Zehn Technologietrends im Bereich Energieversorgung

Derzeit sind unsere Stromversorgungssysteme nach wie vor von Großkraftwerken und passiven Komponenten geprägt. Diese Ära steht vor ihrem Ende. In den nächsten zehn Jahren wird eine neue Energielandschaft entstehen, die sich durch eine Mischform aus großen und kleineren Elementen auszeichnet: große Anlagen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Supernetze (Supergrids), die Energie über weite Entfernungen transportieren, sowie Mikronetze (Microgrids) und Energie erzeugende Gebäude, bei denen die Endverbraucher eine aktive Rolle spielen.

Erneuerbare Energien werden so zur sichersten Kapitalanlage am Markt und dominieren Neubauprojekte im Bereich Energieerzeugung. Die Märkte passen sich dieser Realität bereits an. Netze werden zukünftig zunehmend mithilfe von Software gesteuert. Viele elektronische Technologien und Geräte einschließlich Wärmepumpen, Elektrofahrzeugen, Solar-PV und -Batterien werden in Gebäuden gemeinsam mit ICT-Systemen zum Einsatz kommen. Diese Gebäude werden selbst zu Stromerzeugern, anstatt Energie einfach nur zu verbrauchen. Mithilfe von Digitalisierung und Automatisierung werden sie nicht nur Energie liefern, sondern zudem komplexe Leistungen in den Bereichen Netzausgleich und Stromqualität erbringen. Diese Formen der Flexibilität, die im Netz zunehmend benötigt werden, werden über den Massenmarkt leicht verfügbar sein.

Wir werden Zeuge einer Personalisierung der Energie, bei der Endverbraucher in die Lage versetzt werden, ihre Stromversorgung gezielt zu beziehen, preislich einzuordnen und besser nachzuvollziehen. Wie kommt es dazu? Unterstützt durch digitale Plattformen, werden die Konsumenten die Auswahl und Überwachung des Stroms in ihrem täglichen Leben selbst in die Hand nehmen wollen. Und die Technologie, die ihnen dies ermöglicht, steht schon bereit.

Top-10-Technologietrends, die eine neue Realität im Bereich Energie schaffen

1. Die Elektrifizierung des Energiebedarfs wird die allgemeine Energieeffizienz und Zuverlässigkeit steigern. Während die Elektrifizierung von Zügen vor einem Jahrhundert begonnen hat, werden nun auch Pkw und Lkw zunehmend per Batterie betrieben. Auch die Elektroheizung führt zu Effizienzsteigerungen, da Wärmepumpen nach und nach andere Formen der Heizung – einschließlich Gas-, Öl- und direkter elektrischer Heizung – in größerem Umfang ersetzen.
2. Neue Werkstoffe im Energiesektor wie Graphen im Solarbereich, Hybrid-Solarzellen und Halbleiter mit breitem Bandabstand in Stromrichtern werden die Zuverlässigkeit, Leistung und Effizienz der nächsten Generation von Solarelementen und Stromnetzen weiter steigern.
3. Die Digitalisierung wird zu einer größeren Datenmenge sowie zu schnelleren und besseren Daten, einer erhöhten Rechenleistung und einer engeren Vernetzung aller Elemente in der Stromversorgung führen. Dies wird den Entwurf, die Planung und den Betrieb von Anlagen in den Bereichen Wind, Solar, Übertragung, Verteilung sowie die Nutzung von Strom in der Gesellschaft optimieren. Die Kosten für die Instandhaltung von Windturbinen und Windfarmen werden sinken, und Anreize zur Laststeuerung, bei der Kunden den Bedarf zu Spitzenzeiten freiwillig verringern können, werden besser auf individuelle und sich ändernde Verbraucherwünsche abgestimmt werden.
4. Wind: größer und intelligenter. Die Größe der Turbinen wird weiter zunehmen; dabei werden leichte, flexible Rotorblätter und integrierte aerodynamische Steuergeräte zum Einsatz kommen. Zweitens werden aerodynamische Steuergeräte, innovative Übertragungssysteme, neue Sensoren und intelligente Steuerungssysteme eine verbesserte Nutzung des Windes durch die neuen Turbinen gewährleisten und dafür sorgen, dass diese sich dem Bedarf des Stromnetzes anpassen.
5. Mehr als 30 Entwicklungen im Solarbereichwerden die Kosten für Solar-PV in den nächsten zehn Jahren um 40 Prozent senken. Die PV-Lernkurve zeigt, dass der Modulpreis mit jeder Verdopplung der Kapazität um über 20 Pr sinkt. Bis 2025 wird Solar-PV in vielen Regionen der Welt die kostengünstigste Art der Stromerzeugung sein.
6. Die Stromspeicherung wird für drei Entladezeiträume optimiert: Massenabsatz, Systemunterstützung und „hinter dem Zähler“. Zu den entsprechenden Technologien zählen unter anderem: elektrochemische Batterien für die Speicherung von Solarenergie für Verbraucher, Technologien mit hoher Leistung zur Systemunterstützung auf der Größenordnung des Systems und intelligente Software in Batterien, um eine optimale Nutzung der Batterien zu gewährleisten.
7. Die bidirektionale Kommunikation beim Demand-Response-Management wird sich nach den sich ändernden Kundengegebenheiten richten und so dazu beitragen, die Hauptnachteile der beiden momentan gängigsten Formen von Demand-Response zu überwinden. In der einen Form steuern Versorger direkt das Programm, ohne Rücksichtnahme auf lokale Umstände und sich ändernde Kundenwünsche, wodurch ihr Eingriff deutlich spürbar wird. In der anderen Form wird die Nachfrage automatisch angepasst, und zwar basierend auf der Reaktion der Verbraucher auf Preisanreize – was diese Art der Demand-Response unzuverlässig und aus Systemperspektive steuerbar macht.
8. Intelligente Energie erzeugende Gebäude. Das Zukunftsbild eines intelligenten Energie erzeugenden Hauses beinhaltet Solarenergie als Hauptenergiequelle. Die Integration von Geräten mit flexiblem Energieverhalten wie etwa Batteriestromspeichern, Wärmepumpen und Klimatechnik sowie das Aufladen von Elektrofahrzeugen gewährleisten eine weitere Optimierung der Energienutzung dank intelligenter Thermostate mit Selbstlern-Funktion. Intelligente Stromzähler werden es ermöglichen, diese Flexibilität zu messen und sie wirtschaftlich rentabel zu nutzen. Auch wenn Entwicklungen in den Bereichen Solarenergie und Speichertechnologien die Vorstellung erwecken könnten, dass Gebäude „vom Netz“ gehen werden, wird höchstwahrscheinlich das Gegenteil eintreten. Gebäude haben das Potenzial, selbst zu Energy Hubs zu werden – ein Aspekt, der für die dringend benötigte Flexibilität in Stromnetzen von unschätzbarem Wert ist.
9. Selbstdenkende Stromnetze. Netze werden sich selbst verwalten und Funktionen bieten, dank derer Verluste von Widerstandsfähigkeit und Reduktion durch Selbstkonfiguration bewältigt werden können, auf Spannungsänderungen durch Selbsteinstellung eingegangen werden kann und Störungen durch Selbstoptimierung abgemildert werden können. Diese Entwicklung wird jedoch verschiedene Herausforderungen mit sich bringen und Fragen darüber aufwerfen, wie die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems bestätigt werden kann. Als Antwort darauf werden neue Modellierungstechniken für den Entwurf, die Prüfung und die Verifizierung der Stromnetzverwaltung in einem Systemkontext entwickelt werden.
10. Hybridnetze. Um dem wachsenden Anteil an erneuerbarer Energie Rechnung zu tragen, muss Strom über immer längere Strecken transportiert werden. Hochspannungs-Gleichstromübertragung stellt in dieser Hinsicht die kostengünstigste Lösung dar. Hybridnetze, in deren Richtung sich das bestehende Wechselstromnetz entwickeln wird, sind Netze, in die zunehmend mehr HVDC-Verbindungen innerhalb und zwischen Wechselstrom-Energieanlagen integriert werden. Auf diese Weise entwickeln sich Netze zu Kombinationen aus Wechselstrom- und gut steuerbaren Gleichstromsystemen.

Dr. Andreas Schröter, Geschäftsführer DNV GL – Energy Deutschland: „Die Implementierung dieser neuen Technologien wird in den nächsten 10 Jahren nachhaltige Folgen haben und die Energiewende beschleunigen. Zusammen mit Kunden und Branchenpartnern werden wir diese Entwicklungen weiter durch unsere gemeinsamen Industrieprojekte und unsere Dienstleistungen in den Bereichen Beratung, Prüfung, Untersuchung und Zertifizierung vorantreiben, um eine saubere, bezahlbare und sichere Energiezukunft zu gewährleisten.“

Auf der Technology-Outlook-Webseite können Sie den Bericht herunterladen.