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Dezentrale Energieerzeugung

In Deutschland traditionell üblich ist eine sogenannte zentrale Energieerzeugung, insbesondere, wenn es um die Bereitstellung von Haushaltsstrom geht. In einzelnen Kraftwerken wird Energie produziert, diese wird über Versorgungsleitungen bis in die Haushalte transportiert. Anders funktioniert die dezentrale Bereitstellung. Hier werden über kleine Kraftwerke mit angepasster Effizienz nahegelegenen Verbraucher versorgt. Ebenfalls zu dieser Form der Energieversorgung gehören Inselnetze. Kleinere Stromverbraucher, die nicht ans öffentliche Netz angeschlossen sind, werden über ein kleineres Kraftwerk mit Strom versorgt.

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Die dezentrale Erzeugung von Energie hat im Bereich der Wärmegewinnung schon lange einen festen Platz in den Industrienationen. In Heizungsanlagen vor Ort wird die Wärme erzeugt und im Haus verteilt. Dies hat in erster Linie praktische Gründe: Die Verteilung von Wärme über längere Strecken ist meist mit hohen Verlusten verbunden, die Isolierung von Fernwärmeleitungen sehr aufwendig. Selbst die zum Teil installierten Nahwärmenetze, die die Wärme im Umkreis von bis zu einem Kilometer verteilen, gelten hinsichtlich der Wärmeverluste als weniger wirtschaftlich im Vergleich zur Energieerzeugung vor Ort. Ob die Dezentralisierung der Stromversorgung sinnvoll ist, wird seit jeher kontrovers diskutiert. Die Befürworter der Energiewende versprechen sich davon viele Vorteile und das nicht nur in Hinblick auf Effizienz und Technik, sondern auch in Bezug auf die größere Unabhängigkeit durch eine breite Bürgerbeteiligung und ein höheres Maß an demokratischer Kontrolle.

Im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) sowie im Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz (KWK-G) sind wichtige Grundlagen für den Ausbau der dezentralen Energieversorgung festgelegt. Direkt oder über Beteiligungen können alle vom Bürger bis zum Großinvestor von den Fördersystemen profitieren, durch die Errichtung in den Regionen entsteht eine Wertschöpfung zum Beispiel durch Einspeisevergütungen, Pachten und Mieten sowie zusätzlichen Arbeitsplätzen.

Verschiedene Technologien für die dezentrale Versorgung

Für die dezentrale Versorgung kommen verschiedene regenerative Technologien infrage. Welche Ertragsmöglichkeiten dabei vorhanden sind, hängt vom Standort ab. Windkraftanlagen machen weitestgehend im Norden und in den küstennahen Regionen Deutschlands Sinn, auch als Off-Shore-Anlagen im Meer ist die Windkraft ausgesprochen ertragreich. Im Süden Deutschlands sind Photovoltaikanlagen aufgrund der höheren Sonneneinstrahlungen effektiv, in Ballungsgebieten mit wenig Fläche und hohem Wärmebedarf kommen KWK-Anlagen (Kraftwärmekopplung) zum Einsatz. Man kann hier bereits von einer dezentralen Verteilung sprechen, allerdings sind die Versorgungswege durch große Entfernungen zwischen Erzeuger und Verbraucher dennoch weit, entsprechend hoch ist der Transportbedarf über das Stromnetz. Betrachtet man die dezentrale Energieversorgung „im Kleinen“ also im Bereich der nahen Hausenergieversorgung, gliedern sich die Versorgungswege in zwei Stränge:

  • Wärmeerzeugungssysteme wie Brennwerttechnik mit Öl und Gas oder die Nutzung von Biomasseheizungen sind besonders im Neubau ebenso Stand der Technik wie die Erzeugung von Wärme über Geothermie. Zur Warmwasserbereitung für Brauchwasser und als Heizungsunterstützung wird Solarthermie eingesetzt.
  • Stromerzeugungssysteme können in Form von Brennstoffzellen, Mini-Blockheizkraftwerken, Kleinwindrädern, Photovoltaikanlagen oder Biogasanlagen dezentral installiert werden. Meist werden in den genannten Anlagen Strom und Wärme gleichzeitig produziert.

Energiespeicher – wichtige Komponente für die dezentrale Stromerzeugung

Die dezentrale Energieerzeugung ist gleichzeitig eine bedarfsgerechte Erzeugung. Verschiedene Randbedingungen stellen hier Einschränkungen dar, insbesondere was den Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage betrifft. Speichersysteme ergänzen das Erzeugungs- und Lastenmanagement und nehmen einen immer höheren Stellenwert ein. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit Umweltenergien wie Solar- oder Windenergie gearbeitet wird, denn hier entsteht Strom nur dann, wenn die Energie gerade verfügbar ist. Bei Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen wie Blockheizkraftwerk oder Brennstoffzelle entsteht die Thematik ebenso, da hier gleichzeitig Wärme und Strom produziert wird.

Während sich Wärme noch vergleichsweise leicht in Pufferspeichern dezentral aufbewahren lässt, ist dies bei Strom deutlich komplizierter, denn der Strom selbst kann nicht gespeichert werden. Er muss für die Speicherung in andere Energieformen verwandelt werden. In Frage kommen insbesondere für die dezentrale Stromerzeugung elektrische und elektrochemische Speichersysteme in Form von Kondensatoren und Akkus. Realisiert sind bis jetzt Blei-Säure-Batterien, die auf tägliche Ladezyklen angewiesen sind und einen Nettowirkungsgrad um die 70 % erreichen. Viele Speichersysteme können nur Sekunden- bis Minutenbereiche überbrücken und gleichen kurzfristigen Leistungsmangel aus. Ein vielversprechender Langzeitspeicher ist die Brennstoffzelle, bei der elektrische Energie in Form von Wasserstoff gespeichert werden kann. Lange Zeit im Entwicklungsstadium, ergeben sich hier in den letzten Jahren deutliche Innovationen. 

Umweltbelastung durch dezentrale Energieerzeugung

Insbesondere dezentrale Energieanlagen, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, belasten die Umwelt geringer als Großkraftwerke. Allerdings gibt es auch diverse Nachteile, bzw. Komponenten, die eine höhere Belastung darstellen:

Eingriff in die Natur

Wasserkraftwerke bedeuten einen starken Eingriff in die Natur und Umwelt. Die Wirkung dieser Eingriffe ist bei kleinen Kraftwerken bezogen auf die Kilowattstunde deutlich größer, auch der Anteil an verbrauchter grauer Energie für den Bau liegt in einem prozentual ungünstigen Bereich verglichen mit großen Anlagen.

Luftschadstoffe

Bei der Verbrennung von Holz in Kleinanlagen entsteht häufig eine verhältnismäßig hohe Umweltbelastung durch Luftschadstoffe. Mittelgroße Anlagen mit einer Leistung von einigen Megawatt schneiden hier meist am günstigsten ab: Bei einer effizienten Wärmenutzung und kurzen Transportwegen ist eine vollständige Verbrennung mit guter Abgasreinigung gesichert.

Effizienz im Vergleich

Heizwärme aus Heizungsanlagen weisen zwar geringe Leistungs- und Verteilungsverluste auf, hinsichtlich ihrer Effizienz bei der Wärmeproduktion schneiden sie im Vergleich zu Nah- und Fernwärmeanlagen jedoch deutlich schlechter ab. 

Dezentrale Systeme – vom EFH bis zur Siedlung

Die Bandbreite des Einsatzes von dezentraler Energieversorgung ist groß, als kleinste Einheit kann das Einfamilienhaus angesehen werden. Herkömmlich wird diese Einheit aus dem öffentlichen Stromnetz versorgt. Photovoltaikanlagen mit Eigenverbrauch oder Kraftwärmekopplungsanlagen, zum Beispiel in Form von Mini-Blockheizkraftwerken können die Stromerzeugung dezentral übernehmen. Im Mehrfamilienhaus werden ähnliche Versorgungsvarianten eingesetzt, lediglich die Kapazitäten müssen vergrößert werden. Eine Hürde bildet hier die zeitliche Überlappung der Verbräuche in den einzelnen Haushalten.

In Ein- und Mehrfamilienhäusern herrscht häufig ein Ungleichgewicht in Angebot und Nachfrage, was die Strom- und Wärmeproduktion angeht. In Gewebebetrieben und in der Industrie ist das Gleichgewicht meist deutlich besser, die KWK-Anlagen sind länger im Betrieb und vollständiger ausgelastet. Die steuerbaren Anlagen werden zur Deckung des örtlichen Heiz- und Prozesswärmebedarfs mit paralleler Stromerzeugung eingesetzt. In Siedlungen sind Ein- und Mehrfamilienhäuser und kleinere Gewerbebetriebe zusammengefasst. Diese können über eine zentrale Energieerzeugung versorgt werden. In Bezug auf die gesamte Versorgungslandschaft handelt es sich auch hier um eine dezentrale Anlage.