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Bergische Universität liefert Bausteine für einen erfolgreichen Kohleausstieg

Die Bundesrepublik Deutschland hat im Jahr 2019 deutlich weniger CO2 ausgestoßen als im Vorjahr. Damit ist die Klimabilanz wesentlich besser ausgefallen als ursprünglich erwartet. Der Kohleausstieg und die damit verbundene Energiewende ist ein zentrales Element, um diesen positiven Trend weiterzuführen und die von der EU festgelegten Klimaziele langfristig zu erreichen. An den dafür notwendigen technischen Lösungen arbeitet ein Team von Wissenschaftler*innen des Lehrstuhls für Elektrische Energieversorgungstechnik der Bergischen Universität Wuppertal unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek.

Die Pläne der Bundesregierung sehen eine sukzessive Abschaltung aller Braun- und Steinkohlekraftwerke über einen Zeitraum von 15 Jahren vor. So sollen die CO2 Emissionen in Deutschland um ein Drittel gesenkt werden. „Durch den Kohleausstieg sind spürbare Auswirkungen zu erwarten. Zum einen schützt der Kohleausstieg durch die verringerte Luftverschmutzung die Umwelt und Gesundheit der Menschen. Zum anderen bringt dieser ebenfalls große Herausforderungen im Bereich der Umstrukturierung betroffener Regionen mit sich. Aber auch für das derzeitige Energieversorgungssystem ist der Einfluss des Kohleausstiegs von großer Bedeutung. Die nötigen Bausteine für eine erfolgreiche Energiewende werden bei uns in Wuppertal erforscht und erfolgreich zur Anwendung gebracht“, fasst Prof. Zdrallek zusammen.

Damit das Energieversorgungssystem stabil bleibt, muss zu jedem Zeitpunkt so viel Strom eingespeist werden, wie auch verbraucht wird. Ursprünglich galt hier das Paradigma „die Erzeugung folgt dem Verbrauch“. Was aber bedeutet, dass die Einspeisung der herkömmlichen fossilen Kraftwerke (Kohle-, Öl- und Gaskraftwerke) nach dem erwarteten Bedarf an elektrischer Energie ausgerichtet wird. Diese Möglichkeit, die erzeugte Strommenge bedarfsgerecht einzustellen, entfällt in einem elektrischen Energiesystem basierend auf Erneuerbaren Energien nun jedoch, da die Stromeinspeisung wetterabhängig ist. „Es ist ein grundsätzlicher Paradigmenwechsel erforderlich, welcher für das Energiesystem einen zuvor noch nie dagewesenen Wandel bedeutet“, so Prof. Zdrallek weiter.

Durch die Dargebotsabhängigkeit von Windkraft- und Solareinspeisung besteht für das Energiesystem ferner die Gefahr einer sogenannten Dunkelflaute. Die Dunkelflaute beschreibt das Phänomen, dass Wind- und Photovoltaikanlagen, zurzeit des gleichzeitigen Auftretens von Dunkelheit und Schwachwind, keine oder nur geringe Mengen an elektrischer Energie produzieren. Das heißt, durch die Abschaltung der Kohlekraftwerke müssen neue Reservekraftwerke die Aufgabe der nötigen Grundsicherung in wind- und sonnenarmen Zeiten übernehmen.

Zur Umsetzung des Paradigmenwechsels sollen künftig private Haushalte und Gewerbekunden in der Lage sein, mittels eines dynamischen Stromtarifs einen wichtigen Beitrag zur Energiewende zu leisten. In dem EU geförderten Wuppertaler Forschungsprojekt AutoFlex und im Rahmen der Umsetzung des Großevents Solar Decathlon Europe wird die Umsetzbarkeit von dynamischen Stromtarifen in der Praxis untersucht. Durch eine automatisierte Steuerung von energieintensiven elektrischen Verbrauchern, wie beispielsweise Wärme- oder Kälteprozesse im Privat- oder Gewerbesektor, sollen Kund*innen den Strom genau dann verbrauchen, wenn dieser ihnen zur Verfügung steht. Dieses Prinzip der zeitlichen Verschiebung des Verbrauchs elektrischer Energie wird als Flexibilität bezeichnet.

Hierbei entstehe eine Win-Win-Situation für Verbraucher*innen und Umwelt, so die Wissenschaftler*innen. Die Kund*innen fördern die Integration von Erneuerbaren Energien in das Energiesystem, erhöhen ihren grünen Energiebezug, senken ihren persönlichen CO2-Fußabdruck und können je nach Stromtarifgestaltung von geringeren Strombezugskosten und der Senkung von Netznutzungsentgelten profitieren. Eine Herausforderung für die Nutzung von dynamischen Stromtarifen ist zurzeit die Entwicklung einer günstigen Automatisierungstechnik, welche wirtschaftlich, sicher und unkompliziert in der Anwendung für Kund*innen im Alltag ist.

Ebenso können großindustrielle Prozesse mit ihren Flexibilitäten einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Energiesystems und zur Entlastung der Netze liefern. Im Forschungsprojekt FlexChemistry werden dabei Flexibilitätspotenziale im Infrastrukturbetrieb des Chemieparks Knapsack untersucht. Ziel des Projekts ist es, einen optimierten Wirtschaftsbetrieb des Chemieparks herzustellen. Wie auch bei kleineren Verbraucher*innen entsteht dabei eine Win-Win Situation durch die Vermarktung der Flexibilitätsoptionen.

Damit der dargestellte Paradigmenwechsel gelingt, müsse in Zukunft konsequent weitergedacht werden. Die Entwicklung eben solcher Konzepte gehört zur aktuellen Forschung des Lehrstuhls für Elektrische Energieversorgungstechnik an der Bergischen Universität.

Mehr Informationen zu den Forschungsprojekten des Lehrstuhls unter
https://www.evt.uni-wuppertal.de/

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Markus Zdrallek
Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgungstechnik
Telefon 0202/439-1976
E-Mail zdrallek{at}uni-wuppertal.de