IEC veröffentlicht neues Whitepaper zu CO2-freien Energiesystemen

Nach Angaben der World Nuclear Association sind mehr als 40 Prozent der energiebedingten Kohlendioxidemissionen auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung zurückzuführen. Da der Stromsektor einer der Hauptverursacher von CO₂-Emissionen ist, wird seine Dekarbonisierung ein wichtiger Faktor bei der Senkung der Treibhausgasemissionen in vielen Ländern sein.

Zum besseren Verständnis wie der Stromsektor dekarbonisiert werden kann und der vielen Herausforderungen, die hierbei zu bewältigen sein werden, hat die IEC ein neues Whitepaper mit dem Titel „Zero carbon power systems based primarily on renewable energy“ veröffentlicht. Der Bericht befasst sich mit der Herausforderung der Dekarbonisierung des Energiesystems, der Bewältigung des Übergangs und was das für die IEC, ihre Mitglieder und die von ihr entwickelten Normen bedeuten kann.

Ein CO₂-freies Energiesystem wird sich sehr deutlich von den heutigen Energiesystemen unterscheiden. Die Energieerzeugung und die Strommenge im Energiesystem werden viel dynamischer sein, d.h. es wird deutliche Schwankungen zwischen sehr niedrigem Verbrauch und sehr hohem Verbrauch im Tagesverlauf und abhängig von der Jahreszeit geben. Aus diesem Grund muss die Erzeugung viel flexibler sein, um das Angebot an eine sich schnell ändernde Nachfrage anzupassen.

Es ist zu erwarten, dass CO₂-freie Energiesysteme einen erheblichen Teil ihrer Energie aus erneuerbaren Energiequellen, wie Wind und Sonne, beziehen. Schon heute sind in vielen Teilen der Welt Wind- und Solarenergie günstiger als die Energiekosten, die durch Stromerzeugung auf Basis von Kohle oder Gas entstehen. Zudem können Energiesysteme auch Atom- oder Wasserkraft nutzen.

Da bei erneuerbaren Energien große geographische Unterschiede bestehen, werden Übertragungssysteme für große Strommengen erforderlich sein, um den Strom dort zur Verfügung zu stellen, wo er gebraucht wird, was sich vom Ort der Energiequelle unterscheiden kann. Dieser Trend ist in China und Europa zu beobachten, wo die Kapazitäten für die Übertragung über weite Strecken erhöht wurden.

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Die digitale Transformation des Energiesystems beschleunigt sich im Zuge von Entwicklungen im Bereich Mess-, Kommunikations- und Datenspeicher- sowie Analysetechnologien. Indem Energiesysteme digitale Technologien nutzen und zunehmend datengetrieben werden, werden die Erzeugung, der Transport und der Verbrauch von Energie vernetzter, intelligenter, effizienter und zuverlässiger.

Die Digitalisierung wird jedoch auch die Notwendigkeit der Verbesserung der Cybersecurity erhöhen. Das Risiko von Cyberangriffen wird mit der Zahl potentieller Eintrittspunkte in das System zunehmen.

Im Rahmen des Übergangs zu null Kohlendioxidemissionen werden Energiesysteme zunehmend dezentralisiert. Große Erzeugungsanlagen werden durch eine größere Anzahl kleinerer, geographisch verteilter Stromerzeuger ersetzt. Während größere Anlagen eventuell Skaleneffekte bieten, können kleinere Anlagen die Belastung des lokalen Verteilungssystems senken. Kleinere Anlagen können zudem Energie über ihre Endnutzer erzeugen, beispielsweise wenn diese Solar-Photovoltaikanlagen auf ihren Gebäuden installiert haben.

Das Stromverteilungssystem muss enorme Mengen dezentral aus erneuerbaren Energien gewonnenem Strom, Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen und lokale Stromspeicher aufnehmen. Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Auslegung des Energiesystems, das nun stark variierende und in zwei Richtungen verlaufende Stromflüsse ermöglichen muss. Um diese Herausforderung zu bewältigen, braucht es neue Sensor- und Kontrollsysteme und die Bereitstellung von sehr großen Energiespeichern.

Die wichtigsten Speichertechnologien für die All Electric Society

Energiespeicher gleichen die höchst volatile Produktion der Erneuerbaren Energien zum Teil aus. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur lokalen Versorgungssicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Strom und Wärme – und sind deshalb auch entscheidend für die Vision der All Electric Society.

Die Momentanreserve in Energiesystemen bezeichnet die Energie, die in großen, synchronisierten Generatoren gespeichert ist und gebraucht wird, um plötzliche Änderungen im Energieangebot oder bei der Energienachfrage zu bewältigen. Erneuerbare Energiequellen wie Windkraft- und Solar-PV-Anlagen sind jedoch asynchrone Anlagen, die über Elektronik mit dem Energiesystem verbunden sind.

Dies führt zu einer Reduzierung der Gesamtmenge an Momentanreserve. Um diese Herausforderung zu bewältigen, werden neue operative Ansätze erforderlich sein. Es wird erwartet, dass Energiesysteme Technologien wie synchrone Phasenschieber installieren müssen, um die Momentanreserve zu verbessern. Alternativ können Energiesysteme umgestaltet werden, indem beispielsweise vermehrt Gleichstromübertragung genutzt wird.

CO₂-freie Energiesysteme sind nicht länger eine in ferner Zukunft liegende Möglichkeit. Viele Länder haben sich zu den Netto-Null-CO₂-Emissionszielen verpflichtet und Energiesysteme weltweit befinden sich in einem massiven Umbruch. Um sicherzustellen, dass Energiesysteme den Übergang zu null Kohlendioxidemissionen fortsetzen und effektiv arbeiten können, werden Normen unerlässlich sein. Sie werden Interoperabilität sicherstellen, Leistung und Sicherheit aufrechterhalten und die Einführung neuer Technologien und Betriebssysteme unterstützen.

Die IEC hat bereits eine Vielzahl von Normen veröffentlicht, die für ein CO₂-freies Energiesystem relevant sind. Dazu gehören beispielsweise die Normen, die von

• IEC/TC 4 (Wasserturbinen),
• IEC/TC 8 (Systemaspekte der elektrischen Energieversorgung),
• IEC/TC 20 (Stromkabel und -leitungen),
• IEC/TC 21 (Sekundärzellen und -batterien),
• IEC/TC 82 (Photovoltaische Solarenergie-Systeme),
• IEC TC 88 (Windenergieanlagen),
• IEC/TC 114 (Meeresenergie),
• IEC/TC 115 (HVDC-Übertragung) und
• IEC/TC 120 (Elektrische Energiespeichersysteme)

veröffentlicht wurden. Daneben bietet die IEC über das IEC System of Conformity Assessment Schemes for Electrotechnical Equipment and Components (IECEE) und das IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Renewable Energy Applications (IECRE) Konformitätsbewertungen für Energieanlagen und ihre Bestandteile an.

Dem Bericht zufolge werden noch viele weitere Normen erforderlich sein. Normen werden beispielsweise benötigt, um neuen Technologien Rechnung zu tragen und die Abstimmung zwischen Energieerzeugung und -nachfrage zu erleichtern. Zudem braucht es Normen, um die Interaktionen zwischen dem Energiesystem und den Energienutzern sowie den externen Anbietern von Energiedienstleistungen zu unterstützen. Angesichts der Komplexität eines CO₂-freien Energiesystems empfiehlt der Bericht, einen systembasierten Ansatz zu verfolgen.

Der Übergang zu CO₂-freien Energiesystemen wird tiefgreifende Auswirkungen auf sämtliche Interessengruppen der IEC haben. Das Verständnis hinsichtlich dieser Änderungen, die im Whitepaper dargelegt sind, wird dazu beitragen, sicherzustellen, dass die IEC weiter eine führende Rolle bei der aktuellen Entwicklung spielen wird.

Redaktioneller Hinweis:

Der englischsprachige Originalartikel erschien erstmals auf etech.iec.ch in der Ausgabe 06/2022.
Zu finden unter: https://etech.iec.ch/issue/2022-06/iec-publishes-a-new-white-paper-on-zero-carbon-power-systems

Das Whitepaper „Zero carbon power systems based primarily on renewable energy“ können Sie auf der IEC Website herunterladen.

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