Die Energiewende wieder in Schwung bringen

Ein Debattenbeitrag mit konzeptionellen Überlegungen zur Weiterführung der Energiewende

Außer der AfD, die den vom Menschen verursachten Klimawandel abstreitet und fossile Brennstoffe wie bisher weiter nutzen will, besteht bei allen im Deutschen Bundestag vertretenen Parteien Konsens darüber, dass der Klimawandel eine existenzielle Bedrohung der Menschheit darstellt, wobei die globalen Treibhausgasemissionen, in erster Linie die CO₂-Emissionen, die Ursache sind und deshalb unbedingt reduziert werden müssen. Ebenfalls sind sich alle einig, dass uns die Zeit davon läuft und dass wir schnell handeln müssen, wenn wir den Temperaturanstieg begrenzen wollen.

Aber anstatt nun zu handeln, nutzen einige Politiker die an sich richtige Aussage, dass Deutschland alleine die Welt nicht retten kann, als Ausrede, um gar nichts zu tun. Andere schwafeln über eine vollständige Dekarbonisierung bis 2050 und zanken sich um eine mögliche CO₂-Steuer. Dabei bringt eine CO₂-Steuer zum gegenwärtigen Zeitpunkt gar nichts, denn die Energie wird gebraucht und mangels Alternative müssten die Verbraucher nur zahlen. Im Endeffekt also nur "Abzocke".

Natürlich würde die Kohleverstromung bei entsprechend hoher CO₂-Steuer in Deutschland unrentabel, aber das Ergebnis wäre nur der Ersatz des deutschen durch polnischen und tschechischen Kohlestrom, der evtl. auch noch mit schlechterem Wirkungsgrad produziert wird.

Nach dem guten Abschneiden der Grünen und den katastrophalen Verlusten der sogenannten Volksparteien bei der Europawahl haben jetzt alle das Thema Klimapolitik offenbar völlig neu für sich entdeckt. Allerdings fällt vielen nichts Besseres ein, als mit meiner Auffassung nach unüberlegten und unausgegorenen Vorschlägen hektische Aktivität und Sprechblasen zu produzieren.

Unsere derzeitige Energieversorgung hat sich als System über mehr als 100 Jahre entwickelt und ist in vielen Bereichen konzeptionell überholt und veraltet. Daran ändert auch technische Perfektion in der Umsetzung nichts.

Notwendig ist, ein ordentliches und realisierbares Konzept zur Umstellung der Energieversorgung der Bundesrepublik auf erneuerbare Energien zu erstellen und es dann umzusetzen.

Bei der Erstellung dieses Energiekonzeptes muss man vom realen Energieverbrauch ausgehen und darf nicht versuchen, den Bedarf durch Annahme riesiger Einsparpotentiale klein zu rechnen. Natürlich sind diese Einsparpotentiale theoretisch vorhanden, denn es wird zurzeit sehr viel Energie verschwendet. Die Frage ist nur, ob sich die Einsparpotentiale auch wirklich nutzen lassen und welche Folgen das hätte.

Gebäudeheizung

Ein Beispiel hierfür ist die Gebäudeheizung, die zu unseren größten Energieverbrauchern zählt. Natürlich kann man durch entsprechende Wärmedämmung hier den Energieverbrauch stark senken. Aber erstens sind ein großer Teil der Gebäude Altbauten, deren energetische Sanierung schwierig und teuer ist und zweitens muss man bei der Gebäudedämmung auch das entstehende Mikroklima im Auge behalten.

Durch die Atmung wird der Raumluft nun mal Sauerstoff entzogen. Dafür wird sie mit CO₂ und Wasser angereichert. Wenn der Gasaustausch durch die Dämmung zu stark behindert wird, hat man schlechte Raumluft, Schimmelbefall und feuchte Wände. In der Praxis ist es also oft gar nicht so sinnvoll, die Gebäude maximal zu dämmen, sondern man nimmt lieber einen etwas höheren Energiebedarf in Kauf.

Nehmen wir den Komfort. Vor hundert Jahren wurde im Winter der Ofen in nur einer Stube der Wohnung geheizt oder das ganze Familienleben spielte sich gleich in der Küche ab, weil die durch den Kochherd beheizt wurde. Heute ist es selbstverständlich, dass im Winter die ganze Wohnung bzw. das ganze Haus geheizt wird. Oder nehmen wir die tägliche warme Dusche oder das heiße Bad. Vor 100 Jahren für die meisten Menschen wahnsinniger Luxus, heute selbstverständlicher, normaler Standard. Natürlich nicht überlebensnotwendig, aber niemand ist bereit, darauf zu verzichten. Zurück auf die Bäume will niemand, was auch gut und richtig ist.

Ähnlich verhält es sich mit dem Verkehr. Natürlich gibt es zu viel Autoverkehr und das ist auf die Dauer so nicht tragbar.

Mobilität

Aber Mobilität ist nun mal ein Grundbedürfnis der Menschen und das Auto in der Familie heute weitgehend Standard. Und dabei handelt es sich meist mindestens um einen Mittelklassewagen. Ein Kleinwagen würde zwar in den meisten Fällen auch ausreichen, um "von A nach B zu kommen", bietet aber sehr viel weniger Komfort und deshalb leisten wir uns halt den Luxus, ein größeres Auto zu fahren, auch wenn das wegen der höheren Abgasemissionen umweltpolitisch schlecht ist.

Einige ultragrüne Aktivisten fordern deshalb ein Verbot großer Autos, das sie dann durch hohe Steuern auf Kraftstoffe und KFZ durchsetzen wollen. Das ist kontraproduktiver Unsinn. Verbote sollten das letzte Mittel bleiben. Und wenn schon Verbote, dann von hohen Emissionen, nicht von großen Autos. Was wir brauchen, sind intelligente Lösungen, die für alle Mitglieder der Gesellschaft akzeptabel sind und unsere Gesellschaft zukunftsfähig machen, keinen dummen Fanatismus.

Zum Schluss noch etwas Grundsätzliches zur Versorgungs- und Störsicherheit. Diese muss bei allen Planungen oberste Priorität haben. Das heißt auch, dass wir immer über entsprechend großzügig dimensionierte Reservekapazitäten verfügen müssen.

Diese Reservekapazitäten können ruhig mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, da sie nur sehr selten, in Ausnahmesituationen, genutzt werden. Und diese Reservekapazitäten müssen unter nationaler Kontrolle bleiben, damit gesichert ist, dass sie auch zur Verfügung stehen, wenn sie gebraucht werden.

Das Konzept

Ausgangslage

Wir hatten 2018 einen Primärenergieverbrauch von 3.585 TWh. Der Endenergieverbrauch betrug etwa 2.200TWh (Unterschied zum Primärenergieverbrauch ist plausibel wegen Wirkungsgradverlusten durch den Carnot-Prozess).

Die Nettostromproduktion betrug 2018: 542 TWh, davon erneuerbare Energieträger: 218,04 TWh, davon Photovoltaik: 45,75 TW h und Windstrom 111,35 TWh. Solar- und Windstrom zusammen kommen also auf 157,1 TWh.

Die Gebäudeheizung erfolgt etwa zur Hälfte mit Erdgas und zu 25% mit Mineralölen. Den Rest teilen sich Fernwärme Kohle, Strom, Erneuerbare Energieträger und Sonstige. Ähnlich sieht es bei der Warmwassererzeugung aus. Bedarf 2017 zusammen etwa 830 TWh.

Im Verkehrssektor werden zu fast 95% Mineralölprodukte und zu etwa 4% Biokraftstoffe verwendet. Bedarf 2017: rund 65 Mio t Treibstoff, entspricht 765 TWh. (Die Zahlen stammen vom Umweltbundesamt und von der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen.)

Zielsetzung:

Mindestens 90% der fossilen Brennstoffe müssen innerhalb von 20 Jahren eingespart und durch regenerativ erzeugten Strom ersetzt werden. Nur so können wir die CO₂-Emissionen wirklich effektiv reduzieren.

Wenn wir komplett auf erneuerbare Energie umsteigen wollen, müssen wir die Stromerzeugung aus Sonne und Wind etwa verfünffachen. Das ergibt dann 785 TWh. Dazu kommen noch 61 TWh aus nicht weiter steigerbaren regenerativen Quellen (Wasserkraft, Hausmüll, Biomasse etc.). Macht zusammen knapp 850 TWh.

Von den 850TWh in Zukunft erzeugten Strom werden ungefähr 500 TWh für die konventionelle Stromversorgung (wie heute) benötigt. Dazu kommen ca. 110 TWh für die Elektromobilität. Bleiben 240 TWh zum Antrieb von Wärmepumpen. Mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 4 ergibt das 960 TWh Heizwärme. Wenn man den erzeugten Strom und die Umweltwärme zusammenrechnet, kommt man auf 1570TWh.

Die Differenz von 630 TWh zum heutigen Verbrauch ergibt sich aus der Tatsache, dass es vermutlich nicht möglich ist, die fossilen Brennstoffe zu 100% zu ersetzen. Zum Verhütten von Eisenerz braucht man nun mal Koks und Flugzeugturbinen laufen auch nicht mit Strom. Auch gibt es bei der Heizwärme noch große Einsparpotentiale, die sich allerdings nur im Laufe der Zeit realisieren lassen, indem alte Häuser abgerissen und die neuen Gebäude energetisch günstig gebaut werden.

Natürlich ist es nicht sofort möglich, auf alle fossilen Energieträger zu verzichten und einige Bereiche, z.B. der Güterverkehr und die Landmaschinen, wurden in dem Konzept auch bewusst nicht angesprochen, weil niemand zum gegenwärtigen Zeitpunkt den zukünftigen Bedarf und die Technologien, die sich hier durchsetzen werden, seriös abschätzen kann.

Aber das sollte kein Problem sein, denn mit der Umsetzung des beschriebenen Programms haben wir die nächsten 15-20 Jahre genug zu tun. Wir können mit diesem Programm jedenfalls den größten Teil der fossilen Brennstoffe ersetzen. Und danach sehen wir weiter.

Technische Probleme

Bisher wurde das Netz nach der Last gesteuert, d.h. die Leistung der Kraftwerksblöcke wird entsprechend dem aktuellen Verbrauch hochgefahren bzw. gedrosselt.

Das ist mit Solar- und Windenergie nicht möglich. Diese müssen erzeugt werden, wenn Sonne und Wind vorhanden sind. Kurzzeitige örtliche Schwankungen werden bei der Solar- und Windstromerzeugung durch das Netz geglättet, da sie statistisch anfallen. Aber größere und längere Schwankungen in der Erzeugung müssen durch die Netzsteuerung ausgeglichen werden.

Leider wird bei dieser Art der Steuerung mittlerweile die Grenze der Regelkapazität erreicht, da es technisch einfach nicht möglich ist, in Erzeugungsspitzen der regenerativen Energie genügend fossile Kraftwerksleistung vom Netz zu nehmen. Dies Problem wird noch verschärft durch die Tatsache, dass wir hauptsächlich Kohlekraftwerke betreiben, die für eine schnelle, effiziente Regelung viel zu träge sind.

In Zukunft sollen Speicher in Zeiten überschüssiger Stromproduktion geladen werden, die bei Strommangel dann den Strom wieder ins Netz zurück speisen.

Leider haben wir in den nächsten 10 Jahren weder ausreichend Akkuspeicherkapazität zur Verfügung noch genügend grünen Strom, um diese Speicher zu laden. Stationäre Stromspeicher zur Netzsteuerung wird man vermutlich erst in 10 Jahren in nennenswertem Umfang aufbauen können, wenn ausreichend Second Life Batterien zur Verfügung stehen. Das sind ausgediente Fahrzeugbatterien, die noch 70-80% ihrer Speicherkapazität haben und in stationären Pufferspeichern weiterbetrieben werden, bis sie völlig fertig sind.

Mit derartigen Speichern wird man dann evtl. die im Tagesverlauf anfallenden Schwankungen im Netz ausgleichen können, nicht aber eine mehrtägige Dunkelflaute. Die dafür benötigten Speicherkapazitäten und Leistungen sind einfach zu groß.

Die meisten Konzepte sehen deshalb den Bau von gasbetriebenen Spitzenlastkraftwerken vor, um die benötigte Regelenergie und Reserveleistung zu erzeugen, was allerdings gewaltige Investitionen erfordert, denn wir sprechen hier über eine notwendige Leistung von 40-50 GW.

Außerdem wird mit steigender Verfügbarkeit von grünem Strom und Akkuspeichern der Regelenergiebedarf und damit die jährliche Laufzeit der Gaskraftwerke stark sinken, man wird aber aus Gründen der Versorgungssicherheit immer entsprechende Reserveleistung vorhalten müssen, was dann natürlich zusätzliche Kosten verursacht und den Strom insgesamt verteuert.

Daneben ergibt sich auch noch ein Interessenkonflikt, denn für die Betreiber der Gaskraftwerke wird es natürlich lukrativer sein, Strom zu produzieren, als nur Reserveleistung vorzuhalten. Das führt dann im Endeffekt dazu, dass sie versuchen werden, eigentlich überflüssigen fossilen Strom zu produzieren und ins Netz einzuspeisen.

Da sie dabei mit dem grünen Strom konkurrieren, werden sie dann vermutlich den Zubau bei grünem Strom genauso behindern, wie heute die Kohlekraftwerksbetreiber. Deshalb schlage ich hier eine andere Lösung auf der Basis von Hybrid-PKWs als dezentrales Kraftwerk vor. Damit könnte gleichzeitig auch ein zweites aktuelles Problem etwas entschärft werden: Der Mangel an Lithium-Ionen-Akkus in der Autoindustrie.