Stromversorgung mit Wind und Sonne: Herr Altmaier, auch so geht es nicht!

Es gibt viele Studien und Berichte über die Möglichkeiten, zukünftig die Strom-/Energie-Versorgung ausschließlich mit regenerativen Energien durchzuführen. Die Zeitschrift Photon hat dazu ebenfalls einen Bericht veröffentlicht, Oktober 2012. Eine Versorgung, die ausschließlich auf Wind- und Photovoltaik-Anlagen (PV) basiert, wird vorgestellt. Es sollen Leistungen von 330.000 MW Wind und 170.000 MW PV in Deutschland gebaut werden. Die Unvertretbarkeiten dieser Vorstellungen im Hinblick auf die Folgen für die Strompreise und die katastrophalen Auswirkungen auf Natur, Landschaften und letztlich den Menschen werden dargestellt.

Von Dipl.-Ing. Eberhard Wagner, Bensheim und
Dipl.-Phys. Horst Wetzel, Guben

Unter der Überschrift

„Herr Altmaier, so geht’s! Photon hat eine Vollversorgung mit Sonne und Wind bis 2030 durchgerechnet – ein Handlungsleitfaden“

veröffentlichte die Zeitschrift Photon (Oktober 2012) einen Bericht über die zukünftige deutsche Stromversorgung. Die Verfasser dieser Zeilen sind von Bürgern um eine Beurteilung ersucht worden.

Hauptergebnisse der Beurteilung

Die Minister Altmaier und Rösler wären schlecht beraten, diesem Leitfaden zu folgen. Volkswirtschaftlich wäre es fatal, wenn das Photon-Konzept Realität werden würde – Strompreise, Industrie-Standort Deutschland, Folgen für Natur, Umwelt und Mensch.

Es handelt sich um die Darstellung eines geradezu gigantischen Energie-Verschiebe-Bahnhofs. Der gesamte Technik-Aufwand (Kraftwerke, Netze) würde etwa das 5-fache gegenüber 2000 betragen.

In aller Konsequenz würde § 1 Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) extrem verletzt werden, was grundsätzlich auch für die derzeitige Situation festzustellen ist. Die Ziele, die Stromversorgung sicher, preiswürdig, umweltgerecht und sozialverträglich zu gestalten, wären nicht erreichbar. Das gilt ebenso für die Ziele der „Energiewende“ und der diversen regionalen „Energie-Gipfel“.

Kraftwerke und Leistungen 2030

Die zukünftige Stromversorgung soll auf Windkraft-Anlagen (Wind) – 330.000 MW – und Photovoltaik-Anlagen (PV) – 170.000 MW – basieren. Das sich ergebende Speicherproblem soll mit „Power to Gas-Technik (PTG-Anlagen, Methan als Speicher-Medium)“ – 67.000 MW – gelöst werden. Anderen Regenerativ-Kraftwerken wird keine Bedeutung zugemessen.

Kraftwerke und Stromerzeugung 2030

Die Stromerzeugung aus Wind und PV werde etwa 655 TWh betragen. Der Stromverbrauch werde sich zu 460 TWh ergeben. Die Differenz ergäbe sich aus Verlusten (Erzeugungsmanagement, unklar, was das ist) und Nutzwärme aus Umwandlungs-Prozessen (Elektrolyse, Methanisierung). Weitere 60 TWh stünden zur Verfügung, wenn es gelänge, Spitzen-Erzeugungen für den Transportsektor zu nutzen (Laden von Batterien). Unklar ist, woher letztgenannte Strommenge kommt. Denn, entweder kann Überschuss-Strom vollständig gespeichert werden oder dieser kann direkt genutzt werden. Überschätzt wird möglicherweise der Stromverbrauch der E-Mobilität. Eine Million E-Pkw benötigen etwa 2 TWh im Jahr.

Kraftwerke und Strombedarf derzeit

Die genannten Daten müssen mit den bereits vorhandenen Installationen verglichen werden. Die gesamte Wind-Leistung beträgt etwa 31.000 MW, die der PV etwa 33.000 MW. Im Vergleich zu heute, präsentiert Photon eine etwa 11-fache Wind-Leistung und eine etwa 5-fache PV-Leistung.

Die Bedarfs-Leistung derzeit, bewegt sich zwischen etwa 45.000 MW (Sommer, Wochenende) und etwa 77.000 MW am sog. Höchstlasttag (tritt meist im Dezember oder Januar auf). Photon hat für das Jahr 2009 sogar nur eine Spanne zwischen 29.000 und 73.000 MW ermittelt.

Aus den Daten wird das Gleichzeitigkeits-Problem von Wind und PV ersichtlich. Geht man von den Erfahrungen mit Starkwind und Mittagssonne aus, so kann eine Windleistung von etwa 70 % und eine PV-Leistung von etwa 85 % der jeweils installierten Leistungen erwartet werden. Diese Werte bestätigt Photon.

Es ergeben sich Leistungen bei Wind von etwa 230.000 MW und PV von etwa 140.000 MW, die mit den Bedarfs-Leistungen zu vergleichen sind. Allerdings werden diese „maximalen“ Werte aller Wahrscheinlichkeit nach nicht gleichzeitig (gleiche Viertel-Stunde) zu erwarten sein.

Kraftwerkspark um 2000 – gegen 2030

Um das Jahr 2000 verfügte Deutschland über einen optimalen Kraftwerkspark und Netze. Es stand, einschließlich der Pumpspeicher-Leistung (PSW-Anlagen), eine gesamte Leistung von etwa 120.000 MW zur Verfügung. Die Bedarfs-Leistungen entsprachen den vorgenannten Werten. Die Stromversorgung war sicher und vergleichsweise preiswürdig.

Photon präsentiert nun einen Park von etwa 567.000 MW. Die gesamte Technik der Stromversorgung wird demnach das etwa 5-fache der von 2000 betragen. Neben den Wind- und PV-Anlagen-Investitionen sind Investitionen in Netze und Umwandlungstechniken für die Rückverstromung von Methan notwendig. Ein gigantisches Unterfangen.

Investoren werden nur tätig werden, wenn auskömmliche Vergütungen erwartet werden können. Wenn das EEG in seiner derzeitigen Form bestehen bleiben würde, würden die „EEG-Umlagen“ extrem steigen. Die EEG-Degressions-Bestimmungen werden sich nicht stark auswirken. Es ist deshalb auszuschließen, dass verträgliche Strompreise zu erwarten sind.

Auswirkungen auf die Strompreise

Bereits derzeit werden die Auszahlungen an die Betreiber von EEG-Anlagen mit etwa 21 Mrd. Euro veranschlagt („Berechnung der EEG-Umlage 2013“). Die EEG-Stromerzeugung soll etwa 134 TWh erreichen. Umgerechnet auf die EEG-Strommenge sind das etwa 15,7 Ct./kWh. Ein Vergleich mit der konventionellen Stromerzeugung ist bei Betrachtung der Strompreis-Entwicklung angebracht – Durchschnitt etwa 5 Ct./kWh.

Die durchschnittliche Vergütung für PV beträgt 2013 etwa 32 Ct./kWh, die für Wind etwa 9 (onshore) und etwa 14 Ct./kWh (offshore). Die Verpflichtungen für die Vergütungszahlungen reichen für derzeit gebaute Anlagen, bis über 2030 hinaus.

Photon nimmt an, dass 2030 Wind-Strom für 8 Ct./kWh und PV-Strom für 6 Ct./kWh bereitgestellt werden kann. Für PV erscheint das sehr optimistisch. Das Vergütungsvolumen des „Photon-Leitfadens“ allein für Wind und PV würde im Minimum etwa 60 Mrd. Euro pro Jahr erreichen.

Ein ähnlicher Wert wird sich aus notwendigen „Vergütungen“ für die Erzeugung von Methan und die Methan-Rückverstromung, in z. B. Block-Heiz-Kraftwerken, ergeben. Die Annahme, dass Strom für den Methan-Prozess kostenfrei bereitgestellt werden könnte, weil u. a. Nebenprodukte (Abwärme, Sauerstoff) vermarktet werden könnten, ist sehr vage. Unterschätzt werden die Probleme des zeitlich unterschiedlichen Strom-Aufkommens von Wind und PV einerseits und des Wärmebedarfs andererseits, sowie die unterschiedlichen Standorte von PTG-Anlagen und eben der Strom- und Wärme-Abnehmer.

Mit den zusätzlichen Netzausbaukosten ergäben sich Strompreise, die für Bürger sowie Gewerbe und Industrie unvertretbar wären. Seit 2000 haben sich die Strompreise mehr als verdoppelt. Bis 2030 wäre mindestens eine weitere Verdoppelung bis Verdreifachung der Preise für den Normal-Stromkunden zu erwarten. Das wird so nicht kommen können.

Überschuss-Strom, Methan-Erzeugung

Die Speicherung des Überschuss-Stromes soll durch einen „Power-to-Gas-Prozess (PTG)“ erfolgen. Die erste Prozess-Stufe ist die Wasserstoff-Erzeugung durch Elektrolyse. Für den Umwandlungsvorgang von Strom zu Wasserstoff (H2) werden Wirkungsgrade von 60 % bis 80 % genannt (Lit. ASUE u. a.). Aus 1 kWh Strom kann etwa 0,01 kg Wasserstoff produziert werden. Nicht zu unterschätzen ist der Wasserbedarf zur Wasserstoff-Herstellung. Für 1 kg H2 werden 9 kg Wasser benötigt. Dieser Wasserbedarf kann gemindert werden, wenn das entstehende Wasser aus der Methanisierung, mindestens teilweise in den Elektrolyse-Prozess zurückgeführt werden kann.

In der zweiten Prozess-Stufe (Sabatier-Prozess) wird Wasserstoff (H2) mit Kohlendioxid (CO2) zusammen geführt. Es ergibt sich Methan (CH4); das ist der wesentliche Bestandtteil von Erdgas. Für diesen Vorgang werden Wirkungsgrade von 49 % bis 68 % genannt. Bisher sind Prototypen mit Leistungen von 25 kW und 6 MW (Lit. ASUE) bekannt.

Als Speicher sollen die vorhandenen Erdgas-Speicher in Deutschland genutzt werden. Deren Volumen entspricht einem Energieinhalt von etwa 220 TWh (Wärmeenergie). Diese Speicher dienen derzeit als Reserve bei technisch oder politisch verursachten Unterbrechungen des Erdgas-Importes und für den Ausgleich des Winter- und Sommerbedarfes. Die im Stromnetz bereits derzeit schwer beherrschbaren Fluktuationen durch Wind- und PV-Strom werden damit in das Gasnetz übertragen.

Methan-Rückverstromung

Die Stromerzeugung aus Methan soll in Block-Heiz-Kraftwerken (BHKW) und in sog. GuD-Anlagen (Abwärme-gekoppelte Gasturbinen-und Dampfturbinen-Anlagen) durchgeführt werden. Die Wirkungsgrade dieser Stromerzeugungen betragen zwischen 33 % (BHKW) und 62 % (GuD).

Die Prozesskette, vom Überschuss-Strom an den Einspeiseorten von Wind und PV, zu den Gebrauchsorten (Netzverluste bis etwa 5 %), über die Elektrolyse (61 % bis 80 %) und die Methanisierung (49 % bis 68 %), die notwendige Kompression von Methan für den Transport (41 % bis 65 %), bis zur erneuten Stromerzeugung, hat demnach Wirkungsgrade zwischen etwa 12 % und bestenfalls 36 %. Photon nennt den Wert 36 %. Speicherverluste müssten zusätzlich berücksichtigt werden.

CO2-Quellen

Das notwendige CO2 soll aus Industrieprozessen stammen. 2030 soll es, Photon zufolge, keine fossil befeuerten Kraftwerke mehr geben. Diese scheiden als CO2-Quelle demnach aus. Die Umgebungsluft wird als CO2-Quelle genannt. Bei einem CO2-Anteil in der Luft von 0,04 %, wäre ein enormer apparativer Aufwand (auch Energie-Aufwand) zur Anreicherung von CO2 notwendig. Photon äußert dazu, dass der Energieaufwand und die Investitionen nicht erheblich seien.

Natur- und Umwelt-Auswirkungen

Die Konsequenzen des Photon-Konzeptes wären für die Natur und die Umwelt, letztlich für die Menschen, geradezu katastrophal. 330.000 MW Wind bedeuten bei angenommener Anlagen-Einzelleistung von 3 MW etwa 100.000 Anlagen. Auf die Staatsfläche bezogen und abzüglich nicht nutzbarer Flächen (Städte, Binnen-Gewässer, Naturschutz-Flächen (wobei es mittlerweile zweifelhaft ist, ob deren Schutzwürdigkeit noch ernst genommen wird), Verkehrsflächen etc.) ergäbe sich eine Anlage je Quadrat-Kilometer. D. h., quasi Eifeltürme überall.

Zu Einzelheiten der Photon-Publikation

Windenergie-Nutzung

Photon beschreibt die Möglichkeit einer alleinigen Stromversorgung mit Wind. Es entstünden dann zeitweise zwar erhebliche Überschüsse, die aber mit dem vorgenannten „Power-to-Gas-System“ aufgefangen werden könnten. 500 TWh Strom-Bedarf könnten durch 250.000 MW Windanlagen bei 2.000 Volllaststunden erbracht werden.

Photon ignoriert die Erfahrungen mit der Windnutzung, die sich seit 2006 aus den Daten der EEX-Strombörse ableiten lassen. Wind ist weder zeitlich noch örtlich „gleichverteilt“. Die durchschnittlichen Volllaststunden verharren bei Werten deutlich unter 2.000 Stunden. Auch die Offshore-Anlagen haben bisher keinen positiven Trend bewirkt. Es gibt Zeiten, bei denen in ganz Deutschland von derzeit etwa installierten 31.000 MW (einschließlich offshore) nur um die 150 MW im Netz wirksam sind (monatliche Tiefstwerte). Auch eine Vervielfachung der Windanlagen-Leistung kann diesem „Minimum-Dilemma“ nicht abhelfen.

Abwegig ist deshalb die Aussage, „die dargestellte Windnutzung sei technisch nicht unmöglich„. Was nutzt diese Technik, wenn diese nicht zeitgerecht produzieren kann und von den Verbrauchern nicht bezahlbar sein wird. Siehe z. B. dazu die EEG-Regelungen, dass nicht produzierter (obwohl Wind vorhanden ist) bzw. nicht gebrauchter (Wind-)Strom, auch vergütet wird. Hier zeigt sich das System als volkswirtschaftlicher Irrsinn. In welchen anderen Wirtschaftszweigen sind derartige paradiesische Zustände, für die Nicht-Produktion von Gütern, Geld zu bekommen, Realität? Photon spricht in diesem Zusammenhang, also Stromüberfluss, sehr dezent von „verworfenem“ Strom, an anderer Stelle entsprechend von „verworfener“ Wärme.

Photon schreibt: Neuere Studien zum Windpotenzial (Literatur-Nennung fehlt) legten nahe, dass es auch möglich sei, Windstrom hierzulande, in der dann benötigten Menge zu erzeugen. Diese Aussage ist nur dann richtig, wenn man von der Verfügbarkeit riesiger Speicher ausgeht.

Diese Speicher müssten bereits derzeit vorhanden sein. Folgerichtig müsste man deshalb den Zubau von Wind-Anlagen mit dem Zubau von Speichern verknüpfen. Die Realität zeigt widersprüchliches: Es ist kein Neubau von Speichern bekannt. Gegen das PSW-Projekt Atdorf (Schwarzwald) wird protestiert. Die Betreiber von PSW klagen über zu geringe Betriebszeiten, von Stilllegungen ist die Rede.

Regenerative Versorgung 80 oder 100 %

Photon stellt die Frage: Will man eine 100 %ige oder eine nur 80 %ige regenerative Versorgung in 2050? Erstere benötige „erhebliche“ Speicher; letztere benötige „kaum“ Speicher. Diese Aussage ist im gesamten Kontext des Photon-Berichtes unverständlich. Nüchterne Überlegungen führen nämlich in beiden Fällen zu enormen Speicherbedarf und zum Bedarf von erheblichen konventionellen Kraftwerken, und seien es nur GuD-Anlagen zur Methan-Rückverstromung (Lit. Agora). Die Konsequenzen mangelnder Speicher, bereits heute, sind z. B. die „negativen Strompreise“.

Wind gegen PV

Photon äußert, dass die Windnutzung eher nicht die dauerhaft preiswerteste Erzeugungsart sei. Man habe wohl die technischen Probleme der Offshore-Anlagen unterschätzt und müsse auch den notwendigen Netzausbau einrechnen. Es haben sich beeindruckende Kostensenkungen bei Onshore-Anlagen nicht mehr gezeigt.

Photon leitet daraus die herausragende Rolle der PV ab: Ungebrochener Trend der Kostensenkung; bereits in 2020 dürfte die PV die billigste neuer EE-Nutzungen sein. Das ist eine relative Aussage.

Der Vergleich mit den realen Daten der EEG-Umlage-Rechnung (s. o.) gibt ein anderes Bild. Auch in 2020 werden die „Altlasten“ die EEG-Umlage bestimmen.

Photon-Kritik an anderen Studien

Photon kritisiert allgemein alle bekannten Studien. Eine Ausnahme sei die des „Sachverständigenrates für Umweltfragen SRU“. SRU sei aber „windlastig, besonders offshore-windlastig“. SRU beurteile die PV als zu teuer, um langfristig nennenswert zur Versorgung beitragen zu können. Die SRU-Untersuchung habe in Fachkreisen keinen allzu guten Ruf. Frage: Welche Fachkreise sind gemeint?

Die negative Beurteilung der SRU durch Photon ist nachvollziehbar. Die Kritik-Gründe im Einzelnen werden je nach Beurteiler unterschiedlich sein. Z. B.: SRU behauptet, dass bis 2050 eine bezahlbare, umweltgerechte und technisch machbare Versorgung mit Erneuerbaren Energien möglich sei. Die Nebenbedingungen seien: Verfügbarkeit von Speichern und der Netzausbau. Es sollen 220 TWh Gas-Speicher (erneuerbares Methan aus Biomassen u. ä.) genutzt werden. Das entspricht den Vorstellungen von Photon.

Zusätzlich wird von SRU eine Speicher-Kapazität von 120 TWh (elektrisch gerechnet) – in Norwegen und Schweden vorausgesetzt. Das ist ein Export nationaler Probleme. Norwegen hat derzeit eine Speicher-Kapazität von etwa 85 TWh (elektrisch gerechnet) und nimmt bei Regen- und Schneemangel, also unzureichend gefüllten Jahres-Speichern, zur Sicherung der Stromversorgung auch Deutschland in Anspruch. Norwegen bzw. Skandinavien verfügen derzeit über ein Pumpspeicher-Wasser-Kraftwerk mit 640 MW. Zum Vergleich: Die Kapazität deutscher PSW beträgt 0,04 TWh, bei einer Gesamtleistung von etwa 7.000 MW.

Die Leistungs- und Speicher-Probleme sowie das „Gut will“ der Nachbarstaaten werden durch SRU verniedlicht. Kernaussage ist, dass dieses Konzept zu keinen nennenswerten höheren Strompreisen führen werde! Eine sehr fragwürdige Aussage.

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Abwärme

Photon beschreibt Nutzungsmöglichkeiten für anfallende Wärme aus den Umwandlungs-Prozessen (H2, CH4). Die zunehmende Isolierung von Gebäuden wird allerdings den Absatzmarkt für Nah- und Fernwärme verkleinern. Der politische Ruf nach KWK-Anlagen geht insoweit ins Leere. Aus jedem thermischen Kraftwerk lässt sich (viel) Wärme auskoppeln. Die Wärmeverteilung zeigt sich als das eigentliche Problem. Darüber hinaus werden die Nichtgleichzeitigkeit des Strom- und Wärmebedarfs und die unterschiedlichen Volllaststunden nicht als Problem erkannt.

Photon bringt die üblichen Vorwürfe gegenüber den Wärme-Kraftwerken. Bei der Kritik an der „Abwärme“, werden thermodynamische Unkenntnisse offenkundig. Beispiel: Wie will man im Februar Gebäude mit einer „Kühlwasser-Abwärme-Temperatur“ von 15 Grad heizen?

Schlussbemerkung

Photon kann nicht überzeugend ein zukunftsfähiges und weitgehend verträgliches System der Strom-/Energie-Versorgung vermitteln. Der dargestellte, geradezu wilde Zubau von Wind- und PV-Anlagen, ist erkennbar von den Interessen der einschlägigen Industrien geleitet. Die Folgen für Natur, Landschaft und Mensch werden bei Photon schlicht ausgeblendet.

Photon hätte durchaus einen positiven Beitrag, als Anregung für die Politik, leisten können. Man hätte der Politik „anbieten“ können, die Anlagentechnik (Hausanlagen) wieder auf die Technik des Strom-Einspeisungs-Gesetzes (1991) zurückzuführen. Es kann nämlich nicht akzeptiert werden, dass Wohnungs-Mieter, PV-Investoren dauerhaft subventionieren.

Seinerzeit wurden nur die Strom-Überschüsse vergütet. Diese Konstruktion wäre auch ein vernünftiger Schritt zu einer relativen Haus-Versorgungs-Autarkie, von der man doch so begeistert ist (Photon nicht?). Die Stromüberschüsse müssten allerdings „im Hause“ verbleiben. Die PV-Betreiber hätten dann eine Parallelfahr-Gebühr an die Stromversorgungs-Unternehmen zu zahlen, für deren Dienstleistung, die Anlagen überhaupt betriebsfähig zu machen (Spannung, Frequenz, Blindleistung). Hierzu hat die Politik einen kleinen Schritt getan: Haus-Batterie-Anlagen, auch für PV-Anlagen bis 30 kW, werden mit bis zu 600 Euro pro kW bezuschusst.

Weitere Veröffentlichungen

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One response to “Stromversorgung mit Wind und Sonne: Herr Altmaier, auch so geht es nicht!”

  1. Wolfgang Rasim says :

    Sehr geehrte Herren Wetzel und Wagner,
    habe gerade, etwas spät, Ihre Info erhalten. Bin gleicher Meinung, Energiewende- Wahn mit über 100 GW Photo- und Windleistung ist. technisch- ökonomischer und ökologischer Irrsinn. „Power to gas and back“ ist mir seit langem mit ca. 20… 25 % Wirkungsgrad (DPG- Studie Juni 2010 u. a.) bekannt. Ich schreibe seit ca. 5 Jahren in Leserbriefen in der Laus. Rundschau, Märk. Allgemeinen MAZ, Märk Boten u. a. Leserbriefe in diesem Sinn, hat jedoch wenig Effekt, der mainstream ist zu stark. Durfte Kürzlich in einer FDP- Veranstaltung in Forst mit Prof. Neumann (MdB) und Gregor Beyer (MdL Brandenburg) ein Co- Referat halten (LR 30.05., Forster Ausgabe, „FDP diskutiert…“ Ich wurde dort teilweise falsch zitiert, doch die wichtigsten Aussagen kamen herüber.
    Herr Wetzel als fast Nachbar (wenn es kein anderes Guben gibt) könnte mich ja mal anufen (03562 983225). Vielleicht könnte man gemeinsam gegen diese Energiewende (größte Kapitalvernichtung seit dem 2. Weltkrieg, Roland Tichy, Chefredakteur der Wirtschaftswoche) mehr erreichen.
    Wolfgang Rasim Forst/Lausitz

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