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Dezentrale Stromerzeugung
Veröffentlicht: 9. Juni 2024
Mitwirkende: Alexandra Jonker, Alice Gomstyn
Dezentrale Stromerzeugung (Distributed Generation, DG) bezeichnet die Stromerzeugung durch kleine Energiesysteme, die in der Nähe des Energieverbrauchers installiert sind. Diese Systeme werden als dezentrale Energiequellen (Distributed Energy Resources, DERs) bezeichnet und umfassen in der Regel Solarmodule, kleine Windturbinen, Brennstoffzellen und Energiespeichersysteme.
Konventionelle, zentralisierte Kraftwerke müssen Strom über lange Strecken über komplexe Übertragungsleitungen transportieren. Dezentrale Stromerzeugungssysteme sind verteilt und erfordern wenig bis gar keinen Energietransport über große Entfernungen. Dezentrale Stromerzeugungssysteme können einzelne Haushalte und Unternehmen mit Strom versorgen. Sie können auch an ein Mikronetz angeschlossen werden, ein kleines Netz, das einen bestimmten Bereich mit Strom versorgt (wie z. B. eine Universität, ein Krankenhaus oder eine Militärbasis).
Die dezentrale Stromerzeugung trägt zur Stärkung der Netzstabilität, zur Verringerung der Umweltauswirkungen der Stromerzeugung und zur Steigerung der Energieeffizienz bei. Sie wird auch als verteilte Erzeugung oder Vor-Ort-Erzeugung bezeichnet.
Dezentrale Energieressourcen umfassen eine Reihe von Energieerzeugungstechnologien und Speichersystemen. Sie können sowohl mit erneuerbaren Energiequellen als auch mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Gängige Beispiele sind:
Mikroturbinen sind kleine Verbrennungsmotoren, die mit Biogas, Erdgas, Propan und anderen Brennstoffen betrieben werden. Die meisten erzeugen zwischen 15 und 300 Kilowatt Strom.
Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität durch einen thermochemischen Prozess, der üblicherweise Wasserstoff verwendet. Wasserstoff-Brennstoffzellen können in Elektrofahrzeugen und in Kraftwerken eingesetzt werden.
Bei der Photovoltaik wird der photovoltaische Effekt genutzt, d. h. die Erzeugung von Spannung durch Sonnenenergie, um Strom zu erzeugen. Ein Solarmodul ist ein gängiges Beispiel für eine Photovoltaikanlage.
Windturbinen werden auch als dezentrale Windenergieanlagen bezeichnet. Dezentrale Windenergieanlagen unterscheiden sich in Größe und Stromerzeugungskapazität. Sie können von weniger als 1 Kilowatt bis zu 100 Kilowatt reichen.
Die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme aus einer einzigen Energiequelle. KWK-Technologien können sowohl mit fossilen Brennstoffen wie Erdgas als auch mit erneuerbaren Energieträgern wie Biomasse betrieben werden.
Die dezentrale Wasserkraft ist zwar nicht so weit verbreitet wie andere dezentrale Energiequellen, gewinnt aber zunehmend an Bedeutung. Die meisten konventionellen Wasserkraftwerke sind groß und zentralisiert, aber neue Technologien nutzen die zahlreichen Wasserwege der Erde, um die Wasserkraft skalierbar und einfacher dort einzusetzen, wo Energie benötigt wird.
Batteriespeicher (BESS) empfangen und speichern Energie von dezentralen Energieanlagen für die spätere Nutzung. Sie sind der Schlüssel zur Vermeidung von Ausfällen, wenn man auf schwankende erneuerbare Energiequellen angewiesen ist.
Elektrofahrzeuge können als dezentrale Energiequellen fungieren, wenn sie an Ladestationen angeschlossen sind. Mithilfe der Vehicle-to-Grid-Technologie (V2G) kann ungenutzte Energie, die in der Batterie des Elektrofahrzeugs gespeichert ist, in ein Stromnetz eingespeist werden.
Energieausgleichsmechanismen belohnen Energieerzeuger für die Erzeugung von selbst verbrauchter Energie oder die Einspeisung ihrer Energie in das Stromnetz. Sie gehören zu den verschiedenen Anreizen, die dazu beitragen, die hohen Anfangsinvestitionen in dezentrale Stromerzeugungssysteme auszugleichen. Mechanismen, die Erzeuger mit erneuerbaren Energiesystemen zu einem hohen Wert entschädigen, können auch die weitere Erzeugung sauberer Energie und die Dekarbonisierung unterstützen.1
Es gibt drei Hauptmechanismen für den Energieausgleich bei dezentraler Erzeugung
Durch diesen Mechanismus erhalten die Eigentümer von dezentralen Stromerzeugungssystemen Gutschriften für die überschüssige Energie, die sie in das Netz einspeisen. Die Eigentümer können diese Gutschriften dann verwenden, um ihren Strom jederzeit zu verbrauchen, nicht nur dann, wenn er erzeugt wird. Dies macht die Nettomessung besonders für Eigentümer von Anlagen zur intermittierenden Stromerzeugung attraktiv, wie z. B. Solarmodule oder Windturbinen, die von den richtigen Wetterbedingungen abhängen.
Unter der Einspeisevergütung versteht man einen leistungsbasierten Anreiz, der Energieerzeugern für die von ihnen erzeugte und in das Netz eingespeiste Energie einen Preis garantiert, der über dem Marktpreis liegt. Es handelt sich um langfristige Verträge, die in der Regel dazu dienen, den Einsatz von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien zu fördern. Sie wurden als Unterstützung für Solar-Photovoltaik-Anlagen in den Vereinigten Staaten und Windparks in Deutschland und Dänemark populär.2
Eine PPA ist ein langfristiger Vertrag zwischen Energieerzeugern und Energieabnehmern. In diesem Vertrag wird der Preis festgelegt, den die Lieferanten für jede Megawattstunde (MWh) Energie erhalten, die aus einer Energieanlage (zumeist einer Anlage für erneuerbare Energien) erzeugt wird. PPAs bieten langfristige Sicherheit für den Cashflow von Energieerzeugungsprojekten und ermöglichen den Eigentümern dezentraler Energieerzeugungssysteme, von Steuergutschriften zu profitieren
Systeme zur dezentralen Energieerzeugung können zwar netzunabhängig sein, aber auch durch Zusammenschaltung an lokale Stromnetze angeschlossen werden. Für die Zusammenschaltung ist eine unterstützende Technologie wie Wechselrichter erforderlich, die Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandeln. Dezentrale Energieanlagen wie Photovoltaik- und Windkraftanlagen erzeugen Gleichstrom, während die Energieübertragung und -verteilung größtenteils über Wechselstrom erfolgt.
Der Zusammenschluss bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich. Die meisten Stromverteilungssysteme wurden nicht für einen bidirektionalen Stromfluss konzipiert. Darunter versteht man den Stromfluss von zentral gelegenen Kraftwerken zu den Verbrauchern und den Stromfluss von den dezentralen Energieanlagen der Verbraucher in ein Netz. Ein Zusammenschluss kann daher zu Netzüberlastungen führen und das Risiko von Stromausfällen erhöhen. Intelligente Netztechnologien (Smart Grid), eine fortschrittliche Messinfrastruktur, Lastprognosen und die Koordination zwischen Regulierungsbehörden, Netzbetreibern und Verbrauchern können zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen.
Die dezentrale Stromerzeugung bietet verschiedene Vorteile für Energieverbraucher, -erzeuger und die Umwelt
Der Klimawandel hat die Häufigkeit extremer Wetterereignisse und Naturkatastrophen erhöht, die zu Stromausfällen und -unterbrechungen führen können. Dezentrale Energieressourcen erhöhen die Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes als Backup-Optionen für die Energieerzeugung. Dezentrale Energieressourcen bieten auch Flexibilität für das Netz, wenn mehr erneuerbare Energiequellen hinzugefügt werden, und helfen, Backup-Energiequellen bereitzustellen, wenn die Erzeugung erneuerbarer Energien unvorhersehbar und schwankend ist.
Die Energieübertragung kann die volle Erzeugungskapazität von Kraftwerken und anderen Energieerzeugungssystemen verringern. Dies kann weitgehend vermieden werden, indem das Erzeugungssystem mit dezentralen Energieressourcen näher an den Verbraucher herangebracht wird. Außerdem sind dezentrale Energieressourcen und Mikronetze flexibler und reagieren besser auf Energieangebot und -nachfrage.
Energiekosten sind volatil und hängen von Naturkatastrophen, Marktbedingungen und geopolitischen Faktoren ab. Dezentrale Energie ist in der Regel weniger von diesen Preisfaktoren betroffen und kann auch mit Steuergutschriften und Ausgleichszahlungen einhergehen. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von dezentralen Energieanlagen an Standorten mit hoher Last den Stromversorgern, den Bau neuer Energieerzeugungssysteme zu verzögern (oder bestehende auszugleichen). Dadurch können die Stromkosten für das gesamte System gesenkt werden.
Energie aus dezentraler Erzeugung ist nicht unbedingt erneuerbare Energie. Dezentrale Erzeugung kann jedoch eine Rolle bei der Förderung von Projekten im Bereich erneuerbare Energien und Nachhaltigkeitsziele spielen. Außerdem können verbrauchernahe Energiesysteme die Umweltauswirkungen des Energietransports (wie Emissionen und Störungen des Ökosystems) verringern.
Verbessern Sie Ihre Asset-Management-Strategie und optimieren Sie die Leistung Ihrer Anlagen mit einer umfassenden Suite von Anwendungen für den Betrieb und Tools für Gesundheit, Sicherheit und Umwelt (HSE) für die Versorgungs- und Energiebranche.
Prognostizieren Sie den Energiebedarf mit genauen Vorhersagen und planen Sie das Vegetationswachstum in der Nähe von Stromleitungen.
Nutzen Sie die richtige Kombination aus Mitarbeitern, Prozessen und Technologie, um Nachhaltigkeitsziele in die Tat umzusetzen und ein verantwortungsbewussteres und profitableres Unternehmen zu werden.
Bei der Lastprognose wird vorhergesagt, wie viel Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird und wie sich dieser Bedarf auf das Versorgungsnetz auswirken wird.
Solarkraft, oder auch Solarstrom, ist eine erneuerbare Energiequelle, die Teilchen des Sonnenlichts (Photonen) zur Energieerzeugung nutzt.
Windkraft ist eine Form erneuerbarer Energie, die die kinetische Kraft des Windes zur Stromerzeugung nutzt.
Mikronetze sind kleine Stromnetze, die unabhängig voneinander betrieben werden, um Strom für einen begrenzten Bereich zu erzeugen, z. B. für einen Universitätscampus, einen Krankenhauskomplex oder eine Militärbasis.
Die Möglichkeit, Energie zu speichern, kann die Umweltauswirkungen der Energieerzeugung und des Energieverbrauchs verringern und den Ausbau sauberer, erneuerbarer Energie erleichtern.
Eine PPA ist ein langfristiger Vertrag, der den Preis festlegt, den ein Energieversorger für jede MWh Energie erhält, die aus einer Anlage für erneuerbare Energien erzeugt wird.
Fußnoten
1 „Energy Compensation Mechanisms for Distributed Generation“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), The National Renewable Energy Laboratory.
2 „Feed-in tariff: A policy tool encouraging deployment of renewable electricity technologies“ (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), U.S. Energy Information Administration, 30. Mai 2013.