Die amerikanische Energietechnikerin Lucy Pao forscht an einem Steuersystem für Wind- und Sonnenenergie. Unabhängig von Jahreszeit und Wetter möchte sie einen stetigen Produktionsfluss ermöglichen.
Eine Schwäche der Produktion von erneuerbaren Energien ist deren Wetterabhängigkeit: An Regentagen und im Winter scheint kaum Sonne und die Windstärke schwankt von Zeit zu Zeit und von Ort zu Ort. Das macht eine stetige Stromproduktion kaum möglich. „Je mehr Strom diese erneuerbaren Energieträger beisteuern, desto schwieriger wird es, das gesamte Stromnetz stabil zu halten“, erklärt Lucy Pao von der University of Colorado Boulder. Wie viele andere Forschende sucht sie nach Lösungen für eine stabilere und effizientere Stromversorgung.
Expandierende Wind- und Sonnenenergie
Pao glaubt an die Möglichkeit der Energiewende. Die Sonnenenergie deckt derzeit etwa zwei Prozent der Stromproduktion ab. Bei der Windenergie sind es bereits fünf Prozent. In beiden Bereichen wachsen die Anteile rapide. Insgesamt decken erneuerbare Energien aus Wind, Wasser und Sonne rund fünfundzwanzig Prozent des weltweiten Strombedarfs ab. Laut Pao sind auch hundert Prozent möglich.
Bei Windparks liegt die Herausforderung darin, die Anlagen langlebiger zu gestalten und die Menge des produzierten Stroms auf den Bedarf der Netzbetreiber abzustimmen. In den Anfängen der Windenergie holte man das Maximum aus den Anlagen heraus. Mit zunehmender Zahl an Anlagen, gingen die Anbieter dazu über bestimmte Strommengen anzufragen.
Stabile und effiziente Stromversorgung
Jetzt sind es in den Turbinen platzierte Sensoren, welche die Windparks effizienter machen sollen. Dabei geht es um zwei Aspekte:
- Die Windenergie jeder einzelnen Turbine soll effizienter in Strom umgewandelt werden.
- Die Stromproduktion soll bestmöglich unter den einzelnen Windrädern verteilt werden.
Pao arbeitet in einem interdisziplinären Team mit Wissenschaftern aus Regelungstechnik sowie Atmosphären- und Aerodynamikforschung. Gemeinsam wollen sie ein System zur Kontrolle der Turbinen finden. Diese sollen jederzeit die richtige Menge an Strom liefern und im gesamten Windpark koordiniert werden.
Kontrolle und Ausgleich
Die Kontrolle der Stromproduktion ist nur ein Beitrag für ein stabileres und effizienteres Netz an erneuerbarer Energie. Künftig wird es notwendig sein, den Strom über die Erdkugel zu verteilen und so Defizite und Überschüsse global auszugleichen, so die Wissenschafterin. In den Sommermonaten könnte dann der Überschuss an Energie in die südliche Erdhalbkugel geliefert werden, in den Wintermonaten in die nördliche. Laut Pao wird dies bald möglich sein. Die Forschung sei fortgeschritten: „Zum einen werden die Kabel immer besser, wodurch sie den Strom effizienter übertragen können. Zum anderen hat sich auch in der Speichertechnologie enorm viel getan.“
In Nordeuropa gibt es bereits ein Projekt, in dem der Ausgleich an erneuerbarer Energie funktioniert: Norwegen deckt seinen Strombedarf zu fünfundneunzig Prozent mit Wasserkraft und bezieht überschüssigen Strom aus Windenergie aus Deutschland und den Niederlanden. Solange der Wind weht, speichert Norwegen das Wasser in seinen Dämmen und betreibt das Stromnetz mit der Windenergie der Nachbarländer. Lässt der Wind nach, exportiert Norwegen seinen Strom – basierend auf Wasserkraft – in die Nachbarländer.
Zwischennutzung
Pao nennt noch eine weitere Möglichkeit, Defizite und Überschüsse erneuerbarer Energien auszugleichen: Überschüssige Windenergie kann verwendet werden, um Wasser in höher gelegene Wasseranlagen zu pumpen. Bei abflauendem Wind kann das Wasser abgelassen und in Strom umgewandelt werden.
Spitzen vermeiden
Abschließend merkt Pao an, dass die Forschung allein das Problem der unsteten Stromverfügbarkeit nicht lösen werde. Jedoch könne jeder Einzelne zur Energiewende beitragen – indem er Spitzen vermeidet. So gebe es in den USA einige Kraftwerke nur, um den Strombedarf in Spitzen zu decken. Weil Spitzen nur an wenigen Tagen im Jahr erreicht werden, stehen die Kraftwerke überwiegend still. Ein intelligentes System könnte helfen, den individuellen Stromverbrauch zu überwachen. Pao: „Dann wäscht man seine Wäsche nicht genau dann, wenn der Stromverbrauch gerade besonders hoch ist.“
Lucy Pao …
… ist Professor für Elektro-, Computer- und Energietechnik an der Universität Colorado Boulder und Fellow des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). In ihrer Forschung beschäftigt sie sich mit technischen Kontrollsystemen und deren Anwendung bei Windturbinen. Im Rahmen der Konferenz Global Sustainable Development Goals in a Mediatized World in Wien, stellt sie die wichtigsten Lösungsansätze und ihre eigene Forschung zu Windparks vor.
Lucy Pao: Boosting Wind and Solar Energy: April 2019, 16.00 Uhr, Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Das Programm finden Sie unter diesem Link
