Zukunftstechnologien der Elektrizitätswirtschaft bewähren sich in der Praxis

Innovation und Forschung von Österreichs E-Wirtschaft in vielen Bereichen beispielgebend

Wien (OTS) - Technologien der Energiewende in der Elektrizitätswirtschaft gehen weit über Investitionen in Ökostromanlagen und neue Netze hinaus. "Energiewende bedeutet mehr als der Ersatz fossiler Brennstoffe durch Erneuerbare Energien. Energiewende bedeutet einen Paradigmenwechsel", erklärt Leonhard Schitter, Vorsitzender Oesterreichs Energie Forschung und Innovation und Vorstand Salzburg AG für Energie, Verkehr und Telekommunikation.

Viele Zukunftstechnologien der E-Wirtschaft haben den Praxistest bereits bestanden. Das zeigen Anwendungsbeispiele des Energieunternehmens Mainova mit Sitz in Frankfurt/Main, das schon seit längerem auf innovative Technologien setzt. "Unsere Erfahrungen mit den eingesetzten Technologien sind sehr ermutigend", erklärte Peter Birkner, der im Vorstand des Unternehmens für die gesamte Technik und das Innovationsmanagement verantwortlich ist. "Die Unternehmen der österreichischen E-Wirtschaft, die mit ihren Projekten auf europäischem Top-Niveau agieren sind beispielgebend in vielen Bereichen", stellte Barbara Schmidt, Generalsekretärin von Oesterreichs Energie, fest. Das gilt insbesondere für Speichertechnologien und smarte Systeme, so Schmidt. Schitter und Schmidt betonten in diesem Zusammenhang die Bedeutung des Erfahrungsaustauschs innerhalb der
E-Wirtschaft und die grenzüberschreitende Zusammenarbeit im Innovationsbereich.

Österreichs E-Wirtschaft setzt auf Strom-Innovation

Österreichs E-Wirtschaft setzt seit langem auf innovative Technologien, die bei einer Reihe von Unternehmen bereits im kommerziellen Einsatz oder zumindest in großen Feldversuchen stehen. Schitter: "Österreichs E-Wirtschaft ist in wesentlichen Bereichen der Energieforschung und bei innovativen Anwendungen Europaspitze und profitiert zudem von der Vernetzung der Forschungstätigkeit im Rahmen von Oesterreichs Energie Forschung und Innovation." Die gemeinsam finanzierten Projekte werden in enger Abstimmung beschlossen und die Ergebnisse stehen allen Mitgliedern zur Verfügung. Zudem können über die Forschungsgemeinschaft große Vorhaben durchgeführt werden, die einzelne Unternehmen überfordern würden.

"Die Energiewirtschaft wird sich in den kommenden Jahren durch die Trends zu erneuerbarer Energie und Energieeffizienz, aber auch durch die IKT-Revolution und Digitalisierung stark verändern", so Schitter. Studien gingen davon aus, dass 2020 rund 50 Mrd. Gegenstände miteinander vernetzt sein werden. Das bedeute für die Energiewirtschaft zum Beispiel, dass in Zukunft die Wärmepumpe in einem Haushalt in der Lage sein muss, Informationen über den optimalen Einsatzzeitpunkt vom Netzbetreiber zu erhalten.

Die Versorgungssicherheit in Österreich muss in der Zukunft ebenfalls in diesem Zusammenhang abgesichert werden. Schitter: "Themen sind die Verknüpfung von intelligenter Vernetzung, optimaler Steuerung sowie leicht bedienbare Instrumente für unsere Kunden." Mit verstärktem Einsatz muss die E-Wirtschaft jetzt und kontinuierlich Smart Grid-Projekte weiterentwickeln. Für den Ausbau der Smart Grid-Technologie fordert Schitter unter anderem verstärkte Anreize für Smart Grid-Investitionen und smarte Dienstleistungen zu schaffen. Beispiele für Smart Grid-Projekte in Österreich sind unter anderem die Vorarlberger Smart-Grid-Region "Großes Walsertal" und die "Rosa Zukunft-Wohnanlage" in Salzburg.

Strom-Innovationen sind Schlüsseltechnologien der Energiezukunft und von entscheidender Bedeutung für die Sicherung des Industrie- und Wirtschaftsstandorts sowie die Lebensqualität, denn mit dem Umstieg von fossilen auf erneuerbare Energien muss die Effizienz des Endenergieeinsatzes verdoppelt werden. Oesterreichs Energie fordert daher eine Zukunftsoffensive zur Intensivierung im Bereich der Energieforschung.

Rahmenbedingungen und Anreizsysteme verbessern

Um Zukunftsinvestitionen abzusichern sieht Schitter den Bedarf nach einer Verbesserung der Rahmenbedingungen und Anreizsysteme: "Für mich ist Wasserkraft die wirtschaftlichste Form der erneuerbaren Stromerzeugung über den gesamten Lebenszyklus. Dies wird meines Erachtens auch so bleiben, nur leider lassen sich mit den aktuellen Rahmenbedingungen Kraftwerksprojekte kaum wirtschaftlich darstellen. Beim Bau von Wasserkraftprojekten werden dringend bundesweite Anreizsysteme benötigt um ein Projekt in dieser Größenordnung und in dieser Bedeutung für Österreich überhaupt realisieren zu können." Wie auch in Deutschland sollte eine temporäre Befreiung von Systemnutzungsentgelten für alle Kraftwerke über 5 MW umgesetzt werden. Schitter: "Damit fördern wir den Ausbau von Wasserkraftanlagen und können auch in Zukunft sauberen Strom für die Österreicherinnen und Österreicher garantieren."

Projektvielfalt in Österreichs Regionen

Kennzeichnend für Österreichs E-Wirtschaft ist die Projektvielfalt, die unter anderem durch die verschiedenen Anforderungen in den einzelnen topografisch doch sehr unterschiedlichen Regionen entsteht, erklärte Barbara Schmidt. Die Schwerpunkte des Jahres 2014 lagen im Bereich umweltfreundliche, treibhausgasreduzierende Energiesysteme, Energieeffizienz, erneuerbare Energiequellen, ökonomische und ökologische Aspekte der Energienutzung, Analyse des rechtlichen, ordnungspolitischen Rahmens und in der Weiterentwicklung der Netzinfrastruktur hin zu smarten Systemen.

Herausragende Projekte von Oesterreichs Energie Forschung und Innovation in den vergangenen Jahren waren Studien zum Thema Power-to-Gas, zu Fragen der IKT-Sicherheit und zu den wirtschaftlichen und finanziellen Auswirkungen eines neuen Treibhausgas-Ziel bis 2030. Thematisiert wurden hier insbesondere die Betroffenheit der E-Wirtschaft, aber auch der Gesamtwirtschaft. Schmidt: "Darüber hinaus sind die rund 140 Mitgliedsunternehmen von Oesterreichs Energie in einem breiten Spektrum von Innovations- und Forschungsaktivitäten tätig."

Steigende Ökostromerzeugung als Motor der Entwicklung

Der Bedarf an neuen Energietechnologien wird nicht nur durch die technologische Entwicklung, sondern auch durch die Umwälzung des Systems der Stromversorgung durch die Energiewende befeuert. Durch den raschen Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien entstehen wachsende Herausforderungen für den Strommarkt und die Erhaltung der Systemstabilität. Derzeit stammen in Deutschland 26 Prozent Strom aus Fotovoltaik und Wind. Deutsche Marktexperten erwarten, dass die Preise und die verfügbaren Strommengen immer stärker schwanken werden. Wenn in den kommenden Jahrzehnten aus diesen fluktuierenden Quellen die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien die Höhe des Verbrauchs erreichen wird, erwarten Experten an bis zu 3000 Stunden des Jahres einen Strompreis von Null. Dann werde man die neuen Technologien unbedingt benötigen, um die strukturelle Stabilität der Stromversorgung zu erhalten.

Energieforschung ist in Österreich nach wie vor zu gering dotiert. Die Ausgaben der öffentlichen Hand für Energieforschung in Österreich lagen 2013 mit 124,6 Mio. Euro nur um ca. 4,5 Mio. Euro über dem Betrag von 2012. Schwerpunktthemen der Energieforschung der letzten Jahre waren Energieeffizienz, erneuerbare Energieträger sowie Übertragung und Speicher. Etwa drei Viertel der Ausgaben stellten wie bisher direkte Finanzierungen durch Förderstellen dar, den verbleibenden Anteil von rund einem Viertel machte die mit Bundes-bzw. Landesmitteln grundfinanzierte Eigenforschung an Forschungseinrichtungen aus. Die Forschungsausgaben im Rahmen von Oesterreichs Energie Forschung und Innovation lagen 2014 bei rund 20 Millionen Euro, das entspricht etwa 20 Prozent der gesamten Energieforschung in Österreich.

Zukunftstechnologien im Einsatz bei Mainova

Für die Verwendung von überschüssigem Strom bieten sich Technologien wie Power-to-Heat und Power-to-Gas an. Mainova-Technikvorstand Birkner: "Erst vor wenigen Wochen nahm Mainova im Frankfurter Heizkraftwerk Niederrad eine 1,2 Mio. Euro teure "Power-to-Heat"-Anlage in Betrieb, die aus temporär überschüssigem Ökostrom wirtschaftlich Fernwärme erzeugen kann." In dem Gerät wird Wasser mit einem Druck von bis zu 14 bar auf bis zu 130Grad C erhitzt und anschließend direkt ins Frankfurter Fernwärmenetz eingespeist. Durch die zwei U-förmig angeordneten, etwa 7,5 m langen Rohre mit ihren 50 cm Durchmesser fließen üblicherweise rund 200 bis 350 m3 Wasser pro Stunde. In den beiden Rohren sind je zwei Heizeinsätze mit je rund 100 Heizstäben enthalten. Versorgt wird mit der neuen Anlage primär der Flughafen Frankfurt. Während des Sommers kann sie dessen Wärmebedarf zu etwa einem Drittel decken und damit die Verbrennung von rund 800 l Heizöl pro Stunde samt den damit verbundenen CO2-Emissionen vermeiden. Die Anlage mit einer (thermischen) Höchstleistung von acht MW kommt immer dann zum Einsatz, wenn mehr Ökostrom in die deutschen Netze eingespeist wird, als gerade benötigt wird. Da die Power-to-Heat-Anlage hochdynamisch ist, kann sie zudem Regelenergie bereitstellen. Damit lässt sich sowohl das Stromnetz stabilisieren als auch die mit Förderungen auf Basis des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) erzeugte Elektrizität sinnvoll nutzen. Birkner: "Power-to-Heat ist eine ausgereifte Technologie, die als Ergänzung zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt wird, die Flexibilität der Stromerzeugung deutlich erhöht und zudem den urbanen Raum zu einem Pufferspeicher der erneuerbaren Energien macht."

Auch bei der Ökostromerzeugung geht die Mainova neue Wege. Bereits seit Oktober 2012 betreibt sie eine Versuchsanlage, in der organische Solarzellen zum Einsatz kommen. Anders als kristalline Solarzellen auf Basis von Silizium können die organischen Materialien auf Basis von Kohlenstoff auch aus diffusem Licht elektrische Energie produzieren. Auch lassen sich die semi-transparenten Kunststofffolien baulich erheblich flexibler einsetzen als die herkömmlichen starren Fotovoltaikmodule. In ihrer Pilotanlage hat die Mainova neun rechteckige mit durchsichtiger Kunststofffolie bespannte Elemente eingesetzt. Bisher werden die vom Hersteller zugesagten Parameter eingehalten und es treten keine Degenerierungseffekte auf. Die Pilotanlage arbeitet mit einem Wirkungsgrad von etwa 3 %. Mittlerweile werden organische Solarzellen in Kleinserien mit einem Wirkungsgrad von 5 % und einer Lebensdauer von 20 Jahren produziert. Das Potential dieser Technologie ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft.

Power-to-Gas-Anlage bewährt sich

Bereits seit etwa einem Jahr in Betrieb ist die Power-to-Gas-Versuchsanlage der Thüga, München, die ebenso wie die Power-to-Heat- Anlage der (Öko-) Stromspeicherung dient. Sie spaltet mittels Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff und wird von Mainova betrieben. Der Wasserstoff wird ins Erdgasnetz eingespeist. Der maximale Anteil liegt bei zwei Volumenprozenten. Nach Angaben der Mainova liegt der Wirkungsgrad bei bis zu 77 Prozent. Birkner: "Dies übertrifft unsere Erwartungen und ist für eine First-of-its-kind-Anlage ein hervorragender Wert." Das Kernstück der Apparatur ist der mit Protonen-Austausch-Membranen(PEM) ausgestattete Elektrolyseur, der mit (Öko)Strom das Wasser spaltet und auf diese Weise nicht direkt speicherbare elektrische Energie in direkt speicherbare chemisch gebundene Energie umwandelt. Pro Stunde erzeugt der Elektrolyseur etwa 60 m3 Wasserstoff. Das ermöglicht, bis zu 3 000 m3 mit Wasserstoff angereichertes Erdgas in das Netz einzuspeisen. Aktuell wird geprüft, wie die Versuchsanlage künftig für die Methanerzeugung erweitert werden kann. Laut Mainova könnte das deutsche Gasnetz bei einem Wasserstoffanteil von 5 % den überschüssigen Windstrom Deutschlands von bis zu 30 Tagen speichern.

Neben der Stromerzeugung und -speicherung ist auch die zukunftsfähige Verteilung elektrischer Energie ein wichtiges Thema für die Mainova. Seit 2012 läuft das Smart-Grid-Projekt "intelligentes Ortsnetzsystem" (iNES). Bis Ende 2014 dienten die im Zuge des Projekts installierten 15 Messstationen in zwei Netzgebieten ausschließlich dazu, das Netz zu überwachen. In den vergangenen Monaten begann die Mainova, die iNES-Komponenten auch für die autonome Netzsteuerung vor Ort zu nutzen. Dass dies prinzipiell möglich ist, wies das Unternehmen in einem Belastungstest, in dem eine hohe regenerative Erzeugung nachgebildet wurde, nach.

Mit den dargestellten Elementen, Power-to-Heat, Power-to-Gas sowie organischen Solarzellen und der Smart Grid-Lösung iNES sind wichtige Elemente der technischen Umsetzung der Energiewende in der Praxis angekommen.

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