Energiearten und die Stromerzeugung
Energie muss nicht erst produziert werden, sie gibt es bereits. Wir müssen sie nur für uns nutzbar machen. Wind-, Wasser- und Sonnenenergie können wir beispielsweise für die Produktion von Strom verwenden.
Man unterscheidet zwischen vielen verschiedenen Energieformen. Hierzu zählen unter anderem die Bewegungsenergie (kinetische Energie), thermische Energie, chemische Energie, Kernenergie, die potenzielle Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern vorkommt.
Sehen wir uns einen Fluss an, der einen Berg hinab fließt. Das Wasser verfügt aufgrund seiner Lage über potenzielle Energie und da es sich in Bewegung befindet über kinetische Energie. Wird nun ein Wasserrad in den Fluss gebaut, können wir die Energie in elektrische Energie umwandeln.
Auch Windenergie ist kinetische Energie. Die Strömungsenergie des Windes setzt die Rotorblätter der Windkraftanlage in Gang. Über eine Welle wird ein Generator angetrieben, der nun elektrische Energie produziert.
Thermische Energie entsteht immer dort, wo Energie übertragen oder umgewandelt wird. Mithilfe von Gasen, meist Wasserdampf wird eine Dampfturbine durchströmt. Die thermische Energie des Dampfes wird in kinetische Energie umgewandelt, diese treibt wiederum die Turbine an. Die Bewegungsenergie der Turbine wird an einen Generator übertragen. Im Generator wird die Bewegungsenergie in elektrischen Strom umgewandelt.
Doch was ist mit der Solarenergie? Wir alle haben sie schon oft gesehen, die dunklen Platten auf Dächern oder in großem Stil auf Freiflächen. Egal ob einzeln oder in Solarparks, die Fotovoltaikanlagen funktionieren nach dem gleichen Schema. Die Solarzellen sind meist aus Silizium hergestellt, eines der am häufigsten auf der Erde vorhandenen Elemente. Das Silizium wird gereinigt, kristallisiert, in Form gebracht und mit Leiterbahnen bestückt. Die Unterseite der Zelle wird mit Fremdatomen wie Bor oder Phosphor verunreinigt. Kommt die Siliziumscheibe nun mit Licht in Kontakt, werden Elektronen freigesetzt. Dank der Verunreinigung sammeln sich Protonen auf der einen, Elektronen auf der anderen Seite. Es entstehen also zwei Pole mit unterschiedlicher Ausrichtung. Wird nun ein Verbrauchsgerät angeschlossen, fließt Strom.
Erneuerbare und fossile Energien
Zu den erneuerbaren Energien zählen alle Energiearten, die quasi unendlich zur Verfügung stehen, oder sich relativ schnell erneuern. Im Gegensatz dazu stehen die fossilen Energien, die nur begrenzt zur Verfügung stehen oder sehr lange brauchen, um sich wieder aufzubauen. Als erneuerbare Energien werden Wasserkraft, Sonnenenergie, Bioenergie, Geothermie, Meeresenergie und Windenergie verstanden. Fossile Energie wird aus Brennstoffen gewonnen, hierzu zählt Braunkohle, Erdöl, Erdgas und Steinkohle. Da die fossilen Brennstoffe einen hohen Wirkungsgrad haben und leicht zu transportieren sind, wurden sie gerne für die Energieerzeugung genutzt. Mit ihrer Hilfe konnte man auf sichere und günstige Art und Weise Energie gewinnen. Allerdings haben sie neben ihrer Endlichkeit den Nachteil, dass bei der Verbrennung Feinstaub entsteht und CO2 ausgestoßen wird. Dies schädigt unsere Umwelt nachhaltig.
Eigene Fläche bereit stellen
Stromtransport mit Gleich- und Wechselstrom
Bei der Stromerzeugung entsteht zuerst Gleichstrom. Der Strom, der aus der Steckdose kommt, ist jedoch in der Regel Wechselstrom. Die Transformation findet elektromechanisch mit Umformern statt oder elektronisch mithilfe von Stromrichtern. Während Gleichstrom in eine Richtung fließt, ändert Wechselstrom regelmäßig seine Fließrichtung.
Doch welche Stromart eignet sich besser für den Transport? Wechselstrom hat den Vorteil, dass man ihn mit Hilfe von Transformatoren in verschiedene Spannungsebenen umwandeln kann. Diese Eigenschaft macht man sich bei dem Transport von Strom zunutze. Denn je höher die elektrische Spannung ist, desto geringer sind die Energieverluste beim Transport. Die weitläufige Stromverteilung läuft über das Übertragungsnetz oder Höchstspannungsnetz. Über die Höchstspannungsleitungen gelangt der Strom mit hoher Spannung ins Umspannwerk. Hier wird er wiederum transformiert und über das Hochspannungs- oder Mittelspannungsnetz in den einzelnen Regionen weiter verteilt. Zu uns nach Hause kommt der Strom schließlich über das Niederspannungsnetz. Beträgt die Spannung in den Höchstspannungsleitungen noch 380 Kilovolt, so beträgt sie an unserer Steckdose nur noch 230 Volt.
Soll Strom jedoch über weite Distanzen transportiert werden, oder weist das Übertragungskabel einen hohen kapazitiven Belag auf (z. B. bei Seekabeln), eignet sich hierfür Gleichstrom besser. Denn durch das regelmäßige Umpolen beim Wechselstrom entstehen auf weiten Strecken eben doch die unerwünschten Energieverluste. Das ist auch der Grund dafür, dass bei der Übertragung mit Wechselstrom Kraftwerke meistens in der Nähe der Endverbraucher gebaut werden.
Die Energieverluste sind bei der Übertragung über sehr weite Strecken mit Gleichstrom geringer. Gleichstromleitungen kommen beispielsweise im Offshore Bereich vor, gewinnen aber auch bei dem Stromtransport vom Norden in den Süden des Landes an Bedeutung. In speziellen Konverter-Stationen wird der Strom im Einsatzgebiet dann in Wechselstrom umgewandelt. Der Vorteil an den sogenannten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecken ist, dass sie in beide Richtungen funktionieren. So kann nicht nur der erzeugte Strom aus der Windenergie von Nord- nach Süddeutschland transportiert werden, auch umgekehrt können die Norddeutschen den Solarstrom aus dem Süden nutzen.
Freileitung oder Erdkabel?
Netzausbau
2020 wurde in Deutschland erstmals mehr als 50 % des Bruttoinlandstromverbrauchs mit grünem Strom abgedeckt. Die größten konventionellen Energieträger in Deutschland sind Braunkohle und Kernenergie. Durch ihre Nutzung zur Stromgewinnung wurde Strom bislang zentral an den Orten produziert, wo er benötigt wurde. Das heißt Kraftwerke standen in der Nähe von Städten oder Gewerbegebieten und die Transportwege waren verhältnismäßig kurz.
Mit der stattfindenden Energiewende muss das Stromnetz überarbeitet und erweitert werden. 2050 sollen bereits 80 % des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. In Deutschland wird der grüne Strom hauptsächlich im Norden mit Windenergie oder im Süden als Solarstrom produziert. Durch die heutige dezentrale Stromversorgung steht das Stromnetz vor neuen Herausforderungen. Denn noch lange nicht kann sich jeder Konsument autark mit Energie versorgen. So muss der Netzausbau vorangetrieben werden, damit die Stromversorgung an allen Orten sichergestellt ist. Aktuell wird bereits mehr Ökostrom produziert, als abtransportiert werden kann. Dies führt dazu, dass beispielsweise Windräder abgeriegelt werden müssen, obwohl Strom erzeugt werden könnte. Daher hat die Bundesrepublik Deutschland den Netzentwicklungsplan Strom ins Leben gerufen. In ihm wird der Ausbaubedarf des deutschen Stromnetzes berücksichtigt. Mit Hilfe von neuen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen soll sichergestellt werden, dass Strom aus den energiereichen Regionen in die Gebiete mit entsprechendem Strombedarf transportiert werden kann. Für die Stromübertragung gibt es zwei Alternativen. Zum einen die Übertragung mit Freileitungen, zum anderen der Transport per Erdkabel.
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Ausbauzustand
In der Neufassung des Bundesbedarfsplangesetztes wird der Bau von mehreren Stromtrassen zwischen Nord- und Süddeutschland vorgesehen. So sollen künftig „Stromautobahnen“ wie die Süd-Ost-Stromtrasse, Südlink oder auch Ultranet Ökostrom durch Deutschland transportieren. Mit ihrer Hilfe soll eine funktionierende Stromversorgung gewährleistet werden. Dies ist notwendig, da die Bundesregierung den Ausstieg aus der Kernkraft bis 2022 beschlossen hat. Insgesamt sollen die neuen Leitungen auf knapp 6.000 km Länge Strom transportieren. Nach dem dritten Quartal 2020 sind laut Bundesnetzagentur bislang lediglich 511 km fertiggestellt. Weitere 254 km sind genehmigt und befinden sich im Bau. Der größte Teil mit 2.724 km weilt im Planfeststellungs- oder Anzeigeverfahren, der Rest befindet sich noch im Raumordnungs-, Bundesfachplanungs- oder Genehmigungsverfahren. Beim Bundesfachplanungsverfahren soll die Öffentlichkeit an Entscheidungen bezüglich des Netzausbaus beteiligt werden. Nicht zuletzt deswegen, aber auch durch Anwohnerklagen wird der Netzausbau mit der genauen Streckenfestlegung verzögert.
Netzentwicklungsplan 2035 (2021)
Freileitung
Seit 1882 werden Freileitungen in Deutschland zur Stromübertragung genutzt. Über Leiterseile, die von Freileitungsmasten getragen werden, wird der Strom übermittelt. Dies ist derzeit die wirtschaftlichste Art des Energietransports.
Dennoch stören sich viele Bürger an den Freileitungen. Gründe dafür sind unter anderem der wirtschaftliche Faktor, denn durch die Masten geht landwirtschaftlich nutzbare Fläche verloren. Auch die optische Komponente spielt eine Rolle, da sich die Strommasten samt Verkabelung nur schlecht ins Landschaftsbild einpassen. Bürger, die in der Nähe von Freileitungstrassen siedeln, befürchten einen Rückgang der Immobilienpreise. Nicht zuletzt werden die bei der Stromtransportation erzeugten elektromagnetischen Felder dafür verantwortlich gemacht, negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Lebewesen haben. Umweltschützer sprechen dem Elektrosmog nachteilige Effekte auf das Ökosystem zu. Allerdings wird die thermische und nicht thermische Wirkung auf Mensch und Tier erforscht. Aufgrund des aktuellen Wissensstands werden Grenzwerte für Hochfrequenzanlagen im Bundesimmissionsschutzgesetz festgelegt.
Ihr Ansprechpartner: Paul Mendel
tel.: +49 341 42 99 81 81
mail.: INFO@VERSORGUNGSNETZ.COM
Erdleitungen
Ihr Ansprechpartner: David Schneider
tel.: +49 341 42 99 81 81
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