2025 „dreimal mehr Strom aus Erneuerbaren Energien erzeugen, als hier im Land verbraucht wird.“ So sollen der Atomausstieg aufgefangen und auch andere Länder mit grünem Strom versorgt werden. Ilse Aigner (CSU), Energieministerin des Freistaats Bayern, will dagegen keiner neuen Stromleitung zustimmen, die „nicht für die Versorgung Bayerns, sondern zum Export von überschüssigem Windstrom gedacht ist.“ Auch hinsichtlich der konventionellen Energieträger, die die Erneuerbaren ergänzen, gibt es durchaus unterschiedliche Perspektiven: Albrecht Gerber (SPD), Energieminister in Brandenburg, meint etwa, dass „wir die Braunkohle noch für einen längeren Zeitraum brauchen werden“, während Johannes Remmel (GRÜNE), Klimaschutzminister in Nordrhein-Westfalen, für eine „beherzte Verkleinerung alter und klimaschädlicher Kapazitäten“ wirbt. 

„Trotz der Differenzen im Detail, schieben die Länder insgesamt die Energiewende sehr ambitioniert an. Die nach Fukushima in allen Bundesländern entwickelten neuen Energiekonzepte und -strategien stellen allerorten die Erneuerbaren in den Fokus des Versorgungssystems. Mit unserem Projekt Föderal Erneuerbar wollen wir den Umsetzungsprozess begleiten und die Länder bei ihrem Energiewende-Kurs ermutigen“, stellt Philipp Vohrer den Bezug zur neuen AEE-Publikation her. 

Die Publikation „Bundesländer mit neuer Energie- Jahresreport Föderal Erneuerbar 2014/15“ mit Interviews, vielen Daten und Infografiken sowie weiteren einordnenden Texten können Sie kostenlos im Shop der AEE bestellen. Alle Daten und Statistiken zur Energiewende auf Länderebene finden Sie auch online auf www.foederal-erneuerbar.de.

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Samstag, 16. Mai 2015

Leben mit der Energiewende Film 3 - selber machen



Der Film vereinigt die besten Tugenden aus der Filmreihe: Ein klares politisches Plädoyer für die Energiewende, Vorstellungen von Lösungen wie man die Energiewende selber machen kann, wie man Energie spart und das alles mit viel Spaß im Film. Bei der Premiere gab es ein regelrechtes „Star-Aufgebot“ der Energiewende: Franz Alt, Hans-Josef Fell, Ulrich Jochimsen, Martin-Richard Kristek und aus Holland Wouter Klunder waren da. Übertragen wurde die Premiere live im Internet. 

Quelle: sonnenseite.com / youtube

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