Der neue Strom

Stom aus der Luft – Windkraft
Strom aus Wasser - Wasserkraft
Strom aus Sonnenlicht – Solarenergie
Strom aus der Erde – Geothermie
Strom aus Biomasse

Schon vom Beginn des Elektrozeitalters an wird Wasserkraft in Elektroenergie verwandelt – auch in sächsischen Talsperren und Pumpspeicherwerken. Der Stromerzeugung dienende Windkraftanlagen sind zwar erst eine Errungenschaft der letzten 20 Jahre, in Sachsen begegnen sie uns jedoch inzwischen auf Schritt und Tritt. [...] Doch wie funktioniert die Nutzung dieser beiden Energiequellen eigentlich? Wie effizient sind sie? Und welche Bedeutung haben Sie wirklich für die Energieversorgung des Freistaates?

Strom aus der Luft – Windkraft

Windenergie ist neben der Stromerzeugung aus Biomasse der zweitwichtigste Energielieferant für die Stromeinspeisung. Oft sind mehrere Windenergieanlagen in einem "Windpark" konzentriert, damit sie nicht zu sehr das Landschaftsbild bestimmen. Die Sächsische Energieagentur – SAENA GmbH (SAENA) setzt sich dafür ein, dass mehr Windenergieanlagen im kommunalen Besitz entstehen. Nur so kann die Bevölkerung von den Erträgen profitieren und die Akzeptanz für diese umweltfreundliche Energie erhöht werden.


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Sächsische Energieagentur – SAENA GmbH

Eine Windenergieanlage verwandelt die Bewegungsenergie der Luft zuerst in mechanische Energie und diese wiederum in elektrische Energie. Die Querschnitte der Rotorblätter von Windenergieanlagen ähneln den Tragflächenquerschnitten von Flugzeugen. Es ist der durch Druck und Unterdruck verursachte Auftrieb, der auf diese Weise geformte Körper in Bewegung setzt oder hält, wenn sie von Luft umströmt werden. [...]

Die Umwandlung der mechanischen Rotationsenergie in Elektroenergie erfolgt über den in die Windenergieanlage eingebauten Generator. Wird ein elektrischer Leiter, zum Beispiel eben die Rotorwelle, in einem Magnetfeld bewegt, fließt in ihm ein elektrischer Strom.

Der Turm einer Windenergieanlage wird in der Regel aus einem Stahlmantel, Beton oder Stahlbeton gefertigt. Beton besitzt bessere Dämpfungseigenschaften als Stahl, sodass die Schallemissionen gemindert werden. Die Abstände zur Wohnbebauung betragen in der Regel 500 Meter und mehr.

Hinweis: Es gilt wie bei jedem anderem Bauvorhaben auch, dass entsprechende Grenzwerte für Lärm im angrenzenden Gebiet eingehalten werden müssen. Dazu werden auch bei der Genehmigung von Windkraftanlagen Schallemissionsgutachten abgefordert.

Wo viele Windkraftanlagen gebaut werden, etabliert sich auch deren Hersteller- und Zulieferindustrie. Windenergieanlagen können vielerorts entstehen. Das wiederum heißt: Viele, selbst kleine Kommunen können mit ihnen von höheren Gewerbesteuereinnahmen profitieren und die regionale Bauwirtschaft erhält Chancen auf Aufträge. Zudem können Erzeuger von attraktiven Pachteinnahmen oder über eine finanzielle Beteiligung profitieren.

Strom aus Wasser – Wasserkraft

Drei Dinge brauchen wir immer, um Strom aus Wasserkraft zu gewinnen: fließendes Wasser in beträchtlicher Menge, eine Turbine (Kaplan-, Francis- oder Peltonturbine), welche die Bewegungsenergie des Wassers – wie bei einer alten Wassermühle – in technisch verwertbare Rotationsenergie verwandelt, und einen Generator, der diese Rotationsenergie in Elektroenergie verwandelt. Auf dem Festland kann in zwei konventionelle Arten von Wasserkraftwerken unterschieden werden: Laufwasserkraftwerke und Speicherkraftwerke. [...]

Laufwasserkraftwerke nutzen die natürliche Strömung von Flüssen und Kanälen. Dabei treibt das strömende Wasser eine Turbine an. Laufwasserkraftwerke dienen der kontinuierlichen Stromerzeugung.

Wird das Wasser erst in großen Becken (Talsperren, Stauseen) gesammelt, handelt es sich um Speicherkraftwerke. Aus einem Sammelbecken wird das Wasser durch eine fallende Druckrohrleitung oder einen Stollen auf eine Turbine geleitet. Mit Hilfe von Speicherkraftwerken wird, insbesondere zu Spitzenlastzeiten, wenn der Strombedarf kurzfristig steigt, Energie erzeugt. Wasserkraft steht rund um die Uhr als Kohlenstoffdioxid-freie Energiequelle zur Verfügung und kann sogar als Energiespeicher genutzt werden.

Hinweis: Wasserkraftwerke haben einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Sie arbeiten 100 Jahre lang ohne besonderen Wartungsaufwand.

Strom aus Sonnenlicht – Solarenergie

Wofür erhielt Albert Einstein 1921 den Physik-Nobelpreis? Jedenfalls nicht für seine Relativitätstheorie. Dass die Bestrahlung bestimmter Metalle mit Licht Elektroenergie freisetzt, war schon im 19. Jahrhundert bekannt. Dass dies mit dem Herauslösen von Elektronen aus den Metallatomen zu tun hat, wie und unter welchen Bedingungen es geschieht, sind Erkenntnisse, die auf Einstein zurückgehen. Seit den 1950er Jahren werden sie aktiv zur Energiegewinnung genutzt.

Sonnenenergie gibt es kostenlos und in einem weltweiten fünftausendfachen Überangebot, bezogen auf den aktuellen Energiebedarf der Menschheit. Das macht sie zum mit Abstand attraktivsten Energieträger überhaupt.[...]

Der unstetigen Erzeugung in Deutschland wird auf zweierlei Art begegnet: mit Energiespeichern und mit dem Aufbau der Stromnetze. Bei den Energiespeichern kommen konventionelle Akkumulatoren in Betracht, wenn es um kleine Insellösungen geht. Sie können an sonnigen Tagen das Überangebot zur Mittagszeit in die Abend- und Nachtstunden hinüber retten. Bei großen Solaranlagen werden andere Ansätze verfolgt. Hier lassen sich geschickte Kombinationen mit anderen Formen von erneuerbarer Energie bilden. Beispielsweise mit Pumpspeicherwerken: Tagsüber wird die solar gewonnene Elektroenergie teils zum Wasserpumpen benutzt. Nachts treibt das abfließende Wasser den Generator an.

Die Umwandlung des Lichts in Elektroenergie erfolgt in den Solarzellen. Wie bei einer aus mehreren Zellen bestehenden Autobatterie erhöht sich auch durch das Zusammenschalten mehrerer Solarzellen zu Solarmodulen deren Leistung. Einzelne Solarmodule reichen noch nicht aus, um Energiemengen, wie sie in einem Haushalt benötigt werden, zu erzeugen. Module müssen für diesen Zweck zu größeren Flächen in einem Solargenerator zusammengeschlossen werden.

Solarstrom ist Gleichstrom. Unser Stromnetz und fast alle unsere elektrischen Geräte funktionieren aber mit Wechselstrom. Bevor der Solarstrom verwendet werden kann, muss er deshalb noch über einen sogenannten Wechselrichter in Wechselstrom verwandelt werden. Nur selten aber versorgt eine Photovoltaik- Anlage einen ganz konkreten Verbraucher mit Energie. Photovoltaik-Anlagen auf Eigenheimen speisen den erzeugten Strom ins allgemeine Netz ein, aus dem der Besitzer weiterhin auf ganz normalem Weg seinen Strom entnimmt. Für das Einspeisen von Solarstrom erhält der Betreiber nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine Vergütung

Die Vergütung über das EEG hat im Photovoltaikbereich ab 2004 in Deutschland zu einem regelrechten Boom geführt: In 2009 und 2010 wurden in Deutschland rund die Hälfte aller weltweit produzierten PV-Module verbaut.

Ziel der Photovoltaikförderung war und ist der Aufbau einer Massenproduktion mit entsprechenden Potentialen zu Kostensenkung. In den letzten sieben Jahren haben sich die Vergütungszahlen für Solarstrom bei Neuinstallationen mehr als halbiert. Schon heute liegen für kleine Aufdachanlagen die Vergütungszahlen unterhalb des Strombezugspreises für Haushalte. Damit werden dann neue Geschäftsmodelle interessant. In sonnenreichen Ländern werden in naher Zukunft große Photovoltaikkraftwerke wirtschaftlich konkurrenzfähig zu Diesel- und Gasbetriebenen Spitzenlastkraftwerken sein.

Hinweis: Es darf nicht vergessen werden, dass die Photovoltaik in Sachsen ein bedeutsamer Wirtschaftsfaktor ist. Ein großer Teil der deutschen Hersteller von PV-Modulen und ihrer Zulieferer ist im Freistaat angesiedelt.

Strom aus der Erde – Geothermie

Das Erdinnere ist auch nach Jahrmilliarden noch glühend heiß: etwa 5.000 °C. Die Temperatur entsteht zum Teil aus der Restwärme, der Gravitationsenergie, die bei der Entstehung der Erde frei wurde und zum anderen aus dem radioaktiven Zerfall bestimmter Elemente im Erdinneren. Die Erdwärme aber dringt überall von Innen als permanenter Wärmestrom an die Oberfläche – bis vor kurzem in Deutschland noch ungenutzt. Heute gibt die Erdwärme oder auch Geothermie eine sehr gute erneuerbare Energiequelle ab. Und dies nicht nur zum Heizen: Geothermiekraftwerke wandeln Erdwärme in Strom um. [...]

Erdwärmenutzung ist stets mit Bohrungen ins Erdinnere verbunden. Ob Erdwärme vorrangig oder ausschließlich zur Stromgewinnung genutzt werden kann, hängt von den Erdtemperaturen und damit von der Tiefengeologie ab. Um diese aber in Deutschland und in Sachsen zu erschließen sind teilweise Bohrungen bis fünf Kilometer Tiefe erforderlich. Die Stromerzeugung aus Erdwärme ist insofern von Interesse, da diese eine kontinuierliche erneuerbare Energieerzeugung darstellt.

Strom aus Biomasse

Aus Biomasse erzeugter Strom stammt zumeist aus Biogasanlagen. Diese Anlagen verarbeiten beispielsweise Gülle, Fette und Pflanzenreste.

In Sachsen gibt es weit über vierhunder Anlagen zur Stromerzeugung aus Biomasse. Die meisten davon sind Biogasanlagen. Sie verarbeiten z. B. Gülle, Fette und Pflanzenreste. Im Wesentlichen besteht eine Biogasanlage zur Stromerzeugung aus einem chemischen Reaktionsbehälter, dem sogenannten Fermenter, einem Verbrennungsmotor und einem Generator. [...]

Die Biomasse wird in den luftdicht verschlossenen Fermenter eingebracht. Er funktioniert wie eine Art künstlicher Sumpf: Durch Gär- oder Fäulnisprozesse wird die Biomasse unter Luftabschluss mit Hilfe von Bakterien zersetzt; als Reaktionsprodukt entsteht Biogas. Es ist eine Mischung aus 40 bis 75 Prozent Methan, 25 bis 55 Prozent Kohlendioxid, bis zu zehn Prozent Wasserdampf, sowie etwas Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff.

Aber sind darunter nicht genau jene klimaschädlichen Treibhausgase, die wir nicht mehr produzieren wollen? Richtig, aber sie kommen aus dem natürlichen Kreislauf der Biosphäre, waren also quasi schon immer da und sind somit klimaneutral.

Das im Fermenter erzeugte Biogas wird getrocknet, durch Einblasen einer kleinen Menge Frischluft entschwefelt und dann einem Verbrennungsmotor zugeführt, der einen Generator antreibt. Der so produzierte Strom wird ins Netz eingespeist. Mit 1866 Gigawattstunden erzeugter elektrischer Energie im Jahr 2013 beträgt der Biomasse-Anteil am Nettostromverbrauch in Sachsen 9 Prozent.

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Freigabevermerk

Sächsische Staatskanzlei, Redaktion Amt24. 13.08.2019 (Quelle: Broschüre "Was uns morgen antreibt. Basiswissen Erneuerbare Energien", SAENA Sächsische Energieagentur GmbH, Stand: 2015)