Mit TDK zu mehr Klimaneutralität

Auf dem Weg zu einer Netto-Null-Gesellschaft

5. August 2022, 15:28 Uhr | Yoshiaki Fukumitsu, TDK
TDK Klimaneutralität
Elektronik kann die Gesellschaft auf dem Weg zu Klimaneutralität optimal unterstützen.
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Regierungen auf der ganzen Welt haben sich das Ziel gesetzt, bis 2050 kohlenstoffneutral zu werden. Um dies zu erreichen, treiben sie die Reduzierung von Treibhausgasen sowie den Ausbau der erneuerbaren Energien voran. Elektronik spielt dabei eine große Rolle.

Mehr als 120 Länder haben sich vorgenommen, bis 2050 Kohlenstoffneutralität zu erreichen, um die globale Umwelt zu schützen und unser Leben und unsere Unternehmen nachhaltiger zu gestalten. Die Regierungen arbeiten an einer Vielzahl von Projekten, um eine kohlenstofffreie Gesellschaft Wirklichkeit werden zu lassen. Die Energieumwandlung (EX), bei der versucht wird, Energie effizienter zu nutzen und die Branchen strukturell zu verändern, ist zu einem weltweiten Thema geworden, an dem alle gemeinsam arbeiten müssen.

Um eine kohlenstofffreie Gesellschaft Wirklichkeit werden zu lassen, müssen der Verbrauch fossiler Brennstoffe und die CO2-Emissionen gesenkt werden. Eine Reduzierung des Energieverbrauchs würde jedoch das Wachstum von Wirtschaft und Gesellschaft bremsen. Um das Ziel der Dekarbonisierung und des Wohlstands zu erreichen, müssen wir daher einen neuen Ansatz für EX wählen.

Hindernisse für die Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung

In der modernen Kultur wird praktisch alles mit Strom betrieben, von Smartphones und Computern über Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und Mikrowellenherde bis hin zu Industrierobotern in Fabriken und Großanlagen. Denken Sie auch an den Anstieg des Energieverbrauchs, wenn wir von Autos mit Verbrennungsmotoren auf Hybrid- und Elektrofahrzeuge übergehen. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen für die Stromerzeugung, die für EX-Aktivitäten erforderlich ist, bringt jedoch zwei Herausforderungen mit sich. Beide Probleme waren beim Einsatz fossiler Brennstoffe nicht vorhanden, müssen aber angegangen werden, um erneuerbare Energien effektiv nutzen zu können.

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Das sensible Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage
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Zunächst einmal ist die durch erneuerbare Energien erzeugte Energiemenge von Natur aus instabil. Große Solarkraftwerke sind an manchen Orten, an denen der Platz begrenzt und Flachland nur spärlich vorhanden ist, nicht realisierbar. Es müssen viele kleine Kraftwerke an verschiedenen Orten errichtet werden, um die Menge der erzeugten Energie zu erhöhen. Außerdem schwankt die durch Sonne und Wind erzeugte Energiemenge je nach Standort und Wetterlage erheblich.

Zweitens sind sie unvereinbar mit der herkömmlichen Methode der Stromversorgung, die darin besteht, Angebot und Nachfrage in Echtzeit aufeinander abzustimmen. Kommt es in einem Stromnetz zu einer erheblichen Diskrepanz, können Generatoren, Übertragungs- und Verteileranlagen sowie elektrische Geräte ungewöhnlich stark belastet werden; die Spannungen können schwanken, und im schlimmsten Fall kann es zu Stromausfällen kommen.

Die Menge des verbrauchten Stroms muss möglichst genau der erzeugten Menge entsprechen, um eine gleichmäßige Stromversorgung zu gewährleisten. Durch ständige Vorhersagen der Nachfrage können die Stromversorger die erzeugte Strommenge anpassen.

In der Realität schwankt die in einem Stromnetz verbrauchte Strommenge je nach Jahreszeit, Tageszeit und Standort erheblich. Im Hochsommer zum Beispiel steigt die Nachfrage nach Klimaanlagen tagsüber stark an und sinkt spät in der Nacht, wenn die meisten Menschen schlafen. Um das Kriterium von Angebot und Nachfrage zu erfüllen, erstellen die Energieversorgungsunternehmen Prognosen über diese Verbrauchsschwankungen und nutzen die thermische Stromerzeugung und andere, relativ leicht anpassbare Produktionsmethoden. Die Reaktion auf Nachfragespitzen und Nachfrageeinbrüche wird jedoch zum Problem, da sich die aus erneuerbaren Energiequellen erzeugte Strommenge nur schwer anpassen lässt.

Speicherung von erneuerbarer Energie

Ein Energiespeichersystem (ESS) ist erforderlich, um die oben genannten Herausforderungen beim Verbrauch erneuerbarer Energien zu bewältigen. Ein ESS kombiniert leistungsstarke Speicherbatterien mit einem Leistungssteuerungssystem, um Strom bedarfsgerecht zu speichern und zu verteilen und so das Stromnetz bei der Normalisierung der Last zu unterstützen und die zuverlässige Nutzung erneuerbarer Energien zu gewährleisten.

Solarenergie- und Windkraftanlagen in großem Maßstab stützen sich traditionell auf hochentwickelte Batterien und Pumpspeichersysteme, die große Mengen an Energie speichern können. In den letzten Jahren wurden zunehmend ESS-Ausrüstungen auf der Basis von Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt, die den Vorteil haben, dass sie sich schneller laden und entladen lassen und ihre Kapazität flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen können. Forschungen von TDK zufolge steigt die Zahl der für den Hausgebrauch installierten ESS-Einheiten bis 2030 weltweit auf eine Million an, parallel zur Verbreitung von Solarstromanlagen für Privathaushalte.

Haushaltsbatterien müssen in der Lage sein, regelmäßig Strom zu laden und zu entladen, wobei die langfristige Sicherheit von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus werden Haushaltsbatterien, die Haushaltsgeräte und Elektrofahrzeuge mit Strom versorgen, bei Stromausfällen zum Rettungsanker für die Menschen. Diese Anforderungen können mit einem ESS auf der Grundlage von Lithium-Ionen-Akkus erfüllt werden.


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  2. Erforschung neuer Batterietechnologien

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