Erneuerbare Energien

Durch die Photovoltaik wird Wärmeenergie durch einfallendes Sonnenlicht von Solarzellen in elektrischen Strom umgewandelt. Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren verbundenen Solarmodulen sowie weiteren Bauteilen wie Wechselrichter und Stromleitungen. Die Effizienz und der Wirkungsgrad der Module konnte in den letzten zehn Jahren signifikant gesteigert werden. In vielen Teilen der Welt ist Solarenergie auf der Ebene der Versorgungsunternehmen bereits die kostengünstigste Option für den Zubau neuer Stromkapazitäten. Die Technologie zeichnet sich durch langjährige Erfahrungswerte und eine geringe Volatilität der Sonneneinstrahlung und Umsatzerlöse aus. Dazu kommen in der Regel langfristige Stromabnahmeverträge (PPA) oder in Ausschreibungen ermittelte feste Einspeisetarife über 15-20 Jahre. Technisch gesehen dürfte Solarenergie die einfachste regenerative Energie sein, was zusätzlich in weiten Teilen Europas das hohe Ausbaupotential von Photovoltaik unterstützt.

Schon seit vielen Jahrhunderten nutzen Menschen die Kraft des Windes. So wurden zum Beispiel bereits im frühen Mittelalter Mühlräder durch den Wind angetrieben, um Getreide zu mahlen. Moderne Windkraftanlagen arbeiten nach demselben Prinzip und nutzen die kinetische Energie der Luftströmung zur Erzeugung elektrischer Energie. Eine Windkraftanlage besteht aus einer Gondel, die mit einer Windführungsnachführung auf einem Turm montiert ist. In der Gondel befindet sich ein Generator, eine Bremse, je nach Model ein Getriebe und eine Rotornabe an deren Ende die Rotorblätter befestigt sind. Die Rotorblätter reagieren auf die Luftströmungen und setzten die Rotornabe in Bewegung. Hierbei gilt eine vereinfacht ausgedrückte exponentielle Zunahme des Windes je höher die Nabenhöhe ist. Die dadurch entstandene Energie speist den Generator, der die Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Die Windrichtungsnachführung sorgt dafür, dass die Anlage dabei immer optimal zum Wind steht. Überschreitet die Windgeschwindigkeit einen kritischen Wert kann die Bremse die Anlage zur Schutz vor Überdrehung abregeln.

Onshore Windkraftanlagen haben eine Nutzungsdauer von rund 25 Jahren auf Basis der geschätzten technischen Lebensdauer. Die Erträge sind meist volatiler als die von Photovoltaik, jedoch kommen moderne Anlagen auf rund 2.000 – 3.000 Volllaststunden im Jahr. Die Stromvermarktung erfolgt in der Regel über in Ausschreibungen ermittelte feste Einspeisetarife über 15-20 Jahre (in Deutschland) und an windhöffigen Standorten gewöhnlich über Stromabnahmeverträge (PPA). Meist bestehen langfristige (Voll-) Wartungsverträge von bis zu 25 Jahren inklusive Verfügbarkeitsgarantien.

Offshore Windkraftanlagen gelten mittlerweile ebenfalls als etablierte Technologie, wenngleich mit geringeren Erfahrungswerten gegenüber Onshore Windkraftanlagen. Die Stromvermarktung erfolgt meist ausschließlich über langfristige Stromabnahmeverträge. Mit ca. 3.000 – 4.500 Volllaststunden haben sie einen sehr hohen Nutzungsgrad, einhergehend mit höheren operativen Risiken durch besondere Beanspruchungen auf See und höheren Betriebskosten, unter anderem aufgrund des logistischen Aufwandes. Auch hier besteht ein hohes Zubaupotential in vielen Teilen Europas, konzentriert auf eine geringere Anzahl an Opportunitäten mit entsprechend hohem Projekt- und Stromerzeugungsvolumen.

Wasserkraftwerke nutzen die Strömungsenergie von fließendem Wasser und wandeln diese in elektrische Energie um. Wasserkraft hat den Vorteil einer geringen Tageszeitenabhängigkeit und steht auch dann zur Verfügung wenn Strom aus Wind und Sonne nicht im ausreichenden Maße zur Verfügung steht. Dadurch sind Wasserkraftwerke in der Lage Grundlasten an elektrischer Energie bereitzustellen und können durchaus um die 6.000 Volllaststunden p.a. erreichen oder vereinzelt sogar überschreiten. Zudem gibt es Möglichkeiten zur Speicherung in Form von Pumpspeicherkraftwerken oder Talsperrenkraftwerken. Wasserkraftwerke zeichnen sich durch eine sehr lange Nutzungsdauer aus, in der Regel von 60-100 Jahren. Die Stromvermarktung erfolgt über langfristige Stromabnahmeverträge (PPA), Einspeisevergütungen und gegebenenfalls am Energie-Spotmarkt. Wasserkraftwerke kombinieren einen konkurrenzlos hohen Wirkungsgrad mit einer extrem langen, zuverlässigen Anlagenlebensdauer und niedrigen CO2-Emissionen. Durch die besonderen Anforderungen an die geographischen Gegebenheiten ist das Potential für Wasserkraft jedoch in vielen Teilen Europas bereits ausgeschöpft.

Mit dem Ausbau an Erneuerbaren Energien steigt auch die Bedeutung von Energiespeichern, die überschüssigen Strom speichern können und abgeben, wenn dieser benötigt wird. Ohne Speicher kann nur ein Bruchteil der aus Erneuerbaren Energien gewonnenen Elektrizität genutzt werden, da es Differenzen zwischen der Energieerzeugung und dem Energieverbrauch gibt. So wird ein großer Teil der Energie insbesondere bei Photovoltaik in den Mittagsstunden erzeugt. Zu dieser Zeit ist der Bedarf jedoch eher gering, da ein großer Teil der Bevölkerung nicht zuhause ist. Ein großer Teil der Energie wird morgens und abends benötigt. Speichertechnologien gibt es in verschiedenen Ausprägungen. Zum Teil handelt es sich um etablierte Technologien wie zum Beispiel Batteriespeicherlösungen, aber auch um noch junge und innovative Anwendungen wie zum Beispiel der Speicherung durch die Umwandlung von Solar- oder Windenergie in Wasserstoff. Speichertechnologien befinden sich noch in einer vergleichsweise frühen Phase, in der verschiedene Ideen konkurrieren und ihre wirtschaftliche Tragfähigkeit noch festigen oder sogar beweisen müssen. Um dauerhaft von fossilen Energien unabhängig zu werden, kommt ihnen eine Schlüsselrolle zu. Das hat auch die Politik erkannt und staatliche Förderregime initiiert. Ebenso sind langlaufende Verträge mit Energieversorgern oder sonstigen Kunden guter Bonität im Kommen und entwickeln sich zunehmend. Die Investitionskosten hängen insofern noch stark von der Anwendung ab. So sind die Produktionskosten für Speichertechnologien mit Wasserstoff vergleichsweise hoch, während die von Batteriespeichern als etabliertere Technologie spürbar niedriger liegen.

Geothermie bezeichnet die technische Nutzung der in der Erdkruste gespeicherten Wärmeenergie zum Heizen und Kühlen von Gebäuden oder zur Stromerzeugung. Bei der oberflächennahen Geothermie wird hierzu Wärme aus dem Erdreich und oberflächennahem Gestein oder aus dem Grundwasser in Tiefen bis circa 400 Meter gewonnen. Bei der Tiefengeothermie werden Lagerstätten erschlossen in deutlich tieferen Erdschichten. Je nach Gegebenheiten können dabei sehr hohe Thermalwassertemperaturen genutzt werden, jedoch steigen damit auch die technischen Anforderungen und das Risiko der Bohrungen bis eine Anlage in Betrieb gehen kann. Die Vermarktung erfolgt bei der oberflächennahen Geothermie in der Regel über Marktpreise bei der Tiefengeothermie über feste Einspeisetarife von bis zu 20 Jahren. Die Nutzungs- sowie Lebensdauer der Anlagen beträgt rund 50 Jahre. Moderne Anlagen kommen auf bis zu 7.000 – 8.000 Vollaststunden im Jahr. In ausgewählten Regionen Europas besteht noch Zubaupotential für Geothermie-Anlagen, jedoch sind die Anforderungen an die geographischen Gegebenheiten hoch und die Anzahl der Opportunitäten vergleichsweise gering.

Als Biomasse bezeichnet man regeneratives organisches Material, welches gespeicherte chemische Energie der Sonne enthält. Biomasse kann direkt zur Wärmegewinnung verbrannt oder durch verschiedene Verfahren in erneuerbare flüssige oder gasförmige Brennstoffe umgewandelt werden. Als Brennstoffe kommen hierbei hauptsächlich Holzpellets, Scheitholz oder Industrie-Restholz sowie organische Abfälle zum Einsatz. Diese Form der energetischen Nutzung gilt als CO2 neutral bei der Verbrennung, wenn höchstens so viel Holz aus dem Wald entnommen wird, wie im gleichen Zeitraum nachwächst. Mit 5.000 - 8.000 Volllaststunden besitzt Biomasse einen hohen Nutzungsgrad und ist zudem regelbar und dadurch unabhängig davon, ob die Sonne scheint oder der Wind gerade weht. Die Nutzungsdauer der Anlagen beträgt 20-25 Jahre auf Basis einer heutzutage geschätzten technischen Lebensdauer. Die Vermarktung erfolgt in der Regel über feste Einspeisetarife mit einer Laufzeit von bis zu 20 Jahren. In den Kernmärkten Europas wird das Zubaupotential als begrenzt angesehen, angesichts der Knappheit der Einsatzstoffe und der direkten Konkurrenz der Anbauflächen zum Anbau von Lebensmitteln.