Под увеличительным стеклом: устойчивое управление энергопотреблением

К 2045 году Германия хочет стать в значительной степени климатически нейтральной. Затем энергия должна быть получена в основном из регенеративных источников, таких как энергия ветра и воды, солнечная энергия, геотермальная энергия или возобновляемое сырье. Также важно сократить потребление энергии за счет ее экономного и эффективного использования. В настоящее время ни один из устойчивых источников энергии не может заменить текущее энергоснабжение, которое в основном обеспечивается за счет ископаемого топлива. Таким образом, будущее за разумно взаимосвязанным сочетанием возобновляемых источников энергии. Как это может быть успешным и какие проблемы должна решить устойчивая энергетическая отрасль с ее многочисленными секторами?

Энергетика Германии и Северного Рейна-Вестфалии

В Германии на рынке энергоснабжения доминируют ископаемые виды топлива, такие как природный газ, нефть и уголь. Эта доля особенно высока в частных домохозяйствах.

Федеральное правительство поставило перед собой цель резко увеличить долю электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии, в ближайшие годы. К 2030 году необходимо достичь 65-процентной доли возобновляемых источников энергии в потреблении электроэнергии. В запланированном федеральным правительством переоснащении энергетики ветровая энергия и энергия фотоэлектрических систем в конечном итоге должны составить основную часть.

И уже есть положительные сдвиги: например, около 45 процентов электроэнергии, поступающей в домохозяйства через энергосистему, в настоящее время вырабатывается в Германии солнечными батареями, ветряными турбинами и другими возобновляемыми источниками энергии. Это означает, что доля «зеленой» электроэнергии в энергосистеме Германии за последние десять лет увеличилась более чем вдвое.

Энергетическая отрасль охватывает все сферы производство и распределение энергии (Городской газ, природный газ, жидкое топливо, электроэнергия, централизованное теплоснабжение, нефть и твердое топливо, такое как уголь, кокс, торф и древесина). Задача управления устойчивой энергетикой заключается в постепенном переводе энергоснабжения на возобновляемые источники энергии. Возобновляемые источники энергии, также известные как альтернативные или регенеративные источники энергии, представляют собой формы энергии, доступные в неограниченных количествах. К ним относятся: биомасса, геотермальная энергия, солнце, вода и ветер.

Как насчет устойчивого управления энергопотреблением в Северном Рейне-Вестфалии?

Северный Рейн-Вестфалия также полагается на ветер и солнце для передачи энергии. Биомасса и гидроэнергия являются частью этого, потому что они могут использоваться столь же гибко и безвредны для сети, чтобы внести вклад в устойчивое энергоснабжение.

«Зеленый» водород демонстрирует сильный рост в переходе к энергетике в Северном Рейне-Вестфалии, особенно в энергоемкой промышленности в Рурской области. С началом индустриализации в 18 веке Рурская область стала центром добычи и переработки ископаемого топлива и тяжелой промышленности. Многие из компаний, основанных в то время, до сих пор работают в Рурской области. Но теперь они должны наладить свое производство. Одним из примеров является завод ThyssenKrupp в Дуйсбурге, выбросы которого составляют 20 миллионов тонн CO₂ в год. Это составляет 2,5 процента от общего объема выбросов в Германии. Поэтому Thyssenkrupp решила коренным образом преобразовать собственное производство стали с помощью водорода и к 2050 году производить исключительно климатически нейтральную сталь.

Рурская область является пионером в области преобразования водорода и имеет наибольшее количество стартапов в этом секторе в Германии. Северный Рейн-Вестфалия и Бавария объединяют более половины этих компаний — Рурская область и Мюнхенская область явно выделяются как кластер.

Однако водород в настоящее время все еще дорог. Киловатт-час водорода стоил 2022 цента в начале 16,5 года. Для сравнения: керосин и дизельное топливо стоят около 4 центов. Уголь около 1,5 цента. Эксперты ожидают, что к 2030 году цена на водород упадет до 7 центов.

Power-to-Gas, искусственный интеллект, зеленый водород и компания — потенциал и проблемы

При производстве и распределении экологически чистой энергии используется множество различных технологий и физических процессов. Традиционные процессы дополняются и совершенствуются новыми технологиями.

линии передачи

Чтобы зеленая электроэнергия быстро и безопасно доставлялась туда, где она необходима, энергосистема должна быть быстрой и надежной. Прежде всего, передающие сети важны для обеспечения достаточного количества «зеленой» электроэнергии во всех регионах Германии. Например, с помощью так называемых высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (HVDC) большое количество энергии ветра может передаваться с севера на юг.

Искусственный интеллект (ИИ)

На рисунке показан мозг с одной стороны и сеть электронов с другой. Он символизирует искусственный интеллект.

Многие части энергетической системы должны быть разумно связаны и скоординированы друг с другом. Поэтому искусственный интеллект (ИИ) используется все чаще и чаще, например, для управления электрическими сетями и слияния энергетических секторов электричества, отопления и транспорта. Таким образом, безопасность поставок может быть гарантирована еще лучше. Кроме того, ИИ также берет на себя защиту от кибератак.

Умные сети являются примером из энергетической отрасли. Это интеллектуальные электрические сети, которые сочетают в себе генерацию, хранение и потребление энергии. С энергетическим переходом возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия из децентрализованной генерации, будут интегрированы в нашу энергосистему. Однако экологически чистые источники энергии не всегда производят такое же количество энергии, как уголь или атомные электростанции — они гораздо более нестабильны. ИИ способен разумно регулировать колебания энергоснабжения и электроснабжения в сети.

Искусственный интеллект (ИИ), также известный как искусственный интеллект (ИИ), является подобластью информатики. ИИ в основном занимается автоматизацией интеллектуального поведения и машинным обучением. Вместо того, чтобы быть запрограммированным для каждой цели, ИИ может самостоятельно находить ответы и решать проблемы. Он учится независимо от доступных ему данных — то, что он узнает, заранее определяется людьми при разработке ИИ.

Технологии Power-to-X

Однако возобновляемая энергия не обязательно должна транспортироваться в виде электричества. С помощью так называемого связывания секторов эксперты реализуют подход преобразования «зеленой» электроэнергии в другие виды энергии в дополнение к прямому использованию электроэнергии в транспортном, отопительном и промышленном секторах. Здесь используются технологии Power-to-X, которые преобразуют зеленую электроэнергию в другие виды энергии. Это означает, что экологически чистая электроэнергия по выбору преобразуется в жидкое топливо (электроэнергия-жидкость), в тепло или холод (электроэнергия-тепло/холод) или в газ (электроэнергия-газ). Это также называется обратным потоком.

Зеленый водород

Перспективной технологией, позволяющей использовать экологически чистое электричество, является так называемый электролиз воды. В этом процессе вода расщепляется на свои элементарные строительные блоки, водород (H2) и кислород (O2), с помощью электрического тока. Если для этого процесса расщепления используется зеленое электричество, говорят о зеленом водороде. Затем газообразный водород собирается в больших сосудах под давлением и может храниться там или в подземных полостях (кавернах) в течение многих месяцев.

Потребность в инновациях в области хранения и транспортировки

Многообещающие технические возможности для устойчивого производства и распределения энергии.
Однако по-прежнему существует потребность в инновациях в области транспортировки и хранения различных источников энергии. Многие процессы в настоящее время очень дороги или находятся в стадии разработки.

хранения энергии

В области устойчивого управления энергетикой большое значение имеет хранение генерируемой зеленой энергии. Они обеспечивают баланс между выработкой и потреблением энергии. Это относится, в частности, к ветровой и солнечной энергии, поскольку они зависят от погодных условий. И потребителям также нужно электричество, когда нет ветра или солнца.

Исследования и разработки сосредоточены, в частности, на повышении плотности энергии и снижении потерь при хранении в системах хранения электроэнергии. Это касается как бытовых аккумуляторов, так и огромных аккумуляторов мегаваттного диапазона, кратковременного и долговременного хранения.
Текущие исследовательские проекты касаются, например, гибридной системы хранения, проточной ванадиевой окислительно-восстановительной батареи (самой большой батареи в мире) или экономики методов хранения. Земля Северный Рейн-Вестфалия выступила с инициативой специально для этой цели. Инициатива энергетических исследований.NRW.

Транспорт зеленого водорода

Водород очень реакционноспособен и легко воспламеняется. Его молекулы настолько малы и подвижны, что могут диффундировать через пластик, стекло и даже металлы. Газопроводы и транспортные контейнеры могут быть необратимо повреждены, если они регулярно вступают в контакт с частицами водорода. Поэтому необходима обширная сеть линий, которые могут безопасно транспортировать большие количества водорода на большие расстояния.

Политические и социальные вызовы

В дополнение к технологическим проблемам, различные применения возобновляемых источников энергии также должны быть убедительно сообщены, чтобы быть принятыми обществом. Потому что без принятия населением и компаниями преобразование энергосистемы или ее подсистем может происходить медленно. Это можно увидеть, например, в производстве энергии ветра. Краткий обзор самых важных препятствий:

  • В пространственном планировании выделяется и охраняется слишком мало областей.
  • Правовые положения о расстоянии между ветряными турбинами и жилыми домами приводят к задержкам или отмене проектов.
  • Отсутствие стандартов в области охраны природы и видов приводит к правовой неопределенности.
  • Процедуры планирования и утверждения ветряных турбин подвержены ошибкам и длительны.
  • Регионы не получают достаточной выгоды от энергетического перехода, что приводит к меньшему местному признанию.
  • Государственные и федеральные процедуры финансирования не являются постоянными.

Устойчивое управление энергопотреблением — тема zdi на 2023 год

Спрос на квалифицированных работников в энергетике

Чтобы справиться с энергетическим переходом, Германии нужно много квалифицированных рабочих. Центр компетенций по обеспечению квалифицированных рабочих, сокращенно KOFA, рассмотрел в Исследование (ноябрь 2022 г.), какие профессии необходимы для расширения солнечной и ветровой энергетики и каково текущее положение квалифицированных рабочих по этим профессиям. Например, не хватает около 216.000 XNUMX квалифицированных рабочих профессий, связанных с расширением использования солнечной и ветровой энергии. Особенно пострадали подсекторы электротехники зданий, сантехники, технологий отопления и кондиционирования воздуха и информационных технологий.

zdi.NRW противостоит нехватке квалифицированных рабочих с помощью общегосударственной сети центров zdi и мультипликаторов из сферы образования, бизнеса и науки. Вот как мы уже следуем рекомендациям исследования KOFA: Предложения сетевых партнеров подчеркивают привлекательность и актуальность требуемых профилей вакансий. Совершенствуется подбор молодых людей с тренерами в компаниях и в университетах. Улучшение положения девочек и женщин также является неотъемлемой частью работы zdi.NRW.

Платформа сообщества зди

курсы и семинары, в области Карьера и учеба и не только, создать видимость для компаний с соответствующими учебными профессиями и университетами с соответствующими курсами. Практические подходы в курсах целостно передают важность соответствующих профессий в области охраны окружающей среды и климата.

Все курсы и возможность пообщаться можно найти на Платформа сообщества зди.

конкурс роботов зди

Тоже годовой конкурс роботов зди поднимает тему: «Усилитель мощности — не будь ископаемым!» — девиз. Учащиеся разрабатывают роботизированные решения для всех аспектов устойчивого производства энергии, транспортировки энергии или управления энергопотреблением. Таким образом, конкурс роботов zdi предлагает ссылки на все предметы STEM и затрагивает тему, с которой могут себя идентифицировать многие молодые люди. Кроме того, предоставляется низкопороговый доступ к ИТ, одному из секторов, наиболее пострадавших от нехватки квалифицированных кадров.

зди героини октябрь

Рисунки девушек, выполняющих разные работы, например астронома, мастерицы или химика.

В рамках зди героини октября мы уделяем особое внимание женским образцам для подражания и тому, как молодых женщин можно вдохновить на работу в сфере STEM. В этом году в центре внимания также женщины, работающие в области рационального использования энергии.

На нашей тематической странице мы регулярно публикуем информацию о нашей деятельности, связанной с ежегодной темой 2023.

Набухать

Эта статья в основном основана на исследованиях в Интернете. Краткий обзор самых важных источников:

Исследование KOFA: Энергия ветра и солнца. Какие квалифицированные работники нам нужны? (ноябрь 2022 г.)
В исследовании анализируется ситуация с квалифицированными рабочими в двух секторах солнечной и ветровой энергетики. В нем представлен обзор того, какие квалифицированные работники необходимы в этих секторах для дальнейшего осуществления энергетического перехода, как они доступны на рынке труда и в каких профессиях есть узкие места.

Институт эколого-экономических исследований
IÖW анализирует сложные взаимосвязи экономики с другими областями общества и природной средой, а также их зависимость от экологических ограничений.

Информационная платформа Федерального министерства экономики и охраны климата
Платформа, предоставляющая информацию об исследованиях энергетических систем. Он был создан Федеральным министерством экономики и защиты климата в результате решения немецкого Бундестага.

Экологический совет - научный советник федерального правительства
SRU консультирует федеральное правительство с 1972 года, что делает его одним из старейших учреждений, предоставляющих научные консультации по экологической политике Германии.

Пояснительное видео о цифровизации энергосистем

Информационный портал земли Северный Рейн-Вестфалия

Энергетический атлас Северный Рейн-Вестфалия

Вам также могут быть интересны эти публикации

Две девушки принимают участие в соревновании роботов zdi.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением, конкурс роботов

конкурс роботов zdi в категории «Открытый робот»

Учащиеся Херибургской гимназии с гордостью демонстрируют награды Лиги науки ЗДИ и свои теплицы.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением, Научная лига

zdi Научная лига наградила команды

На фотографии изображены окружной администратор Али Доган, министр Ина Брандес и глава округа Анна Катарина Беллинг. Министр держит в руках удостоверение о назначении зди студенческой лаборатории. Все трое стоят перед светлой стеной с надписью zdi — будущее через инновации Северный Рейн-Вестфалия.

Общий, Устойчивое управление энергопотреблением

zdi-MINTlab: откройте для себя устойчивую экономику замкнутого цикла в новой школьной лаборатории