Sichere Strom­ver­sor­gung durch „Er­neu­er­ba­re“?

(M)eine Be­trach­tung

Abgesehen davon, daß die Be­zeich­nung „er­neu­er­ba­re“ Ener­gie sprach­lich un­sau­ber ist, es mü­ßte (nach mensch­li­chem Er­mes­sen) un­er­schöpf­li­che Ener­gie hei­ßen, stellt sich mir die Fra­ge, ob das ge­steck­te Ziel da­mit über­haupt zu er­rei­chen ist. Fol­gend ver­wen­de ich die Zah­len für 2018 aus dem sta­ti­sti­schen Jahr­buch 2019[1], das in der Form die letzte Aus­ga­be ist. Es gibt aber auch Zah­len für die fol­gen­den Jah­re, es soll hier aber gar nicht um die ab­so­lu­ten Zah­len ge­hen. Die­ser Bei­trag ist auch als Ant­wort zum Gäste­buch­ein­trag vom 11.5.2021 ent­stan­den.

Laut Sta­ti­sti­schem Bun­des­amt wur­den in Deutsch­land 2018 35 % Strom aus „er­neu­er­ba­ren“ Ener­gien er­zeugt, da­von 18 % Wind­kraft, 7 % Pho­to­vol­taik (fol­gend So­lar), zu­sam­men 25 % bzw. 161 TWh, 7 % Bio­mas­se, 3 % Was­ser­kraft und 1 % Haus­müll, zu­sam­men 11 % bzw. 71 TWh. Das sind zu­sam­men 36 %. Die übri­gen 65 % set­zen sich aus 23 % Braun-, 13 % Stein­koh­le, 13 % Erd­gas, 12 % Kern­ener­gie und 5 % Son­sti­ge zu­sam­men.[1] Das er­gibt ins­ge­samt 101 %, was der sel­ben Quel­le zu­fol­ge zu­sam­men 649 TWh (Te­ra­watt­stun­den) wa­ren. In ei­ner an­de­ren Ver­öf­fent­li­chung[2] des Sta­ti­sti­schen Bun­des­amts fin­den sich für 2018 et­was ab­wei­chen­de An­ga­ben, die zu­sam­men eine Brut­to­strom­er­zeu­gung von 637 TWh er­ge­ben. Zu den Ab­wei­chun­gen wäre das Sta­ti­sti­sche Bun­des­amt zu fra­gen. Zur Brut­to­strom­er­zeu­gung steht dort noch der Hin­weis „Brut­to-Elek­tri­zi­täts­er­zeu­gung ist die er­zeug­te elek­tri­sche Ar­beit, ge­mes­sen an den Ge­ne­ra­tor­klem­men.“ In der ZDF-Do­ku „Black­out – Hor­ror­sze­na­rio oder rea­le Ge­fahr?“[3] ist von ei­nem noch deut­lich schlech­te­ren An­teil „Er­neu­er­ba­rer“ die Rede. Man könn­te den Ein­druck ge­win­nen, daß das ZDF, das in den ver­gan­ge­nen Jah­ren wie der ge­sam­te ÖRR stets pro Ener­gie­wen­de ge­trom­melt hat, jetzt der Re­gie­rung von der Fah­ne geht. Fol­gend blei­be ich bei den 649 TWh, man soll­te aber be­den­ken, daß sich die Be­trach­tung bei 637 TWh wei­ter ver­schlech­tert. Seit 2003 wur­de in al­len Jah­ren mehr Strom aus Deutsch­land ex- als im­por­tiert, 2018 war die Dif­fe­renz 49 TWh.[4] Um die­sen Be­trag muß also der er­zeug­te Strom noch ver­rin­gert wer­den, so daß 600 TWh als tat­säch­li­cher Be­darf 2018 übrig blei­ben. Ei­gent­lich muß da­von auch noch der Ei­gen­be­darf der Kraft­wer­ke ab­ge­zo­gen wer­den. Der dürf­te bei Braun­koh­le­kraft­wer­ken den größ­ten An­teil aus­ma­chen, denn die­se be­trei­ben ent­we­der ei­ge­ne Ei­sen­bah­nen oder Band­an­la­gen für den Trans­port der Koh­le von der Gru­be ins Kraft­werk und auch Bag­ger und Ab­raum­för­der­brü­cken ver­brau­chen Strom. Stein­koh­le wird zwar noch ge­nutzt, aber in Deutsch­land nicht mehr ge­för­dert. Die Koh­le muß also mit Schif­fen oder der Ei­sen­bahn her­an­ge­bracht wer­den, was im Ver­kehr ver­bucht sein soll­te.

Bei Wasserkraft ist ein Zu­wachs nicht zu er­war­ten, denn für neue Was­ser­kraft­wer­ke feh­len ge­eig­ne­te Stand­or­te. Ein Ener­gie­zu­wachs ist auch beim Haus­müll nicht zu er­war­ten, denn die Müll­men­gen sol­len ver­nünf­ti­ger­weise ver­rin­gert wer­den. Wie­viel Zu­wachs bei Bio­mas­se noch mög­lich ist läßt sich schlecht ab­schät­zen. Mehr Bio­mas­se aus der Tier­auf­zucht wird nicht zu er­war­ten sein, je­den­falls nicht, wenn we­ni­ger tie­ri­sche Le­bens­mit­tel ver­braucht wer­den. Pflan­zen an­zu­bau­en, nur um dar­aus Bio­die­sel oder Al­ko­hol zu er­zeu­gen, hal­te ich auch für ver­fehlt, weil die da­für be­nö­tig­ten Flä­chen der übri­gen Land­wirt­schaft en­tzo­gen wer­den. Es lie­ße sich zwar et­was Flä­che frei­set­zen, wenn we­ni­ger Fleisch ge­ges­sen wer­den wür­de. Aber nein, ich bin nicht der An­sicht, daß ve­ge­ta­risch oder ve­gan eine ins­ge­samt ge­sun­de Er­näh­rung ist. Die Wahr­heit liegt ir­gend­wo da­zwi­schen. Sol­che Nutz­pflan­zen im Aus­land an­bau­en zu las­sen, ist auch nicht sinn­voll, denn da­mit wird dort die lo­ka­le Land­wirt­schaft ver­drängt und es fin­det jetzt schon ein glo­ba­ler Wett­be­werb um land­wirt­schaft­li­che Nutz­flä­chen statt. Nicht zu­letzt schlägt das auch auf die Prei­se durch. Au­ßer­dem ent­ste­hen zu­sätz­li­che Trans­por­te über grö­ße­re Ent­fer­nun­gen und neue Ab­hän­gig­kei­ten von wech­seln­den po­li­ti­schen La­gen. Bei­des trifft auch auf an­de­re Ar­ten zu, Ener­gie aus­wärts zu be­schaf­fen.

Bleiben noch Wind und So­lar, die zu­sam­men 25 % (161 TWh) aus­ma­chen. Das heißt, daß für den der­zei­ti­gen Strom­be­darf (Stand 2018) Wind und So­lar von 25 % auf 89 %, also auf das 3,56-fa­che aus­ge­baut wer­den müs­sen, um die her­kömm­li­chen Ener­gie­trä­ger voll­stän­dig zu er­set­zen. Laut Ko­ali­tions­ver­trag[5] der Bun­des­re­gie­rung 2021 soll im Jahr 2030 bei ei­nem bis da­hin wei­ter ge­stie­ge­nen Brut­to­strom­be­darf von 680 bis 750 TWh 80 % aus „er­neu­er­ba­ren“ Ener­gien stam­men. Mit 680 TWh ge­rech­net muß auf das 2,94-fa­che von 2018 (161 TWh) aus­ge­baut wer­den, mit 750 TWh so­gar auf das 3,18-fa­che, um auf 80 % zu kom­men. 2018 stan­den in Deutsch­land knapp 30.000 Wind­kraft­an­la­gen.[6] Um die übri­ge Strom­er­zeu­gung Stand 2018 (65 %) auf Wind­kraft (18 %) um­zu­stel­len, muß die­se Zahl also um gut 108.000 auf 138.000 An­la­gen er­höht wer­den. Mir ist da­bei durch­aus klar, daß die durch­schnitt­li­che Lei­stungs­fä­hig­keit der An­la­gen mit der Zeit steigt. Es stellt sich trotz­dem die Fra­ge wo­hin die gan­zen Wind- oder ggf. So­lar­an­la­gen ei­gent­lich sol­len. Wenn man sol­che An­la­gen statt in Deutsch­land im Aus­land bau­en will, wo sie oft­mals mehr Er­trag brin­gen wür­den, kommt au­ßer den schon er­wähn­ten neuen Ab­hän­gig­kei­ten noch der Fak­tor Trans­port bzw. der da­mit ver­bun­de­ne Wir­kungs­grad ins Spiel. Au­ßer­dem wird nie­mand teu­re An­la­gen in po­li­ti­sch un­si­che­re Ge­bie­te bau­en. Und es geht noch wei­ter …

Straßenverkehr

Ebenfalls beim Sta­ti­sti­schen Bun­des­amt sind Zah­len zum Ener­gie- und Kraft­stoff­ver­brauch zu fin­den.[7] Dem­nach wur­den 2018 Ot­to­kraft­stof­fe (Ben­zin) mit 952.308 TJ, da­von in pri­va­ten Haus­hal­ten 753.375 TJ, Die­sel­kraft­stof­fe mit 1.433.831 TJ, da­von pri­va­te Haus­hal­te 650.438 TJ Ener­gie ver­braucht. Zu­sam­men sind das 2.386.139 TJ. Heiz­öl, un­ter­teilt nach leicht und schwer, letz­te­res dürf­te die Schiffahrt sein, ist ge­son­dert aus­ge­wie­sen also nicht da­rin ent­hal­ten. Auch Flug­tur­bi­nen­kraft­stoff (Ke­ro­sin) ist ge­son­dert aus­ge­wie­sen. Ent­hal­ten sein muß dem­nach aber der ge­sam­te übri­ge Land­ver­kehr ein­schließ­lich Ei­sen­bah­nen, Bun­des­wehr usw. so­wie klei­ne­re Po­sten wie Not­strom­ag­gre­gate in Kran­ken­häu­sern und der­glei­chen. Da ein 1 J = 1 Ws ist, er­gibt das für den ge­sam­ten Ben­zin- und Die­sel­ver­brauch 663 TWh. Soll der voll­stän­dig durch Elek­tro­mo­bi­li­tät, also durch Strom er­setzt wer­den, dann wer­den aus­ge­hend vom Stand 2018 = 600 TWh rech­ne­risch wei­te­re 152.000 Wind­kraft­an­la­gen be­nö­tigt, zu­sam­men 290.000. Man kom­me mir jetzt nicht mit dem bes­se­ren Wir­kungs­grad bei der E-Mo­bi­li­tät. Ein Elek­tro­mo­tor, der stets etwa gleich­blei­bend be­la­stet wird, hat einen Wir­kungs­grad von über 90 %, denn er kann recht ge­nau auf die vor­ge­se­he­ne Be­triebs­wei­se aus­ge­legt wer­den. Das ist bei den Mo­to­ren für E-Fahr­zeu­ge mit ih­ren schwan­ken­den Be­la­stun­gen nicht der Fall, denn man fährt ja nicht dau­ernd mit vol­ler Lei­stung. Hin­zu kommt noch, daß grö­ße­re Ma­schi­nen ten­den­ziell ohne­hin bes­se­re Wir­kungs­gra­de ha­ben, als klei­ne­re, weil der An­teil Ver­lu­ste nicht in glei­chem Maße zu­nimmt wie die Lei­stung. Dazu gibt es auf You­tu­be den recht in­te­res­san­ten Bei­trag „10 E-Mo­to­ren-Irr­tü­mer“.[8] Au­ßer dem durch die Be­triebs­wei­se be­ding­ten, schlech­te­ren Wir­kungs­grad der Mo­to­re kom­men aber auch noch die Wir­kungs­gra­de der Mo­tor-Steue­rung, des Ak­kus selbst und der La­de­ein­rich­tung des Ak­kus hin­zu. Man kennt das, denn es wird beim la­den mehr oder we­ni­ger warm. Die Ne­ben­wir­kun­gen wie Um­welt­ver­schmut­zung und Pro­duk­tions­be­din­gun­gen für die Ak­ku-Roh­stof­fe und de­ren be­grenz­te Ver­füg­bar­keit las­sen wir hier mal bei­sei­te. Streng­ge­nom­men kom­men noch die Über­tra­gungs­ver­lu­ste von der Strom­er­zeu­gung bis zur La­de­säu­le dazu. Die ein­zel­nen Wir­kungs­gra­de müs­sen mit­ein­an­der mul­ti­pli­ziert wer­den, um auf den Ge­samt­wir­kungs­grad zu kom­men. Über­schläg­lich kommt man in die glei­che Grö­ßen­ord­nung wie beim Ver­bren­nungs­mo­tor. Im Netz fin­den sich beim TÜV Nord für das ak­ku­be­trie­be­ne E-Au­to 64 %, es steht aber nicht dort, wel­che Ver­lu­ste be­rück­sich­tigt wur­den und wel­che nicht. E-Fahr­zeu­ge mit Brenn­stoff­zel­le er­rei­chen dem­nach noch schlech­te­re Wir­kungs­gra­de, die nicht bes­ser als die des Ver­bren­ners sind. Der durch­schnitt­li­che Ge­samt-Wir­kungs­grad ei­nes E-Fahr­zeugs lie­ße sich ver­glei­chen, in­dem man die elek­tri­sche Ener­gie für die Volla­dung des Ak­kus ins Ver­hält­nis zur zu­rück­ge­leg­ten Ent­fer­nung setzt. Das­sel­be lie­ße sich beim Ver­bren­ner be­rech­nen, in­dem man mit dem Ener­gie­in­halt je Li­ter Kraft­stoff rech­net. Um zu ei­ner Grö­ßen­ord­nung zu kom­men, wie­viele Wind­rä­der als Er­satz be­nö­tig wür­den, ge­nügt das. Wenn man das nicht 1:1 gleich setzt, wie ich es oben ge­tan habe, wä­ren bei sa­gen wir 64 % zu 33 % beim Ver­bren­ner nur noch 78.000 zu­sätz­li­che Wind­kraft­an­la­gen er­for­der­lich.

Wieviele Wind­rä­der er­for­der­lich wer­den, wenn die übri­gen Ener­gie­trä­ger für Ver­kehrs­zwe­cke und für an­de­re Be­rei­che auch noch durch Wind­kraft­an­la­gen er­setzt wer­den sol­len, kann je­der selbst aus­rech­nen. In der oben ge­nann­ten ZDF-Do­ku kommt dazu die in­te­res­san­te Aus­sa­ge, daß al­leine die Um­stel­lung der che­mi­schen In­du­strie von an­de­ren Ener­gie­trä­gern auf Strom die elek­tri­sche Ener­gie er­for­dern wür­de, die Deutsch­land 2018 ins­ge­samt ver­braucht hat, näm­lich 600 TWh. Und auch das ist noch nicht das Ende …

Hochspannungsleitungen

Herkömmliche Kraft­wer­ke wur­den ent­we­der in der Nähe der Groß­ver­brau­cher oder in der Nähe der Koh­le­gru­ben ge­baut, um die Über­tra­gungs- bzw. Trans­port­ver­lu­ste mög­lichst ge­ring zu hal­ten. Es ist be­kannt, daß die mei­sten Wind­kraft­an­la­gen in Nord­deutsch­land[6][9] ste­hen, ob­wohl ein Groß­teil der In­du­strie­be­trie­be in West- und Süd­deutsch­land zu fin­den sind. Des­halb muß das Strom­netz aus­ge­baut wer­den, um die Ener­gie von Nord nach Süd zu be­för­dern. Auch da­bei tre­ten Ver­lu­ste auf. Jede Lei­tung hat durch den Wi­der­stand der Lei­ter ohm­sche, durch de­ren Ei­gen­in­duk­ti­vi­tät in­duk­ti­ve und durch die Ka­pa­zi­tät der Lei­ter un­ter­ein­an­der ka­pa­zi­ti­ve Ver­lu­ste. Au­ßer­dem tre­ten Ver­lu­ste durch Ko­ro­na-Ent­la­dun­gen auf, denn bei sehr ho­hen Span­nun­gen wird die Feld­stär­ke zwi­schen den Lei­tern so groß, das die Luft et­was io­ni­siert und da­mit schwach leit­fä­hig wird. Die in­duk­ti­ven und ka­pa­zi­ti­ven Ver­lu­ste kann man bei Gleich­span­nungs­über­tra­gung ver­mei­den, die ohm­schen mit Su­pra­lei­tern, wo­bei wie­der Ener­gie ver­braucht wird, um die Su­pra­lei­tung auf­recht zu er­hal­ten. Mei­nes Wis­sens ist das über das Ver­suchs­sta­dium nicht hin­aus ge­kom­men. Es ist auch auf­wen­di­ger, wes­halb Wech­sel­strom-Hoch­span­nungs-Frei­lei­tun­gen wirt­schaft­li­cher sind. 2021 wur­de eine durch die Nord­see ver­leg­te und Nord­link[10] ge­nann­te Hoch­span­nungs-Gleich­strom­stre­cke nach Nor­we­gen in Be­trieb ge­nom­men. Weil so­gar in den FAQ dort an­ge­ge­ben ist, daß sich die Ka­bel er­wär­men, habe ich per E-Mail nach dem Wir­kungs­grad ge­fragt, dazu aber kei­ner­lei Ant­wort be­kom­men. Ohne­hin wer­den die mei­sten Hoch­span­nungs­lei­tun­gen mit Wech­sel­strom be­trie­ben. Au­ßer den Lei­tun­gen selbst ha­ben auch die Trans­for­ma­to­ren einen end­li­chen Wir­kungs­grad, der bei gro­ßen Trans­for­ma­to­ren bei etwa 99 % liegt. In der Ket­te vom Kraft­werk bis zum Ver­brau­cher sind al­ler­dings meh­re­re Trans­for­ma­to­ren vor­han­den. Min­de­stens vom Kraft­werk zur Hoch­span­nungs­lei­tung, von dort zum Mit­tel­span­nungs­netz, das frü­her 10 kV, heu­te meist 20 kV hat, und von dort auf das lo­ka­le 400/230-V-Netz. Im sta­ti­sti­schen Jahr­buch 1999 sind für 1997 20 TWh Ver­lu­ste bei ei­ner Ge­samt-In­lands­ver­sor­gung von 502 TWh an­ge­ge­ben, was etwa 4 % sind. Bei Wi­ki­pe­dia sind „bei den in Mit­tel­eu­ro­pa üb­li­chen mitt­le­ren Ent­fer­nun­gen zwi­schen Ver­brau­cher und Kaft­werk ca. 6 % Ge­samt­über­tra­gungs­ver­lust“[11] an­ge­ge­ben, der den der Trans­for­ma­to­ren ein­schließt. An­ge­nom­men, die Lei­tun­gen hät­ten we­gen der im Mit­tel wei­ter stei­gen­den Ent­fer­nun­gen 10 % Ver­lu­ste, dann kom­men am Ende noch 90 % an. Das sind aber die 100 %, die ver­braucht wer­den sol­len. Also müs­sen am An­fang der Lei­tung 100/90 = 111 % Lei­stung er­zeugt wer­den. Auf Wind­rä­der um­ge­rech­net sind das statt 138.000 Wind­rä­dern 153.000 bzw. statt 290.000 Wind­rä­dern 322.000. Wer auf­ge­paßt hat, mü­ßte jetzt ein­wen­den, daß die 18 % Wind­strom ja schon Brut­to sind. Aber es geht ja noch wei­ter …

Speicher

Aus der in­stal­lier­ten Lei­stung und der tat­säch­li­chen Einspeisung[6] der Wind­ener­gie­an­la­gen läßt sich de­ren durch­schnitt­li­che Aus­la­stung er­rech­nen, wo­raus sich die fol­gen­de Ta­bel­le er­gibt. Die An­zahl An­la­gen 2021 habe ich weg­ge­las­sen, weil man die Er­he­bungs­grund­la­ge ge­än­dert hat.

Das bedeutet, daß die Wind­ener­gie­an­la­gen bei et­was stei­gen­der Ten­denz im Mit­tel nur ein Fünf­tel des­sen ins Netz ge­speist ha­ben was sie ei­gent­lich könn­ten, wenn dau­ernd aus­rei­chend Wind we­hen wür­de und das Netz aus­rei­chend aus­ge­baut wäre. Man könn­te auch sa­gen, daß man fünf Kraft­wer­ke ge­baut hat, ob­wohl nur eins be­nö­tigt wird, Re­ser­ven mal au­ßen vor ge­las­sen. Son­der­lich ef­fek­tiv ist das nicht. Bei So­lar dürf­te die Bi­lanz, be­son­ders im Win­ter, noch deut­lich schlech­ter sein, da das nachts ganz aus­fällt. Die Schwan­kun­gen sind auf den un­ste­tig we­hen­den Wind, die stei­gen­de Ten­denz dürf­te haupt­säch­lich auf den zu­neh­men­den An­teil Off­shore-An­la­gen zu­rück­zu­füh­ren sein. Des­halb läßt sich auch nichts dar­an än­dern. Es könn­te aber auch der Kli­ma­wan­del eine Rol­le spie­len. Im­mer­hin hat sich die durch­schnitt­li­che Lei­stungs­fä­hig­keit der Wind­ener­gie­an­la­gen im ab­ge­bil­de­ten Zeit­raum etwa ver­drei­facht. In­te­res­sant wäre wie weit sich das noch stei­gern läßt.

Bei der Strom­ver­sor­gung gibt es den Be­griff „ge­sich­er­te Lei­stung“. Da­mit ist die Lei­stung ge­meint, die Er­zeu­gungs­an­la­gen zu­ver­läs­sig und dau­er­haft zur Ver­fü­gung stel­len kön­nen. Das ist also nicht das, was sich aus der Ta­bel­le oben er­gibt. Wind und So­lar lie­fern fast kei­ne ge­sich­er­te Lei­stung, weil Wind von ei­nem Tag auf den an­de­ren, nachts oft ohne­hin, nach­läßt bzw. aus­fällt (Flau­te) und die Son­ne auch nicht zu­ver­läs­sig (auf den Erd­bo­den) scheint, nachts gar nicht. In der oben ge­nann­ten ZDF-Do­ku gibt es dazu die Aus­sa­ge, daß es seit 2015 al­leine drei mal vor­kam, daß über 200 Stun­den bzw. 8 Tage we­der Wind noch Son­ne zur Ver­fü­gung stan­den. Zu kür­ze­ren Pe­ri­oden gibt es kei­ne Aus­sa­ge, sie wer­den je­doch häu­fi­ger vor­kom­men. Um mit Wind und So­lar eine ge­sich­er­te Lei­stung zur Ver­fü­gung zu stel­len, wür­den Spei­cher ge­braucht. Die sind aber nicht da. In der Doku gibt es dazu die An­ga­be, daß alle vor­han­de­nen Spei­cher zu­sam­men­ge­nom­men (40 GWh) ge­nü­gen wür­den, um Deutsch­land je nach ak­tu­el­lem Strom­ver­brauch für 30 bis 60 Mi­nu­ten zu ver­sor­gen. Rech­ne­risch er­ge­ben sich bei 8760 h / (600 TWh / 40 GWh) = 0,584 h bzw. 35 min. Hin­zu kommt aber auch hier wie­der der Wir­kungs­grad. Das in der ZDF-Do­ku als Bei­spiel ge­nann­te Pump­spei­cher­werk Ho­hen­war­te II er­reicht dem­nach bis zu 70 % Wir­kungs­grad. Mo­der­ne­re An­la­gen wie das Pump­spei­cher­werk Gol­dis­thal er­rei­chen Wir­kungs­gra­de über 80 %. So ein Pump­spei­cher­werk ist bei Vollast in we­ni­gen Stun­den leer. Die­se An­la­gen sind auch nicht da­für ge­baut wor­den, län­ger­fri­stig die Strom­ver­sor­gung si­cher­zu­stel­len, son­dern dazu, die Tag-Nacht­schwan­kun­gen beim Strom­ver­brauch aus­zu­glei­chen, weil nicht alle In­du­strie­be­trie­be drei­schich­tig ar­bei­ten. Auch Pump­spei­cher­wer­ke kön­nen nicht be­lie­big ge­baut wer­den, denn man braucht ein Ober­be­cken mit aus­rei­chend Fas­sungs­ver­mö­gen und ein ge­nü­gend gro­ßes Ge­fäl­le vom Ober­be­cken zum gleich gro­ßen Un­ter­be­cken oder ei­nem grö­ße­ren Fluß. Es gibt aber nicht ge­nü­gend ge­eig­ne­te Stand­or­te in Deutsch­land.

Im elektrischen Netz muß die ein­ge­spei­ste Lei­stung stets ge­nau so groß sein wie die ver­brauch­te zu­züg­lich al­ler Ver­lu­ste. Wenn mehr Lei­stung ent­nom­men als ein­ge­speist wird, dann sinkt die Netz­fre­quenz und um­ge­kehrt. Wenn Wind oder Son­ne nach­las­sen, muß das also so­fort durch an­de­re Kraft­wer­ke aus­ge­gli­chen wer­den. We­gen der feh­len­den Spei­cher müs­sen des­halb stets ge­nü­gend kon­ven­tio­nel­le Kraft­wer­ke so in Be­trieb ge­hal­ten wer­den, daß sie in­ner­halb we­ni­ger Stun­den Lei­stung oder eine hö­he­re Lei­stung ins Netz spei­sen kön­nen. Sie kön­nen also nicht ganz her­un­ter­ge­fah­ren wer­den, auch wenn sie ei­gent­lich ge­ra­de nicht ge­braucht wer­den. Kon­ven­tio­nel­le Kraft­wer­ke kön­nen teil­wei­se im Last­fol­ge­be­trieb ge­fah­ren wer­den. Das heißt, daß sie ihre Lei­stung wäh­rend des Be­trie­bes dros­seln kön­nen, teil­wei­se bis auf 40 % der Nenn­lei­stung. Für den Be­trei­ber sin­ken da­bei al­ler­dings die Ein­nah­men, ob­wohl nur die Brenn­stoff­ko­sten et­was sin­ken. Die übri­gen Be­triebs­ko­sten blei­ben in etwa gleich. Das macht eine sol­che Be­triebs­wei­se un­wirt­schaft­lich, die so er­zeug­te Ki­lo­watt­stun­de wird also teu­er. Auch das wird auf den Strom­preis um­ge­legt. Es setzt au­ßer­dem vor­aus, daß über­haupt noch ge­nü­gend kon­ven­tio­nel­le Kraft­wer­ke vor­han­den sind.

Als das Heil­mit­tel wird der­zeit der Was­ser­stoff dar­ge­stellt, her­ge­stellt durch Elek­tro­ly­se, also mit Strom. Au­ßer­dem wer­den bio­lo­gi­sche Ver­fah­ren er­forscht, bei de­nen Mi­kro­or­ga­nis­men ver­wen­det wer­den sol­len, die in der Lage sind Was­ser in sei­ne Be­stand­tei­le zu zerlegen.[20] Der Wir­kungs­grad der Elek­tro­ly­se er­reicht lt. Wi­ki­pe­dia bis zu 85 %. Die Fra­ge ist dann je­doch noch, wie die Ener­gie im Was­ser­stoff wie­der in Strom um­ge­wan­delt wer­den soll. Sie kann per Brenn­stoff­zel­le di­rekt in Strom um­ge­wan­delt wer­den, je­doch liegt de­ren Wir­kungs­grad lt. Wi­ki­pe­dia zwi­schen 40 % und 60 %, was im gün­stig­sten Fall (0,85 * 0,6 = 0,51) 51 % Ge­samt-Wir­kungs­grad er­gibt. Eine an­de­re, be­reits prak­ti­zier­te Mög­lich­keit ist, den Was­ser­stoff dem Erd­gas bei­zu­mi­schen, in­dem er in die be­ste­hen­den Gas­lei­tun­gen ein­ge­speist wird. Ver­mut­lich könn­te man auch auf Was­ser­stoff aus­ge­leg­te Gas­tur­bi­nen bau­en, denn vom Erd­gas will man ja letzt­end­lich auch weg. Gas-Kom­bi-Kraft­wer­ke, die au­ßer den Gas­tur­bi­nen noch einen Dampf­er­zeu­ger und Dampf­tur­bi­nen ha­ben, er­rei­chen lt. Wi­ki­pe­dia bis 60 % Wir­kungs­grad.[13] Die­se Kom­bi­kraft­wer­ke sind al­ler­dings nur be­dingt da­für ge­eig­net, um da­mit Last­spit­zen ab­zu­fan­gen. Rei­ne Gas­kraft­wer­ke, mit de­nen das mög­lich ist, ha­ben deut­lich schlech­te­re Wir­kungs­gra­de. Das Re­chen­bei­spiel, wie­viele Wind­rä­der zum Aus­gleich des Wir­kungs­gra­des zu­sätz­lich be­nö­tigt wer­den, spa­re ich mir jetzt. In­te­res­sant ist aber die Fra­ge, wie­viel Zeit man sich gibt, um die Spei­cher wie­der auf­zu­fül­len, wenn es denn der­einst ge­nü­gend Spei­cher gibt. Sind es acht Tage? Dann wür­den un­ter Ver­nach­läs­si­gung des Ge­samt-Wir­kungs­gra­des al­ler Spei­cher dop­pelt so­vie­le Wind­kraft­an­la­gen be­nö­tigt wie ohne­hin schon, weil in den acht Ta­gen der nor­ma­le Ver­brauch ja wei­ter­läuft. Sind es 32 Tage, also vier­mal so­lan­ge wie die zu über­brü­cken­de Aus­fall­zeit, dann wür­den nur 25 % mehr Wind­rä­der ge­braucht, die auf den Wir­kungs­grad der Spei­cher noch oben drauf­kom­men.

Nun kann man noch ein­wen­den, daß Deutsch­land ja auch bis­her schon über­schüs­si­gen (Wind-) Strom ins Aus­land ver­kauft und bei Eng­päs­sen wel­chen aus dem Aus­land be­zo­gen hat. Dazu dient auch die oben ge­nann­te Ver­bin­dung nach Nor­we­gen. Man liest zu­wei­len, daß bei der Ab­ga­be ins Aus­land nicht etwa Ein­nah­men er­zielt wür­den, son­dern teils noch drauf­ge­zahlt wer­den muß, aber das scheint über al­les ge­se­hen nicht zu stim­men. Trotz­dem scheint es mir ver­fehlt, die Sta­bi­li­tät der ei­ge­nen Ener­gie­ver­sor­gung da­von ab­hän­gig zu ma­chen, daß an­de­re Län­der kurz­fri­stig grö­ße­re Strom­men­gen ab­neh­men oder lie­fern kön­nen. Das be­deu­tet näm­lich, daß das übri­ge Eu­ro­pa zur Ver­fü­gung zu ste­hen hat, da­mit Deutsch­land sei­ne selbst ge­mach­ten Pro­ble­me mit der Strom­ver­sor­gung aus­glei­chen kann.

Zeitraum

Oben sind nur über­schläg­lich er­mit­telt fast zehn mal so­vie­le Wind­kraft­an­la­gen zu­sam­men­ge­kom­men, ob­wohl noch meh­re­re Be­rei­che in der Be­trach­tung feh­len. Aus der An­zahl der in den Jah­ren 2000 und 2020 vor­han­de­nen An­la­gen er­gibt sich, daß im Mit­tel 1013 An­la­gen im Jahr da­zu­ge­kom­men sind. Rech­net man das li­ne­ar hoch, so wer­den die noch be­nö­tig­ten 290.000 An­la­gen – wie­der un­ter Ver­nach­läs­si­gung der im Mit­tel stei­gen­den Lei­stung der An­la­gen – in 286 Jah­ren, also im Jahr 2306 er­reicht sein. Selbst wenn man es schaf­fen soll­te, die Rate zu ver­dop­peln, er­ge­ben sich im­mer­noch 143 Jah­re. Man will aber bis 2038 aus der Koh­le ganz und mög­lichst schnell auch aus al­len übri­gen fos­si­len Ener­gie­trä­gern aus­stei­gen, um 2045 „kli­ma­neu­tral“ zu sein.[18] An der Be­trach­tung än­dert sich auch nichts we­sent­lich, wenn man statt Wind- mehr So­lar­an­la­gen bau­en will. Da­bei wür­de al­ler­dings der Flä­chen­ver­brauch um ei­ni­ges zu­neh­men.

Nebenwirkungen?

Bisher hatte vie­les, was der Mensch er­fun­den hat, mehr oder we­ni­ger gro­ße Ne­ben­wir­kun­gen. Auch die jetzt ver­ru­fe­ne Kern­ener­gie wur­de mal als sau­be­re Lö­sung al­ler Ener­gie­pro­ble­me dar­ge­stellt. Was die „Er­neu­er­ba­ren“ an­geht, ist de­ren Pro­ta­go­ni­sten bis hin zum ÖRR und zur Wi­ki­pe­dia eher nicht zu trau­en.

Zum Wasserstoff ist haupt­säch­lich et­was zu den mit Trans­port und Ver­wen­dung ver­bun­de­nen Ge­fah­ren zu fin­den, je­doch kaum zu de­nen bei der Her­stel­lung. Bei der Ver­bren­nung dürf­te, wenn da­bei Tem­pe­ra­tu­ren über 1000° er­reicht wer­den, wie beim Ver­bren­nungs­mo­tor noch Stick­oxyd ent­ste­hen, da ja mit Luft und nicht mit rei­nem Sau­er­stoff ge­ar­bei­tet wird. Wel­che Ne­ben­wir­kun­gen hat die Was­ser­stoff­her­stel­lung durch Elek­tro­ly­se, wenn das im gro­ßen Maß­stab be­trie­ben wird? Laut Wi­ki­pe­dia ent­steht je nach Ver­fah­ren und dem für die Elek­tro­den ver­wen­de­ten Ma­te­rial au­ßer Was­ser- und Sau­er­stoff noch Ozon. Bei ei­ni­gen Elek­tro­ly­se­ver­fah­ren wird ein Elek­tro­lyt ver­wen­det und je nach Ver­fah­ren wer­den ver­schie­de­ne Ma­te­ria­le für die Elek­tro­den be­nö­tigt. Sind die be­nö­ti­gen Ma­te­ria­lien aus­rei­chend ver­füg­bar und was ge­schieht da­mit nach der Ver­wen­dung?

Zu den mit bio­lo­gi­schen Ver­fah­ren zur Was­ser­stoff­ge­win­nung mög­li­cher­wei­se ver­bun­de­nen Ge­fah­ren ist nicht viel zu fin­den. Es gibt je­doch die Be­fürch­tung, daß sich für die­se Zwe­cke her­an­ge­züch­te­te Mi­kro­or­ga­nis­men, die so ro­bust sind, daß sol­che Ver­fah­ren im gro­ßen Maß­stab wirt­schaft­lich nutz­bar sind, ver­selb­stän­di­gen kön­nen. Es wird be­fürch­tet, daß sie all­mäh­lich den ge­sam­ten Was­ser­vor­rat in Was­ser­stoff um­wan­deln könn­ten, nach­dem sie erst­mal frei­ge­setzt wor­den sind. Dem­nach sei Was­ser­stoff so flüch­tig, daß er aus der At­mo­sphä­re in den Welt­raum ab­ge­ge­ben wer­den wür­de, was lang­fri­stig zum Ver­lust des Was­sers auf der Erde füh­ren wür­de. Wie rea­li­stisch das ist, kann ich nicht be­ur­tei­len. Da­ge­gen spricht zu­nächst mal, daß min­de­stens ei­ni­ge der Mi­kro­or­ga­nis­men un­ter Sau­er­stoff­ein­wir­kung (Luft) die Was­ser­stoff­her­stel­lung ein­stel­len.

Daß Wind­ener­gie­an­la­gen Vö­geln zum Ver­häng­nis wer­den, ist all­ge­mein be­kannt, man kann dazu mal eine Falk­ne­rei be­su­chen. Sie ste­hen in­zwi­schen aber auch im Ver­dacht, das Wet­ter lo­kal zu be­ein­flus­sen. Es gibt so ei­ni­ge Web­sei­ten zu dem The­ma, bei­spiels­wei­se beim MDR.[14] Wenn ich dort al­ler­dings vom „men­schen­ge­mach­ten Kli­ma­wan­del“ lese, habe ich Zwei­fel an der Ob­jek­ti­vi­tät und Un­ab­hän­gig­keit, denn auch die­se Fra­ge ist ent­ge­gen den ÖRR-Dar­stel­lun­gen nicht ab­schlie­ßend ge­klärt. Das heißt aber nicht au­to­ma­tisch, daß die Dar­stel­lung falsch ist. Bis­her wird meist be­tont, daß es nur ge­ring­fü­gi­ge Aus­wir­kun­gen gäbe, haupt­säch­lich ge­rin­ge nächt­li­che Tem­pe­ra­tur­er­hö­hun­gen am Bo­den, die auf die Ver­wir­be­lung der Luft zu­rück­zu­füh­ren sei­en. Den Wind­kraft­an­la­gen wird teils auch zu­ge­schrie­ben, für Tro­cken­heit mit­ver­ant­wort­lich zu sein. Ob sich das be­stä­tigt, bleibt ab­zu­war­ten. Der At­mo­sphä­re wird aber Ener­gie en­tzo­gen, auch wenn die spä­ter groß­teils wie­der als Wär­me ab­ge­ge­ben wird. Der Ener­gie­ent­zug ist um den Fak­tor Wir­kungs­grad der An­la­ge selbst hö­her als de­ren ab­ge­ge­be­ne elek­tri­sche Lei­stung. Au­ßer­dem kann in den Wir­bel­schlep­pen, die sich hin­ter Wind­rä­dern bil­den, die Luft­feuch­tig­keit kon­den­sie­ren. 2011 gab es mal einen Preis für ein ent­spre­chen­des Foto.[21] Un­ge­klärt ist auch noch die Ver­wen­dung der Ro­tor­blät­ter aus­ge­mu­ster­ter Wind­kraft­an­la­gen, die aus Ver­bund­werk­stof­fen be­ste­hen, die sich bis­her nicht sinn­voll wei­ter ver­wen­den las­sen. Auch hier­zu wird man im Netz fün­dig. Es lau­fen bis­her nur Ver­su­che oder die An­la­gen wer­den, wenn mög­lich, kom­plett ins Aus­land ver­kauft. In der Kri­tik steht auch das in den Schalt­an­la­gen der Wind­kraft­an­la­gen ver­wen­de­te Iso­lier­gas Schwe­fel­he­xa­fluo­rid, kurz SF6.[22]

Bei Ne­ben­wir­kun­gen muß man auch an die Ko­sten den­ken, vor al­lem an­ge­sichts der Tat­sa­che, daß Deutsch­land jetzt schon mit die höch­sten Strom­prei­se welt­weit hat. Ak­tu­ell lie­gen bei den Prei­sen für Haus­hal­te nur Ber­mu­da und Dä­ne­mark dar­über, bei de­nen für Un­ter­neh­men Ita­lien und Bur­ki­na Faso.[15][16] Ne­ben­wir­kung wei­ter stei­gen­der Strom­prei­se ist auch, daß noch mehr In­du­strie ins Aus­land ab­wan­dert. Ne­ben­bei be­merkt ist das CO₂, das bei der Her­stel­lung al­ler aus dem Aus­land be­zo­ge­nen Pro­duk­te ent­steht, ei­gent­lich Deutsch­land zu­zu­rech­nen. Die Ge­samt-CO₂-Bi­lanz dürf­te sich bei Ver­la­ge­run­gen ins Aus­land ver­schlech­tern.

Blackout?

Trotz des all­mäh­li­chen An­stiegs des An­teils „Er­neu­er­ba­rer“ muß­ten in den ver­gan­ge­nen Jah­ren als Er­satz für vom Netz ge­gan­ge­ne Atom- und Koh­le­kraft­wer­ke Erd­gas-Kraft­wer­ke ge­baut wer­den. Man nennt das Brü­cken­tech­no­lo­gie zur Über­brückung bis al­les durch „Er­neu­er­ba­re“ er­setzt wäre. Die Erd­gas­spei­cher sol­len zwar bis zum Win­ter ge­füllt sein, je­doch heißt es, daß die da­rin ge­spei­cher­te Men­ge nicht für den gan­zen Win­ter reicht. Bis­her wur­de ein Groß­teil des Erd­gases aus Ruß­land im­por­tiert. Durch die Gas­lei­tung Nord­stream I kommt aber zur Zeit kein Gas und der­zeit weiß nie­mand wie das wei­ter­geht. Die fer­tig­ge­stell­te Nord­stream II soll aus grün-ideo­lo­gi­schen Grün­den, auf Druck der USA und we­gen der Ruß­land-Sank­tio­nen nicht in Be­trieb ge­nom­men wer­den (Stand 20.9.2022). Auch will man sich aus der Ab­hän­gig­keit lö­sen, be­gibt sich aber in an­de­re, selbst­ver­ständ­lich nur bei lu­pen­rei­nen De­mo­kra­ten. Die Sank­tio­nen sind ei­gent­lich wi­der­sin­nig, denn sie be­sche­ren Ruß­land we­gen der da­durch ge­stie­ge­nen Öl- und Gas­prei­se Mehr­ein­nah­men in Mil­liar­den­hö­he, mit de­nen man treff­lich den Krieg ge­gen die Ukrai­ne fi­nan­zie­ren kann. Um­welt­schäd­lich sind sie mög­li­cher­wei­se auch noch, denn Ruß­land muß über­schüs­si­ges Erd­gas zur Zeit ab­fa­ckeln, weil man den Gas­hahn da­bei nicht ein­fach zu­dre­hen kann. In­zwi­schen wur­den die Nord­stream-Pipe­lines ge­sprengt, Re­pa­ra­tur völ­lig of­fen. Preis­fra­ge: Wer hat ein In­te­res­se an der Un­ter­bre­chung und wa­rum? Jetzt stellt sich die Fra­ge, ob im kom­men­den Win­ter ge­nü­gend Gas aus an­de­ren Quel­len ver­füg­bar ist oder ob man Gas­kraft­wer­ke we­gen Brenn­stoff­man­gel ab­schal­ten muß.

Meine Ein­schät­zung zu dro­hen­den Strom­aus­fäl­len ist, daß man ggf. ge­zielt gan­ze Re­gio­nen ab­schal­ten wird, um einen voll­stän­di­gen Black­out zu ver­hin­dern. DDR-Bür­ger wer­den sich viel­leicht noch an den Ka­ta­stro­phen­win­ter 1978/79 er­in­nern, als in den Braun­koh­le­ta­ge­bau­en die Koh­le in den Wag­gons der Gru­ben­bah­nen fest­fror. Fol­ge war, daß die Kraft­wer­ke zu we­nig Strom er­zeug­ten, wes­halb man, um den kom­plet­ten Aus­fall des Strom­net­zes zu ver­hin­dern, ganz Thü­rin­gen ab­schal­te­te.[17] Mög­lich wäre, den feh­len­den Strom aus dem Aus­land zu be­zie­hen. Es gibt dazu aber auch an­de­re Mei­nun­gen. Für so ein Sze­na­rio braucht man ge­nü­gend Vor­lauf­zeit, um zu er­ken­nen, daß die Ab­schal­tung un­ver­meid­lich wird. Es gibt aber Er­eig­nis­se, die nicht vor­her­seh­bar sind. Die Netz­steue­rung wird be­reits jetzt im­mer schwie­ri­ger[3], je grö­ßer der An­teil des schwan­ken­den Wind- und So­lar­stroms an der Ge­samt­er­zeu­gung wird, für den die Lei­tungs­net­ze auch noch aus­ge­baut wer­den müs­sen. Kommt jetzt die Un­ter­bre­chung ei­ner Hoch­span­nungs­lei­tung durch Sturm, Eis­bruch oder ähn­li­ches dazu, dann kann es durch­aus sein, daß man nicht mehr schnell ge­nug dar­auf rea­gie­ren kann.

Quellen

Da manche URL nicht nach Per­ma­nent-URL aus­se­hen, habe ich das ggf. noch als PDF bzw. als ODS-Ta­bel­le ge­spei­chert. Die PDF teils auch per Um­weg über eine ODS-Ta­bel­le, wenn die Druck­ver­sion der Sei­te wie bei 4. kein brauch­ba­res Er­geb­nis zeig­te.

1. Sta­ti­sti­sches Jahr­buch 2019 - Ka­pi­tel 22 Ener­gie, hier als PDF ge­spei­chert
2. Brut­to­strom­er­zeu­gung in Deutsch­land für 2018 bis 2020, hier als PDF ge­spei­chert
3. ZDF-Do­ku Black­out – Hor­ror­sze­na­rio oder rea­le Ge­fahr? Vi­deo dort ver­füg­bar bis 01.08.2024
4. Ein- und Aus­fuhr von Elek­tri­zi­tät 2003 bis 2021, mit ei­ner zu­sätz­li­chen Ge­samt-Spal­te als PDF und ODS
5. Ko­ali­tions­ver­trag Bun­des­re­gie­rung 2021, hier als PDF ge­spei­chert
6. Wind­ener­gie in Deutsch­land - Zah­len und Fak­ten als PDF an Land, Off­shore, Grund­la­ge der Ta­bel­le als PDF, dort auch als CSV ver­füg­bar
7. Sta­ti­sti­sches Bun­des­amt, Ver­wen­dung und Auf­kom­men von Ener­gie, An­ga­ben für 2018 lo­kal ge­spei­chert als PDF und ODS-Ta­bel­le
8. You­tu­be – 10 E-Mo­to­ren-Irr­tü­mer
9. Strom-Re­port Zah­len. Da­ten. Fak­ten.
10. https://www.tennet.eu/de/projekte/nordlink
11. https://de.wikipedia.org/wiki/Übertragungsverlust
12. Windkraft-An­la­gen wa­ren im 1. Halb­jahr 2021 zu 21 % aus­ge­la­stet, Pres­se­mit­tei­lung des Sta­ti­sti­schen Bun­des­amts vom 21. Ok­to­ber 2021, hier als PDF ge­spei­chert
13. https://de.wikipedia.org/wiki/Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk
14. Ha­ben Wind­kraft­an­la­gen Einfluss auf un­ser Wet­ter? – MDR
15. de.statista.com
16. de.globalpetrolprices.com
17. Vor 40 Jah­ren gin­gen in Thü­rin­gen die Lich­ter aus – elektromuseum.de
18. zum Kli­ma­schutz­ge­setz auf Bundestag.de
19. Pho­to­vol­taik – Umweltbundesamt
20. BioWasserstoff.de auf www.staff.hs-mittweida.de, alle Sei­ten als PDF, und Bio­lo­gi­sche „Elek­tro­ly­se“ durch Mi­kro­al­gen (PDF)
21. op-marburg.de (jetzt nur noch auf fotohits.de), im Netz fin­den sich wei­te­re Fo­tos
22. ARD-Plusminus-Video Aus­schnitt aus der gan­zen Sen­dung, die hier noch ver­füg­bar ist, ge­fun­den in Wind­rä­der – Ein Paar Fak­ten zur Ret­tung des Kli­mas
23. Läuft die Kli­ma­schutz­po­li­tik aus dem Ru­der? – Zeit für eine Neu­be­sin­nung. (PDF)
24. der deutsche CO₂-Ausstoß im Vergleich auf ourworldindata.org