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Erschienen in:
2020 | OriginalPaper | Buchkapitel
3. Stromerzeugung und -speicherung
verfasst von : Thomas Schabbach, Viktor Wesselak
Erschienen in: Energie
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
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Zusammenfassung
Elektrizität oder umgangssprachlich „Strom“ ist ein wichtiger Endenergieträger, dessen Bedeutung mit Fortschreiten der Energiewende weiter zunehmen wird. Wie wird der elektrische Strom gewonnen? Für die Bereitstellung von elektrischer Energie sind einige Umwege zu gehen, da die Energieformen nicht beliebig ineinander umwandelbar sind. So wird in einem Kohle- oder Gaskraftwerk aus der im Brennstoff gebundenen chemischen Energie über den Umweg der thermischen Energie zunächst mechanische und dann im Generator elektrische Energie gewonnen. Dieser klassische Kraftwerksprozess und seine klimaschädigenden Folgen sollen zu Beginn dieses Kapitels ausführlich beschrieben werden.
In Kernkraftwerken macht man sich Kernbindungskräfte durch Kernspaltung oder -fusion zunutze, um thermische Energie und daraus mit einem konventionellen Kraftwerksprozess elektrische Energie zu gewinnen. Trotz erprobter Kraftwerkstechnik und hoher Sicherheitsstandards besteht jedoch ein Restrisiko für große Unfälle, wie zuletzt die Katastrophe von Fukushima belegt. Gibt es eine sichere nukleare Energieerzeugung? Löst die Kernfusion unsere Energie- und Klimaprobleme? Mit diesen Fragen beschäftigt sich dieses Kapitel ebenso wie mit der nach dem Verbleib des Atommülls.
Regenerative Energien wie Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Biogas sind ebenso Ausgangspunkt von Energiewandlungsketten, die zu Elektrizität führen: aus Solarenergie gewinnen Photovoltaik-Anlagen die Elektrizität direkt und solarthermische Kraftwerke (CSP) über den Umweg thermischer Energie. Windenergieanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes, Wasserkraftwerke die kinetische oder potenzielle Energie von Wasser.
Auch aus Biomasse und Biogas wird über den Zwischenschritt der Verbrennung elektrische Energie gewonnen, im Gegensatz zu den mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerken aber CO2-neutral. Bei Geothermie-Kraftwerken wird die thermische Energie zum Antrieb des Kraftwerksprozesses nicht durch Verbrennung gewonnen, sondern den Tiefen des Untergrunds entnommen.
Die Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff, Methan oder Methanol durch eine sog. kalte Verbrennung mit Luftsauerstoff direkt in elektrische Energie um. Diese Technologie könnte in einem zukünftigen Energiesystem große Bedeutung erlangen.
Die Elektrischen Energiespeicher beenden das Kapitel. Der wachsende Anteil erneuerbarer Energien wird den Bedarf an Energiespeichern innerhalb der Systeme zur Strom- und Wärmebereitstellung aufgrund des volatilen bzw. saisonalen Angebots zukünftig erheblich erhöhen. Energiespeicher sind keine Energiewandler, die aus einer Form von Primärenergie (fossil, nuklear oder regenerativ) Endenergie erzeugen. Die Aufgabe von elektrischen Energiespeichern besteht vielmehr darin, bereits erzeugten, aber nicht benötigten Strom zu lagern, bis wieder ein Bedarf entsteht. Die Speicherung der elektrischen Energie kann direkt in Kondensatoren oder Spulen und indirekt als chemische Energie in Batterien und Akkumulatoren sowie als mechanische Energie in Schwungradspeichern erfolgen. Die in der Diskussion stehenden Power-to-X-Technologien schließen diesen Abschnitt ab.