Windenergie und grüner Wasserstoff

Die Frage, ob wir es mit einem tiefgreifenden Klimawandel zu tun haben oder nicht, muss inzwischen nicht mehr diskutiert werden. Mit dem Umbau unserer gesamten Zivilisation weg von fossilen Energieträgern und Grundstoffen wird nun Ernst gemacht. Und mit Maßnahmen wie dem Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) wird auch für Privatpersonen offensichtlich, was es für sie bedeuten kann und wird. Wesentliche Schritte in diese Richtung finden entlang der Elektrifizierung statt. Fahrzeuge werden batterie-elektrisch betrieben, Heizungen sollen Wärmepumpen nutzen und auch Industrieprozesse sollen entsprechend umgestellt werden.

In Deutschland setzt man dabei insbesondere auf Wind- und Solarenergie, da andere klimaneutrale Quellen, wie z. B. Wasserkraftwerke kaum ausgebaut werden können und auch die Biomasse aufgrund der Rohstoffproblematik an ihre Grenzen stößt.

Derzeit kann ungefähr 46 % Prozent des elektrischen Bedarfs durch sogenannte Erneuerbare Quellen erzeugt werden. Trotz gewisser Effizienzsteigerungen wird sich aber der Strombedarf aufgrund der vorgenannten Umstellungen mindestens verdoppeln. Das würde auf den ersten Blick zu der Schlussfolgerungen führen, dass wir die Erzeugung vervierfachen müssten, um 100 % zu erreichen. Dies ist aber leider eine »Milchmädchenrechnung«, denn es gibt ein fundamentales Problem in der Verfügbarkeit des »grünen« Stroms. Wind und Sonne stehen nicht jederzeit zuverlässig als Energielieferanten zur Verfügung.

Die Energie-Erzeugung durch Wind und Sonne korreliert nicht mit dem Bedarf

Diese stilisierte Graphik (Bild 1) verdeutlicht die Problematik. Wind und Sonne liefern eigentlich immer zu viel oder zu wenig Energie. Beides ist problematisch, da in dem einen Fall abgeregelt werden muss und in dem anderen Fall Reservekraftwerke liefern müssen. Beides ist unwirtschaftlich. Ziel muss daher sein, beide Situationen so weit wie möglich zu minimieren.

Im Gegensatz zu landläufigen Meinungen verbessert der zusätzliche Aufbau von Wind- und PV-Anlagen diese Problematik nicht, sondern er verschärft sie noch. An manchen Tagen decken die »Erneuerbaren« kaum 20 % des Bedarfs. Bei der sogenannten »Dunkelflaute« (Windkraftwerke und Photovoltaik Anlagen erzeugen gleichzeitig wenig Energie) liefern auch mehr Anlagen nicht genügend Energie.

Dazu kommen die Anforderungen im Netz, in kürzester Zeit hohe Mengen an Energie zur Verfügung zu stellen. Ein schönes Beispiel hierfür ist die Situation, wenn mehrere Millionen Menschen morgens um 7 Uhr aufstehen und ihre Kaffeemaschinen einschalten. Das ist ein trivialer Vorgang, den jeder kennt, dessen Auswirkungen aber den meisten nicht bewusst sind. Es müssen also in Sekunden enorme Mengen in der Größenordnung von mehreren Gigawatt an zusätzlicher elektrischer Energie bereitgestellt werden. Dies können derzeit weder Windkraftwerke noch PV-Paneele leisten. Dies ist nur ein Beispiel für sogenannte netzdienliche Funktionen, die für die Funktion unserer Stromversorgung essenziell sind.

Es kommt aber erschwerend eine jahreszeitliche Komponente hinzu. Da wäre beispielsweise die Frage, was mit der elektrischen Energie gemacht wird, die im Sommer nicht für Wärmepumpenheizungen benötigt wird. Zusammenfassend heißt das: Angebot und Nachfrage korrelieren nicht, weder räumlich noch zeitlich. Es müssen also Mittel und Wege gefunden werden, um diese »Schieflage« zu korrigieren. Eine wesentliche Komponente dabei ist die Regelung mit den Komponenten steuern, speichern und transportieren.

Auch erneuerbare Energien müssen netzdienliche Funktionen übernehmen

Als Lieferant von elektrotechnischen Komponenten und Sensoren, interessiert Pepperl+Fuchs hier zunächst die Steuerung von Prozessen. Dabei geht es darum, dass Windkraftanlagen zunehmend netzdienliche Funktionen übernehmen müssen. Das heißt, sie müssen auf Anforderungen aus dem Netz reagieren.

Wasserstoff ist aber auch Ersatz für Kohle, Gas und Öl in vielen anderen Bereichen. Man wird ihn als Treibstoff im Schwerlastverkehr, bei Bahnen, Schiffen und Flugzeugen einsetzen können, aber auch als Grundstoff in der Chemie-Industrie oder Reduktionsmittel bei der Stahlerzeugung. Die Nachfrage wird hier in den nächsten 20 Jahren massiv ansteigen. Es ist daher sinnvoll, die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien noch deutlich weiter auszubauen, nicht zuletzt, um Abhängigkeiten über Importe zu verringern. Hier denkt man in erster Linie an große Offshore-Windparks in der Nordsee, da dort die Ertragsperspektiven sehr gut sind und auch die Platzprobleme einfacher zu lösen sind.

Diese Anlagen werden zu einem nicht unerheblichen Teil ausschließlich für die Erzeugung von Wasserstoff dienen, weil damit auch die Probleme mit der Netzanbindung und der Notwendigkeit des Netzausbaus über große Entfernungen entfällt. Der Wasserstoff lässt sich auch vor Ort durch Schiffe abtransportieren. Zudem haben die europäischen Länder, insbesondere auch Deutschland, exzellent ausgebaute Pipeline- und Rohrleitungssysteme, die nahezu jeden Punkt im Land erreichen können und in Zukunft auf den Transport von Wasserstoff umgewidmet werden.

Auf diese Weise werden sich die derzeit offenen Kreisläufe schließen lassen. EEG-Anlagen müssen nicht mehr abgeregelt werden, sondern produzieren Wasserstoff, wenn zu viel Strom im Netz ist. Bei Flauten dient der Wasserstoff dann zur Rückverstromung und hilft den teuren Import von Gas zu reduzieren (siehe Kasten »Wirkungsgrade bei der Rückverstromung«). All das erhöht in der Summe die Versorgungssicherheit und stabilisiert gleichzeitig die Preise. Nicht zuletzt kann die Abhängigkeit von Importen reduziert und bei einem diversifizierten weltweiten Angebot eine Konzentration auf verlässliche Lieferanten forciert werden.