Die Energiewende ist der Weg in eine Zukunft der Bioökonomie – hin zu einer Industriegesellschaft, die dem Gedanken der Nachhaltigkeit und der Verantwortung gegenüber kommenden Generationen verpflichtet ist. Dabei soll unser Strom bis 2030 zu 27 Prozent und bis 2050 zu mindestens 75 Prozent aus erneuerbaren Energiequellen kommen. Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist daher die zentrale Säule der Energiewende.
Erneuerbare Energien sollen in Deutschland zukünftig den Hauptanteil der Energieversorgung übernehmen. Die erneuerbaren Energien müssen daher kontinuierlich in das Stromversorgungssystem integriert werden, damit sie die konventionellen Energieträger mehr und mehr ersetzen. Dies erfordert einen grundlegenden Umbau des Energieversorgungssystems. Die Sicherstellung einer zuverlässigen, umweltverträglichen und volkswirtschaftlich effizienten Stromversorgung ist dabei eine der großen Herausforderungen der Energiewende.
Ziele der Systemintegration der unten aufgeführten erneuerbaren Energien sind insbesondere:
- Ein sicherer Netzbetrieb bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien,
- Die Flexibilisierung von Stromerzeugung und -nachfrage,
- Intelligentes Zusammenspiel von Stromerzeugung, Verbrauch und modernen Netzen
- Eine effiziente Nutzung der vorhandenen Netzstruktur.
Solar Energie
Die Sonnenergie lässt sich auch vielfältig direkt nutzen. Solarzellen in Photovoltaikanlagen, solarthermische Kraftwerke und Sonnenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung ohne Umwege und wandeln die Strahlungsenergie in Strom oder Wärme um.
Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Herzstück jeder Solarzelle ist ein Halbleiter, der meist aus Silizium besteht und den „photovoltaischen Effekt“ nutzt: Bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiterschichten entstehen unter dem Einfluss von Licht (Photonen) freie Ladungen, die als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen können. Der so entstehende Gleichstrom kann direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Wird er in Wechselstrom umgewandelt, kann er auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Das ist heute die häufigste Art, den Solarstrom zu nutzen.
Windenergie an Land
Die Windenergie beeinflusst maßgeblich die Erfolgsgeschichte der erneuerbaren Energien. Der Mensch versteht es seit Jahrhunderten, die Kraft des Windes zu nutzen, aber erst mithilfe der jüngsten Erfahrungen und technischen Möglichkeiten gelang es, das enorme Potenzial zuverlässig auszuschöpfen.
Windenergieanlagen nutzen die Bewegungsenergie des Windes, die durch unterschiedliche Luftdruckverhältnisse in der Nähe der Erdoberfläche entsteht. Moderne Windenergieanlagen nutzen das Auftriebsprinzip anstatt des Widerstandsprinzips. Sie setzen dem Wind keinen Widerstand entgegen, sondern der Wind erzeugt beim Vorbeiströmen an den Flügeln der Anlage einen Auftrieb, der Flügel der Anlage in Rotation versetzt. Während in anderen Regionen der Welt die Windenergie auch zum Antrieb von Pumpen eingesetzt wird, dienen Windenergieanlagen in Deutschland heute ausschließlich der netzgekoppelten Erzeugung von Elektrizität.
Windenergie auf See
Auf der Ebene der Europäischen Union werden übergreifende klima- und energiepolitische Ziele und Leitlinien formuliert. Die konkrete Ausgestaltung des Energiemixes und die Umsetzung des Ausbaus der erneuerbaren Energien zur Erreichung dieser Ziele fällt jedoch nach wie vor in den Kompetenzbereich der einzelnen Nationalstaaten.
Die Leitlinien der europäischen Energiepolitik wurden auch in Form des Zieldreiecks der Prinzipien Wirtschaftlichkeit, Versorgungssicherheit und Umweltverträglichkeit in den Vertrag von Lissabon aufgenommen. Die Umsetzung der europäischen Vorgaben in deutsches Recht erfolgte im Wesentlichen mit dem Energiewirtschaftsgesetz im Jahr 2005.
Bioenergie
Biomasse ist bisher der wichtigste und vielseitigste erneuerbare Energieträger in Europa. Hierzu wird eine umfangreiche Strategie Entwickelt um die Donau-Region als optimale und nachhaltigen Biomassenquelle zu etablieren. Diese sehr fruchtbare Region Europas wurde als Green Chemistry Belt tituliert. Außerdem soll die Nutzung von Bioenergie in den Sektoren Wärme, Verkehr und Strom weiter ausgebaut werden.
Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Knapp über zwei Drittel der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2013 durch die verschiedenen energetisch genutzten Biomassen bereitgestellt.
Neben der land- und forstwirtschaftlich bereitgestellten Biomasse stehen Reststoffe und Abfälle biogenen Ursprungs für die energetische Nutzung zur Verfügung. Hierzu zählen, neben dem Alt- und Gebrauchtholz, Bioabfälle (z.B. die Biotonne), Gülle/Festmist und Getreidestroh. Der Erschließung dieses in großen Teilen noch unerschlossenen Potenzials wird in Zukunft im Vordergrund stehen. Die energetische Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen trägt dazu bei, mögliche Nutzungskonflikte zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung von Biomasse zu vermeiden oder zu vermindern. Bei neuen Anlagen im Strombereich sollen zukünftig vor allem Abfall- und Reststoffe zum Einsatz kommen.
Geothermie
Geothermie – auch Erdwärme genannt – ist eine nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequelle. Wenn man von der Erdoberfläche in die Tiefe vordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10°C vor. Danach steigt die Temperatur mit jeden weiteren 100 Metern, je tiefer man kommt, im Mittel um 3°C an. Dies nennt man Erdwärme (Geothermie) und man kann sie mit verschiedenen technischen Verfahren zur Energiegewinnung nutzen.
Hierfür gibt es drei verschiedene Verfahren: die oberflächennahe Geothermie (bis 400 m Tiefe) sowie geothermische Systeme, die warmes, im Untergrund vorhandenes Wasser nutzen (bis ca. 4.500 m Tiefe) und Systeme, die Wärme aus dem tiefen Gestein für die Stromerzeugung nutzen (in Fachkreisen auch petrothermale Geothermie genannt), welche gegenwärtig bis 5.000 m Tiefe vordringen.
Wasserkraft
Wasserkraft wurde schon in vorindustrieller Zeit zum Antrieb von Mühlen, Säge- und Hammerwerken genutzt. Die kinetische und potenzielle Energie einer Wasserströmung wird über ein Turbinenrad in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren genutzt werden kann. Heute wird mit Wasserkraft in Europa fast ausschließlich elektrischer Strom erzeugt. Die Wasserkraft ist eine ausgereifte Technologie, mit der weltweit, an zweiter Stelle nach der traditionellen Nutzung von Biomasse, der größte Anteil an erneuerbarer Energie erzeugt wird.
Die größten Potenziale zur Nutzung der Wasserkraft liegen in dem Vor- und Alpenraum, in dem für ein günstiges Gefälle vorliegt. Die wesentlichen Potenziale der Wasserkraft liegen im Ersatz, in der Modernisierung und Reaktivierung vorhandener Anlagen sowie im Neubau an bestehenden Querbauwerken. Dabei müssen alle Umweltanliegen ausgewogen berücksichtigt werden. Eine Leistungssteigerung verbunden mit der Verbesserung der gewässerökologischen Situation ist dabei das Ziel.