Am Morgen werden wir von unserem Handy geweckt, wir schalten das Licht ein, waschen uns mit warmem Wasser, zum Frühstück holen wir die Milch aus dem Kühlschrank und anschließend fahren wir mit dem Bus zur Schule. Den ganzen Tag über verbrauchen wir Energie. Damit die Energiewende gelingt, muss die gesamte Energie aus fossilen Quellen, auch die Energie die wir zum Heizen, Kühlen, im Verkehr oder in der Industrie brauchen, ersetzen werden. Damit das gelingt, brauchen wir allerdings mehr Strom.

Strom ist elektrische Energie. Welche anderen Energieformen kenn ihr noch? Nenne zwei weiter Energieformen.

Antwort1:

Antwort 2:

Nutzt man grünen Strom, um in anderen Bereichen den Einsatz von fossilen Energien zu reduzieren, nennt man diese energetische Verknüpfung von Strom, Wärme und Verkehr:

Das Stromnetz und den Weg der Energie bis zu uns Endverbrauchern kann man sich wie ein Straßennetz vorstellen.

Um welches Netz handelt es sich, ordnet zu.

Der Transport findet über weite Strecken statt. Der Strom wird mit einer Spannung von 380 kV transportiert. Diese Netze dienen nur dem Transport, es sind keine Verbraucher angeschlossen.

Die Spannung wird hier in der Regel auf 10 kV oder 30 kV transformiert. Hier wird Strom innerhalb der einzelnen Stadt- oder Landbezirke zwischen Netzstationen verteilt.

Hierbei handelt es sich um das lokale Verteilnetz. Der elektrische Strom wird zum Endverbraucher transportiert. Es hat eine Spannung von 0,4 kV. In dieses Netz wird im Zuge der Energiewende immer häufiger auch z. B. Solarstrom eingespeist.

In diesem Netz wird der Strom mit einer Spannung von 110 kV transportiert. Die überregionale Verteilung findet hier statt. Das Netzt bringt die Energie zu den Verteilerstationen. Zu einem kleinen Teil sind an dieses Netz auch direkt Windparks oder Gaskraftwerke angebunden.

Die Infrastruktur wird sich verändern:

In der Vergangenheit lieferten in Deutschland eine überschaubare Anzahl große Kraftwerke, in denen zur Energiegewinnung Kohle, Öl oder Gas verbrannt oder Atomkerne gespalten wurden, den benötigten Strom. Die Kraftwerke wurden in der Regel dort gebaut, wo auch der Strom benötigt wurde. Der grüne Strom hingegen wird dort produziert, wo der Wind weht oder die Sonne scheint und nicht, wo der Bedarf am größten ist.

Um in Zukunft diesen Wind- und Sonnenstrom im Land zu verteilen, braucht es neue Leitungen und auch die Stromnetze müssen ausgebaut und optimiert werden.
Welche Antwort ist richtig, wählt sie aus.

Große Stromautobahnen sollen dann den grünen Strom

Eine erfolgreiche Energiewende braucht Energiespeicher:

Denn gerade Solar- und Windkraftanlagen sind abhängig vom aktuellen Wetter. Ist es also sehr sonnig, sollte der überschüssige Strom aufgefangen werden, damit auch in der Nacht, wenn die Sonne nicht scheint, genug Strom vorhanden ist.

Speichertechnologien können zur Regelung des Stromnetzes einen großen Beitrag leisten. Eine, sicherlich in Zukunft, wichtige Speichertechnologie habt ihr bereits kennengelernt: den Wasserstoff. Es gibt aber auch Speichertechnologien, die seit Jahrzehnten genutzt werden, wie Pumpspeicherkraftwerke. Sie sind bis heute die einzige effiziente und großtechnisch verfügbare Form der Speicherung.

 

Im Folgenden findet ihr einen Text über die Funktionsweise eines Pumpspeicherkraftwerkes. Ergänzt den Lückentext mit folgenden Worten:

Batterie, tieferliegendes Becken, höherliegendes Becken, Bewegungsenergie, elektrische Energie, Schleuse, Turbinen, erzeugt, zieht, Generatoren

Ein Pumpspeicherkraftwerk dient gewissermaßen als große 

Wenn Wind und Sonne keine Energie liefern, öffnet man die

und das Wasser fließt in ein

. Das Wasser treibt

und damit die

an. Diese wandeln die 

des Wassers in

um. Das Kraftwerk

Energie, die ins Netz eingespeist wird. Liefern Wind oder Sonne mehr Energie, als benötigt wird,

das Werk Energie aus dem Energienetz und pumpt mit Hilfe dieser Energie das Wasser in ein

Es müssen aber auch neue Technologien zur Stromspeicherung entwickelt werden. Ideen gibt es dafür genug. So bieten sich auch Batterien von Elektroautos als Stromspeicher an.

In Zeiten, in denen mehr Strom produziert als verbraucht wird, nehmen sie den überschüssigen Strom auf und können diesen später bei Bedarf wieder ins öffentliche Netz einspeisen.

Wie nennt sich das Verfahren?

Den Elektrofahrzeugen dienen Lithium-Ionen-Akku als Speicher. Wir finden diese Art von Akkus aber nicht nur in E-Autos, sondern auch in fast allen Elektrogeräten – vom Handy bis zum Akkuschrauber. Hier folgt ein Text über die Funktionsweise eines Lithium-Ionen-Akkus und die dazugehörigen Reaktionsgleichungen.

Ordnet die Reaktionsgleichungen zu:

Die Zelle ist gefüllt mit einer nicht-wässrigen Elektrolytlösung. Die positive Elektrode besteht aus einem Metalloxid mit eingelagerten Schichten aus Li-Atomen, z. B. Lithium-Manganoxid. Die negative Elektrode besteht meist aus Graphit.
Ein Separator verhindert durch die Trennung der beiden Elektroden einen Kurzschluss. Er lässt ausschließlich Lithium-Ionen durch.

Beim Ladevorgang wird an der negativen Elektrode ein Elektronenüberschuss erzeugt, an der positiven Elektrode ein Elektronenmangel. Die Elektronen fließen durch den Leiter („Weg des geringsten Widerstandes“). Dabei werden an der positiven Elektrode Elektronen entzogen: Das Li-Atom gibt Elektronen ab, es entsteht ein (einfach) positiv geladenes Li-Ion. Als Ausgleich zum Elektronenfluss im Leiter fließen die Li-Ionen (die nun durch den Separator passen) an die negative Elektrode und lagern sich zwischen den Graphitschichten an.

Kathode

Anode

Bei der Entladung geben die Lithiumatome an der negativen Elektrode wieder ein Elektron ab. Dieses fließt durch den Leiter zurück. Dabei wird der Strom erzeugt, den z. B. das Auto zum Betreiben des Motors benötigt. Als Ausgleich fließen innerhalb der Zelle die Lithium-Ionen wieder zurück zur positiven Elektrode, wo sie wieder durch Aufnahme eines Elektrons zu Atomen reduziert werden.

Anode

Kathode