Laut einer von Forschern des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums (DOE) durchgeführten Analyse kann die Einbeziehung von Energieeffizienzmaßnahmen den Speicherbedarf reduzieren, der benötigt wird, um die Gebäude des Landes vollständig mit erneuerbarer Energie zu versorgen.
Da immer mehr Gemeinden planen, sich schließlich auf 100 % erneuerbare Energien zu verlassen, bieten die Forscher eine Strategie an, die ihren Weg weisen könnte – eine, die von der Langzeitspeicherung weggeht.
„Die Minimierung der Langzeitspeicherung ist ein Schlüsselelement, um das Ziel kosteneffizient zu erreichen“, sagte Sammy Houssainy, Co-Autor mit William Livingood eines neuen Papiers, das einen Ansatz für 100 % erneuerbare Energien skizziert. Das Forschungspapier „Optimale Strategien für ein kostengünstiges und zuverlässiges 100 % erneuerbares Stromnetz”, erscheint in der Zeitschrift für erneuerbare und nachhaltige Energie.
Die Forscher betrachteten Sonne und Wind als erneuerbare Energiequellen, da die meisten Pläne zur Erreichung des 100-Prozent-Ziels diese berücksichtigen. Sie nutzten auch die Energiemodellierungstools EnergyPlus und OpenStudio des Department of Energy, um den Energiebedarf zu simulieren, wobei Faktoren wie Gebäudegröße, Alter und Nutzungsart berücksichtigt wurden. Daten der US-amerikanischen Energy Information Administration informierten die Wissenschaftler über die Bestandsmerkmale des Gebäudebestands und die Energiebelastung der Gebäude.
Darüber hinaus teilten die Forscher das Land in fünf Klimazonen ein, die von heiß und feucht (Tampa, Florida) bis zu sehr kalt (International Falls, Minnesota) reichen. Die anderen Zonen umfassten die Städte New York, El Paso und Denver. Die Kenntnis der extremen Heiz- und Kühlanforderungen in jeder Zone ermöglichte es den Forschern, den geeigneten Mix aus erneuerbaren Energiequellen auszuwählen, um die erforderliche Speicherung zu minimieren.
Während in der Literatur unterschiedliche Definitionen existieren, definieren die Forscher für die Zwecke dieser Studie Langzeitspeicher als Energiespeichersysteme, die den Strombedarf für mehr als 48 Stunden decken. Daher liefern Langzeit-Energiespeicher noch Tage oder Monate nach der Stromerzeugung Strom. Die meisten Langzeitspeichertechnologien sind jedoch entweder unausgereift oder nicht überall verfügbar. Die beiden NREL-Forscher berechneten, dass das Erreichen der letzten 75 bis 100 % der erneuerbaren Energien zu erheblichen Kostensteigerungen im Zusammenhang mit der langfristigen Energiespeicherung führen würde. Anstatt sich auf die Speicherung zu konzentrieren, betonten die Forscher den optimalen Mix aus erneuerbaren Ressourcen, überdimensionierten Erzeugungskapazitäten und Investitionen in Energieeffizienz. Die Forscher stellen fest, dass es mehrere Wege gibt, um 100 % erneuerbare Energien zu erreichen, und da sich die Kosten und die Leistung der Technologien ändern, werden neue Wege entstehen, aber sie haben einen Schlüsselweg identifiziert, der heute erreichbar ist.
Außerdem stellten sie fest, dass eine Überdimensionierung der erneuerbaren Kapazitäten um den Faktor 1,4 bis 3,2 und das Anstreben von 52 bis 68 % Energieeinsparungen durch Gebäudeenergieeffizienzmaßnahmen je nach Landesregion zu kostenoptimalen Pfaden führen. Houssainy sagte, dass die Energieeffizienz von Häusern und Büros die Menge an benötigten erneuerbaren Ressourcen reduziert, die Speichermenge verringert und die Übertragungskosten senkt, was letztendlich die Implementierung eines kohlenstofffreien Energiesystems unterstützt.
“Was in dem Papier enthalten ist, ist wirklich ein mehrstufiger Prozess”, sagte Livingood. „Dieser Prozess ist auf große Städte ebenso anwendbar wie auf kleine Städte. Jetzt wird sich das Endergebnis von Stadt zu Stadt ändern, da dieser mehrstufige Prozess befolgt wird, um das Ziel kostenoptimal zu erreichen.“
Tampa beispielsweise würde seinen gesamten Strom aus Sonnenkollektoren erzeugen, während International Falls 100 % aus Windkraftanlagen beziehen würde, berechneten die Forscher, um am wenigsten von Speicher abhängig zu sein.
„Es soll nicht die Notwendigkeit standortspezifischer, detaillierter Konstruktions- und Planungsprozesse für Gebäude, Stromnetze und Energieinfrastruktur ersetzen“, sagte Livingood, „aber wir glauben, dass unsere neuartige Berechnungsmethodik übergreifende Konzepte und Schlussfolgerungen liefert, die allgemein relevant und anwendbar. Um kosteneffizient 100 % erneuerbare Szenarien zu erreichen, bietet unsere neu entwickelte Berechnungsmethodik allgemeine Prinzipien, die diese detaillierten Konstruktions- und Planungsprozesse leiten.“
Das Building Technologies Office des DOE finanzierte die Forschung unter der Beratung von Andrew Burr (ehemals DOE).
NREL ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz. NREL wird für DOE von der Alliance for Sustainable Energy LLC betrieben.
Artikel mit freundlicher Genehmigung von Nationales Labor für erneuerbare Energien.
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