Im Amazonasgebiet werden mehr als 3 Millionen Menschen von isolierten Mininetzen versorgt. Die Hunderte von Mininetzen, die von Dieselaggregaten gespeist werden, die von unabhängigen Stromerzeugern (IPPs) und öffentlichen Energieversorgern im Amazonasgebiet betrieben werden, nutzen alle staatliche Subventionen, die 100 Prozent der Treibstoffkosten decken. Oftmals wird für den Transport eines Liters Diesel in diese abgelegenen und schwer zugänglichen Gebiete mehr als ein Liter Diesel verbraucht. Allein im Jahr 2023 wird die Verbrennung von subventioniertem Diesel in den Amazonas-Mininetzen 1,6 Mio. Tonnen CO ausstoßen2Äq, mit Treibstoffkosten von 2,5 Milliarden US-Dollar, die von allen Brasilianern über das Treibstoffverbrauchskonto geteilt werden. Die Stromversorgung hängt von der Logistik der Dieselversorgung ab, die in Dürrezeiten unterbrochen werden kann, sodass die Dieselkraftwerke an bestimmten Standorten über große Kraftstofflagertanks verfügen müssen. Darüber hinaus haben viele Standorte mit Zugang zu unbefestigten Straßen während der Regenzeit Schwierigkeiten, sodass größere Treibstoffvorräte erforderlich sind, wie im Fall der unten gezeigten Stadt Oiapoque, die über eine Lagerkapazität von 1,5 Millionen Litern Treibstoff mit einer Autonomie von 45 Tagen verfügt .
In den letzten Jahrzehnten waren Versuche, den Anteil der Dieselerzeugung in den Flussufern und isolierten Dörfern und Städten am Amazonas zu reduzieren, erfolglos. IPPs bleiben lieber bei den Dieselaggregaten, die sie so gut kennen, unter dem bequemen Schutz der Subventionen, die vor vielen Jahrzehnten entwickelt wurden, um Energiezugang, Energiesicherheit und Betriebszuverlässigkeit zu gewährleisten. Mittlerweile haben viele Erneuerbare-Energien-Technologien (RETs) Preissenkungen erlebt und sich hinsichtlich Zuverlässigkeit und Nutzung lokal verfügbarer natürlicher Ressourcen etabliert. In diesem Zusammenhang wurden erneuerbare Energiequellen wie Biomasse, Sonne und Wind evaluiert, um die Amazonas-Energiewende zu unterstützen. Eine umfassende Analyse wird hier vorgestellt.
Biomasse:Nur eine Minderheit der Gemeinden in isolierten Systemen verfügt über ausreichende Kapazitäten, um mithilfe der Biomasseproduktion aus den Rückständen der Hauptkulturen der Region, darunter Maniok, Açaí, Mais, Bananen und Süßkartoffeln, Energie zu erzeugen. Die Energieerzeugung durch die Verbrennung von Holzresten, die von Sägewerken gewonnen werden, die über einen nachhaltigen Managementplan und eine internationale Zertifizierung ihrer Produkte verfügen, ist in der Region eine Seltenheit, die nur an einem einzigen Standort (Itacoatiara – AM) im Amazonasgebiet zu finden ist (www. itacoatiara.com.br).
Wind:Die Amazonasregion weist eine niedrige durchschnittliche jährliche Windgeschwindigkeit auf (weniger als 4 m/s), was zusammen mit dem schwierigen Zugang und der mangelnden Größe dieser isolierten Gemeinden dazu führt, dass die Windenergieerzeugung in der Region nicht wettbewerbsfähig ist.
Photovoltaik:Die Sonnenstrahlungsquelle ist im gesamten Amazonasgebiet reichlich vorhanden und gleichmäßig verteilt; die durchschnittliche jährliche globale horizontale Einstrahlung beträgt über 1700 kWh/m2.Jahr. Solarenergie ist eine modulare Lösung, die einfach zu installieren und wartungsarm ist. Allerdings hat die Technologie einen wichtigen Nachteil, nämlich den großen Flächenbedarf. Für die Umsetzung von Solaranlagen im Amazonasgebiet sind drei Optionen möglich: i) zentralisierte, bodenmontierte PV-Anlagen, ii) schwimmende Solar-PV-Anlagen und iii) kleine verteilte Photovoltaikanlagen (Dächer oder Boden, einschließlich Agrarvoltaik).
Die großflächige, zentralisierte Freiflächenvariante stößt auf eine wichtige Einschränkung, nämlich die Verfügbarkeit geeigneter Flächen für die Installation der flächenintensiven Solar-PV-Anlagen ohne weitere Waldbekämpfung. Der Amazonas-Regenwald ist sehr dicht mit hohen Bäumen und dies ist der größte Engpass dieser technischen Lösung, da es an vielen Standorten keine freien Flächen in dieser Größenordnung gibt. Die Agrar-PV kann hier eine wichtige Rolle spielen, indem sie PV-Stromproduktion mit nachhaltiger Landnutzung verbindet.
Eine weitere Option sind schwimmende PV-Anlagen, die an den Flussufern installiert werden könnten, an denen sich ein Großteil der isolierten Gemeinden befindet. Schwimmende PV-Anlagen werden häufig an Orten mit hoher Bevölkerungsdichte und geringer Verfügbarkeit von Landflächen wie Singapur und Japan eingesetzt und werden typischerweise auf Seen oder Stauseen installiert, also an Orten mit stillem Wasser, wobei die Wasserbewegung nur mit dem lokalen Wind zusammenhängt. Die technische Machbarkeit der Installation schwimmender PV-Systeme entlang der schnell fließenden Amazonasflüsse stößt bei den wichtigsten und erfahrensten Herstellern schwimmender Systeme auf großen Widerstand und Skepsis.
Die dritte Option für die PV-Erzeugung ist die dezentrale Dachlösung, die so häufig in städtischen Gebieten zum Einsatz kommt und über 2 Millionen Anlagen im brasilianischen Energieverbundsystem betreibt. Analysen des brasilianischen Nationalen Instituts für Weltraumforschung (INPE) zeigen, dass die Anzahl der vorhandenen Dächer in diesen isolierten Gemeinden einen hohen Prozentsatz der Versorgung dieser isolierten Systeme gewährleisten kann. Die Option bringt auch wichtige soziale Aspekte mit sich, da für die PV-Integration in einer Vielzahl von Systemen ein erheblich großer lokaler Arbeitskräfteaufwand für die Installation und anschließende Wartung erforderlich wäre.
In typischen Wohngebäuden dieser einkommensschwachen Gemeinden werden kostengünstige Dachziegel aus Faserzement verwendet, die auf zerbrechlichen Holzkonstruktionen montiert sind, die der Belastung von 20-25 kg/m nicht standhalten2zusätzliche Belastung durch das typische PV-Modul plus Aluminiumstruktur, die bei PV-Dächern verwendet wird. Um die PV-Integration auf Dächern unter diesen Bedingungen zu ermöglichen, wurden von einem der größten Hersteller von Faserzement-Dachziegeln in Brasilien Faserzement-PV-Dachziegel entwickelt, die sich derzeit im Endstadium der Dauer- und Zuverlässigkeitstests im Solarenergielabor der Universidade Federal de befinden Santa Catarina. Das zusätzliche Gewicht der Streifen aus 1/6 geschnittenen Solarzellen auf dem endgültigen Dachziegel ist vernachlässigbar und der Austausch einiger dieser PV-Ziegel auf bestehenden Dächern ist unkompliziert. Die erwarteten Kosten liegen unter denen einer herkömmlichen PV-Dachanlage, es ist jedoch eine Skalierung erforderlich, um Zugang zu PV-Zellen zu wettbewerbsfähigen Kosten zu erhalten.
In dieser Bewertung von Szenarien für eine nachhaltige und resiliente Energiewende in isolierten Systemen im Amazonasgebiet sollte ein Teil der Photovoltaikgeneratoren zentral installiert werden, um ein zentrales System mit hoher Leistung, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, ohne dabei weitere Waldgebiete abzuholzen Ein weiterer erheblicher Teil der Generatoren soll verteilt auf Dächern und in Agrar-PV-Anlagen installiert werden.
Autoren: Prof. Andrew Blakers (ANU) & Prof. Ricardo Rüther (UFSC).
