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Spätestens mit dem GAU in Fukushima hat die Energiewende richtig Fahrt aufgenommen. Um nun eine nachhaltige und beständige Versorgung sicherzustellen, benötigt es noch einiges an Anstrengung. Der Knackpunkt bei den regenerativen Energien ist die Unstetigkeit, mit welcher sie uns zur Verfügung stehen. Aufgrund der Fluktuation ist eine kurzfristige sowie eine langfristige Speicherung unabdingbar.
Aufgrund der Fluktuation der regenerativen Energien ist eine kurzfristige sowie eine langfristige Speicherung unabdingbar.
Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit der Möglichkeit der kurzfristigen Kompensation der Überschüsse und Defizite regenerativer Energien im Großraum Nürnberg durch einen Hochtemperatur-Salzspeicher. Vorrangig steht zum Ziel, die Größe des Speichers anhand eines zukünftigen Szenarios zu bestimmen. Im Anschluss werden Möglichkeiten zur Energieeinspeisung und -entnahme aufgezeigt. Abschließend wird grob der Wärmeverlust berechnet, um am Schluss zu klären, ob das Konzept eines Hochtemperatur-Salzspeichers für die Stadt Nürnberg relevant ist.
Am 12. Dezember 2015 wurde beim UN-Gipfel in Paris der Weltklima-vertrag beschlossen. (Bild der Wissenschaft, 2017 (6), 28) Im November des darauffolgenden Jahres wurde er von den meisten teilnehmenden Staaten ratifiziert und trat in Kraft. Ziel des Vertrages ist, den weltweiten Temperaturanstieg auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen. Der Klimawandel ist bereits heute in vielen Gebieten der Erde negativ spürbar. Bei einer Erwärmung um zwei Grad wären weitere Folgen sowohl für die Menschheit als auch für Flora und Fauna nicht auszuschließen. Einige davon sind die Gefahr von Dürren in Südeuropa, Gletscherschmelze im Himalaja, Überschwemmung von Inselstaaten im Pazifik, Waldbrände in Nordamerika oder Korallen-sterben im Pazifik.
Scheitert der Versuch der Temperaturbegrenzung, ergeben sich zusätzliche Risiken. Ein Anstieg der globalen Temperatur von vier Grad wäre mit erheblichen Konsequenzen verbunden. So wären Ernteausfälle in Afrika, Hitzetote in Asien, Artensterben im Regenwald oder das Abschmelzen des grönländischen Eispanzers nicht auszuschließen. (Bild der Wissenschaft, 2017 (6), 30-31) Damit das globale Ziel erreicht werden kann, schreibt der Weltklimavertrag den Industrienationen die Rolle der Vorreiter zu. Für Deutschland bedeutet dies eine emissionsfreie Wirtschaft bis ca. zur Mitte des Jahrhunderts. Der im November 2016 verabschiedete Klimaschutzplan der Regierung beinhaltet eine Halbierung der Emissionen aus der Energiewirtschaft bis zum Jahr 2030. (Bild der Wissenschaft, 2017 (6), 29) Um diese Ziele erreichen zu können, müssen die Kohlekraftwerke in Deutschland über kurz oder lang heruntergefahren werden. Dies ist nur möglich, wenn der Anteil an erneuerbaren Energien enorm ansteigt. Das Problem dieser Energieformen aus überwiegend Wind und Sonne ist jedoch das volatile Verhalten des Aufkommens. Die Sonne scheint nur tagsüber, im Winter sind die Tage sehr kurz. Der Wind kann vor allem im Sommer längere Flauten aufweisen. Die aktuelle Situation erfordert bei hohen Energiedichten Abregelungen ganzer Anlagen, da es sonst zu einer Überlastung des Stromnetzes kommen würde. Andererseits könnte bei Flautephasen keine durchgehend stabile Stromversorgung gewährleistet werden.
Das Projekt verläuft im Rahmen des Seminars „Projekt Energietechnik“ des sechsten Semesters Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg. Ziel des Projekts ist es, eine Konzeptstudie zu erstellen, bei der das Stromversorgungsnetz der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) bis 2050 hundertprozentig regenerativ versorgt werden kann. Bei einer vollkommenen regenerativen Energieversorgung entsteht das Problem von Eigendefiziten aufgrund volatiler Wetter-erscheinungen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wird in dieser Projektarbeit der optimale Mix aus Laufwasser, Biomasse, Sonnen- und Windkraft untersucht, um die Metropolregion bis 2050 komplett aus regenerativen Energien versorgen zu können. Die entstehenden Defizite sollen mit Hilfe von geotechnischen Speichern ausgeglichen werden. Für die Auswertungen werden die Informationen der Klimadatenbank der NASA herangezogen, um das Jahr mit den ungünstigsten Wetter-bedingungen seit Beginn dieser Wetteraufzeichnungen herauszufiltern. Hierbei wird vor allem auf das Wind- und Sonnenpotential eingegangen, da Laufwasser und Biomasse in dieser Region weitestgehend ausge-schöpft sind. Die ausgewerteten Daten zeigen, dass im Jahr 2014 der ungünstigste Mix aus Solar- und Windenergie vorlag. Anhand der Auswertung wurde eine Zusammenstellung der erneuerbaren Energien in Bezug auf den Stromverbrauch von 2017, eine Verteilung von ca. 75 Prozent Windenergie, ca. 32 Prozent Solarenergie und insgesamt 13 Prozent aus Biomasse- und Wasserkraftenergie erstellt. Hieraus muss mindestens ein Überschuss von 20 Prozent entstehen, da das Übertragen der Energie sowie das Zwischenspeichern immer mit Verlusten verbunden sind. Anhand dieser Daten ergibt sich unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Speicher, eine jährlich zu kompensierende Energiemenge von 6,8 TWh. Hierbei muss ein maximales zeitliches Defizit von 165 Stunden überbrückt werden um der EMN zuverlässig Strom liefern zu können. Alle regenerativen Energieträger ergeben eine insgesamt zur Verfügung gestellte elektrische Leistung von 9,9 TWh. Der daraus entstehende Stromüberschuss von 3,1 TWh kann abgeregelt oder in andere Regionen verkauft werden.