энергетический переход

Интеграция солнечной энергии и энергии ветра также требует нового мышления: z. Например, спрос на электроэнергию можно сделать более гибким за счет управления нагрузкой на стороне потребителя и более широкого использования интеллектуальных сетей .

Электрические системы отопления с тепловым насосом являются важной опорой будущего межотраслевой , сетевой , гибкой энергетической системы.

Новые технологии, такие как электромобили, и новые концепции использования, такие как каршеринг, являются темами энергетического перехода.

Energiewende - это немецкий термин, обозначающий переход от нерационального использования ископаемого топлива и ядерной энергии к устойчивому энергоснабжению с использованием возобновляемых источников энергии . Этот термин был принят в культуре после того , как Öko-Institut опубликовал в 1980 году книгу Energiewende - Growth and Prosperity without Petroleum and Uranium, и уже был принят в качестве заимствованного слова в других языках (например, «The German Energiewende» или «A Energiewende alemã » ).

Целью переворота в области энергетики является минимизация экологических, социальных и медицинских проблем, вызванных традиционной энергетической отраслью, и полная интернализация внешних затрат , которые до сих пор практически не учитывались на энергетическом рынке . Ввиду глобального потепления , в значительной степени вызванного деятельностью человека, сегодня особенно важна декарбонизация энергетической отрасли - за счет прекращения использования ископаемых видов топлива, таких как нефть , уголь и природный газ . Конечность ископаемого топлива и опасности ядерной энергии также являются важными причинами перехода к энергетике. Решение глобальной энергетической проблемы считается центральной задачей 21 века.

Энергетический переход охватывает три сектора: электричество , тепло и мобильность , а также перспективу отказа от ископаемого сырья с его использованием, например, в производстве пластмасс или удобрений . Поэтапный отказ от угля и нефти, связанный с энергетическим переходом, также должен означать, что значительные количества доступных источников энергии должны оставаться в земле. Существенными элементами преобразования являются расширение использования возобновляемых источников энергии в сочетании с развитием систем хранения энергии , повышением энергоэффективности и внедрением энергосберегающих мер . Возобновляемые источники энергии включают биоэнергетику , геотермальную энергию , гидроэнергетику , энергию океана , солнечную энергию ( солнечную тепловую , фотоэлектрическую ) и энергию ветра . Концептуально, соединение секторов играет важную роль, в частности, электрификация сектора отопления с помощью тепловых насосов и транспортной системы с помощью электромобилей .

Переход от обычных видов топлива к возобновляемым источникам энергии происходит во многих странах мира . Концепции энергетического перехода, а также необходимые для этого технологии известны. С технической точки зрения предполагается, что полный переход к глобальной энергетике возможен к 2030 году. Однако политические и практические проблемы делают возможной реализацию к 2050 году, при этом отсутствие политической воли рассматривается как самое серьезное препятствие. Как на глобальном уровне, так и для Германии, исследования пришли к выводу, что затраты на энергию в системе регенерации энергии находятся на том же уровне, что и в системе традиционной ископаемой ядерной энергии, или были бы дешевле.

Дания является пионером в области энергетического перехода , и в 2012 году она уже покрыла 30% своих потребностей в электроэнергии за счет энергии ветра. Дания нацелена на полностью возобновляемые источники энергии во всех трех секторах к 2050 году. Немецкий энергетический переход, получивший одобрение и подражателей во всем мире, а также критику и неприятие, также важен. Хотя его часто ошибочно связывают со вторым поэтапным отказом от атомной энергетики в 2011 году, энергетический переход в Германии начался в 1980-х годах с распространения возобновляемых источников энергии и поиска альтернатив атомным электростанциям . Хотя в науке существует консенсус относительно фундаментальной необходимости расширения использования возобновляемых источников энергии, повышения энергоэффективности и энергосбережения , конкретные меры часто являются политически противоречивыми. Общественное обсуждение часто сводит концепцию энергетического перехода к электроэнергетическому сектору, который в Германии составляет только около 20% потребления энергии . Точно так же в политических и общественных дебатах часто не принимается во внимание, что для успеха энергетического перехода требуется не только расширение использования возобновляемых источников энергии и повышение энергоэффективности, но и поведенческие изменения в смысле достаточности энергии , т.е. ЧАС. Экономия энергии за счет изменения привычек потребителей.

история

Предыстория энергетического перехода

Исторически задолго до современных начинаний были предложены децентрализованные и централизованные подходы для перехода от ископаемого топлива к (с современной точки зрения) альтернативным источникам энергии , распространяемым по разным причинам . Исследования более ранних преобразований энергетической системы приобрели значение на фоне сегодняшних потрясений.

Конечность ископаемого топлива и основы науки о климате

Отдельные документы указывают на то, что еще до промышленной революции конечность ископаемого сырья была известна или подозревалась в отдельных случаях. В Великобритании, например, в в 16 - м веке, опасения были подняты , что запасы каменного угля в скором времени будет исчерпан. Поэтому запреты на экспорт угля обсуждались в парламентах, а в Шотландии в 1563 году они были фактически приняты. Однако до 18 века было широко распространено мнение, что запасы угля неисчерпаемы. С конца 18 века и далее снова было несколько, например Частично также проводились публичные дебаты о конечности запасов угля и их диапазоне, в результате чего эти дебаты также распространялись из Великобритании на континент. Большинство экономистов начала XIX века, таких как Б. Адам Смит , не из-за постоянного экономического роста, а из устойчивого состояния, постоянно навязанного естественными обстоятельствами .

Уильям Стэнли Джевонс

Наконец, значительным стал вклад английского экономиста Уильяма Стэнли Джевонса (1835–1882). В то время как ранее сделанные прогнозы относительно потребления угля либо экстраполировали текущее годовое потребление угля в будущее без изменений, либо продолжали линейное абсолютное увеличение , Джевонс был первым, кто сформулировал в статье, опубликованной в 1865 году, что потребление угля будет расти экспоненциально , со скоростью роста 3. 0,5% годовых. Из этого он пришел к выводу, что этот экспоненциальный рост через определенное количество лет приведет к таким огромным числам, что любой конечный источник сырья будет исчерпан через некоторое время, независимо от того, насколько велики запасы на самом деле.

В Германии с конца 19 века также велись серьезные дебаты о возможной нехватке энергии, а также обсуждалась ресурсная способность Земли. Среди прочего, физик Рудольф Клаузиус , например, выразил озабоченность по поводу конечности запасов угля, в частности, в своей книге 1885 года « О запасах энергии природы и их использовании на благо человечества» . Исходя из этих соображений, он призвал «ввести разумную экономику» и предупредил «не тратить впустую то, что мы находим в земле как наследие более ранних эпох и что нельзя ничем заменить». Чем быстрее наступит поворот, тем лучше для будущего. Широко распространялся тезис о неэффективном использовании запасов угля.

Макс Вебер видел конец ископаемого топлива как синоним конца современного экономического порядка. Вернер Зомбарт , с другой стороны, считал, что цивилизация, основанная на солнечной энергии, продолжит свое существование после прекращения использования угля . В 1909 году лауреат Нобелевской премии по химии , Вильгельм Оствальд , говорил о каменноугольной основе части энергетической отрасли и потребовал , что « устойчивое развитие экономики должно основываться исключительно на регулярном использовании годовой энергии излучения [от солнца] ». Уголь ведет себя « как неожиданное наследство [...], которое заставляет наследника временно пренебрегать принципами устойчивой экономики и жить сегодняшним днем ». Даже более экономное использование угля не могло предотвратить его неизбежное истощение, а только отсрочить его. Освальд Шпенглер, с другой стороны, отверг крушение цивилизации из-за нехватки угля как такового. По сути, проблема конечности ископаемого топлива была известна еще в 19 веке, но это знание еще не привело к конкретным изменениям в поведении.

В 1912 году итальянский химик Джакомо Чамикиан прочитал лекцию, которая позже была опубликована в журнале Science , в которой он указал на преимущества прямого использования солнечной энергии посредством искусственного фотосинтеза перед сжиганием угля. Использование солнечной энергии в солнечных, но слаборазвитых странах на юге могло бы сгладить разрыв между севером и югом между богатыми странами на севере и бедными странами на юге и привести последние к экономическому процветанию. Кроме того, это не повлияет на общество в будущем, когда закончится уголь, поскольку цивилизация может существовать до тех пор, пока существует солнце. Он завершил свою лекцию, сказав, что не будет вреда для прогресса и человеческого счастья, если «черное и нервное угольное общество» будет заменено «более спокойным обществом солнечной энергии».

Кроме того, основы современных климатических исследований были заложены еще в 19 веке . Парниковый эффект углекислого газа был обнаружен на Джона Тиндаля в середине 19 - го века . В сенсационной публикации 1896 года Сванте Аррениус не только впервые указал на климатологически значимое влияние углекислого газа в атмосфере Земли , но также понял, что использование ископаемого топлива должно носить временный характер из-за связанных с этим глобальных факторов. потепление. Он признал физико-химические основы, имеющие отношение к глобальному потеплению, и в то же время необходимость поворота в энергетике, хотя глобальные выбросы его времени составляли менее одной десятой выбросов начала 21-го века, и возникавшее в результате изменение климата казалось столетия назад.

Век ископаемых: возобновляемые источники энергии как нишевая технология

С индустриализацией в течение 19-го века уголь все больше вытеснял ранее используемые регенеративные источники энергии (в основном биомассу в виде дров и кормов для животных ) в нишевую позицию. Тем не менее, еще в 19 веке - параллельно с расширением использования угля - предпринимались различные попытки использовать солнечную энергию в качестве источника энергии. Итак, з. Например, история солнечных тепловых электростанций восходит ко второй половине XIX века, когда такие изобретатели, как Уильям Гриллс Адамс , Августин Моушот , Алессандро Батталья или Джон Эрикссон, построили различные системы преобразования солнечной энергии, такие как солнечные плиты , солнечные батареи. -энергетические дистилляторы , холодильные машины и котлы для паровых двигателей на солнечных батареях . Наконец, в 1913 году в Египте была построена первая солнечная тепловая электростанция. Мушо также сумел построить эффективную солнечную печь в 1860 году, а позже сконструировал работающую солнечную паровую машину, которая, однако, оказалась слишком громоздкой для практического использования. Только в 1945 году первые коммерческие солнечные плиты были изготовлены индийским пионером Шри М.К. Гошем.

Энергия ветра была преобразована в выработку электроэнергии намного быстрее. Уже в конце 19 века, всего через несколько лет после строительства первой угольной электростанции, которая тогда еще называлась «электростанция», были построены первые ветряные мельницы, вырабатывающие электричество . Они были связаны с децентрализованной традицией ветряных мельниц , которые все еще были широко распространены в то время, и водяных мельниц , которые были наиболее важными коммерческими источниками энергии во время индустриализации во второй половине XIX века и даже до появления более дорогого пара. двигатели . Фактически, высота водяных колес и ветряных мельниц, используемых в качестве механических источников энергии, историками Германии датируется только 1880-ми годами. В нишах, например в регионах с плохим транспортным сообщением, эти децентрализованные источники энергии сохранялись до 1950-х годов.

Электроэнергетические ветряные мельницы, основанные на этих механических предшественниках, наконец, испытали на себе в начале 20-го века, особенно в сельских районах, которые значительно отставали от городов с точки зрения электрификации . Т. относительно большое распространение. Дания была пионером, но системы также продавались в США и Германии; до 1930-х годов в Германии было построено около 3600 ветряных мельниц, некоторые из которых служили насосами, а некоторые - для выработки электроэнергии. С другой стороны, в Дании, где Пол Ла Кур теоретически и практически продвигал использование энергии ветра с конца 19 века, ветряные электростанции обеспечивали около 3% потребности в электроэнергии уже в 1918 году. Необходимо принять во внимание, что электроснабжение было децентрализовано еще в 20-м веке ; только с появлением первых крупных электростанций во второй трети 20-го века баланс сместился в сторону централизованного энергоснабжения.

Ветряная турбина, построенная в 1957 году в Гедсере , Дания , сегодня выставленная на открытой площадке Энергетического музея Гуденацентрален в Бьеррингбро , считается архетипом «датской ветряной турбины», конструкция которой оказала решающее влияние на первые дни. использования энергии ветра примерно с 1973 г.

В 20-30-е годы были окончательно заложены технические и физические основы современного использования энергии ветра. В дополнение к массе децентрализованных небольших систем также рассматривались большие системы мощностью до 20 МВт. Однако в начале Второй мировой войны не было построено прототипов этих систем, огромных даже по сегодняшним меркам . Однако в США в 1941 году была введена в эксплуатацию ветряная электростанция Смит-Пуллмана мощностью уже 1,25 МВт, которая страдала от серьезных технических проблем, но оставалась в эксплуатации в течение четырех лет. В то же время во времена нацистского режима в Германии были планы снабдить, среди прочего, так называемых военных фермеров энергией . для децентрализованного покрытия ветровой энергией. Компания Ventimotor, главным конструктором которой был Ульрих В. Хюттер , который позже внес важный вклад в развитие современной технологии ветряных турбин, установила только шесть прототипов в Веймаре. Серийного производства больше не было.

Исследования и строительство ветряных турбин также получили развитие в других странах. В США до общенациональной электрификации сельских районов основное внимание уделялось созданию децентрализованных небольших систем, которые использовались для зарядки аккумуляторов . В результате с 1920 по 1960 годы были установлены десятки тысяч малых ветроустановок мощностью 1,8-3 кВт. После электрификации появилась тенденция к созданию крупномасштабных систем, подключенных к сети. В 1941 году в Вермонте была введена в эксплуатацию установка мощностью 1,25 МВт и диаметром ротора 53,4 метра, однако серийное производство этой и более крупных установок-преемников не производилось.

Начало энергетического перехода

Призыв к экономии энергии на автомагистрали между штатами в американском штате Орегон во время нефтяного кризиса 1973 года.

Мировое развитие

Восприятие экологического и энергетического кризиса 1970-х гг.

Споры о глобальных экологических, экономических и социальных проблемах, вызванных индустриализацией , глобализацией и энергетической системой, ведутся в науке и обществе с 1970-х годов; в Германии это началось в 1973 году во время первого нефтяного кризиса . До этого, в 1950-1960-х годах, энергетическая политика рассматривалась в первую очередь с точки зрения экономической эффективности. После Второй мировой войны в Европе произошло относительное снижение цен на энергоносители, что привело к беспрецедентному в истории росту потребления энергии. В период с 1950 по 1973 год потребление энергии увеличивалось на 4,5% ежегодно, при этом нефть играла особенно решающую роль, которая стала самым важным источником энергии в этот период. С 1948 по 1972 год потребление сырой нефти в Западной Европе увеличилось в 15 раз. В то же время потребление энергии воспринималось как центральный индикатор экономического процветания, что вызывало большие опасения по поводу экономического спада, поскольку потребление энергии в Западной Европе росло не так быстро, как в Восточной Европе. До первого нефтяного кризиса энергетическая политика промышленно развитых стран характеризовалась энергетическим синдромом, описанным Леоном Линдбергом ; что привело к сбою системы в энергетике. Характерными элементами энергетического синдрома были:

• потребность в постоянно увеличивающемся энергоснабжении
• отсутствие комплексной государственной энергетической политики с параллельным доминированием производителей энергии
• блокада альтернатив через бюрократизм и индустриализм

Начало современных исследований в области энергетики

Этот синдром начал исчезать в 1970-х годах. В то же время активизировались исследования по вопросам энергетики, и социологи все чаще обращались к проблеме энергии. С экологией человека , Ежегодный обзором энергетики и энергетической политикой , международным значением междисциплинарных научных журналы были созданы , которые заложили основу для институционализации исследований в области энергетики , а также различные предметы теперь также подхватили поле в университетах . В США на фоне нефтяного кризиса при президенте Джимми Картере возникло раннее движение, направленное на преобразование энергетической системы и расширение использования возобновляемых источников энергии . В 1976 году американский физик Амори Ловинс ввел термин « Путь мягкой энергии» , описывающий способ постепенного отхода от централизованной энергетической системы, основанной на ископаемом и ядерном топливе, с энергоэффективностью и возобновляемыми источниками энергии и, наконец, для их полной замены. Год спустя он опубликовал то, что сейчас считается знаковой книгой « Пути мягкой энергии». К прочному миру , который появился в то время, когда в энергетической политике многих промышленно развитых стран доминировало массовое распространение ядерной энергетики.

Однако Ловинс не был первым, кто разработал сценарий полностью регенеративного энергоснабжения. Еще в 1975 году датский физик Бент Соренсен в журнале Science предложил план Дании по переходу исключительно на энергию ветра и солнца, который может быть реализован к 2050 году. Из-за огромной нефтяной зависимости датского государства, которое в 1972 году импортировало 92% своей первичной энергии в виде нефти и сильно пострадало от нефтяного кризиса 1973 года, когда цена на нефть выросла втрое, датская политика выдвинула множество предложений: еще в 1974 г. повысились налоги на бензин , дизельное топливо и мазут ; В 1985 году, когда упали цены на нефть, последовало еще одно повышение налогов. В 1982 г. был введен налог на уголь , а в 1992 г. - производство углекислого газа . Комбинированные теплоэлектростанции на основе природного газа и биомассы (включая отходы и солому) были построены и в настоящее время обеспечивают большую часть потребности государства в тепле и часть потребности государства в электроэнергии. В 1981 году был установлен зеленый тариф на возобновляемые источники энергии, в результате чего Дания стала самой успешной страной в области ветроэнергетики в мире с точки зрения ее доли в поставках электроэнергии и на душу населения. От проектов атомных электростанций, первоначально планировавшихся для диверсификации базы первичной энергии, отказались после сильных протестов, и, наконец, в 1985 году возможность строительства атомных электростанций была юридически исключена.

Защита климата и устойчивость становятся политическими целями

Никакой пример экологически чистого и экологически чистого производства энергии: электростанция Jänschwalde с открытым карьером.

В начале 1990-х годов защита климата также стала важной целью глобальной политики после того, как с 1970-х годов наука предсказывала потепление . В 1992 году в Рио - де - Жанейро , на Конференции Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию (ЮНСЕД) , состоявшейся в 154 странах в конвенции об изменении климата Организации Объединенных Наций обязались к опасному вмешательству в климатическую систему и предотвратить глобальное потепление , чтобы замедлить и его последствия для смягчения. Позже к этому соглашению присоединились и другие государства. Другими важными результатами ЮНСЕД стали Повестка дня на XXI век , Рио-де-Жанейрская декларация по окружающей среде и развитию , «Принципы ведения лесного хозяйства» и Конвенция о биоразнообразии . И последнее, но не менее важное: концепция устойчивости была закреплена в политике , даже если ее конкретное воплощение в политической практике было лишь в очень ограниченной степени ( см. Ниже ).

В 1997 году был принят Киотский протокол , который вступил в силу в 2005 году и впервые установил целевые показатели выбросов парниковых газов в промышленно развитых странах, которые являются обязательными в соответствии с международным правом . Этот протокол ратифицировали все государства, за исключением США, но поставленные в нем цели считаются менее амбициозными и неадекватными для эффективной защиты климата, тем более что на развивающиеся и развивающиеся страны не налагались какие-либо обязательства.

Энергетический переход в исследованиях. От ниши к мейнстриму

Также с начала 1990-х годов наблюдается экспоненциальный рост глобальных научных исследований устойчивых энергетических систем как в относительном, так и в абсолютном выражении . В то время как количество научных публикаций по возобновляемым источникам энергии в 1992 году составляло около 500 в год, в 2011 году в Web of Science было зарегистрировано почти 9000 новых (на английском языке) публикаций. Наиболее изученной областью исследований была солнечная энергия.

В 1998 г. появилось первое исследование системы в основном регенеративной энергии, в котором впервые в двух сценариях с 80 и 95% возобновляемыми источниками энергии производство и потребление энергии координировались не только арифметически, но и в реальном течение года. После серии аналогичных работ Грегор Чиш впервые представил в своей диссертации в 2006 году работу, которая продемонстрировала возможность полностью возобновляемых источников энергии для большей Европы и Северной Африки с почасовым разрешением. В период с 2006 по 2009 год Хенрик Лунд опубликовал несколько статей о в основном или полностью возобновляемом энергоснабжении Дании до 2036 года и в то же время проанализировал, как должно выглядеть сочетание различных регенеративных источников энергии для наиболее целесообразной реализации этой цели. В то же время во всем мире были опубликованы дальнейшие исследования с аналогичными целями и результатами для разных стран и регионов мира.

Явное изменение осведомленности произошло примерно в 2010 году. В этом году было опубликовано девять очень подробных работ по полному возобновляемому энергоснабжению для разных стран мира, при этом возможность полного или почти полного снабжения впервые была оценена как реалистичная не только учеными-специалистами, но и государственным советом. комитеты, а также консалтинговые фирмы, такие как PWC . В 2011 году последовали десять других аналогичных исследований, в том числе специальный отчет МГЭИК о возобновляемых источниках энергии и Энергетическая дорожная карта Комиссии ЕС с 97% сценарием до 2050 года. Также в 2011 году Якобсон и Делукки опубликовали двухчастный документ, в котором они a Изложите сценарий полностью восстановительного снабжения всей мировой экономики, а Лю и др. рассмотрели 100% сценарий для Китайской Народной Республики . В 2012 и 2013 годах количество публикаций по аналогичным сценариям продолжало расти, демонстрируя, среди прочего, возможность использования очень высоких уровней возобновляемой энергии в различных европейских странах (включая Грецию, Италию, Македонию, Великобританию), а также в Австралии. , Япония и США.

2010-е: текущие события

Для развивающихся стран загрязнение окружающей среды в результате сжигания ископаемого топлива является важной причиной энергетического перехода. Здесь массивный смог в Шанхае

Смог над Китаем. Спутниковый снимок НАСА за январь 2013 г.

Массовое распространение возобновляемых источников энергии в настоящее время происходит во многих промышленно развитых и развивающихся странах ; однако мотивация в отдельных состояниях имеет разную природу. В то время как в промышленно развитых странах основное внимание уделяется сокращению выбросов парниковых газов и зависимости от импорта энергии из политически нестабильных регионов , все виды производства энергии расширяются в развивающихся странах из-за сильного экономического роста, что, в свою очередь, приводит к растущий спрос на электроэнергию.

V. а. Однако серьезный экологический ущерб, связанный с эксплуатацией угольных электростанций, в последние годы привел к переосмыслению в Китае , что выражается в ужесточении государственных мер по охране окружающей среды и развитии возобновляемых источников энергии и повышения энергоэффективности. В 2013 году Китай был лидером мирового рынка в производстве и использовании ветряных турбин , солнечных батарей и технологий интеллектуальных сетей ; Кроме того, страна является крупнейшим инвестором в возобновляемые источники энергии и крупнейшим в мире производителем экологически чистой электроэнергии.

Особенно после «шока загрязнения» в 2013 и 2014 годах, когда сотни миллионов китайцев пострадали от сильного смога и загрязнения мелкой пылью и из-за чего загрязнение воздуха стало серьезной экономической и социальной проблемой в штате, усилия были активизированы и ряд инициированы меры по созданию более экологически чистой энергосистемы. Среди прочего, был принят план по сокращению загрязнения твердыми частицами и смогом; Кроме того, в особо загрязненных регионах был введен новый запрет на строительство угольных электростанций, а на 2015 год намечено введение стандарта Евро 5 в транспортном секторе, чтобы убрать с территории транспортные средства с особенно высоким уровнем загрязнения воздуха. улицы. На национальном уровне стандарт Евро 5 вступит в силу в 2017 году. К 2030 году доля угля в общем потреблении энергии должна снизиться с 66,6% до менее 50%, а доля возобновляемых источников энергии должна увеличиться с чуть менее 10% в 2012 году до 25% в 2030 году. Хотя эти меры были решены в первую очередь для уменьшения загрязнения окружающей среды, достижение этих целей также приведет к значительному сокращению выбросов парниковых газов.

Кроме того, для многих стран мира экономия ископаемого топлива играет центральную роль в переходе на возобновляемые источники энергии, поскольку они могут сократить импорт энергии и в то же время обеспечить надежность поставок. В то же время снижается риск военных конфликтов из- за энергоресурсов. Отказ от «эпохи ядерных ископаемых» рассматривается как реакция на «множественный кризис», сформированный ядерной катастрофой в Фукусиме (которая еще раз показывает уязвимость производства ядерной энергии после Чернобыля ), изменением климата и продовольственные кризисы из-за производства агротоплива и спекуляций (см. конкуренцию за землю и кризис цен на продовольствие 2007–2008 гг. ), загрязнение воздуха в крупных мегаполисах (см. также транснациональное загрязнение в Восточной Азии ). Этот множественный кризис требует корректировок и решений.

Реструктуризация энергоснабжения пропагандируется и поддерживается на наднациональном уровне многими учреждениями. Международная организация по возобновляемым источникам энергии IRENA была основана в 2010 году для лучшей координации различных направлений . Он считает себя «движущей силой», способствующей повсеместному и более широкому использованию и устойчивому использованию возобновляемых источников энергии во всем мире. В 2011 году Организация Объединенных Наций учредила инициативу « Устойчивая энергетика для всех ». В декабре 2012 года Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций единогласно провозгласила Десятилетие 2014–2024 годов Десятилетием «устойчивой энергетики для всех». В июле 2014 года Генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун опубликовал доклад « Пути к глубокой декарбонизации» , в котором, помимо прочего, также указаны пути устойчивого развития и декарбонизации двенадцати промышленно развитых стран.

На саммите G7 в замке Эльмау в 2015 году страны G7 договорились сократить глобальные выбросы парниковых газов на 70% к 2050 году и полностью декарбонизировать мировую экономику к 2100 году . Впоследствии несколько штатов сообщили об ужесточении климатических целей. Среди прочего, американский президент Барак Обама объявил о новых руководящих принципах, направленных на сокращение выбросов парниковых газов от американских электростанций на 32% к 2030 году по сравнению с базовым 2005 годом. На Конференции Организации Объединенных Наций по изменению климата 2015 года все почти 200 стран-членов ООН согласились с Парижской конвенцией об ограничении глобального потепления уровнем значительно ниже 2 ° C. Целью является повышение на 1,5 ° C по сравнению с доиндустриальным значением; К этому моменту уже была достигнута 1 ° C. Соглашение вступило в силу 4 ноября 2016 года. Согласно докладу Организации Объединенных Наций за 2017 год, цель достижения устойчивой энергетики для всех ставится под угрозу из- за роста мирового населения . Общенациональный доступ к чистым кухонным помещениям с электричеством, который намечен на 2030 год, грозит сбоем. На момент публикации доклада ООН более трех миллиардов человек готовили пищу с использованием вредных видов топлива, таких как дрова или навоз.

Германия

Ветряные турбины в Бранденбурге, Германия

Цель энергетического перехода в Германии - к 2050 году стать в основном нейтральными по отношению к парниковым газам. С этой целью федеральное правительство поставило себе цель сократить выбросы парниковых газов в Германии на 40 процентов к 2020 году, на 55 процентов к 2030 году, на 70 процентов к 2040 году и на 80-95 процентов к 2050 году (каждый на основе базового 1990 год). Это должно быть достигнуто за счет расширения использования возобновляемых источников энергии и снижения потребления первичной энергии . В рамках поэтапного отказа от атомной энергетики последние атомные электростанции в Германии должны быть остановлены в 2022 году.

Ранняя фаза

Протесты против перерабатывающего завода в Ваккерсдорфе

Истоки энергетического перехода Германии лежат как в экологическом, так и в антиядерном движении 1970-х годов. Эффект «Пути мягкой энергии» Ловинса не ограничивался англоязычным миром. В 1979 году немецкий перевод под названием «Sanfte Energie» вошел в книжную торговлю, получив сильную поддержку в движении против ядерной энергии, которое к середине 1970-х годов превратилось в важную политическую группу. В результате в 1980 году Öko-Institut опубликовал научный прогноз авторов Флорентина Краузе, Хартмута Босселя и Карла-Фридриха Мюллер-Райссманна о полном отказе от ядерной энергии и энергии от сырой нефти. Она взяла теоретические соображения Ловинса и применила их к немецким условиям. Эта работа получила название Energie-Wende. Рост и процветание без нефти и урана - термин «энергетический переход» был использован впервые. В 1980-х годах этот термин был подхвачен и распространен различными социальными течениями. Б. из западногерманских зеленых , левых социал-демократов и альтернативной прессы.

Произошли также изменения в политике. После вступления зеленых в бундестаг в 1983 году одна партия потребовала немедленного отказа от ядерной энергетики . После чернобыльской ядерной катастрофы СДПГ, которая ранее была проядерной, а также профсоюзы присоединились к требованию поэтапного отказа от ядерной энергетики, в результате чего СДПГ, в отличие от зеленых, взяла на себя обязательство по ядерной фазе. через 10 лет. Противники ядерной энергетики призвали не только к отказу от ядерной энергии, но и к принципиально новой энергетической политике . В то время как некоторые страны, находящиеся под управлением СДПГ, предпринимали ряд попыток закрыть атомные электростанции, консервативно-либеральное федеральное правительство сохраняло свой курс на поддержку ядерной энергии. Однако первые меры по финансированию возобновляемых источников энергии были введены еще в конце 1980-х годов. Очень важным шагом для переворота в энергетике стало принятие в 1990 году Закона о подаче электроэнергии , который был внесен в Бундестаг двумя политиками Маттиасом Энгельсбергером (ХСС) и Вольфгангом Дэниелсом (Зеленые) и подавляющим большинством (ХДС / ХСС). СПД, Зеленые против СвДП) был принят.

Ускорение под красно-зеленым

Энергетический переход Германии значительно ускорился во время правления красно-зеленого федерального правительства (1998-2005 гг., Кабинет Шредера I и Кабинет Шредера II ). В коалиционном соглашении был первоначально согласован ряд основных элементов энергетического перехода с введением экологического налога на потребление энергии, программой 100000 крыш и, как следствие, введением Закона о возобновляемых источниках энергии (EEG). , а также юридически согласованный отказ от ядерной энергии и, наконец, к 2001 году также реализованный в действующем законодательстве. Это сопровождалось серьезным изменением структуры электроснабжения . Доля возобновляемых источников энергии выросла с 29 ТВтч в 1999 году до 161 ТВтч в 2014 году, в то время как выработка электроэнергии на атомных электростанциях упала со 170 в 2000 году до 97 ТВтч, а выработка угольной электроэнергии упала с 291 до 265 ТВтч. Кроме того, с этой коалицией изменилось восприятие регенеративных источников. В то время как возобновляемые источники энергии рассматривались ранее правящей черно-желтой коалицией как дополнение к существующему парку электростанций, значительная часть красно-зеленой коалиции рассматривала их как альтернативу существующему положению дел, которая заменит производство энергии на ископаемом ядерном топливе в России. ход 21 века должен.

Сценарий энергоперехода с 2012 г.

Нынешняя концепция энергетического перехода как перехода от ископаемых ядерных источников энергии к устойчивому производству энергии с использованием возобновляемых источников энергии в ее нынешнем виде, скорее всего, восходит к 2002 году: 16 февраля 2002 года прошла специализированная конференция « Энергетический переход - ядерная фаза». -выход и защита климата прошел в Берлине , организованный Федеральным министерством окружающей среды Германии . В то время консервативная и либеральная сторона не считала энергетический переход стоящей целью, но в 2000-х годах даже в буржуазных партиях рухнуло фундаментальное сопротивление энергетическому переходу, хотя он был реализован в 2010 году через немецкую продление срока, решение о котором было принято кабинетом Меркель II, Атомные электростанции изначально откладывались на будущее.

Продление срока и второй отказ от ядерной энергетики

В связи с ядерной катастрофой на Фукусиме это было пересмотрено 30 июня 2011 г. Бундестаг принял решение поименным голосованием с голосами ХДС / ХСС, СДПГ, СвДП и Зеленых, "13-е место". Закон о внесении изменений в Закон об атомной энергии », который регулирует прекращение использования ядерной энергии. В частности, истек срок действия лицензии на эксплуатацию восьми энергоблоков АЭС в Германии; остальные девять блоков расположены в шахматном порядке: остановка последних АЭС намечена на 2022 год. Это де-факто вернуло Германию к статус-кво , который был согласован в рамках красно-зеленых в 2000 году. По сравнению с красно-зеленым поэтапным отказом от ядерной энергии, реактор работал на 8 лет больше, а год окончательного отказа от ядерной энергетики остался прежним - 2022 год.

Все основные немецкие стороны сейчас выступают за энергетический переход, но по-прежнему существуют разногласия по поводу метода реализации и скорости этого процесса. Этот второй отказ от ядерной энергетики привлек большое международное внимание, в результате чего термин «энергетический переход» или его перевод стал всемирно известным и тем временем нашел свое отражение в английском языке как германизм .

Между тем, в Германии высказывалась единичная критика нынешнего пути энергетического перехода без попыток достичь климатически нейтрального энергоснабжения с использованием ядерной энергии с низким уровнем выбросов. Критика исходит со стороны бизнеса и науки, в том числе со стороны политико-экологических кругов. Основной критический момент касается досрочного вывода из эксплуатации атомных электростанций, если выработка электроэнергии на угле продолжится до 2038 года, что, по мнению критиков, противоречит целям защиты климата. Более того, есть сомнения, что энергетический переход Германии, основанный почти исключительно на переменных возобновляемых источниках энергии, может гарантировать конкурентоспособное энергоснабжение.

Цели энергетического перехода

Реализация устойчивого энергоснабжения

Различные модели концепции устойчивости : слева трехкомпонентная модель, которая одинаково взвешивает экологию, экономику и социальные вопросы, справа - приоритетная модель, которая постулирует зависимость социальной устойчивости и экономической устойчивости от экологической устойчивости.

Основная цель энергетического перехода - обеспечение устойчивого энергоснабжения в трех секторах: электричество, тепло и мобильность. По словам Альфреда Фосса , под устойчивым развитием понимается образ жизни, который позволяет « удовлетворить потребности людей, живущих сейчас, без ущерба для аналогичных потребностей людей, живущих в будущем. [...] Сохранение природных ресурсов, другими словами, которые не превышают регенерации и ассимиляции потенциала природных материальных циклов, таким образом , является необходимым условием для устойчивого развития . «Определение устойчивости здесь к Комиссии Брундтланд спине В соответствии с этим определением 1987 г. выдвинул и потребовал экономического роста для решения неотложных экологических проблем , в котором « социальные и экологические аспекты должны быть пространственно и временно интегрированы в экономические соображения ».

Согласно общепринятому определению , энергия в устойчивой энергетической системе должна быть « достаточно и - в соответствии с человеческими стандартами - постоянно обеспечиваться, чтобы как можно больше людей сейчас и в будущем имели шанс на достойную жизнь, и вещества, которые не могут быть рециклированным в процессы изменений, должны быть депонированы таким образом, чтобы основы человеческого существования не были разрушены сейчас и в будущем. «С внедрением концепции устойчивости должно быть достигнуто улучшение в треугольнике устойчивости экономика - общество - экология , и в то же время должна быть достигнута глобальная солидарность между поколениями . В академическом дискурсе устойчивости, однако, спорно, до какой степени треугольник устойчивости с одинаково взвешенными секторами является подходящей предпосылкой, и должна ли экологическая устойчивость иметь приоритет. Критика равного веса, в частности, связана с возникающими трудностями в оптимизации всей системы за счет противоречивых целей между тремя отдельными аспектами и самого равного веса, поскольку сохранение средств к существованию за счет экологической устойчивости является основным требованием для социальной и экономической устойчивости и, следовательно, должно быть в приоритете.

Согласно Эйхельбреннеру и Хенссену, энергетические системы будущего характеризуются девятью различными требованиями . Следует отметить, что заказ не включает никакой оценки и что ни одно из этих требований не должно пониматься как критерий исключения. Таким образом, основными требованиями к будущим энергетическим системам являются:

• Обеспечение достаточного количества энергии
• Качество использования и гибкость в зависимости от спроса
• Энергетическая безопасность
• Сохранение ресурсов
• Низкий риск и отказоустойчивость
• Экологическая устойчивость
• Международная совместимость
• Социальная приемлемость
• Низкая стоимость

Положительное дополнительное преимущество , которое возникает из энергетического перехода в большей степени нашло свой путь в политический и научный дискурс в последние года. Межправительственная группа экспертов по изменению климата ( МГЭИК) определяет г. B. так называемые сопутствующие выгоды как положительные дополнительные выгоды, возникающие в результате сокращения выбросов парниковых газов.

Поэтапный отказ от ядерной энергетики и защита климата

Климата является, а также ядерными поэтапной ликвидацией важной целью энергетического перехода, но есть еще много больше голов.

До сих пор цель энергетического перехода сводилась к завершению отказа от ядерной энергетики и защите климата; В некоторых случаях все три термина даже используются одинаково или как синонимы . Даже если и отказ от ядерной энергии, и защита климата являются важными подцелями энергетического перехода, сокращение энергетического перехода к этим аспектам является вводящим в заблуждение сокращением. Так что z. Например, отказ от использования ядерной энергии путем замены ее ископаемым топливом сравнительно прост без необходимости дальнейшего преобразования системы. С другой стороны, защита климата в принципе также возможна путем замены нынешних электростанций, работающих на ископаемом топливе, атомными электростанциями и, с некоторыми ограничениями, электростанциями , работающими на ископаемом топливе с выделением диоксида углерода . Однако этот путь будет невозможен в долгосрочной перспективе, а также сопряжен с большими рисками, поэтому ни ядерная энергия, ни технология CCS не считаются устойчивыми стратегиями для решения текущего энергетического и экологического кризиса. Переход на атомные электростанции и электростанции на ископаемом топливе с технологией CCS может избежать некоторых экологических проблем сегодняшней энергетической системы, но фундаментальная проблема конечных ископаемых и ядерных энергоносителей останется нерешенной.

Необходимые пути сокращения выбросов для достижения цели в два градуса, согласованной в Парижском соглашении, без отрицательных выбросов, в зависимости от пика выбросов

Поскольку существует приблизительно линейная зависимость между совокупным общим количеством выбрасываемых парниковых газов и результирующим повышением температуры, совокупное количество выбрасываемых парниковых газов должно быть ограничено (т. Е. Ограничено) для эффективной защиты климата. Следовательно, можно использовать только некоторые из известных в настоящее время ископаемых видов топлива. Согласно данным МГЭИК, максимум от 870 до 1240 гигатонн (миллиардов тонн) углекислого газа может быть высвобожден в период с 2011 по 2050 год, если цель в два градуса будет достигнута с вероятностью более 50. %. В пересчете на запасы это означает, что в глобальном контексте около трети запасов нефти, половина запасов природного газа и более 80% запасов угля не должны сжигаться. Из-за дисбаланса между известными запасами ископаемой энергии и углерода, который все еще можно сжигать, существует риск так называемого лопнувшего углеродного пузыря , что приведет к серьезным потерям в стоимости для энергетических компаний, работающих в сфере ископаемого топлива. В то же время разведка новых месторождений, которые больше не могут эксплуатироваться, может оказаться серьезным плохим вложением в долгосрочную перспективу . Стоимость запасов ископаемой энергии оценивается примерно в 27 триллионов долларов США . С другой стороны, обычная политика ведения бизнеса привела бы к сокращению углеродного бюджета для целевого показателя в два градуса через 20–30 лет, т. Е. ЧАС. между 2035 и 2045 годами будет исчерпан.

Для достижения цели в два градуса, согласованной на международном уровне в Парижском соглашении, с высокой степенью вероятности, глобальные выбросы углекислого газа в размере около 40 миллиардов тонн в год должны сокращаться вдвое каждые десять лет. Среди прочего, это требует удвоения производства возобновляемой энергии каждые 5–7 лет к 2050 году. С другой стороны, сжигание угля должно быть полностью прекращено между 2030 и 2035 годами, а сжигание нефти - между 2040 и 2045 годами, а использование природного газа должно быть значительно сокращено к 2050 году, даже при наличии технологий улавливания и хранения CO ₂ . В целом вся энергетическая база человечества должна быть полностью декарбонизирована . Для достижения этого у человечества есть всего лишь окно от нескольких лет до десятилетий, в течение которого можно свести к минимуму серьезные или катастрофические последствия изменения климата, которые могут длиться от тысяч до десятков тысяч лет.

Карл-Йохен Винтер называет следующие необходимые экологические критерии для перехода к устойчивой энергетической системе:

• предотвращение ядерной или климатической катастрофы
• путь от использования энергоресурсов к конверсионным технологиям
• оптимизация системы обмена веществ человечества в сторону минимального расхода материалов и замкнутых материальных циклов
• использование солнечных форм энергии

Социальные и этические цели

Помимо технических и экологических критериев, будущие энергетические системы должны также соответствовать социальным и этическим критериям, как подробно описано выше , чтобы считаться устойчивыми. Это включает Б. найти решение нынешнего отсутствия справедливого распределения при использовании ископаемых источников энергии, как в отношении справедливого распределения сегодня (например, между жителями богатых промышленно развитых стран и бедных развивающихся стран), так и справедливости распределения между поколениями .

Улучшение общественного здоровья

Загрязнение мелкой пылью (PM10) в Европе.

Еще одна цель энергетического перехода - улучшить здоровье населения. Ежегодно во всем мире около семи миллионов человек умирают преждевременно из-за загрязнения воздуха, вызванного недолговечными загрязнителями, влияющими на климат, такими как метан , сажа и озон , которые приводят к респираторным и сердечно-сосудистым заболеваниям . В будущем этот эффект будет усилен изменением климата и эффектом острова тепла, особенно в городах. Кроме того, загрязнение воздуха увеличивает число заболеваний, таких как астма и рак , увеличивает количество пребывания в больницах и интенсивной медицинской помощи, а также увеличивает количество дней отсутствия на работе и школьников из-за болезни, что, в свою очередь, имеет экономические и социальные последствия для общество и экономика. Загрязнение воздуха вызывается, в частности, сжиганием твердого, жидкого и газообразного топлива, поэтому решение этой проблемы может быть достигнуто только путем фундаментального изменения в энергетической системе.

В обзорной статье 2015 года в The Lancet сделан вывод о том, что изменение климата может обратить вспять достижения в области здравоохранения за счет экономического развития. Однако борьба с ним может стать величайшей возможностью 21 века для улучшения здоровья населения во всем мире. Многие меры по защите климата также помогут напрямую противостоять ущербу для здоровья, бедности и глобальному неравенству , что позволит государствам укрепить общественное здоровье и благосостояние населения и, наконец, что не менее важно, сократить расходы на здравоохранение.

Основным источником загрязнения воздуха в промышленно развитых странах является сжигание угля на электростанциях и сырой нефти в секторах отопления и транспорта, в то время как использование природного газа практически не способствует загрязнению воздуха. Еще одним важным источником является сжигание твердой и жидкой биомассы, например. B. древесина или биотопливо . Открытые очаги в зданиях, поскольку в большинстве развивающихся стран они в основном работают на дровах, представляют особую проблему . Около 2,8 миллиарда человек во всем мире (41% населения мира ) используют такие печи без дымохода или трубы . Число ежегодных смертей от такого употребления оценивается примерно в 1,4 миллиона человек.

Почти наверняка большое количество проблем, связанных со здоровьем и окружающей средой, можно значительно ослабить или устранить с помощью широкого использования возобновляемых источников энергии ОСВ (ветра, воды и солнечной энергии). В дополнение к использованию возобновляемых источников энергии, например, электрификация энергетической системы с помощью электромобилей также поможет снизить загрязнение воздуха. По данным Schmale et al., За счет сокращения вдвое выбросов загрязняющих веществ в атмосферу к 2030 году. К 2040 году избежать примерно 40 миллионов преждевременных смертей. Однако для этого потребовалось бы гораздо больше усилий, чем раньше; принятые до сих пор меры позволили бы избежать только около 2 миллионов смертей. Кроме того, предотвращение ущерба здоровью может снизить затраты на амбициозную климатическую политику, например Т. явно сверх нормы. Исследования, проведенные в США, показали, что выгоды для экономического здоровья от замены ископаемых источников энергии превышают субсидии на энергию ветра в форме налоговых льгот на производство примерно на 60%. Кроме того, польза для здоровья от снижения загрязнения воздуха, в отличие от защиты климата, которая имеет глобальный и только долгосрочный эффект, имеет локальный и краткосрочный эффект.

Борьба с энергетической бедностью в развивающихся странах

Во многих развивающихся странах с высоким уровнем прямого солнечного излучения солнечные плиты могут помочь уменьшить энергетическую бедность, которая часто там преобладает .

Доступ к энергии в настоящее время очень неравномерно распределен по миру. Это идет рука об руку с энергетической бедностью среди широких слоев населения, которая свирепствует во многих развивающихся странах и усугубляется ростом развивающихся стран и связанным с этим увеличением глобального спроса. С сопутствующим повышением цен на ископаемое топливо, которое обычно продается в твердой валюте, такой как доллар США, развивающиеся страны с ограниченными резервами иностранной валюты все более затрудняют доступ к источникам энергии, особенно к нефти , и еще больше усугубляют бедность .

Например, примерно в 2010 г. на страны «Большой восьмерки» , составляющие 12% населения мира, приходилось около 50% мирового потребления первичной энергии , в то время как на беднейшие 25% населения мира приходилось только 3% потребления первичной энергии. . Это сопровождается другими социальными проблемами: низкий доступ к энергии коррелирует с плохим доступом к продовольственным ресурсам , высокой детской смертностью и низкой продолжительностью жизни . Однако, если удовлетворяются основные потребности в энергии, которые рассчитываются из годового потребления первичной энергии на душу населения в размере около 2,6 тонны нефтяного эквивалента , дополнительное потребление энергии не приводит к какому-либо дальнейшему улучшению этих показателей. Поэтому важной целью политики развития является обеспечение 1,2 миллиарда человек электричеством и 2,8 миллиарда человек надежной и чистой энергией для приготовления пищи .

Правосудие между поколениями

Распределительная справедливость между отдельными поколениями также имеет большое значение. Использование ископаемого топлива нынешним или прошлым поколениями влияет на два аспекта справедливости отношений между поколениями: с одной стороны, будущие поколения больше не могут использовать ресурсы, которые потреблялись предыдущими поколениями, и поэтому их право на развитие ограничено в смысле сильной устойчивости. . С другой стороны, на них негативно влияет изменение климата в результате сжигания ископаемого топлива, поскольку им приходится справляться с негативно изменившимися климатическими условиями, которых они сами не создавали. Нынешнее поколение, с другой стороны, получает выгоду, потому что им не нужно платить за экологические и экономические последствия их использования, но они могут передать решение проблем, которые они вызывают, следующему поколению. С другой стороны, справедливость поколений предполагает, что каждое поколение должно иметь право самостоятельно решать, как оно хочет производить и распределять товары. Однако эта свобода будущих поколений недопустимо жестко ограничивается нынешним поколением посредством действий, которые нельзя своевременно обратить вспять; например , за счет антропогенного изменения климата и его последствиях, чрезмерное из сырья и (ископаемое) энергии источников или уничтожение видов животных и растений . Основная трудность этого конфликта заключается в том, что будущие поколения не могут участвовать в его разрешении, но эту задачу может выполнить только государство или его институты.

Прочие аспекты

Кроме того, в научном, общественном и политическом дискурсе упоминается ряд других аспектов реализации энергетического перехода; В результате экспертного опроса о переходе к энергетике в Германии было поставлено в общей сложности 14 различных целей. Эти цели включают политический, социальный, экономический или экологический характер; некоторые примеры перечислены ниже в форме примечания.

• Демократизация производственных и распределительных структур, возможна, например, Б. в форме энергетических кооперативов или энергетических автономных регионов
• Снижение экономических рисков дефицита энергии или энергетического кризиса (например, нефтяного кризиса ) за счет практически неограниченного использования первичной энергии
• Предотвращение военных конфликтов из-за энергоресурсов
• Экономические выгоды от более доступного энергоснабжения в долгосрочной перспективе
• Экономическая добавленная стоимость за счет производства и экспорта технологий защиты климата
• Создание новых рабочих мест, поскольку использование регенеративной энергии более трудоемко, чем обычное производство энергии.
• Увеличение внутренней добавленной стоимости за счет сокращения импорта энергии
• Снижение потребления воды за счет снижения расхода охлаждающей воды на обычных электростанциях (в настоящее время в Германии от 0,9 до 1,33 м3 / МВтч для угольных электростанций и от 1,44 до 2,12 м3 / МВтч для атомных электростанций)
• Экономия энергии за счет более низкой потребности электростанции в регенеративных технологиях по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.
• Положительное влияние на рынок труда: в зависимости от страны и сценария расширения замена угольных электростанций на возобновляемые источники энергии может более чем в два раза увеличить количество рабочих мест на установленную мощность МВт.
• Повышение надежности энергоснабжения в регионах, которые до сих пор были электрифицированы лишь частично, а также повышение качества образования за счет стабильного энергоснабжения.

Мотивация к трансформации

Производство ископаемой энергии в районе Рейнского бурого угля : на переднем плане карьер Гарцвайлер , на заднем плане угольные электростанции и высоковольтные линии

Предпосылкой и мотивацией поворота в энергетике являются постоянно растущие экологические и социальные проблемы, связанные с использованием ископаемых и ядерных источников энергии. С потреблением энергии промышленностью и конечными потребителями связан ряд негативных побочных эффектов, последствия которых с 1970-х годов все больше становятся частью общественной и политической осведомленности. К ним относятся, среди прочего. испускание парниковых газов двуокиси углерода, воздуха, земли и воды загрязнения , производство радиоактивных отходов , геополитические конфликты за ресурсы, нехватка источников энергии и роста цен на продукты питания. Другими важными причинами для перехода на возобновляемые источники энергии являются обеспечение (долгосрочной) энергетической безопасности , риски для здоровья от сжигания ископаемого топлива и социально-экономические аспекты, такие как B. демократизация энергоснабжения, расширение участия граждан и создание рабочих мест.

До начала 1970-х годов основное внимание уделялось надежности поставок и цене на энергию. С 1970-х годов эта точка зрения изменилась. В связи с нефтяным кризисом , дебатами об использовании ядерной энергии и экологическими дебатами, во многих странах возникли ожесточенные социальные споры по поводу энергетической, экологической и технологической политики и, как следствие, фундаментальные изменения в реальности энергетической политики и энергетики. промышленность. Важное значение здесь имело и исследование «Пределы роста» , опубликованное в 1971/72 году Римским клубом , прогнозы которого внезапно обострились с первым нефтяным кризисом, произошедшим в 1973 году. Сегодня особенно важно загрязнение окружающей среды, вызванное сжиганием ископаемого топлива . Это проявляется, с одной стороны, в ущербе окружающей среде от загрязнителей воздуха , которые в то же время вызывают такие заболевания, как кожные и респираторные заболевания, аллергии и рак, и приводят к крупным экономическим затратам, но, в частности, из-за выбросов парниковых газов и связанных с ними глобальное потепление .

Для достижения цели более устойчивого энергоснабжения пропагандируется отход от ископаемой ядерной энергетической системы и требуется переход к новому «солнечному веку». Солнечные формы энергии играют роль защитных технологий . Это изменение оправдано - в дополнение к ряду других положительных эффектов - главным образом тем фактом, что возобновляемые источники энергии имеют меньше негативных последствий для окружающей среды и климата, чем традиционная энергетическая промышленность. Помимо гораздо более низких выбросов парниковых газов из возобновляемых источников энергии, переход на такие технологии, как энергия ветра и солнечные системы, также может значительно снизить загрязнение окружающей среды, такое как загрязнение воды , эвтрофикация и выбросы мелкой пыли . Хотя требования к материалам для этих технологий выше, чем для строительства традиционных электростанций, воздействие на окружающую среду из-за более высоких требований к материалам является низким по сравнению с прямыми выбросами от электростанций, работающих на ископаемом топливе. В то же время добыча ископаемого топлива, такого как. B. при добыче нефти , природного газа , каменного угля и бурого угля или при добыче урана значительно сокращается или даже предотвращается происходящее разрушение окружающей среды или загрязнение окружающей среды.

Глобальное потепление

Повышение среднемировых приземных температур 1880–2016 гг. (Отн. К 1951–1980 гг.)

Глобальные выбросы углерода из ископаемых источников с 1800 по 2007 год

Глобальное потепление и его последствия - одна из величайших проблем 21 века и последующих лет. Основная причина глобального потепления - это люди, поэтому защита климата сегодня является наиболее важным аспектом реструктуризации энергоснабжения. Если текущий уровень выбросов парниковых газов экстраполирован в соответствии с Пятым оценочным докладом МГЭИК к 2100 году, вероятное повышение глобальной температуры между 3,7 и 4,8 ° C (диапазон неопределенности: 2,5–7,8 ° C) по сравнению с доиндустриальным уровнем. следовало ожидать. Если изменение климата должно быть ограничено до приемлемого уровня, глобальное использование ископаемого топлива должно быть значительно сокращено.

Наиболее важным фактором глобального потепления является выброс парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива. Около 80% антропогенного, т.е. ЧАС. Выбросы парниковых газов в результате деятельности человека связаны с использованием энергии. Парниковый эффект был открыт еще в 19 веке; Между тем теоретические предсказания о влиянии парникового эффекта были подтверждены экспериментально современными многолетними исследованиями непосредственно в природе. Изменения климата, вызванные парниковыми газами, вызывают несколько побочных отрицательных эффектов, таких как таяние ледяных шапок , повышение уровня моря , изменения водного цикла , частое возникновение экстремальных климатических явлений и непредсказуемые последствия для биоразнообразия , а также более сильное воздействие на биоразнообразие. доля углекислого газа в атмосфере вызвала закисление морей . Глобальное потепление также ускоряет исчезновение видов. Согласно обзорному исследованию, опубликованному в журнале Science в 2015 году, если не будут приняты меры для борьбы с изменением климата, 16% всех видов во всем мире окажутся под угрозой исчезновения . Отдельные значения, на которых основывается эта работа, предполагают скорость исчезновения до 54%. Если цель в два градуса будет достигнута, эта ставка может быть снижена до 5,2%.

Наиболее важным антропогенным парниковым газом является двуокись углерода , которая выделяется в больших количествах, особенно при сжигании ископаемого топлива. Верно, что большое количество углекислого газа также выделяется в результате естественных процессов, например, при расщеплении биомассы , но это компенсируется столь же большим количеством естественной фиксации растениями; цикла материала закрыта. Путем сжигания ископаемого топлива, а также других вмешательств человека, таких как. Б. очистка от лесов , тем не менее, дополнительный углекислый газ выбрасывается в атмосферу, что увеличивает долю в атмосфере. Большая часть углекислого газа, выделяемого в результате деятельности человека, остается в атмосфере от десятков тысяч до сотен тысяч лет, тем самым уменьшая климатические последствия выбросов углекислого газа, такие как выбросы углекислого газа. B. Повышение уровня моря не только за несколько десятилетий или столетий, но и за геологические периоды времени .

Помимо двуокиси углерода как продукта сгорания, энергетическая промышленность также несет ответственность за выбросы большого количества метана . Метан - второй по значимости парниковый газ. Он выходит из пластов при добыче угля, а также из скважин при добыче нефти, а также выделяется при транспортировке природного газа. Около 30% выбросов метана в Германии приходится на энергетику.

Обычные источники энергии ограничены

Добыча урана на руднике Россинг в Намибии , крупнейшем урановом руднике в мире.

Добыча угля на карьере Эль-Серрехон в Колумбии

Конечный характер ископаемых ядерных энергоносителей , которые доступны только в течение ограниченного времени (в зависимости от энергоносителя, от нескольких десятилетий до столетий), также играет центральную роль в трансформации энергетической системы с точки зрения энергетика . Независимо от других аспектов, таких как изменение климата, в долгосрочной перспективе неизбежно потребуется переход на другие виды энергоснабжения. Помимо использования в качестве источников энергии, ископаемое сырье, прежде всего сырая нефть , также являются очень важными базовыми материалами для использования в нефтехимии и отправной точкой для большого количества продуктов, что также необходимо учитывать при рассмотрении конечных характер этих ресурсов.

Безвозвратное истощение невозобновляемых ресурсов (таких как ископаемое топливо) - проблема, которая еще не решена в экономической теории . Ископаемое топливо основано на солнечной энергии, которая накапливалась в течение миллионов лет. Эти запасы расходуются по мере использования, так что промышленная система ископаемого топлива не может быть постоянной системой, а скорее представляет собой «феномен перехода».

По словам английского экономического историка Эдварда Энтони Ригли , человечество находится в фазе, когда необходимо найти новые решения. Доступ к ископаемым видам топлива принес беспрецедентное процветание трем континентам и быстро меняет еще два. Поскольку это товары народного потребления, они будут исчерпаны. Хотя объем ресурсов угля, нефти и газа является предметом многих исследований и пока остается неясным, маловероятно, что их хватит дольше двух-трех поколений для удовлетворения будущих потребностей в энергии, особенно если это продолжится. повышаться. Таким образом, постоянная зависимость от ископаемого топлива ведет к катастрофе.

Конечность ископаемого топлива также тесно связана с долгосрочной энергетической безопасностью , поскольку ископаемое топливо труднее найти, а его добыча и цены на него растут. Отсутствие энергетической безопасности, а также тенденция к росту цен на ископаемое топливо рассматривается как серьезная угроза политической и экономической стабильности государств. Исторически сложилось так, что государства ОПЕК, в частности, продемонстрировали во время нефтяного кризиса, что энергоресурсы также могут использоваться не по назначению в качестве средства политической власти; В настоящее время Россия, в частности, рассматривается как государство, которое может злоупотребить своей рыночной властью в области ископаемого топлива в геополитических целях. Вот почему ЕС стремится к большей независимости от экспортеров ископаемого топлива и экспортеров урана по экономическим, политическим и геополитическим причинам.

Например, по данным Федерального института геонаук и сырья , чистая зависимость от импорта в Германии в 2013 году составляла почти 100% ядерной энергии, 98% минерального масла , 88% природного газа и 87,0% каменного угля . Затраты на импорт этих энергоносителей составили 99,4 млрд евро, что составляет около 70% от общих затрат на импорт сырья. Россия поставляла 34,8% нефти, 34,1% природного газа и 24,8% импорта угля. В 2015 году возобновляемые источники энергии, на долю которых приходилось 40,9% внутреннего производства первичной энергии, были наиболее важным внутренним источником энергии, за ними следовал бурый уголь с 39,4% и намного опережал природный газ с 6,6%. В целом Германия ежегодно импортирует ископаемое топливо на сумму около 2800 ТВт-ч, на что необходимо потратить около 90 миллиардов евро. В период 2000–2013 гг. Германия потратила 833 млрд евро нетто на импорт энергии; ежегодно страны ЕС импортируют энергоносители на сумму около 350 миллиардов евро.

Проблема ядерной энергии

Разрушенная АЭС Фукусима-дайити

В принципе, согласно нынешнему состоянию науки, только возобновляемые источники энергии или ядерная энергия, включая ядерный синтез, могут удовлетворить потребности человечества в энергии в долгосрочной перспективе. В случае ядерной энергетики, однако, необходимо учитывать, что в настоящее время нет ни ядерных термоядерных электростанций, ни реакторов-размножителей , которые были бы необходимы для долгосрочного безопасного снабжения топливом для ядерных ядерных электростанций. Реакторы-размножители технически очень сложно контролировать; За одним исключением, все ранее построенные реакторы-размножители были остановлены из-за технических аварий. С другой стороны, коммерческие термоядерные электростанции не будут считаться действующими до 2050 года, что было бы слишком поздно для решения текущих проблем (особенно глобального потепления).

Вопрос об окончательном хранении отработавшего делящегося материала и опасности для населения в случае аварий на атомных электростанциях связаны с выработкой ядерной энергии , в то время как возможности использования ядерного синтеза как с технической, так и с экономической точки зрения ( высокие затраты на производство электроэнергии) вызывают сомнения. Отказ от ядерной энергетики также может исключить ее риски. Это включает B. Загрязнение окружающей среды при добыче урановых руд, транспортировке и (окончательном) хранении радиоактивных отходов , а также риск расплавления активной зоны с неконтролируемым выбросом таких радиоактивных материалов. Б. Аварии на реакторах Чернобыля и Фукусимы . Кроме того, ядерная энергия характеризуется рядом больших неопределенностей и нерешенных проблем и опасностей, касающихся здоровья, экологической совместимости, устойчивости, социальной стабильности и международных отношений. Таким образом, состояние исследований заключается в том, что в среднесрочной и долгосрочной перспективе «должны быть найдены новые концепции безопасного и устойчивого энергоснабжения».

Из-за роста мирового спроса на энергию и в то же время повсеместной стагнации ядерной энергетики ее доля в мировом производстве энергии с каждым годом уменьшается. После сильного роста в 1970-х и 1980-х годах, который привел к общей выработке 330 ГВт в 1990 году, мировая выработка ядерной энергии с 1990 года увеличивалась лишь медленно до 376 ГВт в 2010 году, в то время как доля выработки электроэнергии увеличилась с 18%. в 1993 г. до 13,5% в 2009 г. Политические изменения в нескольких штатах после аварии на Фукусиме привели к снижению производства электроэнергии. В 2013 году ядерная энергия предоставила 2,359 ТВтч электроэнергии, что составляет 10,8% мирового спроса на электроэнергию. В 2008 году атомные электростанции по всему миру потребили 2 731 ТВт-ч и, таким образом, покрыли 14% мирового спроса на электроэнергию. Что касается глобального конечного энергопотребления , доля ядерной энергии сравнительно невелика; в 2008 г. - 2,3%. Причинами низкого роста были рост затрат, меры по энергосбережению, ограниченное использование топлива, аварии на Три-Майл-Айленде и в Чернобыле, критика экологического движения, риски, связанные с распространением ядерных материалов и терроризмом , техническими и экономическими риски, связанные с демонтажем старых атомных электростанций и, прежде всего, до сих пор нерешенным окончательным захоронением в течение периода от десятков тысяч до сотен тысяч лет.

Из-за сравнительно низких выбросов углекислого газа сторонники ядерной энергии рекламируют как средство против изменения климата, в то время как противники отвергают ее из-за рисков, упомянутых выше. При 9–70 г CO ₂ / кВт · ч выбросы CO ₂ от атомных электростанций выше, чем от ветряных, солнечных тепловых и гидроэлектростанций, но на том же уровне, что и фотоэлектрические системы, и значительно ниже, чем от всех ископаемых электростанций, включая уголь. -топливные электростанции с отделением и хранением CO ₂ . Согласно гипотетическому предположению, что с целью обезуглероживания энергетической системы все ожидаемые потребности Земли в энергии будут покрыты за счет ядерной энергии к 2030 году, во всем мире необходимо будет построить около 15 800 реакторов мощностью 850 МВт каждый. С другой стороны, если только 5% мировых потребностей в энергии будет обеспечиваться за счет ядерной энергии, количество реакторов придется удвоить по сравнению с 2010 годом.

После аварии на Фукусиме несколько штатов ускорили остановку своих старейших атомных электростанций, в то время как другие пересматривают существующие планы расширения. Из-за большой потребности в капитале, длительных сроков строительства и антиядерных настроений во многих странах маловероятно, что ядерная энергия может внести какой-либо существенный вклад в защиту климата.

концепция

С чисто технической точки зрения, полный глобальный энергетический переход возможен примерно к 2030 году. Однако по практическим, экономическим и политическим причинам необходим более длительный период, и реализация к 2050 году считается возможной. Расширение использования ископаемых и ядерных источников энергии должно быть остановлено к 2030 году, а затем постепенно к 2050 году произойдет переход на систему регенерации энергии. Главный аргумент против этого сценария быстрого перехода к энергетике, который описывается как огромная проблема, - это отсутствие политической воли для реального желания достичь этой цели. Однако чем позже начинается преобразование энергоснабжения, тем оно дороже и тем более необходимо использовать технологии повышенного риска. Воздержание от защиты климата, которое приведет к глобальному потеплению на 4 ° C и более к концу 21 века, в свою очередь, связано с рисками, которые невозможно оценить .

Однако конкретная конструкция энергетического перехода все еще остается спорной. Центральные вопросы здесь включают:

• Какие обычные виды энергии следует использовать, пока не будет достигнута полная регенеративная подача?
• На каких возобновляемых источниках энергии следует сосредоточиться и как отдельные технологии могут дополнять друг друга?
• Каковы требования к хранилищу? (Также в зависимости от выбора выбранных регенеративных методов)
• Должен ли энергетический переход быть децентрализованным или централизованным?
• Какие политические концепции являются решающими для реализации энергетического перехода? Что должно быть в центре внимания: местное, национальное или международное?
• Какие действующие лица могут вызвать и ускорить энергетический переход? Какие актеры заинтересованы в замедлении?
• Какова роль компаний в секторе традиционной энергетики?
• Можно ли осуществить энергетический переход достаточно быстро, чтобы иметь возможность своевременно решать надвигающиеся проблемы традиционной энергетической системы? Как можно ускорить переход к устойчивому энергоснабжению?

Основные элементы

Ключевыми элементами энергетического перехода являются расширение использования возобновляемых источников энергии , повышение энергоэффективности и сокращение ненужного потребления . Таким образом, сегодняшняя экономика, которая в значительной степени основана на сжигании ископаемого топлива, должна быть преобразована. Поэтапный отказ от угля и отказ от сжигания нефти и газа , с целью декарбонизации , следовательно , экономик являются центральными элементами энергетического перехода в дополнении к намного более известному ядерному поэтапному . Хотя распространение возобновляемых источников энергии, особенно гидроэнергетики и энергии ветра, а также солнечной энергии, уже привело к значительному увеличению объема работ, выполняемых во всем мире, именно повышение энергоэффективности и энергосбережение игнорировались аспектами энергетики. переход.

С технологической точки зрения, для реализации энергетического перехода необходимы различные ключевые технологии. Они включают в себя энергетический сектор в частности , ветра и солнечной энергии , в транспортном секторе электрических автомобилях и в секторе отопления экономии энергии , отоплении теплового насоса , дистанционный - и системах централизованного теплоснабжения и большой аккумуляции тепла . Другими важными технологиями являются газификация биомассы и системы для отделения и использования диоксида углерода , для электролиза воды и для производства и хранения электрического топлива .

Возобновляемые источники энергии

Ветряные турбины и фотоэлектрические системы - это регенеративные технологии с наибольшим потенциалом.

Возобновляемые источники энергии - это источники энергии , которые по человеческим меркам практически неисчерпаемы. Кроме того, вторичные источники энергии, такие как электричество, тепло и топливо, получаемые из возобновляемых источников энергии, часто неточно называют возобновляемыми источниками энергии. Энергоносителями являются солнечная энергия, включая ее косвенные формы, такие как: B. энергия ветра, геотермальная энергия , течения и приливная энергия . Важными технологиями для их использования являются фотоэлектрические системы и солнечные коллекторы , ветряные турбины , гидроэлектростанции , а также системы для использования биоэнергии и геотермальной энергии. Наиболее важными поставщиками энергии в системе с большей или полной регенерацией энергии являются энергия ветра и солнца. Другие возобновляемые источники энергии, такие как гидроэнергетика и геотермальная энергия, могут играть доминирующую роль только в некоторых странах с особенно подходящими местными условиями.

Из-за нехватки традиционных источников энергии и экологических проблем, связанных с их выбросами, во всем мире предпринимаются усилия по увеличению доли возобновляемых источников энергии в структуре энергопотребления. Возобновляемые источники энергии имеют значительно более низкие удельные выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов, чем традиционные электростанции . Средний эквивалент углекислого газа для ветряных турбин на киловатт-час составляет 9,4 г CO ₂ , для гидроэлектростанций 11,6 г CO ₂ , для фотоэлектрических систем 29,2 г CO ₂ , для солнечных тепловых электростанций 30,9 г CO ₂ и для геотермальных электростанций 33,6 г CO. ₂ , в то время как электростанции с комбинированным циклом выбрасывают от 350 до 400 г CO _2, а электростанции на каменном угле - от 750 до 1050 г CO ₂ на кВтч. Когда дело доходит до значений выбросов для возобновляемых источников энергии, следует отметить, что это текущие значения, отражающие текущую структуру энергопотребления. Однако по мере продвижения энергетического перехода выбросы будут автоматически уменьшаться, поскольку большая часть выбросов вызвана сжиганием ископаемого топлива во время производства систем.

В 2015 году возобновляемые источники энергии (ВИЭ) покрыли 19,3% мирового спроса на энергию . В электроэнергетике возобновляемые источники энергии обеспечили 24,5% электроэнергии, произведенной во всем мире в 2016 году. Есть цели расширения использования возобновляемых источников энергии по крайней мере в 176 странах по всему миру, и большое количество этих стран также имеет различные меры финансирования для их распространения.

Энергоэффективность

Потери тепла через неизолированную внешнюю стену

Современный светодиод с резьбой Эдисона.

Под энергоэффективностью понимается более рациональное использование энергии. Оптимизированные процессы предназначены для сведения к минимуму «количественных и качественных потерь, возникающих при индивидуальном преобразовании, транспортировке и хранении энергии», «для достижения заданной (энергетической) выгоды с уменьшением использования первичной или конечной энергии». За счет технических усовершенствований более эффективные устройства с таким же сроком службы и одинаковыми режимами использования приводят к экономии энергии по сравнению с менее эффективными устройствами. Повышение эффективности возможно, например, за счет повышения эффективности бытовой техники, (автомобильных) двигателей, улучшения технологии электростанции или лучшей теплоизоляции домов. Даже с освещением лампами эффективности может быть достигнуто за счет использования очень простых экономии энергии. В то время как обычные лампы накаливания имеют эффективность около 2,2% (15 люмен / ватт ), компактные люминесцентные лампы имеют около 70 люмен / ватт. Еще более экономичны светодиодные лампы с яркостью 100 люмен / ватт, которые также не содержат ртути и имеют очень долгий срок службы - от 50 000 до 100 000 часов.

Существует большой потенциал для повышения эффективности, особенно когда речь идет о требованиях к отоплению в строительном секторе. На здания приходится около 40% потребления первичной энергии во всем мире и около трети выбросов углекислого газа. В странах Центральной Европы, таких как Германия, на отопление приходится около 80% общего потребления энергии в частных домах ; На приготовление горячей воды приходится 12%, на электроэнергию - 8% . Предполагается, что увеличение скорости обновления здания может вдвое сократить потребность в отоплении в течение примерно 30 лет. При текущих темпах обновления в Европе 1,4% в год потребление энергии в строительном секторе в период с 2005 по 2050 год сократится примерно на 40%. При увеличении до 2% возможна экономия энергии на 74%. В Германии около 90% существующих зданий плохо изолированы. Особенно большая экономия может быть достигнута в новых зданиях, где стандарты энергосберегающего или пассивного дома позволяют значительно экономить энергию по сравнению с текущим фондом зданий. Пассивным домам в среднем требуется около 5% энергии существующего здания. Лучшие пассивные дома достигают значений потребления от 10 до 15 кВтч на м² в год, в то время как фонд зданий составляет в среднем 220 кВтч на м² в год. Здания с низким энергопотреблением, производящие около 70 кВтч на м² в год, находятся посередине. С другой стороны, дома с дополнительным энергопотреблением вырабатывают больше энергии в год (с точки зрения баланса), чем им нужно, за тот же период времени (например, благодаря очень хорошей изоляции и установке фотоэлектрической системы ). Насколько высока потребность в энергии на квадратный метр эталонной площади в год, указывается в так называемом энергетическом стандарте.

После внедрения мер по повышению энергоэффективности часто возникает так называемый эффект отскока , т.е. более широкое использование технологии, что снижает или даже устраняет эффект энергосбережения от мер по повышению эффективности. В литературе предполагается, что экономия энергии в результате измерения эффективности в среднем на 10% ниже, при этом значения отдельных исследований колеблются от 0 до 30%.

Энергосбережение

Использование местного общественного транспорта приводит к значительной экономии энергии по сравнению с индивидуальным моторизованным транспортом.

В то время как меры по повышению энергоэффективности обычно требуют инвестиций, энергосбережение и предотвращение потребления энергии - это меры, которые достигаются за счет индивидуальных поведенческих изменений и поэтому могут быть реализованы немедленно и в то же время не влекут за собой никаких затрат. Это включает Б. отказ от использования ненужных функций, таких как ожидания функции в бытовом приборе . Экономия энергии, например, B. возможно за счет понижения температуры в помещении, меньшего использования автомобилей, особенно в коротких поездках, энергосберегающего стиля вождения или транспортных средств с меньшим расходом топлива ( трехлитровый автомобиль вместо 15-литрового внедорожника ) или сознательного использования отопления и осветительные приборы.

Также эффективен z. Б. Своевременное и основанное на потребностях отопление, чтобы отапливались только фактически используемые помещения, а также эффективная вентиляция (т.е. периодическая вентиляция вместо постоянной). Кроме того, понизив температуру в помещении на 1 ° C, можно сэкономить около 5% тепловой энергии. Помимо поведенческих мер, экономии энергии можно также добиться за счет организационных мер. Это включает в себя (лучшее) обслуживание устройств и транспортных средств, например B. за счет оптимизации настройки двигателя и давления воздуха в шинах, отказ от конструкций, увеличивающих сопротивление воздуха. B. багажники на крышу , удаление ненужных грузов с транспортных средств для снижения веса и более широкое использование железнодорожного и общественного транспорта вместо автомобильного.

Конкретное поведение при использовании обозначается буквой z. Т. очень большое влияние на энергопотребление товара. В строительном секторе з. B. Энергопотребление двух одинаковых домов в зависимости от поведения их жителей с идентичной конструкцией примерно на 35% от среднего значения. Сознательное поведение может значительно снизить потребление энергии в доме, в то время как контрпродуктивные действия, такие как z. B. неправильная вентиляция может вызвать значительное дополнительное потребление.

Секторное присоединение и электрификация энергосистемы

Сравнение определенных цепочек эффективности современной системы ископаемого топлива и электрифицированной системы возобновляемых источников энергии

Для экологически устойчивой и доступной энергетической системы считается необходимым синергетический эффект более сильной связи секторов , т.е. обширная электрификация сектора отопления и транспорта, поскольку наиболее важные технологии возобновляемой энергии, солнечная и ветровая энергия, в первую очередь обеспечивают электроэнергию, которая также очень много через электрические сети могут быть легко распределены. Сочетание секторов также предлагает большой потенциал для экономии энергии по сравнению с системами, работающими на ископаемом топливе, при этом фактически достигаемые эффекты во многом зависят от правильной конструкции этой электрификации. Системы отопления с тепловым насосом более эффективны, чем системы отопления с электрическим сопротивлением. Помимо экономии энергии, электрификация сектора отопления и транспорта также полезна с экологической точки зрения и с точки зрения здоровья, поскольку системы отопления с тепловыми насосами и электромобили не выделяют выхлопных газов и, следовательно, не выделяют таких загрязняющих веществ, как сажа , мелкая пыль. или оксиды азота в месте использования . Таким образом, особенно при использовании экологически чистой электроэнергии, электромобили могут помочь уменьшить загрязнение окружающей среды и здоровья, вызываемое транспортной системой, и в то же время улучшить качество воздуха .

Более широкое использование комбинированного производства тепла и электроэнергии также создает более прочную сеть между секторами электричества и отопления. С одной стороны, из-за этого расширенного спроса в будущей энергетической системе можно ожидать более высокого потребления электроэнергии, чем сегодня, в то время как потребность в первичной энергии снизится из-за использования регенеративных источников и повышения энергоэффективности при производстве электроэнергии. Якобсон и Делукки отмечают, что в полностью регенеративной энергетической системе путем перехода от двигателей внутреннего сгорания к электродвигателям в транспортном секторе могут быть достигнуты очень явные преимущества в эффективности, в то время как производство водорода из избыточного электричества приведет к дополнительным потерям по сравнению с статус кво. В целом они приходят к выводу, что 30% потребления энергии можно сэкономить в системе рекуперации энергии по сравнению с традиционной системой энергии. Mathiesen et al. определены в трех различных сценариях перехода к энергетике для Дании, каждый из которых примерно вдвое сокращает потребность в первичной энергии по сравнению с исходным сценарием, основанным на ископаемом топливе.

Сектор отопления

Отопление тепловым насосом (рассольный тепловой насос ) в котельной.

В секторе отопления наиболее перспективными вариантами отопления считаются системы централизованного теплоснабжения и отопление с использованием тепловых насосов .

Тепловые насосы

Из всех отдельных технологий, доступных в настоящее время на рынке, отопление с использованием тепловых насосов считается той, которая, возможно, может внести наибольший вклад в глобальное сокращение выбросов парниковых газов. МЭА предполагает, что использование только тепловых насосов может сократить глобальные выбросы парниковых газов на 8% ежегодно, если 30% зданий отапливаются тепловыми насосами вместо систем отопления, работающих на ископаемом топливе . По словам Валентина Крастана , системы отопления с тепловым насосом считаются «безусловно лучшим отоплением» с точки зрения устойчивости . Системы отопления с тепловым насосом предлагают большой потенциал для повышения эффективности в секторе отопления, который они могут полностью использовать только в том случае, если электрическая энергия, необходимая для их работы, будет получена из возобновляемых источников энергии. Еще одним их преимуществом является их значительно более высокий КПД по сравнению с системами, основанными на прямом электрическом нагреве, такими как Так обстоит дело, например, с более простыми, но и более дешевыми электродными котлами .

Благодаря крупномасштабному расширению геотермальных тепловых насосов и параллельной декарбонизации энергоснабжения, около 60% первичной энергии и 90% выбросов парниковых газов в секторе отопления могут быть сэкономлены в ЕС в 2050 году по сравнению с газовым отоплением. В то же время тепловые насосы могут улучшить интеграцию переменных возобновляемых источников энергии в систему энергоснабжения, сохраняя временный избыток электроэнергии в виде тепловой энергии. Для этого можно использовать как резервуар для хранения тепла, встроенный в систему отопления с тепловым насосом, так и само отапливаемое здание. Использование будущих излишков зеленой электроэнергии для работы тепловых насосов (преобразование энергии в тепло ) имеет наибольшее экологическое преимущество из всех концепций преобразования энергии в Х с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов и экономии ископаемого топлива. В то же время сочетание электричества и отопления считается особенно многообещающим, поскольку преобразование энергии и хранение тепла возможны при сравнительно низких затратах.

Следует отметить, что энергоэффективность тепловых насосов зависит от используемой технологии, например: Т. можно четко дифференцировать. Тепловые насосы «воздух-вода», которые удаляют тепловую энергию из температуры окружающей среды, имеют, в частности, при низких температурах наружного воздуха самые низкие коэффициенты производительности и, таким образом, также имеют более низкий годовой коэффициент, чем тепловой насос с источниками тепла. С другой стороны, геотермальные тепловые насосы работают независимо от температуры наружного воздуха и могут достигать годового коэффициента полезного действия от 3 до 5, т. Е. ЧАС. обеспечить от 3 до 5 кВтч тепла с использованием одного кВтч электроэнергии; наивысшее значение, приведенное в литературе, составляет 5,2-5,9. Эффективность геотермальных тепловых насосов также можно повысить, связав их с тепловыми солнечными коллекторами .

С другой стороны, из-за своей неэффективности электрические системы отопления зданий, такие как ночные накопительные нагреватели или радиаторы , в которых электричество преобразуется непосредственно в тепло с помощью нагревательных резисторов, непригодны для передачи энергии . По сравнению с системами отопления зданий, работающими на ископаемом топливе , эти системы отопления имеют значительно более высокое потребление первичной энергии. Происходит от з. B. электрическая энергия, необходимая для работы такого нагревателя от угольной электростанции, тогда потребление первичной энергии в 2,4 раза больше, чем у обычного нагревателя, работающего на ископаемом топливе. При полностью регенеративном производстве электроэнергии, например, на гидроэлектростанциях, потребление первичной энергии такое же, как при использовании ископаемого топлива, но также значительно выше, чем при отоплении тепловым насосом.

Устойчивые системы централизованного теплоснабжения

Система централизованного теплоснабжения четвертого поколения, включая источники тепла, по сравнению с предыдущими поколениями

Комбинация тепловых насосов, систем когенерации и систем хранения тепла обеспечивает большую гибкость в производстве и потреблении и, таким образом, способствует интеграции большого количества переменных возобновляемых источников энергии.

Кроме того, централизованное теплоснабжение рассматривается как важная опора системы возобновляемых источников энергии, особенно в густонаселенных городских районах. Особое внимание здесь уделяется системам централизованного теплоснабжения четвертого поколения , которые специально разработаны с учетом требований системы возобновляемых источников энергии. Источником тепла для этой системы должны служить возобновляемые источники энергии, такие как геотермальная энергия, солнечная тепловая энергия ( например, в форме солнечного централизованного теплоснабжения ) или ранее неиспользованное отработанное тепло промышленных процессов. В дополнение к ТЭЦ (работающим на биомассе), большие тепловые насосы, среди прочего, должны играть важную роль, что приводит к прочной связи с сектором электроэнергетики. Комбинируя теплоэлектроцентрали, тепловые насосы и аккумуляторы тепла , системы централизованного теплоснабжения 4-го поколения также должны обеспечивать большую гибкость для энергетических систем с высокой долей переменных возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнечная энергия, и, таким образом, компенсировать за их колеблющуюся подачу энергии; Например, с помощью тепловых насосов при избытке зеленой электроэнергии или, в качестве альтернативы, систем ТЭЦ, когда зеленая электроэнергия не производится.

Особенно выгодным для интеграции высоких долей возобновляемых источников энергии в то же время очень высокой общей эффективности является комбинация когенерации и других когенерационных установок, рассматриваемых как тепловые электростанции, с тепловыми насосами и накопителями тепла. В такой системе тепловые насосы будут покрывать потребность в тепле в периоды высокого производства электроэнергии за счет энергии ветра и / или солнечной энергии и в то же время использовать любую избыточную электроэнергию, в то время как ТЭЦ могут оставаться выключенными. С другой стороны, при низком производстве электроэнергии из возобновляемых источников энергии ТЭЦ будут поставлять как электроэнергию, так и тепло. Путем интеграции систем аккумулирования тепла в такую ​​систему производство электроэнергии и тепла также может быть отделено друг от друга, так что любые потери тепла от ТЭЦ, которые временно не требуются, будут минимизированы. В системе централизованного теплоснабжения использование тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения также считается одним из наиболее многообещающих способов повышения энергоэффективности сетей централизованного теплоснабжения и достижения целей защиты климата , не в последнюю очередь потому, что тепловые насосы работают с выбросами. -бесплатно при использовании экологически чистой электроэнергии. В то же время большие тепловые насосы позволяют использовать низкотемпературные источники, такие как тепло окружающей среды или промышленное отходящее тепло, в значительной степени для целей отопления. В качестве альтернативы низкотемпературное отработанное тепло можно направлять непосредственно в холодные тепловые сети .

Транспортный сектор

Автобус-аккумулятор типа BYD ebus в Шанхае , Китай

Использование электрических велосипедов является экологически чистой формой мобильности и может заменить автомобили, особенно в поездках на короткие расстояния.

Электрический грузовик e-Force One

Поскольку оборот энергии без реконструкции транспортного сектора не может быть воспроизведен, движение транспорта играет важную роль для успеха энергетического перехода. Таким образом, распространение электромобилей в виде электромобилей , педалей , электрических грузовиков, а также расширение и преобразование местного общественного транспорта z. B. важная функция с аккумуляторными автобусами . Считается, что электроэнергия, хранящаяся в будущей системе регенерации энергии, будет самым эффективным топливом в транспортном секторе . Расширение электромобильности направлено на сокращение потребления масла и, в частности, выбросов углекислого газа, тем самым делая транспорт в целом более экологичным. За счет использования электромобилей по сравнению с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания, которые использовались до сих пор, которые имеют лишь низкий уровень эффективности, потребление энергии транспортной системой может быть значительно снижено, но только если электричество производится с использованием возобновляемых источников энергии. .

Несмотря на более высокое потребление энергии для производства аккумуляторов , при рассмотрении всего жизненного цикла электромобили работают лучше, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания, как с точки зрения расхода топлива, так и с точки зрения выбросов парниковых газов . Только при условии, что электроэнергия от угольных электростанций используется для работы электромобиля и что батареи также производятся на менее технологически продвинутом заводе, баланс парниковых газов у ​​электромобилей был выше, чем у автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. . Однако, если учесть общий ущерб окружающей среде, вызванный выбросами загрязняющих веществ и т. Д., Экологический баланс электромобиля будет более благоприятным, чем у автомобиля, работающего на ископаемом топливе, даже при использовании электроэнергии на угле, даже если все другие виды производства электроэнергии имеют значительно меньшее воздействие на окружающую среду. Используя средний европейский состав электроэнергии 2009 года, аккумуляторные электромобили выбрасывают на 44–56% или на 31–46% меньше CO _2, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания, в зависимости от используемого подхода (упрощенный анализ от скважины до колеса или анализ полного жизненного цикла). .

Однако химическое топливо потребовалось бы значительно дольше в районах, где электрификация труднее осуществить. Это включает B. Воздушное сообщение , тяжелые грузовые перевозки, а также морской транспорт . Помимо использования биомассы, для этого также может быть использовано использование синтетического топлива, такого как метанол , диметиловый эфир или метан , которые ранее производились из возобновляемой электроэнергии с использованием технологий преобразования энергии в жидкость или энергии в газ . Другой возможностью является использование транспортных средств на топливных элементах , которые, однако, имеют худший энергетический баланс по сравнению с электромобилями с батареями с концепциями, которые использовались до сих пор. Энергопотребление транспортных средств на топливных элементах, работающих на водороде с регенеративным электролизом, ниже, чем у транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, но также примерно на 130% выше, чем у электромобилей, что означает, что им требуется в два раза больше энергии. как электромобили.

Более широкое использование электрических поездов вместо отдельных транспортных средств может также повысить эффективность использования энергии в транспортном секторе и в то же время способствовать необходимую электрификации. Вот почему также важны изменения в поведении, такие как покупка более легких и слабых моторизованных автомобилей или ограничение авиаперелетов, внедрение новых, более плавных концепций мобильности и использование электрифицированных местных транспортных средств, таких как. B. Автобусы на аккумуляторных батареях или электрический рельсовый транспорт.

Кроме того, распространение электромобильности дает системные преимущества для производства электроэнергии. Среди прочего, электромобили можно было бы активно интегрировать в систему электроснабжения с помощью интеллектуальных сетей , где они могли бы играть роль в уравновешивании колеблющегося питания от ветряных и фотоэлектрических систем. Предоставляя системные услуги и управляя мощностью , электромобили позволяют более тесно интегрировать эти переменные возобновляемые источники энергии в систему электроснабжения, что может улучшить как баланс парниковых газов в электроэнергетике, так и в транспортном секторе. Однако, интегрируя электромобили в систему электроснабжения, дальнейшие меры (такие как расширение сети или строительство хранилища энергии), по всей вероятности, не станут излишними. С экологической точки зрения использование будущих излишков электроэнергии для работы аккумуляторных электромобилей имеет второй лучший экологический баланс после использования в тепловых насосах и до накопления электроэнергии.

Фазы перехода энергии

Преобразование энергетической системы как часть энергетического поворота - это процесс, который занимает несколько десятилетий и может быть разделен на разные фазы. В научной литературе встречаются различные модели трансформации, каждая из которых решает разные задачи. Пока з. B. Lund et al. представить трехэтапную модель, которая состоит из вводной фазы, крупномасштабной системной интеграции и 100% фазы, подразделяя Henning et al. и Fischedick - интеграция системы в два подэтапа и, таким образом, сводится к четырем различным этапам.

В то время как в начале энергетического перехода основное внимание в первую очередь на повышение информированности, разработку и запуск в необходимых технологий ( возобновляемых источников энергии , энергоэффективности технологий , и т.д.) и снижения их себестоимости, на более поздних этапах акцент все более смещается в сторону интеграции системы в электроэнергетический сектор и вытеснение ископаемого топлива из секторов отопления и транспорта. Отдельные секторы все больше распадаются и вместо этого интегрируются в единую межотраслевую сетевую энергетическую систему.

Также важно сделать производство электроэнергии и спрос на нее более гибкими, при этом первыми мерами станут оптимизация работы традиционных электростанций и расширение электросети. Меры в дальнейшем ходе энергетического перехода включают внедрение управления спросом и создание краткосрочной памяти, развитие систем отопления с электрическими тепловыми насосами и тепловых сетей, работающих на когенерации, и долгосрочное производство синтетического топлива химическим путем. долговременная память. Параллельно с четырьмя фазами необходимо будет повысить энергоэффективность в течение всего периода как с точки зрения использования электроэнергии, так и в секторе отопления.

Этап 1: Развитие возобновляемых источников энергии

На первом этапе энергетического перехода, который заканчивается примерно 25% возобновляемой энергии в структуре электроэнергетики, основное внимание уделяется разработке и запуску на рынок базовых технологий . К ним, в частности, относятся возобновляемые источники энергии, такие как фотоэлектрические и ветряные электростанции , расширение которых на этом этапе практически не повлияет на систему электроснабжения. Кроме того, на этом этапе достигается быстрое снижение затрат за счет массового производства и экономии от масштаба . Этот этап завершен в Германии.

Фаза 2: системная интеграция

Вторая фаза энергетического перехода начинается с доли возобновляемых источников энергии примерно в 25% в структуре электроэнергетики и заканчивается долей около 60%. На этом этапе необходима системная интеграция возобновляемых источников энергии. На этом этапе важное значение приобретают более гибкая работа обычных электростанций, гибкость потребления электроэнергии с помощью интеллектуальных сетей и мер контроля нагрузки, а также более тесная интеграция систем отопления и транспорта с помощью тепловых насосов и электромобилей . Сдвиги нагрузки, необходимые для обеспечения бесперебойного снабжения, варьируются от минут до нескольких часов, поэтому достаточно использовать системы краткосрочного хранения, такие как аккумуляторные аккумуляторные электростанции или гидроаккумулирующие электростанции в сочетании с буферизацией с помощью электромобилей.

Этап 3: синтетическое топливо

Производство синтетического топлива с помощью электролиза воды, которое реализуется здесь, на электростанции Пренцлау в исследовательских целях, необходимо только из 60–70% переменных возобновляемых источников энергии.

Третий этап начинается с примерно 60–70% возобновляемых источников энергии в структуре электроэнергетики, хотя возможно и более позднее начало, если имеется значительный импорт электроэнергии от солнечных тепловых электростанций в Северной Африке. На этом этапе будут увеличиваться излишки в регенеративном производстве электроэнергии, что сделает необходимым использование химического долгосрочного хранения (преобразование энергии в газ ). Возможными носителями являются, например, водород , метан или также метанол , которые можно получить электролизом воды с избыточным зеленым электричеством и, при необходимости, последующим метанированием или метанолизацией. Вместо того, чтобы преобразовывать обратно в электричество с потерей эффективности, они первоначально будут использоваться на транспорте , где они будут напрямую заменять ископаемое топливо. Оба топливных элементах транспортных средств и газовые транспортные средства являются возможными здесь, которые могут работать с искусственным метана, биометане , а также ископаемого природного газа. Фаза завершается тем, что электроэнергетика полностью снабжается зеленой электроэнергией.

Фаза 4: Полное снабжение рекуперативной энергией

На четвертом этапе, наконец, произойдет полное замещение ископаемого топлива (особенно природного газа ) также в секторе отопления и транспорта. Для Германии в настоящее время невозможно предвидеть, произойдет ли это полное замещение исключительно за счет внутренних возобновляемых источников энергии или будет ли также использоваться импорт энергии, например, за счет синтетического топлива, полученного из зеленой электроэнергии. Хотя у Германии есть потенциал для получения энергии полностью за счет внутренних возобновляемых источников энергии, частичный импорт энергии снижает потребности в хранении и повышает энергетическую безопасность .

На этом этапе отдельные компоненты системы регенерации энергии, т.е. ЧАС. отдельные возобновляемые источники энергии, меры по повышению эффективности, хранение и т. д. больше не конкурируют с традиционными видами энергии, а друг с другом. Важно координировать отдельные технологии друг с другом, как качественно, так и количественно , чтобы сделать систему в целом максимально эффективной. Из-за большой доли колеблющихся возобновляемых источников энергии особенно важно поддерживать стабильность системы.

Интеграция регенеративных производителей в энергосистему

Умные электросчетчики - ключевая технология для умных сетей

Производство электроэнергии с помощью ветряных , фотоэлектрических и, в гораздо меньшей степени, гидроэлектростанций определяется погодой и, следовательно, нестабильно и не зависит от спроса. Кроме того, фотоэлектрические системы могут поставлять электроэнергию только в дневное время и подвержены ярко выраженным сезонным колебаниям, в то время как солнечные тепловые электростанции с накоплением тепла могут в принципе также поставлять электроэнергию в ночное время. Производство ветряных турбин также подвержено сильным колебаниям из-за погодных условий, но колебания в течение года значительно ниже, и они могут поставлять электроэнергию как днем, так и ночью. При использовании энергии ветра ожидается гарантированная мощность в диапазоне от 5 до 6% от номинальной мощности.

Для обеспечения надежности энергоснабжения необходимо использовать другие меры, кроме энергетической системы, в которой преобладают электростанции, способные выдерживать базовую нагрузку. Поскольку регулирование нестабильных производителей не имеет смысла и, соответственно, вмешательство в их поведение генерации практически не дает преимуществ, адаптация производства к спросу должна быть уравновешена другими компонентами энергетической системы. Для этого есть несколько вариантов, которые можно использовать по отдельности или вместе. Б.

• Связывание различных производителей в географически удаленных регионах за счет расширения сети
• Комбинация различных регенеративных энергий для сглаживания подачи
• Добавление генераторов переменной мощности к электростанциям с базовой нагрузкой (например, электростанции на биомассе или геотермальные электростанции )
• Внедрение интеллектуальных сетей для адаптации спроса к колебаниям генерации за счет управления нагрузкой
• Расширение накопителей электроэнергии в энергосистеме или непосредственно в точке производства
• Использование аккумуляторов тепла для производства тепла ( электричество в тепло )
• Увеличение мощности регенеративных электростанций в сочетании с производством водорода из временных избыточных производств.
• Хранение электроэнергии в электромобилях
• Планирование производства энергии согласно прогнозу солнечной и ветровой энергии.

В принципе, интеграцию возобновляемых источников энергии можно разделить на две фазы: если доля переменных возобновляемых источников энергии низка, их интеграция в существующую электроэнергетическую систему не является проблемой, поскольку их колеблющаяся мощность может быть изначально компенсирована за счет существующий парк электростанций с базовой нагрузкой . Только при увеличении доли ветровой и солнечной энергии необходимо принимать дополнительные меры, такие как расширение сети или строительство гидроаккумулирующих электростанций . Здесь применяется принцип, согласно которому передача на большие расстояния с использованием HVDC обычно экономически превосходит хранение электроэнергии и поэтому должна быть предпочтительнее, насколько это возможно.

меры

Расширение сети

Изменение сетевой структуры в рамках энергетического перехода (схема - по состоянию на 2019 год)

С расширением электросети строительство хранилищ электроэнергии может быть отложено, а потребность в хранении или потребность в контроле и балансировке энергии может быть значительно снижена.

До распространения возобновляемых источников энергии электросеть была приспособлена для работы относительно небольшого числа крупных тепловых электростанций. Электроэнергия производилась в крупных блоках электростанций, повышенная до 220 кВ или 380 кВ, на высоковольтных линиях, подведенных к центрам потребления, на подстанциях, преобразованных в высоковольтные (110 кВ) и распределенных по регионам. Распределение конечному потребителю, наконец, произошло на среднем и низком уровне напряжения . Т. также напрямую через высоковольтные линии. Электричество перетекало почти исключительно с высоких уровней напряжения на более низкие, где оно использовалось. С расширением использования возобновляемых источников энергии нижние уровни сети, которые изначально были спроектированы как (почти) чистые распределительные сети, все чаще становились питающими сетями. Для того, чтобы эти сети продолжали выдерживать повышенные токи без увеличения напряжения, необходимо усиление местной или региональной сети или установка управляемых трансформаторов .

Необходимость дальнейшего расширения сети возникает, в частности, из-за расширения ветровой энергии. Ветряные электростанции часто создаются в регионах, где изначально не было высокого спроса на электроэнергию, и, соответственно, распределительные сети были слабо рассчитаны, например, в преимущественно сельских прибрежных районах северной Германии, вдали от центров потребления в Рурской области и на юге Германии. . Там сети должны быть соответствующим образом усилены, чтобы они могли поглощать возрастающую подачу ветровой энергии. То же самое относится и к передающим сетям, где, помимо расширения ветровой энергии, европейская торговля электроэнергией , к которой уже стремятся либерализация рынка электроэнергии , создает потребность в расширении. В результате этих двух аспектов сети теперь сталкиваются с нагрузками, на которые они изначально не рассчитывались.

Эффекты регионального балансирования, которые возникают с ветровой энергией и, в меньшей степени, с солнечной энергией, играют важную роль в расширении сети в рамках энергетического перехода. По сравнению с одиночной ветряной турбиной , мощность ветровой электростанции уже более постоянна; Однако основные компенсирующие эффекты возникают только за счет соединения более удаленных регионов в разных странах с разными погодными зонами . Расширяя сеть, можно стабилизировать поступление возобновляемых источников энергии, и, таким образом, требования к хранению и потребность в контроле и балансировании энергии могут быть значительно уменьшены. Таким образом, энергосистема, соединенная по всей Европе, обеспечивает более простую, полную возобновляемую подачу электроэнергии, чем чисто национальный подход, за счет надрегионального балансирующего эффекта и дешевле, чем энергетическая система, в которой интенсивно используются системы накопления энергии с более низким уровнем эффективности. Это означает, что необходимость в более дорогих накопителях энергии с большим количеством потерь энергии может быть отложена, но при очень высоких пропорциях, близких к полному энергоснабжению, это не может быть полностью заменено. Для достижения еще большего эффекта балансировки иногда предлагаются даже глобальные электрические сети, которые должны работать с использованием технологии HVDC . По словам Квашнинга, такая передача электроэнергии приводит к потерям менее 14% на транспортных расстояниях 5000 км и напряжении 800 кВ. Инвестиционные затраты на сами линии электропередачи прогнозируются на уровне от 0,5 до 1 цента / кВтч. Chatzivasileiadis, et al. указывают транспортные потери в размере 3% на 1000 км, что означает, что с сегодняшними технологиями, даже при дальности передачи 6000 км, возникают меньшие потери, чем при хранении на гидроаккумулирующих электростанциях или гидроаккумулирующих установках.

Повышение гибкости энергосистемы

Системы хранения тепла , такие как этот район отопительной система хранения в Потсдаме обеспечивают гибкую работу комбинированных тепловые и электрические станции и комбинированных тепловые и электрические станции , и, в сочетании с тепловыми насосами или мощность к теплу, эффективной интеграции высоких пропорций ветров и солнечная энергия

С увеличением доли переменных генераторов в электроэнергетической системе, гибкость потребления и спроса, а также интеграция сектора отопления и транспорта в электроэнергетическую систему играют важную роль. Гибкость энергетической системы включает большое количество отдельных элементов. ЧАС. Рассмотрение всей энергетической системы предлагает больше и лучших возможностей, чем меры, которые имеют только одностороннюю ориентацию на сектор электроэнергетики . По сравнению с расширением накопительных электростанций, гибкость значительно дешевле и технически более эффективна, поэтому она должна иметь приоритет над строительством складских помещений. К индивидуальным мерам по повышению гибкости относятся, например, B. развитие интеллектуальных энергетических сетей (интеллектуальных сетей), внедрение структур « автомобиль-сеть» для связи электроэнергетического сектора и электромобилей с обеих сторон, а также развитие комбинированных теплоэнергетических систем с преобразованием электроэнергии в тепло. технологии и аккумулирование тепла гибкое и независимое использование выработки электроэнергии и тепла. Управление нагрузкой в форме интеграции со стороны спроса , которая позволяет как обеспечивать мощность управления, так и переключать нагрузки в более благоприятные моменты, также становится все более важным . Практически осуществимый потенциал таких мер оценивается в Германии в бытовом и коммерческом секторе примерно в 8 ГВт, что составляет около 16% от максимального спроса на электроэнергию.

Связывание электроэнергетики с секторами отопления и транспорта дает большие преимущества. Исследование, проведенное для столичного региона Хельсинки, показало, что за счет интеграции секторов электричества и отопления с использованием ветряных турбин, отводящих энергию от тепла, до. 60% годовой потребности региона в электроэнергии и 30% потребности в тепле можно было бы покрыть без увеличения потребности в хранении. Таким образом, системы аккумулирования тепла играют важную роль в повышении гибкости энергосистемы . Накопители тепла могут быть разных размеров, от небольших децентрализованных систем до крупных центральных аккумуляторов, доступны как для краткосрочного, так и для сезонного хранения и, в зависимости от конструкции, могут поглощать и выделять низкотемпературное тепло для обогрева помещений, а также для обогрева помещений. высокотемпературное тепло для промышленного применения; Также можно хранить холод для кондиционирования воздуха или в коммерческих целях. Различие между хранением для физического тепла , скрытого тепло хранения и термохимического хранения тепла . В частности, крупные централизованные системы аккумулирования тепла в сетях централизованного теплоснабжения очень рентабельны и с помощью преобразователей энергии в тепло и (больших) тепловых насосов позволяют как эффективно интегрировать большие объемы энергии ветра, так и изменять режим работы комбинированные теплоэлектростанции, которые могут создать очень энергоэффективную энергетическую систему. Кроме того, такие тепловые аккумуляторы являются современными и имеют большой потенциал для управления нагрузкой , и в то же время они имеют гораздо более низкие затраты, чем другие (электрические) системы аккумулирования.

Подземные аккумуляторы тепла в скале также можно использовать для отопления жилых помещений. Камень изначально нагревается за счет источников тепла (например, солнечной тепловой энергии летом или избыточного электричества из возобновляемых источников энергии). Во время отопительного сезона накопленное тепло можно снова использовать напрямую или с помощью тепловых насосов. Таким же образом можно хранить и холод. Такая система используется, например, Б. в сообществе "Дрейк-Лендинг" в Канаде .

Использование накопительных электростанций

Гидроаккумулирующие электростанции, такие как здесь, в Лангенпрозельтене, являются одними из самых эффективных технологий хранения, но они могут поставлять электроэнергию только в течение нескольких часов за цикл зарядки.

В общественных дебатах часто высказывается мнение, что системы хранения электроэнергии необходимы даже при небольшой доле возобновляемых источников энергии; мнение, которое неверно. Фактически, в научной литературе предполагается, что из-за годовой доли ветровой и солнечной энергии примерно от 40 до 50% в структуре электроэнергетики необходима более сильная взаимосвязь между секторами и использование накопителей энергии.

Менее 40% возобновляемых источников энергии, балансировка за счет тепловых электростанций и небольшое сокращение пиков генерации за счет возобновляемых источников энергии (около 260 ГВтч в год или 1 промилле от прогнозируемой зеленой выработки электроэнергии с долей 40%) представляют собой экономически более эффективный способ компенсации Причина этого заключается в том, что в этом случае хранилища будут в основном использоваться для улучшения использования электростанций, работающих на буром угле, работающих при базовой нагрузке, за счет менее энергоемких электростанций, что увеличивает выбросы парниковых газов вместо снижения их по назначению. В то же время затраты на строительство новых хранилищ значительно превышают выгоды от более равномерной работы электростанции. Также следует учитывать, что расширение электросети более экономически целесообразно, чем расширение складских помещений; однако системы хранения часто находят большую поддержку среди населения, чем новые сети.

При наличии гибкого парка электростанций и благоприятного сочетания ветряных и фотоэлектрических систем (дневные) системы хранения требуются в Германии только тогда, когда доля этих двух источников энергии достигает около 50%. Сезонное долгосрочное хранение на основе технологии преобразования энергии в газ потребуется примерно от 80%. Также важно, что использование энергии в газ имеет смысл только с точки зрения энергии и сокращает выбросы, если используется зеленая электроэнергия. Если же, с другой стороны, используется электричество из ископаемого топлива, хранение имеет контрпродуктивный эффект, и выбросы возрастают. Например, если используется электричество от электростанции на буром угле , которая выделяет 1161 г CO _2-экв. / кВтч, при 60% эффективности каждого процесса хранения и реконверсии на электростанции с комбинированным циклом, общие выбросы составят 3225 г CO _{2 -экв.} / кВтч; примерно в восемь раз больше, чем вырабатывается электростанцией, работающей на ископаемом природном газе.

И гидроаккумулирующие электростанции , аккумуляторные электростанции и электростанции для хранения сжатого воздуха могут использоваться в качестве дневных или краткосрочных аккумуляторов , а также в качестве децентрализованных солнечных батарей . По состоянию на 2015 год гидроаккумулирующие электростанции составляли 99% установленной мощности гидроаккумулирующих электростанций в мире, но их потенциал расширения ограничен по географическим причинам. Поэтому все больше технологий хранения, а также различные технологии Power-to-X, которые нацелены на использование электроэнергии вне электроэнергетического сектора для отопления или транспорта , все чаще становятся предметом исследований. Несмотря на то, что насосное хранилище представляет собой технологию, которая проверялась десятилетиями, в мире по-прежнему относительно мало аккумуляторов и всего две электростанции для хранения сжатого воздуха. Основные технологические достижения, основанные на исследованиях, были достигнуты в технологии аккумуляторов, в частности, как для стационарных (накопление энергии), так и для мобильных приложений ( электромобильность ). Если до сих пор в обоих приложениях преимущественно использовались литиевые аккумуляторы , то для стационарных приложений наблюдается тенденция к более экономичным технологиям хранения, которые некритичны с точки зрения требований к ресурсам , например B. натриево-ионные аккумуляторы , органические окислительно-восстановительные батареи или аккумуляторы с ионами алюминия , z. Некоторые также обещают значительно большее количество циклов хранения.

В качестве долгосрочного или сезонного хранения, за исключением нескольких сезонных гидроэлектростанций в выгодных местах, v. а. Предусмотрен химический накопитель энергии, например, в форме водорода , метана или диметиловых эфиров , для которых пока существует только ряд прототипов и испытательных систем. Технология, необходимая для этого, в принципе известна давно. Например, датский пионер ветроэнергетики Поул ла Кур еще в 1895 году начал эксплуатировать ветряную электростанцию ​​с присоединенным электролизером, которая снабжала кислородным водородом газовое освещение школы в Аскове. Однако крупномасштабное производство водорода, необходимого для перехода к энергии и адаптированного к изменяющимся источникам электроэнергии, посредством электролиза воды с использованием энергии ветра или солнца и, при необходимости, последующего метанирования водорода в настоящее время все еще находится на стадии разработки. начало его испытаний, так что этот процесс еще предстоит довести до серийного производства. Прежде всего, важно повысить эффективность и снизить затраты, чтобы затем можно было использовать эту технологию с долей зеленой электроэнергии около 70%. С другой стороны, функциональность преобразователя энергии в газ уже продемонстрирована на нескольких существующих прототипах. Негативным аспектом традиционных систем преобразования энергии в газ является низкий уровень эффективности по сравнению с другими технологиями хранения. Поскольку электричество в энергетической цепочке - водород / метан - электричество связано с довольно высокими потерями энергии, что, в свою очередь, приводит к повышенному спросу на ветроэнергетические и фотоэлектрические системы, энергетическая система будущего должна быть спроектирована таким образом, чтобы существовала только энергия ветра. низкие требования к долгосрочному хранению. Тем не менее, результаты исследований показывают , что в будущем, за счет использования обратимо управляемых топливных элементов твердооксидных и оптимизированной концепции тепла отходов, электричества к электричеству КПД немногим более 70% возможны даже при включении питания к газу.

Как работает система регенерации энергии

В то время как в традиционной энергетической системе производство энергии в зависимости от спроса на энергию будет продолжать регулироваться, и, таким образом, может быть достигнут баланс между производством и потреблением, это также будет происходить в системе возобновляемых источников энергии за счет изменчивости основных производителей энергии ветра и солнечной энергии. попеременно оба покрытия, чем дефицит спроса на электроэнергию. Соответственно, полное рекуперативное снабжение требует другого подхода, чтобы гарантировать постоянную надежность снабжения. В научной литературе имеется большое количество публикаций , посвященных уравновешиванию колебаний. В 2014 году Палцер и Хеннинг опубликовали документ, в котором смоделировали условия полного регенеративного энергоснабжения в немецком секторе электричества и отопления в 2015 году с использованием почасовых временных рядов . Целью было, среди прочего. для изучения и лучшего понимания взаимодействия между отдельными компонентами системы, такими как производители, потребители и складские помещения, в течение года. В зависимости от сезона существуют разные оптимальные стратегии действий.

Электростанциями с комбинированным циклом легко управлять, и они могут работать не только на природном газе, но и на синтетическом метане из систем преобразования энергии в газ . В полностью регенеративной энергетической системе такие электростанции вместе с ТЭЦ должны гарантировать надежность энергоснабжения в течение более длительных фаз низкого производства зеленой электроэнергии, которые не могут быть объединены с помощью краткосрочного хранения .

В зимний период , есть избыток электроэнергии в периоды высокой энергии ветра Льготные. Нагревательная энергия в основном обеспечивается электрическим тепловым насосом . Из соображений эффективности возникающие излишки электроэнергии первоначально хранятся в гидроаккумулирующих и аккумуляторных электростанциях, которые обладают высокой степенью эффективности. Когда они полностью заряжены, избыточная продукция подается в системы преобразования энергии в газ, которые производят синтетическое топливо посредством электролиза. Дальнейшие излишки направляются в местные и районные тепловые сети с использованием электроэнергии в тепло . В периоды низкого производства зеленой электроэнергии, когда производство не может удовлетворить спрос на электроэнергию в одиночку, краткосрочные накопители (гидроаккумуляторы и батареи) сначала разряжаются. Если их мощность недостаточна , также используются электростанции комбинированного цикла и теплоэлектростанции , работающие на ранее произведенном ветровом или солнечном газе. Когда поступление от возобновляемых источников энергии снова увеличивается, блоки краткосрочного хранения сначала заряжаются снова.

В весной , в течение дня, производство электроэнергии за счет высоких фотоэлектрической подача в обычно превышает спрос, так что не хранятся электрическая энергия не требуется в течение этого времени. В то же время потребность в отоплении в дневное время невысока, так что, в отличие от зимы, электрические тепловые насосы не нужно использовать или их нужно использовать очень мало. Как и зимой, избыток продукции, происходящий в течение дня, сначала хранится в системах краткосрочного хранения, затем в системах преобразования энергии в газ и в системах хранения тепла . В ночное время электростанции с комбинированным циклом и ТЭЦ, работающие в основном на ВИЭ, используются для покрытия потребности в электроэнергии; блоки краткосрочного хранения также разряжены, в то время как блоки хранения тепла покрывают более высокую потребность в тепле в ночное время.

В летнее время есть иногда очень сильные излишки электроэнергии в течение дня, которые используются для зарядки кратко- и долгосрочного хранения. Кроме того, они поступают в долгосрочное хранилище тепла, которое используется для покрытия потребности в тепле зимой. Если они также будут заряжены через некоторое время ближе к осени, возобновляемые генераторы могут быть отключены в периоды высокого производства электроэнергии; Хеннинг и Палцер предполагают, что таким образом нельзя использовать около 5,3 ТВт-ч или 1% производства зеленой электроэнергии. При этом не принимаются во внимание возможные узкие места в емкости внутренней немецкой дистрибуции, которые, по мнению авторов, предположительно могут привести к увеличению этого значения.

Децентрализованный или централизованный энергетический переход?

В принципе, основная цель энергетического перехода, реализация устойчивого энергоснабжения без зависимости от ископаемого и ядерного топлива, может быть достигнута как децентрализованно, так и централизованно. Четкое разделение на централизованные модели и децентрализованные энергетические структуры также невозможно, потому что границы между системами подвижны. Исторически сложилось так, что энергетический переход начался в Дании, а также в Германии в 1970-х и 1980-х годах как явно децентрализованная концепция, которая была намеренно дифференцирована от традиционной энергетической отрасли, которая воспринималась как причина экологических проблем и имела почти исключительно централизованный характер . С другой стороны, операторы небольших и децентрализованных систем, особенно регенеративных систем, до 1990-х годов испытывали сильное сопротивление в Германии со стороны авторитетных поставщиков энергии , которые в то время все еще действовали как региональные монополисты , и (экономической) политики.

В результате с расширением регенеративных систем, которое в основном осуществлялось частными лицами, общинными энергетическими кооперативами и т. Д., Произошли серьезные изменения на рынке электроэнергии и его децентрализация, особенно с учетом того, что четыре крупные немецкие энергоснабжающие компании имели только инвестировали небольшие суммы в возобновляемые источники энергии. В 2010 году их доля в установленной регенеративной мощности составила всего 6,5%. С развитием технологий и более крупными проектами, особенно в ветроэнергетике, которые также требуют более высоких инвестиционных сумм, с тех пор произошло большее смешение децентрализованных и централизованных структур. Сегодня большинство концепций основано на использовании как децентрализованных, так и централизованных структур, при этом преимущества обеих форм производства энергии (такие как низкие затраты, низкие требования к хранению и активное участие общественности ) должны быть объединены в максимально возможной степени. Тем не менее, все еще остается спорным вопрос, в какой степени будущая энергетическая система должна быть централизованной или децентрализованной и насколько сильно оптимальная энергетическая система должна быть объединена в сеть. Например, полная децентрализация, включая региональную энергетическую самообеспеченность, нереалистична из-за высоких требований к хранению, связанных с такими соображениями; С другой стороны, чисто экономически и технически оптимизированные сценарии недооценивают социальные компоненты энергетического перехода и риск зависимости от траектории , в частности, из-за сильного влияния поставщиков энергии, защищающих свое текущее положение на рынке в этих сценариях.

Катализ Исследователи Роберт Schlögl считает , что энергетическая революция не удалась, если часто просто замена ископаемых электростанций будет понятная возобновляемыми источниками энергии, энергетическая революцией и проводится в помещении исключительной самодостаточности возобновляемых источников энергии и полученных решениях. Стремление к энергетической самодостаточности было бы «бессмысленным», было бы «просто невозможно с точки зрения габаритов». В транспортном секторе у электромобилей более высокий общий уровень эффективности (см. Также «расстояние между колесами» ), но батареи по-прежнему имеют очень небольшую емкость по сравнению с их весом, имеют очень ограниченный срок службы и дороги. По этой причине Schlögl предлагает производство синтетического топлива в более солнечных странах и его импорт на основе концепции DESERTEC .

Децентрализованные компоненты концепции

Пример децентрализованного использования возобновляемых источников энергии: сельскохозяйственный бизнес с биогазовой установкой и фотоэлектрической крышей.

В целом, возобновляемые источники энергии, в отличие от ископаемого топлива, доступного в определенных точках горнодобывающих районов и в пунктах добычи, распределены по всей стране и, таким образом, могут использоваться децентрализованно почти повсюду. В частности, в случае установок, работающих на биомассе, децентрализованные системы сжигания, такие как отопительные установки и комбинированные теплоэлектростанции, приводят к экологическим преимуществам по сравнению с централизованным использованием, поскольку таким образом топливо, такое как древесина и солома , не нужно транспортировать на большие расстояния. В таких системах возможно лучшее использование топлива за счет комбинированного производства тепла и электроэнергии, чем на крупных электростанциях, которые часто расположены за пределами центров потребления, которые часто не потребляют централизованное теплоснабжение или потребляют лишь небольшое количество тепла . Децентрализованное фотоэлектрическое питание, в свою очередь, позволяет освободить передающие и распределительные сети от колеблющегося спроса, в результате чего большие установленные фотоэлектрические мощности в областях с сетями только слабых размеров могут иметь противоположный эффект.

В то время как переменная подача ветра и солнца должна быть сбалансирована для обеспечения надежности энергоснабжения, неизбежно децентрализованная выработка электроэнергии из-за расширения возобновляемых источников энергии оказывает положительное влияние на стабильность сети, что может повысить надежность энергоснабжения. Причина этого в том, что децентрализованные структуры менее подвержены крупномасштабным сбоям, чем структуры, в которых преобладают крупные электростанции. Однако, поскольку некоторые производители возобновляемой энергии питаются в энергосистеме с колебаниями, для поддержания стабильного напряжения в энергосистеме могут потребоваться такие меры, как мониторинг воздушных линий и внедрение интеллектуальной сети . Кроме того, виртуальные электростанции, в которых различные производители возобновляемой энергии и, где это уместно, клиенты интеллектуально связаны, вносят свой вклад в безопасность энергоснабжения. Кроме того, возобновляемые источники энергии, особенно фотоэлектрические, могут вмешаться, когда традиционные электростанции должны быть сокращены или полностью остановлены летом из-за чрезмерного потепления реки из-за выпускаемой охлаждающей воды, эффект, который известен давно и который будет происходить все чаще и чаще по мере усиления глобального потепления .

В дополнение к этим экологическим и техническим аспектам также приводятся политические и экономические причины для расширения децентрализованных энергетических структур. Например, Юрген Карл видит основные причины растущего расширения децентрализованных энергетических структур в низкой готовности инвестировать в строительство крупномасштабных электростанций, работающих на ископаемом топливе, в результате либерализации рынка электроэнергии , необходимой электрификации в развивающиеся страны также за пределами быстро развивающихся центров, а также низкий уровень признания крупномасштабных электростанций в промышленно развитых странах. Более того, децентрализованные концепции в основном пропагандируются представителями левого политического спектра как неотъемлемая часть более всеобъемлющей социальной трансформации в направлении более равноправного и более демократического общества . Представители этой тенденции особо подчеркивают социальный аспект устойчивости и видят в самообеспеченности энергией и снабжении посредством множества небольших местных кооперативов возможность сделать большие инфраструктуры и, следовательно, энергетические компании излишними. По большей части сторонники быстрого энергетического перехода стремятся к более децентрализованному подходу.

Сторонники децентрализованного подхода подчеркивают, что благодаря моделям участия, таким как общественные ветряные парки , общественные солнечные парки и общинные энергетические кооперативы, многие граждане могут напрямую участвовать в производстве энергии, в то время как фотоэлектрические системы могут быть построены даже отдельными лицами. И последнее, но не менее важное: децентрализованное строительство возобновляемых источников энергии обеспечивает добавленную стоимость в регионе и укрепляет сельские районы, чтобы минимизировать отток капитала из региона. Учитывая это оправдание, возобновляемые источники энергии играют все более важную роль в муниципальной энергетической политике и часто продвигаются местной политикой.

Центральные компоненты концепции

DESERTEC : Схема возможной инфраструктуры для устойчивого энергоснабжения в Европе, на Ближнем Востоке и в Северной Африке

Электростанция с параболическим желобом для выработки электроэнергии в Крамер-Джанкшен, Калифорния

Другая тенденция, с другой стороны, рассматривает энергетический переход как чисто технологический проект, который следует разрабатывать как можно более эффективно , используя максимальную экономию от масштаба и высокоцентрализованные структуры. Представители этой тенденции выступают за концентрацию ветряных электростанций у побережья и строительство оффшорных ветряных электростанций , сильное расширение сети электроснабжения, включая высокопроизводительные трансконтинентальные линии, и импорт электроэнергии из Северной Африки.

В то же время подчеркивается, что интеграция различных производственных помещений в крупномасштабную сеть дает преимущества по сравнению с чисто децентрализованной системой, поскольку колебания в производстве ветровой и солнечной энергии могут быть уменьшены путем обмена электроэнергией между более удаленными регионами. и, таким образом, потребность в хранении может быть уменьшена. В то время как трехфазные линии электропередачи будут использоваться преимущественно в национальном контексте, линии электропередачи, основанные на технологии передачи постоянного тока высокого напряжения , планируется соединить более удаленные районы и должны быть подключены к так называемым суперсетям . В отличие от линий переменного тока, HVDC могут быть спроектированы как воздушные линии, как подземные силовые кабели или как подводные кабели и обеспечивают транспортировку на расстояние в несколько 1000 км из-за очень низких потерь при передаче; Возможны даже глобальные сети.

Поскольку изменчивость возобновляемых источников энергии уменьшается с увеличением расстояния, такие суперсети считаются очень важными для дешевой интеграции возобновляемых источников энергии в сеть. Некоторые суперсети по всему миру были предложены или уже находятся в стадии планирования. Это включает в себя соединение Европы с Африкой, создание оффшорной суперсети в Северном море и объединение в сеть Австралии и Тасмании.

Кроме того, существуют различные проекты и концепции, которые рассматривают возможность массового расширения производства электроэнергии с помощью контролируемых солнечных тепловых электростанций в южной Европе, Северной Африке и на Ближнем Востоке и экспорта излишков, которые не нужны этим регионам для самообеспечения. В то же время будут созданы рабочие места в странах-экспортерах, а зависимость от ископаемого топлива в Европе может снизиться. Особые характеристики солнечных тепловых электростанций, которые оснащены недорогими системами аккумулирования тепла и могут продолжать вырабатывать электроэнергию в ночное время, также уменьшили бы потребность в хранении энергии в Европе. Также существует возможность гибридизации, т.е. ЧАС. производство тепла с помощью природного газа или, в будущем, синтетического топлива , водорода или биогаза , что означает, что солнечные тепловые электростанции, а также традиционные электростанции полностью способны выдерживать базовую нагрузку . Самый известный представитель этого проекта - проект Desertec , реализация которого сейчас под вопросом.

Экономическое рассмотрение

Экономические прогнозы энергетического перехода чреваты большой неопределенностью, поскольку энергетический переход - это процесс, который длится несколько десятилетий, и в то же время в прогнозе необходимо учитывать ряд технологических, экономических и социальных переменных, развитие которых может только частично оценивается. К ним относятся, например, изменение затрат на производство электроэнергии традиционными и возобновляемыми производителями, динамика цен на энергетическое сырье и, возможно, права на загрязнение , изменения в демографии и потреблении энергии или выбранная будущая энергетическая инфраструктура (более централизованная или более децентрализованная? ). Дополнительные факторы затрат по сравнению с традиционным энергоснабжением возникают в результате реструктуризации энергетической инфраструктуры, такой как расширение сети и интеграция накопителей энергии, что необходимо в рамках перехода к энергоснабжению, при одновременном предотвращении выбросов парниковых газов, что последствия изменения климата и ущерб, причиненный здоровью в результате загрязнения , вызванного сжиганием ископаемого топлива приведет к экономии экономических затрат. В зависимости от веса различных факторов z. Иногда разные результаты, которые иногда вызывают споры в публичных дебатах в Германии.

Экономическое рассмотрение

Производство энергии связано как с внутренними (т. Е. Коммерческими ), так и внешними экономическими затратами. В то время как внутренние затраты в основном состоят из строительства, эксплуатации и демонтажа электростанций, а также закупки топлива, которые в основном зависят от рыночных механизмов, внешние затраты проявляются в первую очередь в форме загрязнения окружающей среды , ущерба здоровью и климату , которые не вызвано ответственными, но общественностью носить. Поэтому трудно определить фактические полные затраты на производство энергии; В некоторых случаях социальные и экологические издержки традиционного производства энергии даже превышают цены для конечных потребителей электроэнергии.

Для США доступен ряд исследований внешних затрат. Шинделл, например, оценивает экологический ущерб от производства электроэнергии в США в 330–970 миллиардов долларов США в год, большую часть из которых можно отнести к сжиганию ископаемого топлива. Махол и Ризк пришли к выводу, что ущерб здоровью, причиненный только сжиганием ископаемого топлива, наносит общий экономический ущерб от 362 до 887 миллиардов долларов США в год. Это приведет к дополнительным расходам на медицинское обслуживание в размере от 14 до 35 центов США / кВтч, что значительно превысит цены на электроэнергию для местных конечных потребителей. Jacobson et al. с другой стороны, были изучены внешние затраты всего энергетического сектора (электричество, тепло и транспорт) и количественно определены внешние затраты, сэкономленные в случае полного энергетического перехода к 2050 году. В соответствии с этим, переход в США на 100% % поставок возобновляемой энергии в 2050 году составит около 600 миллиардов долларов США на здравоохранении и примерно 3,3 триллиона долларов на ущерб климату.

Если произвести расчет полной стоимости, который также включает внешние затраты на соответствующие технологии, многие возобновляемые источники энергии уже дешевле, чем электричество, произведенное традиционным способом. Хотя они также связаны с внешними затратами, они значительно ниже, чем при использовании ископаемого топлива. Однако, поскольку внешние затраты на производство традиционной энергии еще не включены в цены на ископаемое топливо, на практике наблюдается сбой рынка в пользу традиционной энергетики. Таким образом, в нынешних экономических условиях рыночный принцип ведет к неоптимальному использованию энергетических ресурсов: ископаемое топливо кажется дешевле, чем оно экономически, из-за внешних затрат, которые не принимаются во внимание. Однако, если рынок должен найти экономически наиболее эффективный способ производства , как это и является целью либерализации , то крайне важно избегать всех факторов, искажающих конкуренцию, и чтобы затраты были истинными за счет интернализации всех внешних факторов. Если этого не произойдет, преимущества либерализованного рынка в области эффективности могут быть сведены на нет из-за негативного воздействия на окружающую среду. Способы получения этих истинных затрат с точки зрения глобального потепления - это налоги-стимулы. B. налог на CO ₂ или торговля выбросами .

Пока (апрель 2014 г.) эти внешние эффекты были интернализованы лишь в небольшой степени; полная интернализация не предвидится. Итак, з. Например, в годовом отчете о потреблении энергии в Германии за 2013 год, подготовленном AG Energiebilanzen, был сделан вывод о том, что «стимулы, предусмотренные торговлей квотами на выбросы для снижения выбросов при таких ценах на сертификаты [примерно 5 евро / тонна], не должны применяться. быть ожидаемым". Отсутствие интернализации внешних затрат рассматривается как решающий камень преткновения для прогресса энергетического перехода.

Кроме того, затраты на производство электроэнергии сильно искажаются субсидиями на отдельные технологии, при этом традиционные источники энергии получают субсидии, которые в несколько раз превышают субсидии на возобновляемые источники энергии, которые в результате теряют свою конкурентоспособность. В 2011 году ископаемые источники энергии были субсидированы во всем мире на сумму 523 миллиарда долларов США, в то время как возобновляемые источники энергии были субсидированы на сумму около 100 миллиардов долларов. По словам Цзян и Линь, с учетом внешних затрат субсидии на ископаемое топливо в этом году составили примерно 1,9 триллиона долларов США. Международный валютный фонд , с другой стороны, дает более высокие цифры. В соответствии с этим субсидии, включая экономические издержки от ущерба окружающей среде и здоровью, составили 4,2 триллиона долларов США в 2011 году и 4,9 триллиона долларов США в 2013 году. На 2015 год субсидии оцениваются в 5,3 триллиона долларов США, что соответствует 6,5 процента мирового валового национального продукта и, таким образом, превышает глобальные расходы в секторе здравоохранения. В то же время эти субсидии на нефть, уголь и газ будут удерживать цены на энергию на искусственно низком уровне, замедлять распространение возобновляемых источников энергии и увеличивать вредные для климата выбросы на 17%. Исходя из этих цифр, производство одной тонны углекислого газа в энергетическом секторе было субсидировано более чем на 150 долларов США в 2013 году.

Деловые соображения

Если игнорировать внешние затраты на производство традиционной и альтернативной энергии и учитывать только экономические затраты, то большинство возобновляемых источников энергии в настоящее время (2018 г.) в Германии имеют примерно такие же затраты на производство электроэнергии, как и традиционные источники энергии. Выставку затрат на производство электроэнергии по отдельным технологиям можно найти в таблице справа.

В частности, в случае фотогальваники и наземной ветровой энергии можно наблюдать постоянное снижение нормированных затрат на электроэнергию. Это было вызвано сильным расширением производства и, как следствие, эффектом масштаба , сильной конкуренцией и техническим развитием (« кривая обучения »), например Б. за счет повышения эффективности. Ожидается, что стоимость электричества будет падать дальше, в то время как обратный эффект наблюдается при использовании обычных энергий.

Однако для сравнения систем ископаемой и регенеративной энергии необходимо также учитывать затраты на более сильное расширение сети и накопление электроэнергии, которые также возникают в системе регенерации энергии. Предполагая, что электроэнергия для обмена региональными колебаниями в основном распределяется через межгосударственную интеллектуальную суперсеть , Якобсон и Делукки приходят к выводу, что эти дополнительные затраты, вероятно, не превысят 2 цента США / кВтч. Учитывая, что стоимость ископаемого топлива будет продолжать расти в долгосрочной перспективе, поэтому предполагается, что в долгосрочной перспективе затраты на энергию в системе регенерации энергии будут на том же уровне, что и в системе ископаемой ядерной энергии или будет дешевле, чем в этом.

С самого начала производства электроэнергии гидроэнергетика была неотъемлемой частью структуры электроэнергетики из-за ее низких производственных затрат; Вот уже несколько лет ветряные турбины в хороших береговых точках также могут конкурировать с обычными электростанциями без субсидий . Ожидается, что в будущем будет существовать конкуренция с угольными электростанциями даже в более бедных регионах, и что энергия ветра превратится в самую дешевую форму производства электроэнергии. Кроме того, все больше и больше старых ветряных турбин достигают возраста, когда они списываются или больше не подлежат государственным субсидиям, и по этой причине могут производить электроэнергию более дешево. Однако такая комбинация возможна только в том случае, если срок службы ветряной турбины превышает срок финансирования.

Нормированные затраты на электроэнергию также резко упали во всем мире, особенно для ветряных турбин и фотоэлектрических систем; тенденция, которая, по мнению Уолвина и Брента, должна сохраниться как минимум до 2030 года. В лучших местах затраты на производство электроэнергии ветряными турбинами сейчас составляют около 40-50 долларов США / МВтч (34-42,5 евро / МВтч), хотя они также сильно зависят от качества места и условий финансирования. В США береговые ветряные электростанции уже являются вторыми по цене электростанциями после газовых электростанций с комбинированным циклом. То же самое относится и к фотоэлектрическим элементам, где цены на модули упали на 60% в период с января 2011 года по декабрь 2012 года и на которые ожидается дальнейшее снижение цен. В целом, цены на модули упали на 6-7 долларов за ватт в 2000 году до 0,5-0,6 долларов за ватт в 2013 году. В фотовольтаике сейчас в отрасли заговорил закон Свансона, после которого цена солнечных модулей с удвоением модулей. поставлено падает на 20%.

Фотоэлектрические системы, солнечные коллекторы и, в некоторых случаях, ветряные турбины и биогазовые системы могут быть установлены как небольшие электростанции непосредственно у конечного пользователя. Из-за потери транспортных расходов и налогов из-за собственного потребления такие электростанции не должны конкурировать или только частично конкурировать с оптовыми ценами; вместо этого рентабельность определяется ценами конечных потребителей на электроэнергию и, возможно, тепло. Например, во многих странах паритет энергосистемы для частных домохозяйств, муниципалитетов и большинства коммерческих предприятий был достигнут в фотоэлектрических системах несколько лет назад , даже если затраты на производство электроэнергии все еще выше, чем у обычных электростанций. В Германии сетевой паритет для фотоэлектрической электроэнергии был достигнут в 2012 году. Предполагается, что падение цен на солнечную энергию приведет к серьезным изменениям в электроэнергетическом секторе в будущем.

Во многих странах мира островные фотоэлектрические системы с аккумуляторными батареями также являются самой дешевой формой электроснабжения отдельных зданий или поселений в сельской местности . С экономической, а также с экологической точки зрения такие системы лучше, чем альтернативные дизель-генераторы или электрификация через подключение к электросети.

Потребность в площади

Горное извлечение горных работ

Аэрофотоснимок ветряной электростанции в Северной Германии. Временные потребности в пространстве на период строительства для крана и его компонентов четко видны, в то время как с (меньшими) существующими системами только очень небольшая площадь не может использоваться постоянно.

В фотоэлектрических системах открытого пространства вторичное использование, такое как B. Возможен обширный выпас , например, овец .

Креативный монтаж фотоэлектрической системы : интеграция в обшивку балкона

Замена ископаемых и ядерных технологий производства энергии возобновляемыми источниками энергии ведет к всеобъемлющим изменениям в землепользовании. Для добычи ископаемого топлива, в частности лигнита, требуется большая территория, но во многих частях мира каменный уголь также добывается открытым способом или горными выработками, которые часто практикуются в США . Только за счет горных работ на вершине горы была полностью реконструирована территория площадью 1,4 миллиона акров (около 5700 км²), и около 2000 миль (около 3200 км) проточной воды были погребены под покровом. Эти серьезные посягательства на окружающую среду и природу, которые происходят при добыче угля, можно обратить лишь частично. Пейзаж также постоянно и массово меняется. Часто людей также приходится переселять. В Германии з. Например, только на карьерах бурого угля перемещается и используется около 2 300 км² поверхности.

Энергия ветра и солнца

По сравнению с этим вмешательство ветряных и солнечных систем , которые будут нести основную нагрузку в системе рекуперации энергии, значительно меньше. Однако, в отличие от традиционного использования энергии, это не происходит выборочно или на региональном уровне, но становится видимым для гораздо более широких слоев населения на месте из-за децентрализованного характера регенеративной энергии.

Например, площадь, используемая ветряными турбинами в Германии в 2011 году, составляла около 100 км², что составляет лишь небольшую часть площади, используемой карьерами бурого угля. При этом необходимо учитывать, что фактическое потребление земли ветряными турбинами, т.е. ЧАС. не следует путать площадь, изолированную фундаментом, с пространством между отдельными ветряными турбинами и жилыми помещениями. В то время как фундамент имеет максимальную площадь в несколько 100 м², в зависимости от размера системы, расстояние между каждой системой составляет несколько гектаров. В результате почти 99% площади, используемой ветряной электростанцией, обычно можно продолжать использовать для земледелия и т. Д. Без ограничений .

Таким образом, для выработки энергии за счет энергии ветра в целом требуется сравнительно мало места, в то время как поверхностное уплотнение, возникающее в результате этого, очень низкое по сравнению с традиционными формами выработки энергии. Например, выработка энергии современной системы мощностью 3 МВт с площадью стенда 300 м² и выработкой электроэнергии 6,4 ГВтч составляет около 21 000 кВтч на м² площади фундамента в год. Это значение немного выше соответствующего значения для угольных электростанций (включая вспомогательные здания), даже если территория для добычи угля не включена в последние. С другой стороны, о влиянии на ландшафт оценивают неоднозначно .

Фотоэлектрические системы обычно устанавливаются на зданиях и поэтому не требуют дополнительного места. Однако при использовании фотоэлектрических наземных систем расходуется дополнительное пространство . Хотя вряд ли какая-либо территория закрыта обычной высотой, так как для фундаментов рам требуется небольшая площадь, площади в солнечных парках могут либо больше не использоваться вообще, либо могут использоваться только для экстенсивного сельского хозяйства , например, в качестве пастбищ для овец. . Также возможно создание вторичных биотопов среди модулей, которые представляют собой экологическое обновление по сравнению с интенсивным сельским хозяйством. Wesselak et al. указывают на потребность в площади почти 38 м² на кВт _p для фотоэлектрических систем открытого типа . Пространство, необходимое для инверторов , путей и пространств, уже включено. В будущем использование плавающих фотоэлектрических систем , которые будут построены на водных поверхностях , которые иначе не используются, могло бы помочь избежать потенциальной конкуренции за землю с сельским хозяйством. Тем временем было реализовано несколько прототипов таких систем, но технология все еще находится на ранней стадии разработки и вывода на рынок (статус 2014).

К этому следует добавить расширение электрических сетей и систем хранения энергии, необходимых для этих форм производства энергии, что также необходимо учитывать. Так что есть z. Например, гидроаккумулирующие электростанции занимают много места, в то время как гидроаккумуляторы сжатого воздуха требуют значительно меньше места, чем гидроаккумуляторы, и в то же время предъявляют меньше требований к топографии, но также имеют более низкий уровень эффективности. Объекты долгосрочного хранения, такие как производство водорода или синтетического метана, могут опираться на емкости для хранения в существующей инфраструктуре природного газа и, следовательно, не требуют каких-либо дополнительных площадей, за исключением объектов для производства водорода или метана. Однако более низкая эффективность этих систем и связанные с этим более высокие потери энергии во время хранения, в свою очередь, увеличивают потребность в регенеративной генерирующей мощности, т. Е. ЧАС. Ветроэнергетика и солнечные системы.

В целом, по словам Якобсона и Делукки, для полностью регенеративного энергоснабжения всей мировой экономики , полностью основанного на ветровой, солнечной и гидроэнергетике, а также небольшой доле геотермальной энергии, потребуется от 0,41 до 0,74% энергии. земная поверхность на постоянной основе. Дополнительные 0,59–1,18% потребуются в качестве площадок для размещения ветряных турбин, но их можно продолжать использовать в сельском хозяйстве. Таким образом, потребность в пространстве не считается препятствием для глобального энергетического перехода.

Выращивание биомассы

Кукуруза - важное сырье для производства биогаза и биоэтанола.

Рапс во время цветения является одним из основных сырьевых материалов для производства биодизеля.

В отличие от стоячих участков ветряных электростанций и, возможно, открытых пространств солнечных электростанций, за исключением самих электростанций и ферментов, за исключением самих электростанций и ферментов, ни одна территория не изолирована, а используется только для других сельскохозяйственных целей. Однако необходимо учитывать конкуренцию за землю и ее использование между производством продуктов питания , выращиванием энергетических культур и добычей возобновляемого сырья для использования в материалах. Вот почему выращивание энергетических культур вызывает споры. Таким образом, так называемое каскадное использование считается более разумным, чем прямое использование биомассы для производства энергии , при котором материальное использование растительного сырья в первую очередь выходит на первый план и только после того, как это использование заканчивается, рекуперация энергии.

Удельная площадь, необходимая для производства источников биоэнергии, сравнительно высока по сравнению с другими формами производства энергии. Использование энергетической кукурузы в качестве субстрата для биогазовых установок дает полезный выход биометана примерно 45 МВтч с гектара или 4,5 кВтч с м² в год. По состоянию на 2017 год источники биоэнергии выращивались примерно на 14 миллионах гектаров пахотных земель во всем мире, что соответствует примерно 1% пахотных земель в мире. См. Также: Corning .

В то время как использование сельскохозяйственных остатков и таких отходов. Например, когда солома считается беспроблемной с экологической и социально-политической точки зрения, производство биотоплива вызывает споры. Кроме того, чрезмерное использование биотоплива может не только нанести ущерб продовольственной безопасности, особенно в менее развитых странах, но также иметь серьезные негативные последствия для экологии, биоразнообразия и почти естественных сред обитания. Из-за этого потенциал биоэнергетики оценивается в целом значительно ниже в более поздних исследованиях, чем в более ранних исследованиях. Пошел з. Например, в прошлом МЭА предполагало, что биоэнергетика может оптимально обеспечивать 700 ЭДж / год энергии, что соответствует 60% расчетной глобальной потребности в энергии в 2050 году, но более поздние исследования оценивают потенциал биомассы примерно в 180 ЭДж / год. или 15% мирового спроса на энергию в 2050 году. Чтобы гарантировать устойчивое использование биомассы, в некоторых более поздних исследованиях, которые моделируют полное регенеративное снабжение исключительно с использованием возобновляемых источников энергии, использование биоэнергии значительно ограничено или даже полностью исключено.

По сути, биомасса сама по себе не может полностью заменить ископаемое топливо. Например, по словам Фолькера Квашнинга , Германия могла бы покрыть биодизелем только треть потребления дизельного топлива в Германии, даже если бы вся пахотная земля использовалась для выращивания рапса для производства биодизеля . Таким образом, использование электромобильности представляется гораздо более перспективным, чем использование биотоплива. С другой стороны, потенциал биотоплива проявляется в первую очередь в тех областях, где использование электромобилей нецелесообразно даже в долгосрочной перспективе.

Смотри тоже

• Клуб Энергетических Переходных Государств
• Энергетический переход по странам
• Зеленый Новый курс
• Возобновляемые источники энергии
• Альтернативные виды топлива
• Изменение климата

Фильмы

• Четвертая революция - EnergyAutonomy (2010), название фильма описывает энергетический переход как четвертую революцию после сельскохозяйственной революции, промышленной революции и цифровой революции.

литература

Справочная литература

• Никола Армароли , Винченцо Бальзани : Энергия планеты Земля - ​​энергетические решения для будущего . Wiley-VCH 2013, ISBN 978-3-527-33409-4 .
• Никола Армароли, Винченцо Бальзани: Энергия для устойчивого мира - от нефтяного века до будущего, основанного на солнечной энергии . Wiley-VCH, 2011, ISBN 978-3-527-32540-5 .
• Гюнтер Браунер: Энергетические системы: регенеративные и децентрализованные. Стратегии энергетического перехода . Висбаден 2016, ISBN 978-3-658-12754-1 .
• Франц-Йозеф Брюггемайер : Солнце, вода, ветер: развитие энергетического перехода в Германии . (PDF) Friedrich-Ebert-Stiftung , Bonn 2015, ISBN 973-8-95861-238-9 .
• Ахим Брунненгребер , Мария Розария дю Нуччи (ред.): Препятствия на пути энергетического перехода. О преобразованиях, реформах и инновациях. По случаю 70-летия Лутца Меза , Висбаден, 2014 г., ISBN 978-3-658-06787-8 .
• Феликс Эккардт : Задача энергетического перехода века: Учебное пособие . Берлин 2014, ISBN 978-3-86153-791-5 .
• Стивен Энглер, Джулия Яник, Матиас Вольф (ред.): Энергетический переход и мегатенденции. Взаимодействие между глобальным социальным развитием и устойчивостью , стенограмма, Билефельд 2020, ISBN 978-3-8376-5071-6 для загрузки в формате PDF .
• Себастьян Джаковелли (ред.): Энергетический переход с экономико- социологической точки зрения: теоретические концепции и эмпирические подходы . Springer VS, Висбаден 2016, ISBN 978-3-658-14344-2
• Йозеф Гохерманн: Expedition Energiewende . Springer Spectrum 2016. ISBN 3-658-09851-1 .
• Маттиас Гюнтер: Энергоэффективность за счет возобновляемых источников энергии. Возможности, потенциалы, системы , Висбаден 2015, ISBN 978-3-658-06753-3 .
• Питер Хеннике , Сюзанна Бодач: Энергетическая революция: повышение эффективности и возобновляемые источники энергии как новая глобальная проблема , опубликовано Вуппертальским институтом климата, окружающей среды и энергетики . Oekom, Мюнхен 2010, ISBN 978-3-86581-205-6 .
• Мартин Кальчмитт , Вольфганг Штрайхер, Андреас Визе (ред.): Возобновляемые источники энергии. Системные технологии, экономика, экологические аспекты . Springer Vieweg, Берлин / Гейдельберг 2013, ISBN 978-3-642-03248-6 .
• Грегор Кунгл: Крупные электроэнергетические компании и энергетический переход . Кампус, Франкфурт-на-Майне 2018, ISBN 978-3-593-50942-6 .
• Хенрик Лунд : Системы возобновляемой энергии: подход интеллектуальных энергетических систем к выбору и моделированию 100% решений из возобновляемых источников , Academic Press 2014, ISBN 978-0-12-410423-5 .
• Фолькер Квашнинг : Возобновляемые источники энергии и защита климата. 4-е издание. Hanser, Мюнхен 2018, ISBN 978-3-446-45703-4 .
• Фолькер Квашнинг : Системы регенерации энергии. 9-е издание. Hanser, Мюнхен, 2015 г., ISBN 978-3-446-44267-2 .
• Хольгер Рогалл : 100% возобновляемые источники энергии. Условия для реализации на глобальном, национальном и местном уровнях . Марбург 2014, ISBN 978-3-7316-1090-8 .
• Герман Шеер : Энергетический этический императив: сейчас 100 процентов. Как осуществить полный переход на возобновляемые источники энергии . Кунстманн, Мюнхен 2010, ISBN 978-3-88897-683-4 .
• Майкл Стернер , Инго Стадлер (ред.): Хранение энергии - спрос, технологии, интеграция . 2-е издание, Берлин / Гейдельберг, 2017 г., ISBN 978-3-662-48892-8 .
• Виктор Весселак , Томас Шаббах , Томас Линк, Иоахим Фишер: Handbuch Regenerative Energietechnik , 3-е обновленное и расширенное издание, Берлин / Гейдельберг, 2017 г., ISBN 978-3-662-53072-6 .

Технические статьи

• Никола Армароли , Винченцо Бальзани : К миру, основанному на электроэнергии . В кн . : Энергетика и экология . Том 4, 2011 г., 3193-3222, DOI : 10.1039 / c1ee01249e .
• Антье Боэтиус , Оттмар Эденхофер , Бербель Фридрих , Джеральд Хауг , Фрауке Краас , Вольфганг Марквардт , Юрген Леохольд , Мартин Й. Лозе , Юрген Ренн , Франк Реслер , Роберт Шлёгль , Ферди Шют , Кристоф М. Шмидт , Томас Штокер нацелены на 2019: Климатические цели 2019: Климатические цели : Пути к устойчивому сокращению выбросов CO2. . Заявление Национальной академии наук Леопольдина .
• Ханс-Мартин Хеннинг , Андреас Палцер: Комплексная модель сектора электричества и тепла Германии в будущей энергетической системе с доминирующим вкладом технологий возобновляемой энергии - Часть I: Методология. В: Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . Том 30, 2014 г., 1003-1018, DOI: 10.1016 / j.rser.2013.09.012 .
• Андреас Палцер, Ханс-Мартин Хеннинг: Комплексная модель для сектора электричества и тепла Германии в будущей энергетической системе с доминирующим вкладом технологий возобновляемой энергии - Часть II: Результаты. В: Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . Том 30, 2014 г., 1019-1034, DOI: 10.1016 / j.rser.2013.11.032 .
• Олав Хохмейер , Зёнке Бом: Тенденции к поставке электроэнергии из 100% возобновляемых источников в Германии и Европе: смена парадигмы в энергетической политике . В: Междисциплинарные обзоры Wiley: Энергия и окружающая среда . Том 4, 2015, 74-97, DOI : 10.1002 / wene.128 .
• Марк З. Якобсон , Марк А. Делукки: Обеспечение всей глобальной энергии ветром, водой и солнечной энергией, Часть I: Технологии, энергетические ресурсы, количество и площади инфраструктуры и материалы . В: Энергетическая политика 39, том 3, 2011 г., стр. 1154–1169, DOI: 10.1016 / j.enpol.2010.11.040 .
• Марк А. Делукки, Марк З. Якобсон : Обеспечение всей глобальной энергии ветром, водой и солнечной энергией, Часть II: Надежность, стоимость системы и передачи и политика . В: Энергетическая политика 39, том 3, 2011 г., стр. 1170–1190, DOI: 10.1016 / j.enpol.2010.11.045 .
• Хенрик Лунд и др.: От интеллектуальных электрических сетей к интеллектуальным энергетическим системам - подход и понимание, основанное на рыночных операциях . В: Энергия 42, выпуск 1, 2012 г., стр. 96-102, DOI: 10.1016 / j.energy.2012.04.003 .
• Брайан Вад Матизен и др.: « Умные энергетические системы» для согласованных решений в области 100% возобновляемых источников энергии и транспорта . В кн . : Прикладная энергия . Том 145, 2015, 139–154, DOI : 10.1016 / j.apenergy.2015.01.075 .

веб ссылки

Викисловарь: Energiewende  - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы

• Информационный портал по возобновляемым источникам энергии (Федеральное министерство экономики и энергетики)
• Energiewende на информационном портале политического просвещения
• Научно-консультативный совет федерального правительства по глобальным изменениям : мир в переходный период. Энергетический переход к устойчивости . Springer, Berlin 2003, ISBN 3-540-40160-1 ( онлайн (PDF) PDF, 3,84 МБ).
• Пути к 100% возобновляемым источникам электроэнергии Специальный доклад Немецкого консультативного совета по вопросам окружающей среды
• Энергетическая концепция Исследовательской ассоциации возобновляемых источников энергии FVEE (PDF; 4,35 МБ) Видение концепции устойчивой энергетики, основанной на энергоэффективности и 100% возобновляемых источниках энергии
• Фолькер Квашнинг : Связь секторов через энергетический переход. Требования к расширению использования возобновляемых источников энергии для достижения парижских целей по защите климата с учетом взаимосвязи секторов . Берлинский университет технологии и экономики , 2016 г.
• Энергетическая система Германии 2050 . (PDF) Исследование Института Фраунгофера, 2013 г.
• Оценка глобальной энергетики - к устойчивому будущему . Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания / Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, и Международный институт прикладного системного анализа, Лаксенбург, 2012 г., ISBN 978-1-107-00519-8 .
• Agora Energiewende , Берлин 2013: 12 тезисов об энергетическом переходе. Вклад в обсуждение наиболее важных вызовов на рынке электроэнергии. (PDF; 2,96 МБ)
  • Текущие данные об электроэнергии по производству / потреблению и импорту / экспорту электроэнергии
• visualcapitalist.com , 31 октября 2018 г., Иман Гош: Визуализация глобального перехода к зеленой энергии (рисунок «Глобальный переход на зеленую энергию»)
• Энергетический переход - информация Федерального министерства иностранных дел (FDFA)
• Калькулятор энергоперехода - сколько места нужно нашему электричеству? - Интерактивный калькулятор

Индивидуальные доказательства