Woher wird unsere Energie kommen?

Derzeit werden gemäß dem 2019 veröffentlichten World Energy Outlook der Internationalen Energiebehörde 17 TWh Strom und damit mehr als 60 % des weltweiten Energieverbrauchs aus Kohle, Gas und Öl erzeugt.

Wir wissen, dass die Ressourcen dieser fossilen Brennstoffe endlich sind und – was noch wichtiger ist – dass ihre Verbrennung Treibhausgase freisetzt, die für einen wesentlichen Teil der Klimakrise verantwortlich sind, mit der wir heute konfrontiert sind. Auch andere Schadstoffe werden freigesetzt, darunter Feinstaub, der vor allem in Entwicklungsländern eine erhebliche Gesundheitsgefahr darstellt.

Ausstieg aus fossilen Brennstoffen

Es besteht weitgehende Einigkeit darüber, dass wir unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduzieren müssen, um die damit verbundenen Herausforderungen für Umwelt und Energieversorgung zu bewältigen. Die Stromnachfrage steigt jedoch. Die Nachfrage aus den entwickelten Volkswirtschaften nimmt zu, da die Trends zur Digitalisierung und Elektrifizierung anhalten. In Verbindung mit der steigenden Industrieproduktion und dem steigenden Lebensstandard in den Entwicklungsländern wird ein Anstieg prognostiziert, durch den der weltweite Bedarf bis 2040 um weitere 10 TWh steigen wird.

Erneuerbare Energiequellen geben uns Hoffnung auf eine sauberere und nachhaltigere Zukunft. Hierzu müssen die erneuerbaren Energien nicht nur einen großen Teil der konventionell erzeugten Elektrizität ersetzen, wenn die fossilen Energieträger aufgegeben werden, sondern sie müssen auch die zusätzlich benötigte Energie liefern. Derzeit liefern uns alle erneuerbaren Energien, also Wasser-, Wind- und Sonnenenergie, etwa 8 TWh. Das ist bereits mehr als genug, um den gesamten weltweiten Stromverbrauch der Privathaushalte zu decken. Der Industrie- und Dienstleistungssektor verbraucht jedoch zusammen 16 TWh. Die IEA prognostiziert, dass die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bis 2040 um mehr als das Dreifache auf 26 TWh ansteigen wird.




Neues Energieparadigma

Bis dahin muss sich die Art und Weise, wie wir Strom erzeugen, deutlich ändern. Da erneuerbare Energiequellen wetterabhängig, unvorhersehbar und von verschiedenen geografischen Faktoren abhängig sind, müssen sich auch die Verteilungsinfrastrukturen deutlich verändern.

Herausforderungen und Lösungen

Die Veränderungen sind bereits im Gange, und die Lösungen, die wir anstreben müssen, um einige der damit verbundenen Herausforderungen zu meistern, werden immer deutlicher. In dieser sechsteiligen Blogserie befassen wir uns mit den Herausforderungen, die mit der Nutzung von Wind-, Sonnen- und Gezeitenenergie verbunden sind, um hochwertigen, nutzbaren Strom zu erzeugen, der über ein ausgewogenes und stabiles Netz sicher an Haushalte und Industrie geliefert werden kann.

Die Physik von Photovoltaik (PV)-Zellen und die Aerodynamik von Windturbinen begrenzen jeweils den anfänglichen Wirkungsgrad der Energiegewinnung auf weniger als 50 %. Vor diesem Hintergrund ist es von entscheidender Bedeutung, dass bei der anschließenden Aufbereitung der elektrischen Energie so wenig Verluste wie möglich entstehen. Effiziente Wandler- und Umrichter-Topologien und neue Siliziumkarbid- und Galliumnitrid-Halbleitertechnologien mit breiter Bandlücke stehen dabei an vorderster Front der Bemühungen. Durch diese fortschrittlichen Leistungshalbleiter lässt sich die Verlustleistung der einzelnen Komponenten in der Schaltung erheblich reduzieren. Die Einsparungen werden in Designs mit weniger aktiven Komponenten, die die gleiche Last bewältigen können, noch verstärkt.




Neue Architekturen und Infrastruktur

In dieser Beitragsreihe beschäftigen wir uns auch damit, wie sich die Netzarchitektur verändern wird, insbesondere durch die Einführung größerer Mengen an Energiespeichern. Die Speicherung ist ein wichtiges Gegenstück zu den erneuerbaren Erzeugern, das zur Aufrechterhaltung des Netzgleichgewichts und der Stabilität benötigt wird. Batteriespeicher können schnell reagieren, um schwankende Nachfrage zu befriedigen, aber es werden enorme Kapazitäten benötigt, um die Anforderungen im globalen Maßstab zu erfüllen. Die Herstellung einer ausreichenden Anzahl neuer Batterien könnte ein Problem darstellen. Daher wird die Wiederverwendung ausgemusterter Elektrofahrzeug-Batterien als Teil der Lösung vorgeschlagen. Eine erfolgreiche Strategie wird wahrscheinlich mehrere Facetten haben, darunter wiederverwendete Batterien, neue Batterien und bereits eingesetzte netzgekoppelte Speicher, wie z. B. USV-Anlagen und an Ladestationen angeschlossene Elektrofahrzeuge.

In der Zwischenzeit wird die installierte Kapazität an erneuerbaren Energien weiter erhöht. Wir werfen einen Blick auf den größten Solarpark in Europa, der kürzlich mit einer Leistung von 500 MW in Betrieb genommen wurde, und betrachten die Möglichkeiten von Microgrids als Mittel zur Energieautarkie für Immobilienbesitzer. Die Entlastung des Netzes bei gleichzeitiger Nutzung der zusätzlichen Kapazität kann für alle Beteiligten von Vorteil sein. Außerdem befassen wir uns mit Sicherheitsfragen, wie z. B. der Überwindung des Brandrisikos beim Laden von Li-Ionen-Batterien und den neuen UL-Tests, die die nötige Sicherheit bieten könnten.

Ein Blick in die Zukunft

Zum Abschluss der Beitragsreihe gehen wir der Frage nach, wie zukünftige Innovationen aussehen könnten, um unsere Energiezukunft weiterhin zu sichern.

www.mouser.de

  Fordern Sie weitere Informationen an…