In einer sich erwärmenden Welt wird der Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien immer dringlicher. Die weltweite Kapazität zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wächst schneller als je zuvor in den letzten dreißig Jahren, so die Internationale Energieagentur (IEA). Die Agentur prognostiziert, dass (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) bis 2025 erneuerbare Energien Kohle als weltweit wichtigste Stromquelle ablösen werden. Die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie (Photovoltaik) wird voraussichtlich 2025 bzw. 2026 die Stromerzeugung aus Kernenergie übertreffen. Und bis 2028 werden 68 Länder (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) erneuerbare Energien als Hauptstromquelle nutzen.
Die Beschleunigung der sauberen, erneuerbaren Energieerzeugung kommt für Politiker und Befürworter, die sich mit dem durch Klimawandel aufgrund von Treibhausgasemissionen befassen, keinen Moment zu früh.
Auf der Klimakonferenz der Vereinten Nationen 2023 (COP28) haben sich die Regierungen das Ziel gesetzt, die weltweite Kapazität an erneuerbaren Energien bis 2030 zu verdreifachen. Dies wird im Idealfall dazu beitragen, die Entkarbonisierung voranzutreiben, den Klimawandel abzuschwächen und Netto-Null-Emissionen zu erreichen, laut IEA (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
Um die Technologie für erneuerbare Energien weiterzuentwickeln, setzen Regierungen auf verschiedene politische Maßnahmen. Der Green Deal Industrial Plan der Europäischen Union, die Production Linked Incentives (PLI) in Indien und der Inflation Reduction Act (IRA) in den USA sind allesamt politische Maßnahmen, die die Integration nachhaltiger Energie weiter fördern sollen. Die unterstützende Wirtschaftspolitik in China hat Onshore-Wind- und Solar-Photovoltaik-Energieprojekte beschleunigt und dem Land geholfen, die für 2030 gesetzten nationalen Ziele Jahre früher als geplant zu übertreffen. Dies ist entscheidend für das Ziel, die weltweiten erneuerbaren Energien zu verdreifachen, da China fast 60 % aller neuen globalen Kapazitäten im Bereich erneuerbare Energien ausmacht, die bis 2028 ans Netz gehen sollen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Darüber hinaus führen die sich weiterentwickelnden Vorschriften für Umwelt-, Sozial- und Governance-Initiativen (ESG) von Unternehmen weltweit zu einer steigenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien im Privatsektor, was das weitere Wachstum fördert.
Trotz umfassender politischer Maßnahmen variiert die politische Unterstützung oft je nach Art der erneuerbaren Energie. Lassen Sie uns einen genaueren Blick auf verschiedene Arten erneuerbarer Energiequellen und die Trends werfen, die sich in jeder Kategorie abzeichnen.
Im Jahr 2023 machte die Photovoltaik laut IEA drei Viertel der weltweit neu installierten erneuerbaren Energiekapazität aus. Das Kapazitätswachstum resultierte sowohl aus Kraftwerken im Versorgungsmaßstab als auch aus der Akzeptanz von dezentralen PV-Systemen durch die Verbraucher – die Erzeugung von Solarstrom vor Ort in Haushalten und Unternehmen – und machte die andere Hälfte aus (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
Die anhaltende politische Unterstützung durch Regierungen auf der ganzen Welt ist nach wie vor der Hauptgrund für dieses Wachstum. Zum Beispiel schaffen einige politische Entscheidungsträger Anreize für die Erzeugung erneuerbarer Energie durch Einzelpersonen und Unternehmen durch Net-Metering-Programme, die es Versorgungskunden ermöglichen, überschüssig erzeugte Energie an ihre Versorgungsunternehmen zurückzusenden, um Gutschriften zu erhalten. Weitere Anreize zur Förderung der Erzeugung und Nutzung von Solarenergie sind Einspeisetarife, Steuergutschriften und Auktionen, bei denen Solarstromanbieter um Verträge konkurrieren, indem sie sich auf dem Energiemarkt preislich unterbieten.
Die Erweiterung der Lieferkette für Photovoltaik ermöglicht die Herstellung, die erforderlich ist, um die Nachfrage der wachsenden Branche zu decken. Es wird erwartet, dass mehr Produktionskapazitäten in den USA, Indien und der EU dazu beitragen werden, die Lieferkette für Solar-Photovoltaik zu diversifizieren, aber China dominiert weiterhin diesen Bereich. Im Jahr 2022 befanden sich 95 % der neuen Produktionsstätten für Solartechnologie in diesem Land (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Und die Fortschritte in der Photovoltaik-Technologie führen zu leichteren, kostengünstigeren und effizienteren Solarmodulen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), die die Erzeugungskapazität im Laufe der Zeit weiter erhöhen werden.
Basierend auf dem Szenario „Net Zero Emissions by 2050“ (NZE) der IEA ist die Photovoltaik auf dem besten Weg, bis zum Ende des Jahrzehnts eine jährliche Erzeugungskapazität von etwa 8.300 Terawattstunden (TWh) zu erreichen, wenn die aktuellen Wachstumsraten bis 2030 beibehalten werden (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Darüber hinaus wird erwartet, dass die Photovoltaik die dominierende Energiequelle bei der Produktion von emissionsarmem oder grünem Wasserstoff sein wird. Wasserstoff mit geringen Emissionen (im Gegensatz zu Wasserstoff, der mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird) kann möglicherweise verstärkte Dekarbonisierungsbemühungen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) in Unternehmen vorantreiben, die von der Stahlherstellung bis zur Ammoniakproduktion reichen, wo Wasserstoff für industrielle Zwecke verwendet wird.
Wie bei der Solarenergie war die öffentliche Politik der Schlüssel zur Förderung des Ausbaus der Windenergie, aber die Wachstumsprognosen variieren je nach Region. China verzeichnete 2023 einen Anstieg der Windkraftkapazität um 66 % und ist auf dem besten Weg, in den kommenden Jahren weitere Kapazitäten hinzuzufügen. Die Projektentwicklung verlief in Europa und Nordamerika jedoch langsamer als ursprünglich erwartet. Offshore-Windprojekte waren besonders gefährdet: Im Jahr 2023 stornierten Entwickler allein in den USA und im Vereinigten Königreich Offshore-Projekte (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) mit einer Gesamtkapazität von 15 Gigawatt (GW).
Aktuelle politische Maßnahmen könnten der Branche in dieser schwierigen Zeit helfen. Im Jahr 2023 kündigte die Europäische Union ihren Aktionsplan für Windkraft an, der Maßnahmen zur Verbesserung der Genehmigungsverfahren, der Auktionsprozesse und des Zugangs zu Finanzmitteln sowie zur Ausweitung der Belegschaftsschulung (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) vorsieht. Im selben Jahr kündigten neun europäische Länder Pläne an, die Offshore-Windkraftkapazität bis 2030 auf über 120 GW und bis 2050 auf über 300 GW (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) zu erhöhen. In den USA investiert die Regierung unterdessen in die Entwicklung schwimmender Windparks. Der Einsatz von schwimmenden Windparks mit einer Kapazität von 15 GW wird bis 2035 erwartet (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
Damit die Windkraft die Ziele der NZE der IEA erreicht, müsste das durchschnittliche jährliche Wachstum bis 2030 17 % pro Jahr erreichen oder übertreffen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
Derzeit erzeugt Wasserkraft mehr Strom – im Jahr 2022 erreichte sie 4.300 TWh – als alle anderen sauberen Energiequellen zusammen und wird laut IEA bis 2030 die größte Quelle bleiben. Trotz eines zwar geringen, aber stetigen Wachstums und erwiesener Zuverlässigkeit wird prognostiziert, dass die Zahl neuer Wasserkraftanlagen in den nächsten zehn Jahren aufgrund der Verlangsamung der Entwicklung in Europa, China und Lateinamerika um 23 % sinken wird (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
In den letzten 20 Jahren hat sich der Schwerpunkt der Energiebranche verlagert: Während früher die Wasserkraft im Mittelpunkt stand, konzentrieren sich die meisten Länder heute auf die Förderung von Solar- und Windenergie. Heute bieten weniger als 30 Länder (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) Richtlinien zur Unterstützung der Entwicklung neuer Wasserkraftwerke und der Sanierung bestehender Anlagen an, während es in über 100 Ländern Richtlinien zur Unterstützung von Wind- und Solarenergie gibt.
Um das NZE-Szenario zu erfüllen, müsste die Wasserkraft jährlich um mindestens 4 % (Link außerhalb von ibm.com) wachsen.
Die weltweite Expansion von Biokraftstoffen ist im Gange, was vor allem auf die unterstützende Regierungspolitik in Schwellenländern wie Brasilien, Indien und Indonesien zurückzuführen ist. Die Nachfrage wird in diesen Ländern hauptsächlich durch den Transportsektor angetrieben, während das Angebot durch die Verfügbarkeit von Biomasse-Rohstoffen ermöglicht wird. Brasilien ist führend bei der Expansion von Biokraftstoffen und wird bis 2028 voraussichtlich 40 % des Wachstums ausmachen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
Die Verbreitung von Biokraftstoffen ist in der EU, den USA, Kanada und Japan begrenzt, was zum Teil auf die hohen Kosten und die wachsende Beliebtheit von Elektrofahrzeugen zurückzuführen ist. Die Hauptwachstumsbereiche für Biokraftstoffe in diesen Ländern sind die Segmente erneuerbarer Diesel und Biokerosin. Insgesamt haben Biokraftstoffe wie Bioethanol und Biodiesel in Kombination mit Elektrofahrzeugen (EVs) das Potenzial, bis 2028 das Öläquivalent von vier Millionen Barrel auszugleichen. Ungeachtet solcher Meilensteine prognostiziert die Internationale Energieagentur (IEA) (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), dass die Ausweitung von Biokraftstoffen die NZE-Ziele für 2030 dennoch verfehlen wird.
Biogas: Während das Wachstum der Biogasindustrie in den 1990er Jahren begann, hat die politische Unterstützung für die Erdgasalternative in den letzten zwei Jahren zugenommen. Derzeit stammt fast die Hälfte der weltweiten Biogasproduktion aus Europa, wobei 20 % davon allein aus Deutschland stammen (Link befindet sich außerhalb von ibm.com).
In der Vergangenheit wurde Biogas in Heizkraftwerken verwendet. In jüngerer Zeit haben Regierungen jedoch die industrielle und verkehrstechnische Nutzung von Biomethan gefördert, einem Biogas, das, wie der Name schon sagt, einen hohen Methangehalt aufweist. Da seit 2022 in 13 Ländern strenge neue Richtlinien zur Förderung von Biogas umgesetzt werden, geht die IEA davon aus (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), dass sich das Wachstum der Biogasproduktion bis 2028 beschleunigen wird.
Technologische Entwicklungen schaffen Möglichkeiten, um mehr Orte mit geothermischer Energie zu versorgen. Zum Beispiel wird durch Enhanced Geothermal Energy Systems (EGES) in Gebieten ohne natürlich vorkommende Heißwasserquellen Flüssigkeit in den Untergrund injiziert. Die Flüssigkeit erwärmt sich unterirdisch und wird dann an die Oberfläche gepumpt, wo sie Strom erzeugt (Link befindet sich außerhalb von ibm.com). Weltweit sind verschiedene Geothermieprojekte in Planung oder bereits im Gange, unter anderem in Nordamerika, Europa und Asien.
Trotz dieser Fortschritte sind Befürworter der Geothermie der Meinung, dass politische Maßnahmen erforderlich sind, um das ungenutzte Potenzial auszuschöpfen. Die kapitalintensive Natur und die Finanzierungskosten von Geothermieprojekten können abschreckend wirken. Die Entwicklung von Skaleneffekten und kontinuierliche technologische Fortschritte könnten dazu beitragen, die Kosten zu senken, aber vorerst prognostiziert die IEA, dass bis 2030 nur etwa 1 % der erneuerbaren Energien aus der geothermischen Energieerzeugung stammen werden.23
Da immer mehr erneuerbare Energien zu den Energiesystemen hinzugefügt werden, wird die Technologie eine entscheidende Rolle dabei spielen, die Energieversorgung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Energiesicherheit und die Stabilität der Stromnetze zu gewährleisten.
Da erneuerbare Energiequellen, insbesondere Wind- und Solarenergie, anfällig für Umweltbedingungen sind, ist die Sicherstellung einer optimalen Produktion und Verteilung von entscheidender Bedeutung für eine stabile und resiliente Stromversorgung. Die Prognose erneuerbarer Energien entwickelt sich rasch zu einem wichtigen Instrument für die Energiewende. Zum Beispiel können Lösungen wie die IBM Renewables Forecasting Platform innerhalb der IBM Environmental Intelligence Suite Tagesprognosen für Wind- und Solarenergie mit einer Genauigkeit von 92 % liefern.
Bessere Speicher werden auch dazu beitragen, Energiesysteme widerstandsfähiger zu machen. Solar-, Wind- und Wasserkraft erfordern Energiespeichersysteme (ESS), um eine konstante Energieversorgung zu gewährleisten. Mit der Weiterentwicklung der Batterietechnologie im Netzmaßstab werden Versorgungsunternehmen in der Lage sein, Strom langfristig zu speichern, um die Last in Zeiten geringer oder keiner Produktion besser zu verwalten. So werden beispielsweise derzeit kostengünstige und skalierbare Langzeit-Energiespeicher im Netzmaßstab entwickelt.
Von Batterien bis hin zu Solaranlagen ist ein effektives Asset-Management ein wichtiger Bestandteil bei der Unterstützung der Energiewende. Durch Intelligent Asset Management und vorausschauende Wartung kann der Zustand von Assets überwacht und ihre Lebensdauer verlängert werden. So optimiert beispielsweise die New York Power Authority (NYPA) ihr Asset-Management mit der IBM Maximo® Application Suite. Ziel ist es, die Energieinfrastruktur des Bundesstaates zu digitalisieren und sie in den nächsten zehn Jahren in ein sauberes, zuverlässiges, belastbares und erschwingliches System umzuwandeln.
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