Energie- und Ressourceninnovation E-Book

Janet Nagel

• Herausgeber: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 528

Beschreibung

Energiewende geht nur mit Innovationen

Die Energiewende bewegt ganz Deutschland. Atomenergie soll durch erneuerbare Energie ersetzt werden. Die Energiewirtschaft wird sich grundlegend erneuern. Dieses Buch zeigt Ihnen, worüber wir jetzt nachdenken müssen und welche Lösungsansätze es gibt:

 Wie können die volatilen Energien gut in das Gesamtsystem der Energieerzeugung integriert werden?
 Welche Rolle spielen die konventionellen Energien in Zukunft?
 Welche Anforderungen werden zukünftig an Speicher gestellt?
 Welche Chancen und Potenziale haben erneuerbare Energien und Kraft-Wärme-Kopplung in Europa?
 Wie kann die Wertigkeit erneuerbarer Energieträger beurteilt werden?
 Welche Ansätze für unterstützende Entscheidungsmodelle gibt es?

Sie erfahren, welche Innovationen bereits bei der Neugestaltung der Energiebereitstellung helfen und welche noch fehlen. Ein intensiver Einstieg in das Innovationsmanagement und praktische Beispiele führen Ihnen diesen entscheidenden Aspekt vor Augen. Dieses Buch sollte jede(r) "energiewendige" Verantwortliche lesen.

Leseprobe

Janet Nagel

Energie- und Ressourceninnovation

Wegweiser zur Gestaltung der Energiewende

1. Auflage

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht.

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© 2017 Carl Hanser Verlag Münchenwww.hanser-fachbuch.de

Lektorat: Dipl. Ing. Volker Herzberg Herstellung: Kösel Media GmbH, Krugzell Coverrealisierung: Christina Zeeb

ISBN 978-3-446-45200-8 E-Book ISBN 978-3-446-45275-6

Verwendete Schriften: SourceSansPro und SourceCodePro (Lizenz) CSS-Version: 1.0

Inhalt

Titelei

Impressum

Inhalt

Vorwort

1 Grundlagen der Energiewirtschaft

1.1  Begriffe der Energiewirtschaft

1.1.1  Energie

1.1.2  Energieinhalt

1.1.3  Stufen der Energiebereitstellung

1.1.4  Begriffe der Leistung

1.1.5  Wirkungsgrad

1.2  Energiewirtschaft früher und heute

1.3  Die neuen Herausforderungen

1.3.1  Technologische Herausforderungen

1.3.2  Politische/ökonomische Herausforderungen

1.3.3  Soziale und gesellschaftliche Herausforderungen

1.4  Der deutsche Energiemarkt

1.5  Energiewirtschaft in der EU

2 Flexibilisierung der Energieerzeugung und des Energieverbrauchs

2.1  Betrachtung der erneuerbaren Energien unter Nachhaltigkeitsaspekten

2.1.1  Ökologische Aspekte erneuerbarer Energien

2.1.2  Ökonomische Aspekte erneuerbarer Energien

2.1.3  Soziale und politische Aspekte erneuerbarer Energien

2.2  Die Rolle der erneuerbaren und konventionellen Energien im Energiemarkt

2.2.1  Power-to-Heat (PtH)

2.2.2  Lastenteilung

2.2.3  Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

2.3  Volatile Energien und deren Potenziale in Deutschland

2.3.1  Windenergie

2.3.2  Solarenergie

2.3.3  Betrachtung der Gesamterzeugung aus Windenergie und Photovoltaik

2.4  Konzepte zur Homogenisierung der Lastgänge und des Bedarfs

2.4.1  Smart Meter

2.4.2  Smart Grid

3 Möglichkeiten neuer Technologien in den Zeiten volatiler Energieerzeugung

3.1  Energiespeicher und deren Möglichkeiten

3.1.1  Kategorisierung und Klassifizierung von Speichern

3.1.2  Vergleich technischer Eigenschaften von Stromspeichern

3.1.3  Wirtschaftliche Aspekte von Stromspeichern

3.1.4  Speichertechnologien

3.2  Virtuelle Kraftwerke (VK)

3.3  Die Bedeutung biogener Energieerzeugung

3.3.1  Anlagentechnologie für flexible Stromerzeugung

3.3.2  Deckung der Residuallast

3.3.3  Herausforderungen für den flexiblen Einsatz von Bioenergieanlagen

3.3.4  Marktwirtschaftliche Aspekte

4 E-Energy und Entscheidungsmodelle

4.1  Vernetztes Energiesystem

4.2  Umgang mit großen Datenmengen

4.3  Computermodelle im E-Energy-System

4.3.1  Überblick Bionik

4.3.2  Schwarmintelligenz

4.3.3  Neuronale Netze

4.3.4  Die Evolutionstheorie als Optimierungsprozess

4.3.5  Quantifizierung von Stabilität in Stromnetzen

5 Innovationsmanagement im Energiebereich

5.1  Innovationsstrategie  ‒ die Einführung

5.1.1  Beispiel der innovativen Produktion von Biokraftstoffen, Firma VERBIO Vereinigte Bioenergie AG

5.1.2  Beispiel der Entwicklung eines innovativen Verfahrens für Biokraftstoff, Firma Clariant

5.2  Innovationsstrategie  ‒ die Theorie

5.2.1  Strategien der Zeitpunktwahl

5.2.2  Strategien der Technologiebeschaffung

5.2.3  Strategien der Technologieverwertung

5.2.4  Strategien des Innovationsimpulses

5.3  Innovationsstrategie am Beispiel von Biokraftstoffen aus Lignocellulose-Reststoffen

5.3.1  Innovationsstrategie Firma VERBIO

5.3.2  Innovationsstrategie Firma Clariant

5.3.3  Fazit der Innovationsstrategie

5.4  Innovationen voranbringen

5.4.1  Messung des Erfolgs im Innovationsprozess

5.4.2  Die Innovationsfähigkeit

5.4.3  Energiewende  ‒ Innovationsmotor für Deutschland

5.4.4  Komplexe Innovation im Rahmen der Energiewende

Literatur

Vorwort

In meinem Buch „Nachhaltigkeit der Verfahrenstechnik“ spielte das Thema Energieerzeugung und Ressourceneffizienz bereits eine wichtige Rolle. Aufgrund der Bedeutung der erfolgreichen Bewältigung der Energiewende widmet sich dieses Buch den vielfältigen Fragen der heutigen und zukünftigen Energiebereitstellung. Die Frage, welche Technologien im Jahr 2030 oder 2050 in welcher Form am Markt bestehen werden, kann heute noch nicht beantwortet werden. Wir befinden uns inmitten eines langen und umfangreichen Transformationsprozesses, der nicht nur in Deutschland, sondern in vielen Teilen der Welt stattfindet.

Auf dem Weg der Transformation gilt es nicht nur technische, ökonomische sowie ökologische Lösungen zu finden. Wesentlicher Teil zum Gelingen des Transformationsprozesses in Deutschland ist es, die Menschen durch Transparenz und Wissensvermittlung auf dieser Reise mitzunehmen. Die gefundenen Lösungen bedürfen einer Akzeptanz durch die Bürger, denn nur dann werden sie der Einführung neuer Technologien zustimmen, diese selbst nutzen bzw. in ihrer Nachbarschaft akzeptieren, wie dies z.B. mit Windkrafträdern der Fall ist.

Ebenso ist der ökonomische Aspekt ganz wesentlich. Neben den durch die Bunderegierung beschlossenen bzw. sich in der Diskussion befindenden Fördermöglichkeiten müssen die Technologien wirtschaftlich tragbar sein. Gerade die Energieerzeugung aus Biomasse hat hier noch einen weiten Weg vor sich. Während Windenergie und Photovoltaik eher kostengünstige Technologien sind, ist die Energieerzeugung aus Biomasse kostenintensiv. Dies hängt zu einem großen Teil mit den Kosten für Produktion, Aufbereitung und Transport der Einsatzstoffe, wie z.B. Stroh, zusammen. Für Windkraft und Photovoltaik sind keine Einsatzstoffe erforderlich. Aus diesem Grund setzt auch die Bundesregierung zum jetzigen Zeitpunkt vorrangig auf Windkraft und Photovoltaik. Da diese aber sehr volatile Energien sind, brauchen wir weitere Technologien, wie Energie aus Biomasse, aber auch Speichersysteme, wie Power-to-Gas, die helfen, die stark schwankende Stromerzeugung aus Wind und Sonne auszugleichen.

Auch den Stromnetzen kommt eine hohe Bedeutung zu. Dabei ist die Frage, wie der Ausbau der Netze erfolgen soll und ob es andere technische Möglichkeiten, wie z.B. Speicher, gibt, durch die es zu einer Entlastung der Stromnetze kommen kann. Bereits heute prägt der notwendige Ausbau der Netze unser Landschaftsbild und führt zu kontroversen Diskussionen in Politik und Gesellschaft, wie das Beispiel SuedLink zeigt.

Das Stromnetz wie auch der Handel mit Strom ist nicht nur ein deutsches Thema. Da wir in einem Verbund mit Europa liegen, müssen überregionale Lösungen gefunden werden. Insbesondere ist es das Ziel, dass das Zusammenspiel der unterschiedlichen Kräfte dazu führt, dass Windkrafträder nicht abgeregelt werden müssen und so wichtige Einnahmen für die Betreiber entfallen.

Von hoher Bedeutung ist auch der Bedarf an Wärme und Mobilität. Beide Aspekte sind in den letzten Jahren immer stärker in den Vordergrund gerückt. So kann mit Windkraft und Photovoltaik nur Strom erzeugt werden. Es bedarf weiterer Technologien, wie der Energieerzeugung aus Biomasse, um auch den Wärmebedarf zuverlässig decken zu können. Dabei gilt es vielerlei Herausforderungen zu berücksichtigen, z.B. dass der Bedarf an Wärme oftmals nicht am gleichen Ort vorliegt, an dem die Wärme erzeugt werden kann.

Konzepte zur Mobilität der Zukunft beschäftigen die Menschen und werden intensiv diskutiert. Es bestehen unterschiedliche Visionen, wie Mobilität in Zukunft gelebt werden kann, beginnend mit Fahrzeugen, die ‒ wie heute schon möglich ‒ z.B. Strom aus erneuerbaren Energien verwenden.

Die Schlagwörter der Zukunft heißen z.B. Smart Cities, Smart Markets oder Smart Meter. Dahinter verbergen sich Konzepte, die dazu angelegt sind, Ressourcen einzusparen bzw. diese effizient zu verwenden. Weiterhin wird darauf fokussiert, insbesondere fossile Ressourcen durch erneuerbare Ressourcen zu ersetzen. Für die notwendige bessere Vernetzung von Technologien auf der einen und Verbrauchsprofilen auf der anderen Seite sind auch Themen wie Datenschutz und Big Data, die Analyse hoher Datenmengen, von großer Relevanz.

Wir sehen anhand dieses kurzen Exkurses in die Energiewende, dass die Fragen der Zukunft vielfältig und komplex sind. Viele Innovationen werden dazu weiterhin in Zukunft erforderlich sein, um die große Aufgabe der Transformation des Energiesystems in Deutschland und weltweit zu bewältigen. Innovationen sind einer der Schlüssel für die erfolgreiche Bewältigung der Energiewende.

Dieses Buch zeigt aus der Perspektive der Innovationen den Weg der Transformation des Energiesystems auf. Viele der hier aufgeführten Themen werden ausführlich diskutiert, um Ihnen als Leser ein umfassendes Bild der Energiewende und des damit einhergehenden Veränderungsprozesses zu geben.

Nun wünsche ich uns allen eine gutes Gelingen beim Vorantreiben der Energiewende und dem Finden passender Lösungen. Jeder von uns wird in der weiteren Zukunft dazu aufgefordert sein, seinen Beitrag zum Gelingen dieser großen Aufgabe beizutragen. Diese Aufgabe kann weder alleine durch die Politik noch die Industrie gelöst werden. Wir als Verbraucher sind gefragt, uns intensiv in die Debatte und Lösungsfindung einzubringen. Ich hoffe, dass dieses Buch dazu beiträgt, einen guten Überblick über die vielfältigen Aufgaben und die bereits erfolgten Schritte bei der Bewältigung der Aufgaben zu geben, und Ideen formt, welche Innovationen für die Zukunft erfolgversprechend sein könnten.

Durch intensive Diskussionen mit vielen Spezialisten der Energiebranche und das ausführliche Studium einschlägiger Medien und Veröffentlichungen war es mir möglich, tief in die Geheimnisse der Energiewende einzusteigen und die einzelnen Themen für dieses Buch aufzubereiten. Dabei haben mich viele Experten mit ihrem Know-how und ihrer Zeit unterstützt; einigen möchte ich nachfolgend gerne namentlich danken.

Allen voran ist meine Familie zu nennen. Für die Geduld und das Verständnis für die vielen Stunden, die ich an meinem Rechner mit dem Schreiben verbracht habe, möchte ich meiner Familie sehr danken.

Meiner lieben Freundin, Dr. Silvia Porstmann, Geschäftsführerin der Seramun Diagnostica GmbH, möchte ich ebenfalls ganz herzlich danken. Obwohl sie von meinem zweiten Buch weiß, wieviel Arbeit das Lesen und Korrigieren eines solchen Buches bedeutet, hat sie bei meiner Anfrage nicht gezögert und mir sofort ihre Unterstützung zugesagt.

Für seine Anmerkungen zum Manuskript möchte ich weiterhin Dr. Matthias Plöchl, Geschäftsführer der BioenergieBeratungBornim GmbH, danken. Wir arbeiten bereits seit vielen Jahren an unterschiedlichen Themen zur Energieerzeugung aus Biomasse zusammen. Sein umfangreiches Expertenwissen hat mir sehr geholfen, der Komplexität des Themas Energiewende angemessen zu begegnen.

Interessante Gespräche mit Dr. Michael Garmer, Energiepolitischer Sprecher der CDU-Fraktion im Abgeordnetenhaus von Berlin, und weiteren Kollegen anderer Fraktionen gaben mir einen weitreichenden Einblick in die politische Dimension der Transformation des Energiesystems.

Michael Wedler von B.A.U.M. Consult GmbH, Dr. Jobst Heitzig vom Potsdam Institute for Climate Impact Research und Dr. Leo Wangler vom Institut für Innovation und Technik (iit) in der VDI/VDE-IT GmbH gilt mein herzlicher Dank für ihre Unterstützung. Kirsten Neumann vom VDI/VDE Innovation + Technik GmbH danke ich für wichtige Impulse zum Thema Innovation und Energiewende.

Zu guter Letzt möchte ich meinem Verlag danken, der sich für dieses Thema begeistern konnte und mich durch Volker Herzberg hervorragend betreut hat.

Nun wünsche ich allen Lesern interessante Einblicke in das Thema Innovationen und Energiewende verbunden mit dem Wunsch, dass Deutschland den Prozess der Transformation des Energiesystems erfolgreich meistert.

Janet Nagel

Berlin, im November 2016

1Grundlagen der Energiewirtschaft