Elektrifizierung entfacht Debatte über die Zukunft der Energie

Die Elektrifizierung - der Ersatz fossiler Brennstoffe durch Elektrizität zur Energieversorgung - ist ein wichtiger Bestandteil der weltweiten Bemühungen um die Dekarbonisierung. Sie berührt viele Sektoren und entfacht noch mehr Diskussionen über ihre Auswirkungen auf Energieverbrauch und -kosten.

Umweltbelange sind ein Teil der Gleichung, da die Erzeuger Vorschriften berücksichtigen, die sich zunehmend auf ihre Tätigkeit auswirken. Da immer mehr Branchen nachhaltige Geschäftspraktiken anwenden, wird der Kohlenstoff-Fußabdruck ihrer Produktion zu einer Überlegung.

Stromverbraucher wägen ihre eigenen Prioritäten ab und berücksichtigen Kosten, Komfort - und manchmal auch den Klimawandel -, wenn sie sich für den Kauf eines Elektrofahrzeugs (EV), die Wahl zwischen elektrischen oder gasbetriebenen Werkzeugen und Geräten oder die Beheizung ihres Hauses mit Erdgas oder einer Wärmepumpe entscheiden.

Möchten Sie mehr über die Elektrifizierung erfahren? Lesen Sie dieses POWER-Interview mit vier Führungskräften von Energieunternehmen, die über die Bedeutung und die Auswirkungen dieser Energiewende sprechen.

Der Trend zur Elektrifizierung spiegelt die allgemeine Energiewende wider, eine Abkehr von fossilen Brennstoffen hin zu saubereren Energieformen. Wie bei jeder Veränderung im Energiesektor gibt es viele Fragen zu diskutieren, viele bewegliche Teile und eine anhaltende Debatte über die Rolle der Regierung bei der Bestimmung, wie schnell die Elektrifizierung die Energielandschaft verändern wird - und wie weit sie mit ihren Auswirkungen auf Versorgungsunternehmen, Industrie und Stromverbraucher gehen wird.

"Ich denke, der wichtigste Schwerpunkt sollte auf der Schaffung einer kohlenstoffarmen Zukunft liegen, damit wir die Lebensqualität der Menschen überall verbessern und die Umwelt schützen können", sagte John Vernacchia, Leiter des Segments Energiewende bei Eaton, einem weltweit tätigen Energiemanagement-Unternehmen. "Der Energieverbrauch nimmt weltweit stetig zu, der Einsatz von Elektrofahrzeugen beschleunigt sich, und die Gebäude werden energiehungriger als je zuvor. Wir müssen unsere Energiesysteme neu überdenken, um diese neuen Anforderungen nachhaltig zu erfüllen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Energiequellen erneuerbarer, widerstandsfähiger und intelligenter werden."

"Das beste Argument für die Elektrifizierung ist die Notwendigkeit", sagte Curtis Tongue, Mitbegründer und Chief Strategy Officer bei OhmConnect, das mit privaten Stromkunden daran arbeitet, Energie und Geld zu sparen. "Wenn wir den Temperaturanstieg von 1,5 Grad bis zum Ende des Jahrhunderts abwenden wollen, müssen wir herausfinden, wie wir die Wirtschaft effektiv dekarbonisieren können. Etwa ein Drittel der US-Emissionen stammen aus dem Verkehrssektor und ein weiteres Drittel aus dem Energieverbrauch in Haushalten und Gebäuden, also ein guter Ansatzpunkt. Wir haben die Technologie und das Know-how, um diese Sektoren durch Elektrifizierung zu dekarbonisieren.

Eine Chance für die Verbraucher

Im Kern geht es bei der Elektrifizierung einfach darum, die Nutzung fossiler Brennstoffe durch Technologien zu ersetzen, die Strom als Energiequelle nutzen - also Strom zum Heizen eines Hauses oder Bürogebäudes (Abbildung 1) anstelle von Erdgas zu verwenden oder ein Elektrofahrzeug anstelle eines benzinbetriebenen Autos zu fahren. Es ist, wie Vernacchia gegenüber POWER erklärte, eine "echte Chance für die Verbraucher..., zu Energieproduzenten zu werden und weitaus mehr Kontrolle darüber zu haben, wann und wie sie die Energie nutzen", und er fügte hinzu, dass sein Unternehmen "daran arbeitet, sicherzustellen, dass Strom von überall her kommen kann, und unseren Kunden hilft, die durch die Elektrifizierung geschaffenen Möglichkeiten zu nutzen, indem wir die traditionellen Grenzen dessen, was elektrische Systeme leisten können, sprengen."

Es gibt wirtschaftliche Argumente für die Elektrifizierung, von höheren Energiepreisen über den Verlust von Arbeitsplätzen im Sektor für fossile Brennstoffe bis hin zu den Kosten von Elektrofahrzeugen im Vergleich zu benzinbetriebenen Autos und Lastwagen. Analysten räumen jedoch ein, dass die Elektrifizierung Vorteile für die Umwelt hat, Arbeitsplätze schafft und die Möglichkeiten der Energieerzeugung und -verteilung erweitert.

Eric Powell, Direktor für Nordamerika bei Partners in Performance, erklärte gegenüber POWER: "Jedes Argument hat seinen Nutzen und seine Vorurteile, aber das beste Argument, das uns allen nützt und die Vorurteile ausräumt, ist, dass die Elektrifizierung der Katalysator für neue Mikroökonomien ist, die es jedem ermöglichen, daran teilzuhaben, insbesondere denjenigen in benachteiligten Gemeinden. Powells Gruppe, ein in Australien ansässiges Energie- und Unternehmensberatungsunternehmen, hat mit vielen Unternehmen zusammengearbeitet, um ihnen zu helfen, Emissionen zu reduzieren und nachhaltiger zu werden.

"Die Elektrifizierung ist Teil eines 'edlen Zwecks' in dieser Energiewende, die Arbeitsplätze schafft, Innovationen vorantreibt und gesellschaftliche Gräben überbrückt", sagte Powell. "Jeder, der ein Haus, ein Dach, ein Grundstück oder irgendeinen zusätzlichen Platz hat, kann zu einer virtuellen Energiequelle werden. Wir sollten nicht zulassen, dass die Politik dies verhindert. Gerade deshalb müssen wir über öffentlich-private Partnerschaften hinausgehen und Ökosysteme aus Versorgungsunternehmen, Industrie, Kunden, Kapitalgebern, Regulierungsbehörden und Bildungseinrichtungen schaffen, die diesen Übergang nicht nur ermöglichen, sondern auch unterstützen."

Nicholas Smallwood, Senior Vice President bei Sunrun, einem in Kalifornien ansässigen Solarenergieunternehmen, erklärte gegenüber POWER: "Die Studie von Rewiring America zeigt, dass 85 % der US-Haushalte - etwa 103 Millionen Haushalte - mit elektrischen Öfen und Warmwasserbereitern zusammen 37,3 Milliarden Dollar pro Jahr an Energierechnungen einsparen könnten". Smallwood sagte, dass 44% dieser Haushalte "ein geringes bis mittleres Einkommen haben und durchschnittlich 377 bis 493 Dollar pro Jahr sparen würden. Im Durchschnitt werden die Haushalte fast 2.000 Dollar pro Jahr sparen, sobald sie elektrifiziert sind. Dekarbonisierungstechnologien werden jedes Jahr exponentiell billiger, und die Preise werden weiter sinken, wenn wir uns für eine Zukunft mit erneuerbaren Energien einsetzen. Wichtige Änderungen der Bauvorschriften, Regelungen, Finanzierung und des Strommarktes können die Umstellung auf ein elektrisches Haus für alle Amerikaner zugänglich machen."

Hilfsprogramme'.

Die Versorgungsunternehmen passen ihre Dienstleistungen an, um die Vorteile der Elektrifizierung zu erkennen, insbesondere mit Programmen für E-Fahrzeuge (Abbildung 2). Xcel Energy arbeitet mit Denver, Colorado, zusammen, um das Ziel der Stadt zu unterstützen, bis 2030 einen Anteil von 30 % E-Fahrzeugen zu erreichen. Eversource unterstützt in den nächsten zwei Jahren die Installation von Ladestationen in allen Stadtteilen von Boston, Massachusetts.

Die Public Service Co. of New Mexico (PNM) sagte kürzlich, dass sich die Anzahl der E-Fahrzeuge in ihrem Versorgungsgebiet bis Ende 2023 mehr als verdoppeln wird, von derzeit etwa 3.800 auf 7.800 bis Ende nächsten Jahres. Die staatlichen Aufsichtsbehörden genehmigten im November 2021 das 9,1 Millionen Dollar teure Elektrifizierungsprogramm von PNM, das Anreize für Ladeinfrastruktur und mehrere neue Tarife für Gewerbe- und Privatkunden umfasst.

Das PNM-Programm bietet Kunden finanzielle Anreize für die Installation von Ladegeräten für Privathaushalte und umfasst Mittel für Kunden mit niedrigem und mittlerem Einkommen, die bis zu 2.000 Dollar der Kosten decken. Es gibt auch Anpassungen der Nutzungszeiten, die es den Kunden ermöglichen, ihre E-Fahrzeuge über Nacht für etwa 3¢/kWh aufzuladen, um Anreize für das Aufladen zu Zeiten zu schaffen, in denen der Strombedarf nicht so hoch ist.

Kalifornische Beamte kündigten kürzlich TECH Clean California an, eine 120-Millionen-Dollar-Initiative zur Förderung des Marktes für sauberere und effizientere Raum- und Wasserheizungstechnologien. Das Anreizprogramm der Gruppe für die Elektrifizierung von Einfamilienhäusern zielt darauf ab, die Lieferkette für saubere Heizgeräte zu aktivieren, indem Anreize für die Installation von Wärmepumpen für die Raumheizung und Warmwasserbereitung in Einfamilienhäusern durch Vertragspartner geschaffen werden. Das Programm umfasst die Einbeziehung von Vertragspartnern, Öffentlichkeitsarbeit und Schulungen. Es hat bereits Hunderte von Vertragspartnern erreicht, indem es Veranstaltungen mit Händlern für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) und Warmwasserbereiter veranstaltet und mit Herstellern, Händlern, Versorgungsunternehmen und Ausbildern von Vertragspartnern zusammenarbeitet.

New Yorker Beamte haben erklärt, dass sie bis 2050 eine kohlenstoffneutrale Wirtschaft anstreben, einschließlich der Beseitigung von Gebäude- und Verkehrsemissionen. Laut Gouverneurin Kathy Hochul erwägen die Gesetzgeber des Bundesstaates ein Gesetz, das sicherstellen soll, dass alle neuen Gebäude bis 2027 emissionsfrei gebaut werden, und das Teil der Bemühungen ist, bis 2030 zwei Millionen "elektrifizierte oder elektrifizierungsbereite Häuser" zu bauen. Außerdem will der Staat bis 2027 alle neuen Schulbusse elektrisch betreiben und die bestehende Flotte von 50.000 Bussen bis 2035 auf Null-Emissionen umstellen. Ben Prochazka, Geschäftsführer der in Washington, D.C. ansässigen Electrification Coalition, einer Gruppe, die sich für die Einführung von Elektrofahrzeugen einsetzt, bezeichnete den Plan in einer Erklärung als "mutig, aber erreichbar".

"Elektrische Schulbusse sind da und bereit, eingesetzt zu werden, und es ist aufregend zu sehen, dass New York den Moment ergreift", sagte Prochazka. "Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung der nationalen Sicherheit, der öffentlichen Gesundheit und der wirtschaftlichen Vorteile, die Elektrofahrzeuge bieten.

Hochuls Plan für die Elektrifizierung von Gebäuden sieht unter anderem vor, dass Neubauten bis spätestens 2027 keine Treibhausgasemissionen mehr ausstoßen sollen. Außerdem sollen die New Yorker Standards für die Geräteeffizienz verbessert werden, um den Energieverbrauch zu senken und den New Yorkern gleichzeitig Milliarden von Dollar an Energiekosten zu sparen. Der Plan sieht auch die Einrichtung eines "grünen Elektrifizierungsfonds" vor, um einkommensschwache Haushalte über einen neuen, fünfjährigen Kapitalplan für den Wohnungsbau in Höhe von 25 Milliarden Dollar zu elektrifizieren, der von der staatlichen Behörde für Wohnungsbau und Gemeindeerneuerung verwaltet wird.

Wachsende Sektoren

Die Elektrifizierung des Transportwesens umfasst auch Geräte, die häufig in Kraftwerken eingesetzt werden, wie Gabelstapler, Frontlader und andere Maschinen. "Nachhaltigkeit, Sicherheit und Produktivität sind die wichtigsten Aspekte bei der Elektrifizierung von Transportmitteln, Flotten und Arbeitsgeräten", sagt Joe Baldi, Direktor für Strategie und Partnerschaften bei Moog Construction, einem weltweit tätigen Baumaschinenhersteller, der eine Vielzahl von Branchen beliefert, darunter auch die Energieerzeugung. "Die US-amerikanischen und internationalen Normen haben das Niveau der Off-Highway-Emissionen kontinuierlich gesenkt, und elektrifizierte Maschinen setzen die Reise zur Beseitigung von Emissionen aus schweren Maschinen fort."

Zu den Angeboten von Moog gehört auch ein intelligentes System zur Elektrifizierung von Maschinen. Moog hat in Zusammenarbeit mit Doosan Bobcat einen vollelektrischen Kompakt-Raupenlader entwickelt, den Bobcat T7X (Abbildung 3). Der T7X ist eine vollelektrische, emissionsfreie Maschine, die laut Moog "die Kraft und Leistung einer dieselhydraulischen Maschine bietet, jedoch ohne Lärm, Emissionen und Hydrauliklecks".

Baldi sagte zu POWER: "Elektrische Maschinen sind auch viel leiser. Das erhöht die Sicherheit für die Menschen, die an und um die Maschinen herum arbeiten; die Arbeiter können sich problemlos miteinander unterhalten und hören, was auf der Baustelle passiert. Außerdem sind die Arbeiter keinen Emissionen mehr ausgesetzt, die langfristig ihre Gesundheit gefährden. Elektrische Maschinen könnten auch einige Klischees zerstören, denn sie sind sauberer, sicherer und einfacher zu bedienen, was die nächste Generation von Arbeitnehmern anziehen könnte."

Baldi fügte hinzu: "Elektromaschinen mit integrierter Sensorik und Software bieten dem Bediener mehr Kontrolle und den Fahrzeugbesitzern eine größere Konnektivität und Automatisierung. Mit der richtigen Architektur und unterstützenden Ökosystemen bringen elektrische Maschinen der Bauindustrie Produktivitätsgewinne, die ihre hydraulischen und dieselgetriebenen Gegenstücke nicht erreichen können.

Chris Roman, zertifizierter Energiemanager und Leiter der Geschäftsentwicklung bei dem kalifornischen Unternehmen Conservant Systemssagte, die Technologie seines Unternehmens sei "eine Parallele zur Elektrifizierung", vor allem, weil sie die Systeme effizienter mache. Energieanalysten verweisen häufig auf die Möglichkeiten der Energieeffizienz, die sich durch die Elektrifizierung in Gebäuden, im Transportwesen und in der Produktion ergeben, und zwar in Form von Energie- und Kosteneinsparungen sowie Emissionsreduzierungen.

Roman erzählte POWER, dass das High Efficiency Dehumidification System (HEDS) seines Unternehmens eine patentrechtlich geschützte, proprietäre Energierückgewinnungsmethode ist, die darauf ausgelegt ist, mehr als 40 % der Kühl- und Heizenergie im Zusammenhang mit dem Kühl-, Entfeuchtungs- und Wiedererwärmungsprozess einzusparen und gleichzeitig die Risiken für Gesundheit, Wohlbefinden, Produkt- und Produktivitätsverluste zu eliminieren, die durch eine schlechte Kontrolle der relativen Luftfeuchtigkeit in Gebäuden verursacht werden". "Unsere Technologie fällt definitiv unter Energieeffizienz [EE]", sagte er. "Wenn die Solaranlage auf dem Dach steht und unsere Ausrüstung die Lüftungsanlagen sind... die Lüftungsanlagen haben im Wesentlichen Wärmetauscher, die heiß oder kalt werden." Roman sagte, dass die Technologie von Conservant "mit diesen Wärmetauschern so spielt, dass sie den Heizbedarf eliminiert. Die Heizkessel müssen nicht mehr befeuert werden, was Dekarbonisierung bedeutet. Wir dekarbonisieren, wir sparen Energie und wir sparen Geld".

"Energieeffizienz ist ein wesentlicher Bestandteil der Elektrifizierungsstrategie und hat den Versorgungsunternehmen einen Vorsprung verschafft", sagte Powell. "EE- und Demand-Side-Management- (DSM) und Demand-Response- (DR) Programme haben den Weg für diese neuen Dekarbonisierungspfade geebnet. EE, DSM und DR haben gemeinsam seit Jahrzehnten Energiequellen und -verbrauch gemildert".

Sagte Tongue: "Energieeffizienz kann eine hilfreiche Rolle bei der Reduzierung der Gesamtanforderungen an das Stromnetz spielen. Laut einer aktuellen Studie des DOE [Department of Energy] könnte die landesweite Einführung von netzinteraktiven effizienten Gebäuden in den nächsten zwei Jahrzehnten zu Kosteneinsparungen im Wert von 100 bis 200 Milliarden Dollar für das US-Stromnetz führen."

Auswirkungen auf das Stromnetz

Zu den Herausforderungen der Elektrifizierung gehören die Auswirkungen auf das Stromnetz, die je nach Region, Tages- und Jahreszeit unterschiedlich sein werden. Wirtschaftliche Argumente bleiben bestehen; viele im Energiesektor verweisen auf die Kostenunterschiede zwischen dem Heizen mit Erdgas und dem Heizen mit Strom. E-Fahrzeuge werden die Belastung des Stromnetzes erhöhen, was die Stromkosten in die Höhe treiben könnte. Die Energieversorger werden ihre Ressourcenplanung anpassen müssen, um die Auswirkungen der Elektrifizierung zu berücksichtigen, was bereits mit der Anpassung von Zeittarifen geschieht.

Briggs & Stratton, bekannt für seine kleinen Rasenmäher, Generatoren und andere Werkzeuge, stellte POWER einen Kommentar zu den Auswirkungen auf das Stromnetz zur Verfügung und schrieb: "Da immer mehr Produkte und Industrien elektrisch betrieben werden, gibt es einige Bedenken hinsichtlich der Auswirkungen auf das alternde Stromnetz. Elektrizitätsunternehmen im ganzen Land prüfen, was erforderlich ist, um ihre Netzinfrastrukturen zu modernisieren, dezentrale Energiequellen anzuschließen und Software zur Verbesserung der Diagnose und der Transparenz des Netzbetriebs einzuführen."

Das Unternehmen erkannte an, dass die Elektrifizierung den Verbrauchern helfen kann. "Ja, wir glauben, dass die Elektrifizierungsoptionen immer mehr Verbraucher erreichen und ihnen Optionen bieten werden, damit sie die für sie richtigen Energieentscheidungen treffen können", schrieb der Konzern. "Energiespeichersysteme, die einen Wechselrichter und Batterien verwenden, bieten eine praktikable Lösung für eine skalierbare Stromspeicherung, die sich mit jeder Energiequelle, einschließlich Solar- und Windenergie und dem Netz, integrieren lässt. Für die Verbraucher ergeben sich Kosteneinsparungen in Form von niedrigeren Energierechnungen und Steuervergünstigungen. Elektrifizierte Systeme sind auch bei Stromausfällen eine großartige Energiequelle."

"Eine der größten Herausforderungen für Hausbesitzer sind die Vorlaufkosten", so Tongue gegenüber POWER. "Jeder, der im Baumarkt einkaufen geht, sieht, dass der Austausch eines Gasofens gegen eine effizientere Wärmepumpe deutlich mehr kostet. Die Senkung der Kosten am Verkaufsort, um diese Geräte für flexible Netzdienste anzumelden, wird der Schlüssel zu einem reibungslosen Übergang sein.

Powell sprach über die Energieentscheidungen, die die Verbraucher treffen müssen: "Der Kampf zwischen Erdgas und Elektrizität ist nicht neu. Jahrzehntelang haben die Versorgungsunternehmen die Vorteile von Gas gegenüber Strom für Geräte oder Endanwendungen [Öfen, Warmwasserbereiter, Kochen und sogar Beleuchtung] angepriesen. Bei diesem Übergang zur Elektrifizierung wird der Kampf zwischen Erdgas und Elektrizität nicht fortgesetzt.

"Meines Wissens gibt es keine erdgasbetriebenen 'Teslas' in Haushalten. Das Hinzufügen eines Steckers für ein E-Fahrzeug verdrängt nicht die Endnutzung von Erdgas. EVs sind nur ein weiterer Endverbraucher, genau wie Waschmaschinen/Trockner, Großbildfernseher und LED-Lampen", sagte Powell. "Daher würde ich erwarten, dass es bei der lokalen Erdgasversorgung kaum zu einer Nachfragezerstörung kommt, während sich die Nachfragezerstörung auf die Kundenrechnungen auswirken würde. Wenn der nächste Teil des wirtschaftlichen Arguments lautet, dass die Elektrifizierung die Heizkostenrechnung erhöhen würde, ist das vielleicht nicht ganz richtig."

Vernacchia sagte: "Die Elektrifizierung hat eine kaskadenartige Wirkung auf die Energieinfrastruktur. Und es geht um mehr als die Elektrifizierung von Fahrzeugen, Ladestationen oder sogar Gebäudesystemen. Wir halten ein flexibles Lastmanagement für unverzichtbar, um die Energienutzung zu Hause und im Netz zu optimieren. So können die Energieverbraucher das Beste aus den erneuerbaren Energien und den Speichern herausholen, indem sie den Stromfluss zu den wichtigsten Verbrauchern aufrechterhalten, egal was passiert, und diese Lasten nach Bedarf anpassen."

-Darrell Proctor ist ein leitender Redakteur bei POWER (@POWERmagazine).