Unter der Lupe: Nachhaltige Energiewirtschaft

In Deutschland dominieren fossile Brennstoffe wie Erdgas, Erdöl und Kohle den Markt der Energie-versorgung. Bei privaten Haushalten ist der Anteil besonders hoch.

Die Bundesregierung hat sich vorgenommen, den Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen in den kommenden Jahren drastisch zu erhöhen. Bis zum Jahr 2030 soll ein Anteil von 65 Prozent erneuerbarer Energien am Stromverbrauch erreicht werden. Bei der geplanten Energiewende der Bundesregierung sollen die Windenergie und die Energie aus Photovoltaikanlagen am Ende den Hauptanteil ausmachen.

Und es gibt bereits positive Entwicklungen: So wird beispielsweise rund 45 Prozent des Stroms, der über das Stromnetz den Weg in die Haushalte findet, hierzulande inzwischen von Solarzellen, Windrädern und anderen erneuerbaren Energiequellen erzeugt. Damit hat sich der Anteil grünen Stroms im deutschen Netz in den vergangenen zehn Jahren mehr als verdoppelt.

Energiewirtschaft umfasst alle Bereiche der Gewinnung und der Verteilung von Energie (Stadtgas, Erdgas, flüssige Kraftstoffe, elektrischer Energie, Fernwärme, Öl und feste Energieträger wie Kohle, Koks, Torf und Holz). Die nachhaltige Energiewirtschaft hat die Aufgabe, die Energieversorgung nach und nach auf erneuerbare Energien umzustellen. Erneuerbare Energien, auch alternative oder regenerative Energien genannt, sind die Energieformen, die unbegrenzt zur Verfügung stehen. Dazu gehören: Biomasse, Erdwärme, Sonne, Wasser und Wind.

Damit Öko-Strom zügig und sicher dorthin gelangt, wo er gebraucht wird, muss das Stromnetz schnell und zuverlässig sein. Vor allem die Übertragungsnetze sind wichtig, um die Versorgung aller Regionen in Deutschland mit ausreichend grünem Strom sicherzustellen. Mit sogenannten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitungen (HGÜ) können zum Beispiel großen Mengen Windstrom aus dem Norden in den Süden geleitet werden.

Die vielen Teile des Energiesystems müssen intelligent miteinander verbunden und aufeinander abgestimmt werden. Daher kommt immer häufiger Künstliche Intelligenz (KI) zum Einsatz – beispielsweise bei der Steuerung von Stromnetzen und dem Zusammenwachsen der Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr. Damit kann die Versorgungssicherheit noch besser gewährleistet werden. Außerdem übernimmt KI auch den Schutz vor Cyberattacken.

Ein Beispiel aus der Energiewirtschaft sind Smart-Grids. Das sind intelligente Stromnetze, welche die Erzeugung, die Speicherung und den Verbrauch von Energie kombinieren. Mit der Energiewende werden erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft aus dezentraler Erzeugung in unser Stromnetz integriert. Grüne Energiequellen erzeugen jedoch nicht konstant die gleiche Menge Energie, wie das Kohle- oder Atomkraftwerke tun – sie sind wesentlich unbeständiger. KI ist in der Lage, die schwankende Energiezufuhr und die Stromversorgung im Netz intelligent zu regeln.

Künstliche Intelligenz (KI), auch artifizielle Intelligenz (AI), ist ein Teilgebiet der Informatik. KI befasst sich hauptsächlich mit der Automatisierung von intelligentem Verhalten und maschinellem Lernen. Statt für jeden Zweck programmiert zu werden, kann eine KI eigenständig Antworten finden und selbstständig Probleme lösen. Sie lernt eigenständig aus den ihr vorliegenden Daten – was sie lernt, wird dabei von Menschen vorher bestimmt, indem er die KI designt.

Erneuerbare Energie muss aber nicht unbedingt in Form von elektrischem Strom transportiert werden. Fachleute verfolgen mithilfe der sogenannten Sektorkopplung neben der direkten Nutzung von Strom in Verkehrs-, Wärme- und Industriesektoren den Ansatz, Öko-Strom in andere Energieformen umzuwandeln. Dabei kommen Power-to-X-Technologien zum Einsatz, die grünen Strom in andere Energiearten umwandelt. Das heißt, grüner Strom wird wahlweise in einen flüssigen Kraftstoff (Power-to-Liquid), in Wärme oder Kälte (Power-to-Heat/-Cold) oder in ein Gas (Power-to-Gas) umgewandelt. Dies nennt man auch Rückverstromung.

Im Bereich der nachhaltigen Energiewirtschaft ist die Speicherung der gewonnenen grünen Energie von großer Bedeutung. Sie sorgen für einen Ausgleich zwischen der Erzeugung und dem Verbrauch der Energie. Das betrifft besonders die Wind- und Sonnenenergie, denn diese ist von der Wetterlage abhängig. Und Verbraucher:innen brauchen auch dann Strom, wenn es nicht windig oder sonnig ist.

• Bei der Raumplanung sind zu wenig Flächen ausgewiesen und gesichert.
• Gesetzliche Bestimmungen zu Abständen zwischen Windenergieanlagen und Wohnnutzungen führen zu Verzögerung oder Einstampfung von Projekten.
• Fehlende Standards im Natur- und Artenschutz führen zu Rechtsunsicherheiten.
• Planungs- und Zulassungsverfahren für Windenergieanlagen sind fehleranfällig und langwierig.
• Regionen profitieren nicht ausreichend von der Energiewende, was zu weniger Akzeptanz vor Ort führt.
• Förderverfahren von Land und Bund sind nicht beständig.

Um die Energiewende zu meistern, braucht Deutschland jede Menge Fachkräfte. Das Kompetenzzentrum Fachkräftesicherung, kurz KOFA, untersuchte in einer Studie (November 2022), welche Berufe für den Ausbau der Solar- und Windenergie notwendig sind, und wie die Fachkräftesituation aktuell in diesen Berufen aussieht. So fehlen beispielsweise in den Berufen, die für den Ausbau der Solar- und Windenergie relevant sind, rund 216.000 Fachkräfte. Davon sind besonders die Teilbranchen Bauelektrik, Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik und Informatik betroffen.

Kurse und Workshops, im Bereich der Berufs- und Studienorientierung und darüber hinaus, schaffen Sichtbarkeit für Unternehmen mit relevanten Ausbildungsberufen und Hochschulen mit entsprechenden Studiengängen. Praktische Ansätze in den Kursen vermitteln ganzheitlich die Bedeutung der jeweiligen Berufe im Bereich Umwelt- und Klimaschutz.

Alle Kurse und die Möglichkeit zur Vernetzung finden Sie auf der zdi-Community-Plattform.

Auch der jährliche zdi-Roboterwettbewerb greift das Thema auf: „Power-Up – Sei kein Fossil!“ lautet das Motto. Schüler:innen entwickeln Robotiklösungen rund um nachhaltige Energieerzeugung, Energietransport oder Energiemanagement. Damit bietet der zdi-Roboterwettbewerb Bezüge zu allen MINT-Fächern und greift ein Thema auf, mit dem sich viele junge Menschen identifizieren können. Außerdem wird ein niederschwelliger Zugang zur Informatik geliefert, einer der vom Fachkräftemangel am stärksten betroffenen Branchen.

In Rahmen des zdi-Heldinnenoktobers legen wir ein besonderes Augenmerk auf weibliche Vorbilder und darauf, wie sich junge Frauen für den MINT-Bereich begeistern lassen. In diesem Jahr richtet sich der Fokus auch hier auf Frauen, die sich im Bereich der nachhaltigen Energiewirtschaft engagieren.