Erneuerbare Energien sind der zentrale Motor für die Entwicklung des Energiesystems der Zukunft. Nur durch ihren Ausbau sinken die Kohlendioxidemissionen und es entsteht die Basis für eine klimaneutrale Energieversorgung. Die wichtigsten erneuerbaren Ressourcen bilden Wasser, Wind, Sonne und Biomasse. Allein die Wasserkraft steht derzeit für nahezu die Hälfte der weltweit installierten erneuerbaren Stromerzeugungskapazitäten, die Ende 2019 rund 2.516 GW betrugen – damit haben sie einen Anteil am weltweiten Strommix von ungefähr 27 Prozent.
Entwicklung der Wachstumsrate
Um die Klimaschutzziele zu erreichen, ist mit einem starken Anstieg des Anteils der erneuerbaren Energien zu rechnen. Daher ist davon auszugehen, dass sich die jährliche Wachstumsrate von derzeit circa acht Prozent weiter erhöhen wird. Das Wachstum wird vor allem durch den Zubau von On- und Offshore-Wind- sowie Photovoltaikanlagen getragen.
Rolle der Wasserkraft im Energiesystem der Zukunft
Wasserkraft spielt eine wichtige Rolle, um in Europa den Umbau des Energiesystems erfolgreich zu gestalten. Sie ist eine zuverlässige erneuerbare Energiequelle und insbesondere infolge ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer ausgereiften Technologie einer der Spitzenreiter bei der Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien – 2019 waren es mehr als 379 TWh beziehungsweise 34 Prozent des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen.
Laufwasserkraftwerke sorgen für eine gut prognostizierbare und konstante Stromerzeugung; Pumpspeicher- und Speicherkraftwerke dienen vor allem zur Bereitstellung von Reserveleistung und Spitzenlast. Als regelbare Erzeugungstechnologie kann Wasserkraft alle für einen stabilen Stromnetzbetrieb erforderlichen Systemdienstleistungen zur Verfügung stellen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Wasserkraft auch im Energiesystem der Zukunft eine zentrale Rolle einnehmen. Für Europa (EU-27 sowie Großbritannien, Island, Norwegen, Schweiz und Türkei) wird das technisch machbare Wasserkraftpotenzial auf circa 1.289 TWh geschätzt – das entspricht ungefähr dem 1,3-Fachen der aktuellen Stromproduktion aus diesen Ländern.
Chancen der Windenergieanlagen
Windenergieanlagen haben sich in den vergangenen 20 Jahren technologisch enorm weiterentwickelt. Während Ende der 1990er-Jahre die Leistung einer Windturbine noch ungefähr 500 kW betrug, liegt dieser Wert heute bei circa 5 MW. Zudem sind bereits Offshore-Windenergieanlagen bis 10 MW im Einsatz. Der starke Ausbau der On- und Offshore-Windenergieanlagen ist einer der Haupttreiber für die Reduktion von Kohlendioxid. Technologische Weiterentwicklungen zielen vor allem auf eine Leistungssteigerung und bessere Handhabbarkeit der Anlagen ab. Größere und intelligente Rotorblätter zählen ebenso dazu wie neue Materialkonzepte für die Türme. Letztere dienen vor allem dazu, den Transport und die Montage der Onshore-Anlagen zu vereinfachen. Bei Offshore-Wind zielen die Innovationen neben der Leistungssteigerung auf die Entwicklung von schwimmenden Fundamenten ab – so lassen sich Meeresflächen mit größeren Wassertiefen für die Windkraft erschließen. Ein weiteres wichtiges Entwicklungsthema ist die Möglichkeit, mit Windenergieanlagen Systemdienstleistungen – wie zum Beispiel Momentanreserve – zur Verfügung zu stellen.
Biomassenutzung
Die energetische Nutzung von Biomasse – fest, flüssig oder gasförmig – ist durch einen hohen technologischen Reifegrad gekennzeichnet. Dabei kommen thermische Kraftwerkstechnologien zum Einsatz, die die chemische Energie von Biomasse in Wärme umwandeln, die in einem Wärmekraftprozess zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt wird. Die Biomassenutzung ist eine gesicherte und regelbare Erzeugungstechnologie, die alle Systemdienstleistungen liefern kann. Das Ausbaupotenzial ist vor allem durch die Verfügbarkeit nachhaltig produzierter Biomasse beschränkt. Bei der technologischen Weiterentwicklung geht es vor allem darum, die Prozesseffizienz und die Brennstoffflexibilität zu erhöhen und einen stabilen Betrieb sicherzustellen. Durch die Zufeuerung von Biomasse lassen sich Kohlendioxidemissionen von Kohlekraftwerken reduzieren. Gelingt der komplette Umstieg, können vorhandene Kohlekraftwerksinfrastrukturen klimaneutral weitergenutzt werden.
Weltweit am stärksten eingesetzte Stromerzeugungstechnologie?
Die Sonnenenergie ist eine weitere zentrale Säule der erneuerbaren Energien. Bei der Nutzung mithilfe von Photovoltaik (PV) wird Sonnen- beziehungsweise Lichtenergie in den aus Halbleitermaterialien bestehenden Solarzellen direkt in elektrische Energie umgewandelt. Die Kosten für die PV-Technologie sind in den vergangenen 15 Jahren enorm gesunken – so hat sich beispielsweise im Zeitraum 2006 bis 2016 der durchschnittliche Preis für PV-Dachanlagen (pro KW installierter Leistung) auf ein Viertel reduziert. Technologische Weiterentwicklungen zielen auf effizientere Solarzellen ab: Perowskit-Solarzellen – auf bleihaltigen Ammonium-Halogeniden basierend – sind ein Beispiel dafür.
Die PV-Technologie ist modular und kann daher in großen, netznahen Anlagen, aber auch in kleinen, dezentralen Off-Grid-Anwendungen zum Einsatz kommen. Photovoltaik stellt zwar eine volatile Erzeugungstechnologie dar, sie kann jedoch in bestimmten Regionen mit hoher, dauerhafter Sonnenintensität zumindest anteilig zur gesicherten Stromerzeugung beitragen. Die International Renewable Energy Agency (IRENA) geht davon aus, dass sich Photovoltaik im Jahr 2050 zur weltweit am stärksten eingesetzten Stromerzeugungstechnologie entwickelt haben wird. Insbesondere der Ausbau von PV-Dachflächen kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Dekarbonisierung im urbanen Raum voranzutreiben. Ungefähr die Hälfte der globalen PV-Kapazitäten wird sich dann IRENA zufolge in Asien befinden.
Neben PV stellt die Solarthermie (Concentrated Solar Power CSP) eine weitere sonnenbasierte Stromerzeugungstechnologie dar. CSP nutzt die Sonnenergie zur Erzeugung von Wärme, die in einem Wärmekraftprozess in Strom umgewandelt wird. In sonnenreichen Regionen stellt sie in Verbindung mit PV eine wirtschaftliche Option zur klimafreundlichen und sicheren Stromversorgung dar.
Die Betreibersicht
Für eine umweltfreundliche und nachhaltige Energieversorgung ist der stetige und intensive Ausbau der erneuerbaren Energien essenziell. Volatile erneuerbare Energien wie Windenergie und Photovoltaik werden zusammen mit Wasserkraft und Biomasse die Hauptpfeiler der Energieversorgung bilden.
Die VGB-Mitglieder bauen und betreiben bereits eine Vielzahl erneuerbarer Energieanlagen unterschiedlichster Größe und Reifegrade. Zudem beteiligen sich die Betreiber auch aktiv an der Weiterentwicklung dieser Technologien. Der VGB bietet die Plattform für den Austausch zwischen Herstellern und Betreibern und unterstützt mit diversen Projekten die Innovations- und Optimierungsaktivitäten.
Der VGB plädiert dafür, das Potenzial aller verfügbaren erneuerbaren Energien so effizient und nachhaltig wie möglich zu nutzen und dabei auch deren Beiträge zur Systemstabilität und Versorgungssicherheit zu berücksichtigen. Wichtig sind dafür auch entsprechende regulatorische Rahmenbedingungen.
