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ECO*Journal

Sonne, Wind und Wärme – da geht noch mehr!

Erneuerbare Energien sind der Schlüssel, um die Klimaziele zu erreichen. Immer mehr Windräder und Solarparks zu bauen, ist jedoch nur ein Teil der Lösung. Es braucht auch große und kleine Ideen, mit denen sich Wärme und Strom klug erzeugen und nutzen lassen.

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Ob Wind oder Wasser, Sonne oder Biomasse – rund 60 Prozent des in Deutschland produzierten Stroms kommt heute aus erneuerbaren Energien. Die Zahl der Erzeugungsanlagen wächst weiter – und das ist auch gut so. Doch Zubau-Pläne allein werden die Energiewende nicht zum Erfolg führen. Denn jedes Jahr gehen Millionen Kilowattstunden verloren. Das hat unterschiedliche Gründe: Mal fehlen geeignete Speicher. Dann wieder reichen die Netze nicht aus, um erneuerbare Energie zu den Verbrauchern zu bringen, mit der Folge, dass Erzeugungsanlagen weniger produzieren. In manchen Fällen ist auch die Technik nicht auf der Höhe der Zeit, was die Ausbeute schmälert. Mit klugen Ideen auf ganz unterschiedlichen Feldern lassen sich diese und andere verzwickte Probleme lösen. Wie das gelingen kann, zeigen unsere fünf Beispiele.

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Wind oder Sonne? Am besten beides.

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Herausforderung:

Wind und Sonne liefern Energie im Überfluss, wenn das Wetter mitspielt. Bedecken Wolken den Himmel, fällt die Leistung von Solar­anlagen. Herrscht Flaute, dann stehen die Windparks still. Solche Schwankungen in der Erzeugung haben Einfluss auf das Stromnetz. Doch auch bei günstigem Wetter läuft nicht immer alles nach Plan – und zwar dann, wenn es für den vielen Strom keine Abnehmer gibt. Dann müssen Anlagen von den Netzbetreibern abgeregelt werden, um das Gleich­gewicht im Stromnetz wieder herzustellen.

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Lösung:

Aufbau von PV-Modulen im Solarpark Langenenslingen im Landkreis Biberach. (Quelle: EnBW)

Kombi-Anlagen nutzen den Umstand, dass die Sonne oft scheint, wenn es windstill ist und bei wolken­verhangenem Himmel meist eine Brise weht. Deshalb koppeln sie Windkraft und Photovoltaik am selben Ort. Vorteil: Strom lässt sich gleichmäßiger einspeisen, was die Netz­stabilität verbessert.

Die EnBW stellt derzeit mit Partnern nahe Heilbronn ein Kombi-Projekt auf die Beine. Der Energiepark Gundelsheim ist so groß wie 90 Fußball­felder und geht ab 2025 in Betrieb. Die Photovoltaik­anlagen nimmt einen großen Teil der Fläche ein. Knapp 110.000 Solar­module sollen rechnerisch Strom für fast 24.000 Haushalte erzeugen. Ab 2027 werden zwei hochmoderne Windkraft­anlagen mit einer Leistung von jeweils 5,6 Megawatt hinzukommen, was für 6600 Haushalte reicht.

Und was passiert, wenn die Anlagen in Gundelsheim mehr Strom erzeugen, als sich ins Netz einspeisen lässt? Dafür ist vorgesorgt. Die EnBW rüstet den Standort, wie die meisten neuen Solarparks, mit einem Speicher aus. Er besteht aus gebrauchten Lithium-Ionen-Akkus aus dem Audi E-Tron und einer neuen Groß­batterie, die statt Lithium einfacher zu beschaffendes Natrium enthält. Beide Systeme zusammen machen den Speicher besonders flexibel. Sie kombinieren schnelle Ladezeiten, lange Lebens­dauer, Koste­neffizienz und Umwelt­freundlichkeit.

PV, Wind und Speicher: Kombianlagen liegen im Trend

Eines der größten Projekte in Deutschland ist das Energie­dorf Feldheim in Brandenburg. Ähnliche Vorhaben gibt es auch in Großbritannien, Spanien, Dänemark und den Niederlanden. Ihre genaue Zahl ist schwer zu ermitteln, weil Statistiken die Erzeugung aus Wind und Sonne meist einzeln erfassen. Kombi-Anlagen müssen sorgfältig geplant werden. Denn Windräder werfen Schatten auf die darunter­liegenden Solar­anlagen, was die Erträge schmälern kann. Durch eine optimale Anlagen­planung lässt sich der Effekt jedoch in Grenzen halten.

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Heiße Steine: Aus Strom mach Wärme

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Herausforderung:

Industriebetriebe, die etwa Glas- oder Keramik herstellen, müssen riesige Öfen heizen. Bislang setzten sie meist auf Erdgas, das in vielen Fällen durch grünen Strom ersetzt werden muss. Vor allem Groß­abnehmer wollen Elektrizität aber möglichst dann einkaufen, wenn der Marktpreis niedrig ist. Das heißt, sie müssen Energie speichern. Doch Strom­speicher sind teuer und nur für wenige Stunden ausgelegt. Wärme­speicher hingegen halten Energie für mehrere Tage.

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Lösung:

Grüne Wärme anstelle von Gas: in der PepsiCo-Fabrik in Broek op Langedijk werden Kartoffelchips nachhaltig fritiert. (Quelle: Kraftblock)

Die Idee kam Material­forscher Martin Schichtel, als er einen TV-Bericht über Beton als Wärme­speicher sah. Im Lauf der Jahre entwickelte sich daraus eine Geschäfts­idee. Heute verarbeitet seine Firma Kraftblock Schlacke aus Hochöfen zu einem Granulat. Die synthetischen Kiesel­steine können Temperaturen bis 1300 Grad Celsius über mehrere Tage speichern. Eine hoch­interessantes Verfahren für Industrie­betriebe, die viel Wärme für ihre Produktions­prozesse benötigen.

Ein Pilotprojekt betreibt Kraftblock mit dem Nahrungs­mittelkonzern PepsiCo in einem Werk für Kartoffel­chips nahe Amsterdam. Jedes Jahr gehen von hier aus rund eine Million Chips-Tüten in acht europäische Länder. Bislang wurde das Frittieröl mit Hilfe von Erdgas erhitzt, künftig soll das nur noch mit Strom aus erneuerbaren Quellen geschehen – und dem Wärmespeicher von Kraftblock. Die Pilotanlage betreibt der Energieversorger Eneco. Sie soll 2024 in Betrieb gehen.

So funktioniert der Wärmespeicher von Kraftblock

Im Inneren des Speichers befinden sich synthetische Kieselsteine aus recycelten Rohstoffen, zum Beispiel Schlacke aus Hochöfen. Während der Ladung wird ein heißer Wärmeträger, normalerweise Luft oder Rauchgas, durch den Speicher geleitet. Die hohe Leitfähigkeit des Materials ermöglicht eine Verteilung der Wärme im gesamten Speicher. Sobald das Material heiß ist, endet die Aufladung. Ab diesem Zeitpunkt wird die Energie bis zu zwei Wochen gespeichert. Ausgeklügelte Isolationskonzepte halten den Energieverlust und die Oberflächentemperatur des Außenbehälters extrem niedrig. Wenn Energie benötigt wird, kehrt sich der Ladevorgang um: Die kühle Luft nimmt Wärme auf und transportiert sie zur Anwendung. Die Komponenten des Systems passen die Temperatur und das Wärmeträgermedium (Dampf, Wasser, Thermoöl) an.

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Repowering – gleiche Fläche, mehr Ertrag

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Herausforderung:

Rund ein Fünftel des Stroms in deutschen Netzen kommt aus der Windkraft. Einen großen Teil davon erzeugen die fast 28.700 Anlagen an Land mit einer Leistung von 62 Gigawatt. Viel, aber nicht genug. Denn bis 2030 plant die Bundes­regierung mit 115 Gigawatt Onshore-Leistung. Also muss der Ausbau im Turbo-Tempo vorangehen? Schwierig, denn Flächen sind knapp und lassen sich nur in lang­wierigen Verfahren erschließen.

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Rückbau einer Windkraftanlage in Hemme im Kreis Dithmarschen in Schleswig-Holstein. (Quelle: Rolf Otzipka für EnBW)

Lösung:

In Deutschland werden jedes Jahr Windräder abgebaut, weil sie zu alt sind und damit unwirtschaftlich oder weil die Förderung ausläuft. Statt die Standorte still­zulegen, bietet es sich oft an, an derselben Stelle leistungsfähigere Anlagen der neuesten Generation aufzustellen. Das nennt sich Repowering. So kann ein Windpark mit weniger Turbinen mehr Leistung erzeugen. Repowering am selben Ort spart Aufwand, weil die Genehmigungs­verfahren nach dem Bundesimmissions­schutzgesetz einfacher sind. Aber auch die Akzeptanz der Bevölkerung ist höher, weil die Windräder bereits zum Landschaftsbild gehört haben. Dadurch gibt es weniger kräfte­zehrende Debatten im Vorfeld – und die Energiewende erhält zusätzlichen Schub.

Noch spielt Repowering eine Nebenrolle, aber die Effekte lassen sich belegen wie Daten des Beraters Deutsche WindGuard belegen. Danach stieg im ersten Halbjahr 2024 die installierte Leistung der Windenergie an Land um 1,5 Prozent, während die Zahl der Anlagen leicht zurückging.

Wie Repowering in der Praxis aussieht, zeigt ein Beispiel der EnBW in Sachsen-Anhalt. Der Windpark Düsedau umfasste früher fünf Anlagen mit jeweils 1,5 Megawatt Leistung und einem Rotor­durchmesser von 72 Metern. Die Turbinen wurden abgebaut und durch vier neue Windräder ersetzt – mit jeweils 5,6 Megawatt Leistung und einem Durchmesser von 150 Metern. Heute erzeugt der kleinere Windpark etwa drei Mal so viel Energie wie zuvor.

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* brutto, ** 1. Halbjahr; Quelle: BWE/Deutsche WindGuard

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Biomasse lohnt nicht? Doch!

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Herausforderung:

Biomasse ist klimaneutral, denn sie gibt beim Verbrennen nur so viel CO₂ ab wie die Pflanzen zuvor aufgenommen haben. Ihr Anteil an der Energieversorgung ist allerdings gering und lässt sich nicht problemlos steigern. Dennoch können Holz- und Pflanzenreste einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Lösungssuche am Beispiel eines Fernwärmenetzes.

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Lösung:

Die Brüder Bauer nutzen Holzabfälle aus der Region um die Städte Bad Rappenau und Bad Wimpfen mit Wärme zu versorgen. (Quelle: Bauer Biomasse)

Manfred und Bernd Bauer kommen aus der Landwirtschaft. Doch den Hof der Eltern betreiben sie heute nur noch nebenher. Stattdessen stiegen sie schon Ende der 1990er Jahre ins Energie­geschäft ein. Zu ihrem Unternehmen gehört heute ein klimaneutral betriebenes Fern­wärmenetz, das mittlerweile die Städte Bad Rappenau und Bad Wimpfen versorgt.

Das eigene Biomasse­heizwerk nutzt zur Wärme­erzeugung vor allem Holzabfall, den die Brüder aus der Region beziehen. Dem Wachstum des Fernwärme­netzes sind jedoch Grenzen gesetzt, denn der Nachschub an Biomasse ist beschränkt. Gerade mal 20 Prozent des deutschen Energie­bedarfs ließe sich damit decken, sagt Manfred Bauer.

Aus diesem Grund setzen die Brüder auf eine Solarthermie­anlage, die Wärme aus Sonnenstrahlen erzeugt. Mit einer Leistung von zwei Mega­wattpeak könnte sie rechnerisch bis zu 1500 Einfamilien­häuser versorgen. Ab 2026 soll die Freiflächenanlage bis zu 30 Prozent der verkauften Wärme bereitstellen. Sie könnte damit mehr als den gesamten Wärme­bedarf im Sommer decken. „Die in dieser Zeit angelieferten Holzabfälle verarbeiten wir, um sie für den Winter einzulagern“, sagt Manfred Bauer. Dank dieser Lösung steht genug Brenn­material zur Verfügung, um noch mehr Gebäude in der Umgebung klimaneutral mit Fernwärme zu versorgen.

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“Meins und Deins“ war gestern: klimaneutrale Energie als Gemeinschaftsprojekt

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Herausforderung:

Meine Solar­anlage, dein Windrad, meine Wärme­pumpe – meist profitieren nur kleine Gruppen oder einzelne Personen von nachhaltiger Energie­technik. Dabei würden die Anlagen zusammen viel effizienter arbeiten. Beispiel Energie­verbund: Die Beteiligten vernetzen ihre Wärme- und Kälte­kreisläufe, eine Energie­zentrale sorgt für Strom und Heizung. So geht kaum Energie verloren. Im Zentrum des Verbunds steht meist ein Blockheiz­kraftwerk, das mit fossilem Erdgas betrieben wird. Doch klimaneutrale Lösungen sind möglich.

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Anlieferung der Großwärmepumpe für die Energiezentrale Waldbronn. (Quelle: EnBW)

Lösung:

Die Stadt Waldbronn setzt seit 2017 mit Hilfe der EnBW auf einen Energie­verbund. Die Partner profitieren von einer intelligenten Vernetzung der Wärme- und Kältekreisläufe von Unternehmen und städtischen Einrichtungen. Auf diese Weise wird unter anderem ein Freibad geheizt und eine Eissporthalle betrieben. Herz des Verbunds ist eine Energieverbund­zentrale mit hocheffizientem Blockheiz­kraftwerk, das Strom und Wärme mit Erdgas erzeugt. Doch dabei wird es nicht bleiben.

Eine neue Großwärmepumpe nutzt künftig Abwärme eines beteiligten Unternehmens und versorgt damit zusätzlich Teile eines neuen Wohn­quartiers mit Nahwärme. „Der gesamte Verbund lässt sich so zu 70 Prozent mit erneuerbarer Energie betreiben“, sagt Projekt­leiter Markus Ott. Und das ist nicht das letzte Wort. Denn das vorhandene Blockheiz­kraftwerk ist H₂-ready wie es in der Fachsprache heißt. Wenn in den kommenden Jahren genug Wasserstoff aus grünem Strom hergestellt werden kann, lässt sich der Energie­verbund vollständig klimaneutral betreiben.

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