Top 5 der kommerziellen erneuerbaren Energiequellen

Erneuerbare Energie ist gut fürs Geschäft

2020 war zweifellos ein Jahr der Premieren. Aber wussten Sie, dass es auch ein Jahr mit beispiellosen Erfolgen in der sauberen Energiebranche war?
Zum ersten Mal übertraf die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien nicht nur die Energieerzeugung aus Kohle, sondern etablierte sich auch als billigste und bewährte Energieoption in großem Maßstab.
Ein großer Teil dieses Wachstums wurde durch Unternehmens- und Umwelt-, Sozial- und Governance-Investmentfonds (ESG) gefördert. Als Beweis dafür, dass erneuerbare Energien gut fürs Geschäft sind, stiegen die Stromabnahmevereinbarungen (PPA) von Unternehmen sprunghaft an, während öffentliche Unternehmensverpflichtungen wie die RE100, zu 100 % auf erneuerbare Energien umzusteigen, den Markt ebenfalls übertrafen.
Was macht eine Energiequelle erneuerbar und warum sind sie so beliebt?

Was ist erneuerbare Energie?

Es gibt zwei Schlüsselfaktoren, die Energie erneuerbar machen. Erstens wird sie aus natürlichen Ressourcen gewonnen, die sich schnell wieder erneuern. Zweitens verursachen erneuerbare Energien nur wenige oder gar keine Treibhausgasemissionen.
Viele Menschen denken bei erneuerbaren Energien an etwas Neues. In Wirklichkeit verlässt sich die Menschheit auf die aus natürlichen Ressourcen gewonnene Energie, seit sie gelernt hat, auf einem Holzfeuer zu kochen, mit der Kraft des Windes zu neuen Orten zu segeln oder die ersten Fabriken mit Wasserrädern anzutreiben.

Erneuerbare Energie ist die billigste Energieoption

Geld spricht. Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) hat im Mai 2020 einen Bericht veröffentlicht, aus dem hervorgeht, dass die Kosten für Photovoltaik – die heute am weitesten verbreitete, vielseitigste und kostengünstigste Technologie für Solarmodule auf dem Markt – oder Solarstrom seit 2010 um 82 % gesunken sind. Im gleichen Zeitraum sind die Kosten für Onshore- und Offshore-Windkraft um 39 % bzw. 29 % gesunken.
Die Dekarbonisierung des Energiesektors ist also nicht nur machbar, sondern auch erschwinglich – was erklärt, warum erneuerbare Energien fossile Brennstoffe ersetzen. Nach Angaben der US-Energiebehörde machten erneuerbare Energien im Jahr 2019 mehr als 17 % des US-Energiemixes aus – fast doppelt so viel wie der Anteil von 9 % im Jahr 2000. Konservative Prognosen gehen davon aus, dass wir in den nächsten 10 Jahren, also bis 2030, 30 % überschreiten können.
Die 5 wichtigsten kommerziellen erneuerbaren Energiequellen, geordnet nach Marktanteil und Wachstum, sind:

1. Wind
2. Wasserkraft
3. Solar
4. Geothermie
5. Aufstrebende &Emissionsverstärker

#1: Windenergie

„Noch ist der Wind eine ungezähmte und ungebändigte Kraft; und es ist durchaus möglich, dass eine der größten Entdeckungen, die in Zukunft gemacht werden, darin bestehen wird, ihn zu zähmen und nutzbar zu machen.“
– Abraham Lincoln
In ihrem 2019 Wind Powers America Report bezeichnet die American Wind Energy Association Wind als Amerikas wichtigste erneuerbare, emissionsfreie Energiequelle.
Windenergie liefert 7 Prozent des gesamten US-Stroms mit fast 60.000 großen Windturbinen, die in 41 Staaten und zwei Territorien in Betrieb sind – sehen Sie sich die Windkarte der USA an, um zu erfahren, wo in Ihrer Nähe Strom erzeugt wird. Die Windenergie umfasst Strom, der von Onshore-Anlagen (z. B. Frontier II mit 350 MW in Oklahoma und Maryneal mit 182 MW in Texas), massiven Offshore-Türmen und kleineren Turbinen auf und zwischen Gewerbegrundstücken erzeugt wird. Die Energy Information Administration prognostiziert, dass die Windenergie im Jahr 2020 mit 44 % aller neuen Stromerzeugungskapazitäten die Nummer 1 sein wird.
Es überrascht nicht, dass die Windenergie die Nummer 1 ist, wenn man bedenkt, dass die Nutzung der Windenergie durch die Menschheit bis zu den ersten Segelschiffen zurückreicht, etwa zwischen 3000 und 1500 v. Chr. Die Windmühlen von Nashtifan im Iran, die seit über 1000 Jahren in Betrieb sind, gehören zu den ältesten der Welt und haben Winden von bis zu 74 Meilen pro Stunde standgehalten. Ob als Energiequelle für den Verkehr oder umgewandelt in mechanische Energie für das Pumpen von Wasser, das Mahlen von Getreide oder den Antrieb von Dampfmaschinen – Windenergie ist sauber, reichlich vorhanden und weltweit verfügbar.
Wie geht es weiter mit der Windenergie? Durch große Fortschritte bei der Onshore-Leistung und die Entwicklung massiver Offshore-Windtürme ist die größte Turbine derzeit über 722 Fuß hoch und erzeugt individuell 9,5 MW Strom. Zukünftige Turbinen könnten noch höher sein, in der Luft fliegen und militärtaugliche Drachen bis hin zu Mikrogeneratoren, die in windschwachen Umgebungen funktionieren, und sogar schaufellose Turbinen umfassen.

Nummer 2: Wasserkraft

„Wasser ist für mich, das gestehe ich, ein Phänomen, das immer wieder neue Gefühle der Verwunderung weckt, so oft ich es betrachte.“
– Michael Faraday, 1853 Erfinder des ersten elektrischen Generators.
Nummer 2 (vormals Nummer 1, bis sie 2020 vom Wind überholt wurde) ist der Lebensspender Wasser und seine Alternative zur Energieerzeugung, die Wasserkraft. Nach Angaben der National Hydropower Association macht die durch fließende Gewässer – Flüsse, Bäche und Meeresgezeiten – erzeugte Energie 7 % der gesamten Stromerzeugung aus.

Wasserkraft ist eine der ältesten Energiequellen der Welt. Die Bauern im alten Griechenland nutzten bewegtes Wasser, um Turbinen anzutreiben und Aufgaben wie das Mahlen von Getreide zu erledigen. Während der industriellen Revolution in den USA lieferte die Wasserkraft die mechanische Energie, die für die Herstellung von Textilien und anderen Geräten erforderlich war. Und 1882 wurde in Appleton, Wisconsin, das erste Wasserkraftwerk der USA gebaut, das die Beleuchtung einer Papierfabrik und mehrerer Häuser versorgte. Duke Energy (Muttergesellschaft von Duke Energy Renewables), einer der größten kommerziellen Energiekonzerne des Landes, begann seine Tätigkeit im Jahr 1900 als Wasserkraftunternehmen. Das Unternehmen besitzt und betreibt weiterhin 31 Wasserkraftwerke und zwei Pumpspeicherkraftwerke.
Heute liefern 2.500 Dämme in 41 Bundesstaaten und zwei Territorien 78 Gigawatt (GW) konventionelle und 22 GW Pumpspeicherkraft. Im Vergleich dazu gibt es landesweit mehr als 80.000 Dämme, die keinen Strom produzieren. Zwar sind nicht alle diese Dämme für die Stromerzeugung geeignet, doch eine Studie des US-Energieministeriums legt nahe, dass durch die Erweiterung der Stromerzeugungskapazität von nur 100 dieser Dämme potenziell bis zu 8 GW an neuer erneuerbarer Kapazität hinzukommen könnten – genug Strom, um etwa 3,2 Millionen Haushalte mit Energie zu versorgen und die Größe des bestehenden konventionellen Wasserkraftparks um 10 % zu erhöhen.
Wie jede vom Menschen geschaffene Energiequelle hat auch die Wasserkraft gute und schlechte Seiten. Die bekannten negativen Auswirkungen auf Fische und natürliche Ökosysteme führen dazu, dass viele ältere Dämme abgerissen werden. Ein Fortschritt ist die Möglichkeit, Wasserkraft als Energiespeicher zu nutzen, um sie mit Solarenergie zu kombinieren, wenn die Sonne nicht scheint, und/oder mit Windenergie, wenn die Luft ruhig ist. Die hybride Erzeugung erneuerbarer Energien wird in Nummer 5 unserer Liste näher erläutert.

#3: Solar

„Ich würde mein Geld auf die Sonne und die Solarenergie setzen. Was für eine Energiequelle! Ich hoffe, wir müssen nicht warten, bis Öl und Kohle zu Ende sind, bevor wir das in Angriff nehmen. Ich wünschte, ich hätte noch mehr Jahre!“
– Thomas Edison
Die Sonne ist eine weitere natürliche Energiequelle, die pro Sekunde genug Energie liefert, um den weltweiten Energiebedarf für über zwei Stunden zu decken. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Erzeugung von Solarenergie, wie z. B. die Photovoltaik, eine der am schnellsten wachsenden kommerziellen erneuerbaren Energiequellen ist.

Die solare Energieerzeugung funktioniert überall dort, wo die Sonne scheint, und acht US-Bundesstaaten erzeugen bereits mehr als 5 % ihres Stroms aus Sonnenenergie. Kalifornien liegt mit rund 19 % an der Spitze, und in North Carolina, wo Duke Energy Renewables seinen Hauptsitz hat, werden 6 % des Stroms durch Solarenergie erzeugt. Es wird erwartet, dass der US-Solarmarkt im Jahr 2021 3 Millionen Installationen und im Jahr 2023 4 Millionen Installationen erreichen wird.
Die Nutzung der Sonne zur Energiegewinnung hat eine uralte Geschichte, die bis ins Jahr 7 v. Chr. zurückreicht, als die Menschen sie erstmals zum Entzünden von Feuer nutzten. Die ersten Silizium-PV- und Solarzellen, die in der Lage waren, genügend Sonnenenergie in Strom umzuwandeln, um alltägliche elektrische Geräte zu betreiben, wurden 1954 von Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson in den Bell Labs entwickelt. Die am längsten in Betrieb befindliche Solaranlage der Welt, Solar Energy Generating Systems (SEGS), begann in den 1980er Jahren in der Mojave-Wüste mit der Erzeugung von Solarstrom in kommerziellem Maßstab.
Heute reicht die Solarstromerzeugung von ultraleichten und tragbaren Solarladegeräten, die für Rucksacktouren geeignet sind, bis hin zu groß angelegten Solaranlagen wie Amazons größtem Solardach in Colorado und von Solaranlagen an Universitäten und Schulen bis hin zu Energieversorgungsprojekten wie dem 200-MW-Projekt Holstein Solar in Texas. Forscher schätzen, dass wir mit all den Fortschritten in der Solartechnologie bis 2050 (oder früher) eine Verbesserung der Energieproduktion um 700 % erreichen könnten.

#4 Geothermie

„In der alten Wirtschaft wurde Energie durch die Verbrennung von etwas erzeugt … Die neue Energiewirtschaft macht sich die Energie des Windes, die Energie der Sonne und die Wärme der Erde selbst zunutze.“
– Lester R. Brown
Geothermische Energie (die Wärme der Erde) ist die Nummer 4 auf unserer Liste der besten kommerziellen erneuerbaren Energiequellen. Heißes Wasser kommt in der Natur bei unterschiedlichen Temperaturen und in verschiedenen Tiefen unter der Erdoberfläche vor. In diese unterirdischen Reservoirs können sehr tiefe Bohrungen von einem Kilometer oder mehr gebohrt werden, um den Dampf anzuzapfen und an die Oberfläche zu bringen, damit er für eine Vielzahl von Anwendungen genutzt werden kann, z. B. zur Stromerzeugung, zum Heizen und Kühlen und für andere direkte Zwecke. In den USA befinden sich die meisten geothermischen Reservoirs in den westlichen Bundesstaaten. Die größte Gruppe geothermischer Kraftwerke der Welt befindet sich in The Geysers, einem geothermischen Feld in Nordkalifornien, das auch wiederaufbereitetes Abwasser als zusätzliche Wasserquelle nutzt.

Das erste geothermische Kraftwerk in der Toskana, Italien, wurde 1904 in Betrieb genommen. Es erzeugte lediglich 10 Kilowatt Strom, genug, um fünf Glühbirnen zu betreiben. Ein großer Vorteil der Geothermie besteht darin, dass sie keinen Brennstoff benötigt und somit unabhängig von Schwankungen der Brennstoffkosten ist. Allerdings sind die Kapitalkosten – vor allem die Kosten für die Bohrungen – in der Regel hoch. Außerdem ist die Suche nach brauchbaren geothermischen Ressourcen mit einem hohen finanziellen Risiko verbunden.
Die Zukunft der Geothermie könnte in ihren Nebenprodukten liegen – insbesondere in dem wertvollen Mineral Lithium. Lithium ist ein entscheidender Bestandteil von Großbatterietechnologien, die in Batteriespeichersystemen und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Um neue Quellen für das begehrte Mineral zu erschließen, finanziert der Bundesstaat Kalifornien ein Projekt zur Lithiumgewinnung, um ein rentables, emissionsfreies Nebenprodukt aus der bestehenden geothermischen Energieerzeugung zu gewinnen.

#5 Aufstrebende erneuerbare Energien &Emissionsreduzierer

„Wenn du die Geheimnisse des Universums ergründen willst, denke in Begriffen von Energie, Frequenz und Vibration.“
– Nikola Tesla
Nummer 5 auf unserer Liste umfasst aufstrebende Technologien für erneuerbare Energien sowie Innovationen, die für sich genommen keine reine Energieerzeugung darstellen. Stattdessen verstärken sie andere erneuerbare Energiequellen. Bei den „Boostern“, wie wir sie nennen, geht es darum, die Schwankungen der erneuerbaren Energien wie Wind und Sonne zu überwinden und sowohl die Kosten als auch die Emissionen zu senken.

Zu den Boostern für erneuerbare Energien gehören:

• Energiespeicherung – Durch das Auffangen von Energie, die zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugt wird, und das Speichern dieser Energie für eine spätere Verwendung wird die Energiespeicherung als wichtiges Mittel angesehen, um sicherzustellen, dass neue Energiequellen nicht verschwendet werden (z. B., Die Energiespeicherung wird als wichtiges Mittel angesehen, um sicherzustellen, dass neue Energiequellen nicht verschwendet werden (z. B. Drosselung von Wind- und Solarenergie, wenn zu viel Energie im Netz ist) und zur Verfügung stehen, wenn die Quellen nicht produzieren (z. B. nachts, wenn die Sonnenkollektoren keine Energie von der Sonne einfangen). Batteriespeichersysteme (BESS) sind die bei weitem am schnellsten wachsende und am häufigsten eingesetzte Energiespeichermethode, die in Verbindung mit Solar- und Windenergieprojekten die Energieversorgung stabilisiert und erhebliche Kosteneinsparungen ermöglicht. Beispiel: das 36-MW-Batteriespeicherprojekt Notrees, Amerikas größtes Batteriespeicherprojekt in einem Windpark. Andere Energiespeichersysteme sind Pumpspeicherkraftwerke (PSH) und Schwerkraftspeicher, ein schnell aufkommendes mechanisches System, von dem wir in Zukunft noch viel mehr sehen werden.
• Brennstoffzellen und grüner Wasserstoff – Brennstoffzellen funktionieren wie Batterien, müssen aber nicht entladen oder aufgeladen werden. Sie erzeugen Strom und Wärme, solange Brennstoff zugeführt wird. Heute ist dieser Brennstoff in der Regel Wasserstoff, der durch Elektrolyse von Wasser unter Verwendung fossiler Brennstoffe hergestellt wird. Um die Emissionsfreiheit zu erreichen, wird eine andere Brennstoffquelle, der so genannte „grüne Wasserstoff“, durch dasselbe Elektrolyseverfahren erzeugt, aber durch emissionsfreie Wind- und/oder Solarenergie gespeist. Brennstoffzellen werden verwendet, um vor Ort Grundlaststrom zu liefern.
• Energieeffizienz – Je effizienter Gebäude, Fahrzeuge und Geräte werden, desto weniger Energie wird verbraucht oder muss erzeugt werden. Je weniger Energie verbraucht wird, desto weniger Stromerzeugung ist erforderlich. Die Sicherstellung eines hohen Niveaus an Energieeffizienz wird den Bedarf an jeder Energieerzeugungsquelle senken.
• Elektrifizierung – Dies ist die Umwandlung einer Maschine oder eines Systems in elektrische Energie. Von der Gebäudeheizung und -kühlung bis hin zu Autos, Bussen, Lastwagen, Schiffen und Flugzeugen verlagert die Elektrifizierung den Energiebedarf auf sauberere Energiequellen und trägt dazu bei, dass die Netto-Null-Emissionen schneller erreicht werden. Viele sehen die Zukunft der Energie in der Dekarbonisierung und Elektrifizierung von Fahrzeugen. Das reicht von E-Bikes bis hin zu riesigen 45-Tonnen-Kippern und Bergbau-LKWs, die so groß sind wie ein dreistöckiges Bürogebäude.

Zu den aufkommenden Technologien für erneuerbare Energien, die man im Auge behalten sollte, gehören:

• Gezeitenenergie – Eine erneuerbare Energiequelle, die aus der Ebbe und Flut der Ozeane gewonnen wird. In ihrer einfachsten Form drehen sich Turbinen unter der Meeresoberfläche, wenn die Gezeiten steigen und fallen, um Strom zu erzeugen, der dann über Unterwasserkabel zurück an die Küste geleitet wird. Gezeitenenergie wird auch durch große Bauwerke erzeugt, die quer über einen Fluss gebaut werden, in der Regel in der Nähe seiner Mündung in den Ozean. Da wir noch nicht herausgefunden haben, wie wir die negativen Auswirkungen auf empfindliche Meeres- und Strandökosysteme begrenzen können, und da die Kosten nach wie vor hoch sind, gibt es in den USA keine Gezeitenkraftwerke im großen Maßstab. Aber der Erfolg in Asien und das Interesse an der Kombination mit Entsalzungsanlagen zur Gewinnung von trinkbarem Süßwasser aus Meerwasser könnte dies in nicht allzu ferner Zukunft ändern.
• Biogas – Biogas wird durch anaeroben bakteriellen Abbau von tierischen und pflanzlichen Abfällen erzeugt. Dies unterscheidet sich von Biomasse/Biokraftstoffen, die manche als erneuerbar bezeichnen, weil Kraftstoffe wie Holz oder Zuckerrohr nachwachsen, die aber aus dieser Liste gestrichen wurden, da sie derzeit als „hoch emittierende“ Kraftstoffquellen gelten. Bakterien sind keine wählerischen Esser. Diese Mikroorganismen fressen landwirtschaftliche Abfälle, Gülle, kommunale Abwässer, Grünabfälle oder Lebensmittelabfälle. Das dabei entstehende Biogas ist Methan, auch Erdgas genannt, das dann verbrannt wird, um Strom zu erzeugen. Ein Beispiel ist die Zusammenarbeit von Duke Energy mit Molkereien in seinem Versorgungsgebiet, um Methan aus Gülle durch seine Erdgasleitungen zu Erzeugungsanlagen zu leiten. US-Großstädte wie Connecticut investieren ebenfalls viel Zeit und Geld in die Kombination von Solar-, Wind- und Biogasanlagen auf Mülldeponien und anderen „Industriebrachen“, um eine konsistente Energiequelle zu schaffen.
• Strahlungsenergie – Als Energie, die in Wellenbewegung übertragen wird, insbesondere in elektromagnetischer Wellenbewegung (z.B. Magnete plus Bewegung), kann diese natürliche Energieform direkt aus der Umwelt gewonnen oder durch die sogenannte Fraktionierung aus gewöhnlicher Elektrizität extrahiert werden. Eines der ersten drahtlosen Telefone, das auf Strahlungsenergie basierte, wurde 1916 von Nikola Tesla erfunden. Heute können 99 % der Kosten für normalen Strom durch die Nutzung von Strahlungsenergie eingespart werden. Es gibt eine Reihe von Piloten von selbstlaufenden Geräten, die Strahlungsenergie nutzen. Kein Kraftwerk erforderlich. Die ultimative erneuerbare Energie ist die, die im Gerät selbst entsteht. Bleiben Sie dran!
• Erneuerbare Energien der Zukunft – In Labors auf der ganzen Welt werden viele Innovationen erforscht. Einige, wie Treibstoff aus Luft und exponentielle Verbesserungen der Solarzellenkapazitäten, sehen äußerst vielversprechend aus. Es bleibt abzuwarten, welche zukünftigen erneuerbaren Energiequellen den Umfang, die Sicherheit und die Zuverlässigkeit erreichen, die für eine Welt mit hohem Strombedarf erforderlich sind.

Welche erneuerbare Energiequelle ist für Sie am besten geeignet?

Auch in unsicheren Zeiten wächst die Nachfrage nach sauberer Energie weiter. Die wirklich gute Nachricht ist, dass erneuerbare Energien in den letzten zehn Jahren aus der Kategorie der „alternativen Energien“ in den Mainstream aufgestiegen sind, da sie sehr erschwinglich, zunehmend zuverlässig und für ein breites Publikum verfügbar sind. Es wird interessant sein, die Listen im Jahr 2030 mit denen der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen im Jahr 2020 zu vergleichen.

Über Duke Energy Renewables

Der erste Schritt zur Entwicklung nachhaltiger Energielösungen für Ihr Unternehmen besteht darin, sich über die Grundlagen der erneuerbaren Energien, einschließlich der wichtigsten Arten von erneuerbaren Energien, zu informieren. Genauso wichtig ist es, diese Informationen von einer vertrauenswürdigen Quelle zu erhalten, die nachweislich Dienstleistungen und Lösungen im Bereich der erneuerbaren Energien anbietet.
Wir sind Duke Energy Renewables und arbeiten mit Nachhaltigkeitsexperten in großen Unternehmen wie The Home Depot, Sprint und der Ball Corporation zusammen, um nachhaltige Lösungen in ihre Betriebsabläufe zu integrieren, um Energieeinsparungen zu erzielen und Kohlenstoffreduktionsziele zu erreichen. Wir sind Experten, die Sie zu Energieeinsparungen und Energieunabhängigkeit führen, und wir sind für Sie da.