NHsolution
Det grundlæggende dualtiske energisysem
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Starker Ausbau der erneuerbaren Energien
Prinzipien des dualistischen Energiesystems bei einem starken Ausbau erneuerbarer Energien
Wie aus der Grafik ersichtlich ist, kann bei einem starken Ausbau erneuerbarer Energien (EE) ein Großteil – mehr als 90 % – des Stromverbrauchs (blaue Kurve) direkt durch EE gedeckt werden.
In der gezeigten Grafik wurde die EE-Produktion in Westdänemark über einen Zeitraum von drei Wochen mit dem Faktor 2,5 multipliziert. Dies führt zu einer erheblichen Überproduktion von EE-Strom, von der ein Teil durch industrielle Prozesse aufgenommen werden kann.
Zusätzlich wird nun angenommen, dass Fernwärmeanlagen und Haushalte mit elektrischer Heizung ebenfalls Strom abnehmen, wenn EE-Strom im Überfluss vorhanden ist – dargestellt durch die gelbe Kurve.
Trotzdem liegt nun ein großer Teil der EE-Produktion außerhalb des unmittelbaren Verbrauchs. In dem dargestellten Zeitraum befinden sich über 60 % der erzeugten EE außerhalb der Verbrauchskurve.
Integration durch thermische Batteriespeicher
Selbst wenn Fernwärmeanlagen und Industriebetriebe Strom abnehmen, wenn EE verfügbar ist, bleibt ein erheblicher Stromüberschuss bestehen. An diesem Punkt kommen thermische Batterien an größeren Kraftwerken ins Spiel.
Ein dualistisches Kraftwerk mit einem thermischen Batteriesystem (siehe Link) kann in diesen Fällen große Mengen überschüssiger Energie aufnehmen – dargestellt durch die grüne Kurve.
Ein Beispiel: Ein 50 MW (elektrisch) Strohheizkraftwerk bei Nordic Sugar in Nakskov (100 MW Prozessenergie) verbraucht bei Volllast 150 MWh/h aus Stroh, das entspricht etwa 38 Tonnen pro Stunde. Es wurde ein thermischer Speicher mit einer Kapazität von 3.600 MWh installiert. Bei EE-Überschuss auf Lolland wird dieser Speicher aufgeheizt.
Wenn keine EE zur Verfügung steht, kann das Kraftwerk – bei halbiertem Strohverbrauch (19 t/h) und unter Zufuhr von 75 MW aus dem Speicher – 48 Stunden lang Strom und Dampf erzeugen. Ist der Speicher entladen, kehrt das Kraftwerk zum vollen Strohverbrauch zurück.
Insgesamt können auf diese Weise mehr als 95 % der EE-Produktion aus einem stark ausgebauten System nutzbar gemacht werden – selbst bei langanhaltender hoher Produktion.
Sektorübergreifende Versorgung durch Kraftwerke mit thermischen Speichern
Wenn solche größeren Kraftwerke mit thermischen Speichern zusammen mit Wärmepumpen für die Fernwärmeversorgung in größeren Städten betrieben werden, kann das gesamte System eine Region vollständig mit Strom und Wärme (sowohl individuell als auch zentral) sowie einem großen Teil des industriellen Prozessenergiebedarfs versorgen.
Abfallheizkraftwerk mit thermischem Speicher
Das Prinzip des Müllheizkraftwerks in Kombination mit einem thermischen Speicher (siehe Link) ermöglicht eine weitere Integration.
Eine Faustregel besagt: Die Hälfte der Energie, die die Prozessindustrie im heutigen System verbraucht, reicht aus, um eine ganze Region mit Strom, Wärme und Prozessenergie zu versorgen – unter Nutzung des dualistischen Prinzips.
Wird die Energie aus Abfall über thermische Speicher genutzt und die Abfallverbrennung mit ausreichend Speicherkapazität ausgestattet, so reicht die Biomasse, über die eine Region oder ein Land typischerweise verfügt, bei einem starken Ausbau der erneuerbaren Energien mehr als aus, um die gesamte Energieversorgung (Strom, Wärme, Prozessenergie) fossilfrei zu gestalten.
Die Prinzipien des dualistischen Energiesystems
In bestehenden Versorgungsgebieten mit einem erheblichen Ausbau erneuerbarer Energien (z. B. Dänemark, Kalifornien, Deutschland) könnten EE-Anlagen mit vorhandener Kapazität theoretisch bis zu 70 % des Stromverbrauchs direkt decken.
(Siehe Grafik – blauer Bereich zeigt Verbrauch.)
Um einen solch hohen Anteil direkt durch EE zu decken, ist eine sehr große installierte Leistung erforderlich. Zudem dürfen konventionelle Kraftwerke in diesen Zeiten keinen Strom ins Netz einspeisen, wenn die EE-Anlagen in der Lage sind, den gesamten Verbrauch zu liefern.
Wenn beispielsweise im Jahresdurchschnitt 80 % des Stromverbrauchs direkt aus EE gedeckt werden sollen – was wünschenswert wäre – müssten Kraftwerke nur 20 % liefern. Das führt jedoch naturgemäß zu einem erheblichen EE-Überschuss. Dieser Überschuss muss sinnvoll genutzt werden, um die Gesamtwirtschaftlichkeit des Energiesystems sicherzustellen.
Eine Lösung bietet das dualistische System:
Prozessindustrien (z. B. Molkereien, Tiermehlfabriken, Kartoffelstärkewerke, Salz- und Zementwerke usw.) können EE-Überschüsse (gelber Bereich in der Grafik) direkt aufnehmen.
Wenn in diesen Industrieanlagen gleichzeitig Kraftwerke betrieben werden, die in Phasen mit geringer EE-Einspeisung Strom erzeugen, kann deren Abwärme direkt für die industrielle Produktion genutzt werden.
Bei hoher EE-Erzeugung könnte somit über die Hälfte der industriellen Prozessenergie direkt aus EE stammen.
Die dargestellte Grafik basiert auf Produktions- und Verbrauchsdaten aus Westdänemark für drei Winterwochen im Jahr 2024. Die EE-Erzeugung wurde darin um 60 % erhöht. Dadurch könnten über 80 % der gesamten Stromproduktion aus EE entweder für den Stromverbrauch oder den Betrieb der Prozessindustrie genutzt werden.
Biomassekraftwerke beispielsweise können aus ihren Brennstoffen etwa 30 % Strom und 70 % Prozesswärme erzeugen. Im gezeigten Beispiel könnten sie etwa ein Sechstel des westdänischen Strombedarfs decken, wenn EE-Anlagen nicht liefern.
Die Prinzipien des dualistischen Energiesystems
In bestehenden Versorgungsgebieten mit einem erheblichen Ausbau erneuerbarer Energien (z. B. Dänemark, Kalifornien, Deutschland) könnten EE-Anlagen mit vorhandener Kapazität theoretisch bis zu 70 % des Stromverbrauchs direkt decken.
(Siehe Grafik – blauer Bereich zeigt Verbrauch.)
Um einen solch hohen Anteil direkt durch EE zu decken, ist eine sehr große installierte Leistung erforderlich. Zudem dürfen konventionelle Kraftwerke in diesen Zeiten keinen Strom ins Netz einspeisen, wenn die EE-Anlagen in der Lage sind, den gesamten Verbrauch zu liefern.
Wenn beispielsweise im Jahresdurchschnitt 80 % des Stromverbrauchs direkt aus EE gedeckt werden sollen – was wünschenswert wäre – müssten Kraftwerke nur 20 % liefern. Das führt jedoch naturgemäß zu einem erheblichen EE-Überschuss. Dieser Überschuss muss sinnvoll genutzt werden, um die Gesamtwirtschaftlichkeit des Energiesystems sicherzustellen.
Eine Lösung bietet das dualistische System:
Prozessindustrien (z. B. Molkereien, Tiermehlfabriken, Kartoffelstärkewerke, Salz- und Zementwerke usw.) können EE-Überschüsse (gelber Bereich in der Grafik) direkt aufnehmen.
Wenn in diesen Industrieanlagen gleichzeitig Kraftwerke betrieben werden, die in Phasen mit geringer EE-Einspeisung Strom erzeugen, kann deren Abwärme direkt für die industrielle Produktion genutzt werden.
Bei hoher EE-Erzeugung könnte somit über die Hälfte der industriellen Prozessenergie direkt aus EE stammen.
Die dargestellte Grafik basiert auf Produktions- und Verbrauchsdaten aus Westdänemark für drei Winterwochen im Jahr 2024. Die EE-Erzeugung wurde darin um 60 % erhöht. Dadurch könnten über 80 % der gesamten Stromproduktion aus EE entweder für den Stromverbrauch oder den Betrieb der Prozessindustrie genutzt werden.
Biomassekraftwerke beispielsweise können aus ihren Brennstoffen etwa 30 % Strom und 70 % Prozesswärme erzeugen. Im gezeigten Beispiel könnten sie etwa ein Sechstel des westdänischen Strombedarfs decken, wenn EE-Anlagen nicht liefern.
Die Kunst, erneuerbare Energien (EE) zu integrieren.
Eines der wichtigsten Instrumente zur Integration sehr großer Mengen erneuerbarer Energien (EE) ist das dualistische Produktions- und Verbrauchssystem. Dieses System zeichnet sich dadurch aus, dass ein großer Energieverbraucher – zum Beispiel eine Prozessindustrie – entweder den EE-Überschuss aus einer Region abnehmen oder mit Abwärmedampf aus dem Kraftwerk versorgt werden kann, das das Stromnetz beliefert, wenn die EE-Erzeugung nicht ausreicht.