Die Integrationsfigur für Wind und PV
Was ist Strom?
Strom ist vereinfacht gesagt der Fluss (oder wie der Name sagt: Strom) von elektrisch geladenen Teilchen, den Elektronen, von einem Kraftwerk zum Verbraucher. Dort sorgen die Elektronen dafür, dass Maschinen laufen, Kühlschränke funktionieren oder Handys geladen werden können. Ein Leben ohne Strom ist in unserer hochtechnisierten Welt mittlerweile undenkbar.
Die wichtigsten elektrischen Kenngrößen sind: Die elektrische Spannung (in Volt gemessen); sie ist ein Maß für die ?Antriebskraft? der Elektronen. Die Stromstärke (in Ampere gemessen); sie beschreibt die Größe des Stromflusses. Das Produkt beider ist die elektrische Leistung in Watt. Sie gibt an, wie viel Arbeit mit der elektrischen Energie geleistet werden kann. Die verrichtete Arbeit (umgangssprachlich der Stromverbrauch) wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen. Es ist die Größe, die dem Kunden in Rechnung gestellt wird: Cent pro Kilowattstunde (Ct/kWh).
Welche unterschiedlichen Formen der Stromerzeugung gibt es?
Um die Teilchen anzutreiben, gibt es verschiedene Verfahren. Ein Großteil der weltweit erzeugten Elektrizität wird mittels Turbinen erzeugt. Dabei wird zur Erzeugung der elektrischen Energie eine rotierende Maschine eingesetzt, ein elektrischer Generator. Ein anschauliches Beispiel ist ein Fahrraddynamo, der durch Drehung Strom und so Licht erzeugt. Ganz einfach gesagt: Bei dieser Art der Stromerzeugung muss also etwas rotieren. Das geschieht mithilfe von Wasser, Wind oder auch Dampf.
Eine andere Form der Stromerzeugung ist die Photovoltaik. Bei der Stromgewinnung aus Sonnenenergie wird der Elektronenstrom mittels solarer Strahlung auf Halbleiter in Bewegung gesetzt.
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Bei der immer populärer werdenden Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle wird chemische Energie ? in der Regel Erdgas oder Wasserstoff ? direkt und ohne rotierende Teile in Strom umgewandelt.
Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl von weiteren Kraftwerkstypen, die für die großtechnische Form der Stromerzeugung (bislang) nur eine untergeordnete oder gar keine Rolle spielen.
Wie wird aus Wasserkraft Strom?
Die einfachste und älteste Form der Stromerzeugung ist die mittels Wasserkraft. Hier wird Wasser über, unter oder durch eine Turbine geleitet. Diese dreht sich und erzeugt im Generator Strom. In Deutschland wurden 2018 rund 2,6 % des Stroms durch Wasserkraft erzeugt. Allerdings ist die Nutzung der Wasserkraft hierzulande weitestgehend ausgereizt.
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Mit einem Anteil von 18,6 % an der weltweiten Stromerzeugung war Wasserkraft 2018 hingegen die drittbedeutendste Form der Stromproduktion. Die Erzeugung schwankte in den einzelnen Jahren je nach Wasserstand der Flüsse.
Wie funktioniert die Windkraft?
Die Windkraft treibt schon seit Jahrhunderten Windräder an. Relativ neu ist die Stromgewinnung mithilfe von Windturbinen. In Deutschland sind seit Mitte der 1990er Windkraftanlagen zur kommerziellen Stromerzeugung im Einsatz. Seitdem hat sich deren Entwicklung enorm beschleunigt. Die Anlagen werden immer größer und leistungsfähiger.
So werden an Land ? onshore ? mittlerweile Turbinen mit einer Leistung von rund 6 Megawatt und einem Rotordurchmesser von 130 Metern angeboten. Damit kann ein einziges Windrad rund 3500 Haushalte mit Strom versorgen. Windkraftanlagen auf dem Meer ? offshore ? sind noch größer. Diese Anlagen verfügen über eine Leistung von bis zu 12 MW und einem Rotordurchmesser von 220 Metern.
Was sind thermische Kraftwerke?
In thermischen Kraftwerken wird Wasser erhitzt und der Dampf in eine Turbine geleitet, die dadurch rotiert. Diese treibt einen Generator an, der für den Elektronenfluss sorgt ? es fließt Strom. Als Brennstoff zur Dampferzeugung kommen fossile und erneuerbare Rohstoffe zum Einsatz. Eine andere Form der Dampferzeugung basiert auf der Spaltung von Uran in Kernkraftwerken.
Fossile Brennstoffe sind Kohle, Erdgas und Öl. Bei der Verbrennung fossiler Energieträger in thermischen Kraftwerken wird Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre ausgestoßen, das zu vor im Boden gelagert war. Dieses zusätzliche CO2 in der Atmosphäre trägt zum Treibhausgaseffekt und so zur Klimaerhitzung bei.
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Bei den erneuerbaren Brennstoffen wird Biomasse oder Biogas verbrannt und dadurch Dampf zur Stromgewinnung erzeugt. In den Kraftwerken kommt in der Regel Holz als fester Brennstoff zur Stromproduktion zum Einsatz. Biogas wird durch Vergärung von Biomasse wie Mais, Zuckerrohr aber auch Gülle erzeugt. Biobrennstoffe sind klimaneutral, da bei der Verbrennung nur so viel CO2 frei wird, wie die Pflanze zuvor der Umwelt entzogen hat.
Wie arbeitet ein Kernkraftwerk?
In einem Atomkraftwerk wird Dampf mithilfe von Kernspaltung erzeugt. In der Regel wird dabei Uran eingesetzt. Bei der Spaltung eines Uranatoms in einem Reaktor werden große Mengen an Energie beziehungsweise Wärme frei. Ein Kilogramm Natururan mit 0,7 % spaltbarem Uran-235-Anteil enthält in etwa den gleichen Energiegehalt wie knapp 20 Tonnen Steinkohle. Bei der Stromerzeugung in Kernkraftwerken entsteht kein Kohlendioxid. Allerdings bleiben bei der Kernspaltung radioaktiv kontaminierte Abfallprodukte zurück. 
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Thermische Großkraftwerke mit mehreren Hundert Megawatt Leistung sind bis heute noch das Rückgrat der Industrienationen. Ein großes Kohlekraftwerk mit 800 MW Leistung kann rund zwei Millionen Haushalte versorgen. Allerdings setzen sich die erneuerbaren Energien ? vor allem Wind und Photovoltaik ? in immer mehr Ländern durch. Das nicht nur, weil sie klimafreundlich sind, sondern auch, weil sie mittlerweile billiger Strom erzeugen als mit fossilen Brennstoffen befeuerte Anlagen.
Wie kommt der Strom ins Haus?
Transportiert wird der Strom über Leitung zum Kunden. Dabei wird er mittels des Übertragungsnetzes bei hohen Spannungen über große Entfernungen transportiert. Das Mittelspannungsnetz verteilt die elektrische Energie an die regional verteilten Trafostationen und größere Stromabnehmer wie Industriebetriebe oder Krankenhäuser. Das Verteilnetz ist auf der lokalen Ebene angesiedelt und bringt den Strom mit niedriger Spannung in die Haushalte.