Faktencheck Energiewende Deutschland

Ein Beitrag von Dr.-Ing. Harald K. Rapp

Die Energiewende ist von vielen Seiten vor allem mit wirtschaftlichem Interesse verbunden. Im folgenden Beitrag werden in einem Faktencheck die Entwicklungen und Ziele der Energiewende näher beleuchtet, um zu mehr Objektivität beizutragen und die Thematik sachlich betrachten zu können. Dabei wird vor allem auf den Übergang zu einer Energieversorgung mit erneuerbarer Energien in Deutschland eingegangen. 

Rationale Betrachtung der Energiewende

Regelmäßige und vorurteilsfreie Faktenchecks helfen, die Entwicklung der Energiewende nüchtern zu beobachten. Sie stellen ein Korrektiv zu den zahllosen Publikationen von Organisationen und Autoren dar, die mit der Energiewende wirtschaftliche Interessen verbinden. Diese sind zwar legitim, verzerren aber die Objektivität der Darlegungen für ein Publikum, das sich mangels Fachkenntnis meist kein eigenes Urteil bilden kann.

Folgende Ereignisse haben zuletzt die deutsche Energiewende beeinflusst:

  • Die Ergebnisse der Kohlekommission und das Kohle-Ausstiegsgesetz
  • Die Ernüchterung vieler Akteure über die geringen Fortschritte der Energiewende
  • Das NIMBY-Syndrom (Not In My Back Yard) oder die unendliche Geschichte der Netzleitung Südlink
  • Die Protestdemonstrationen „gegen den Klimawandel“, welche ob ihrer Emotionalität die Hilflosigkeit von Öffentlichkeit und Politikern beweisen
  • Die Wiederbelebung der Brennstoffzelle bzw. die Wasserstoffwirtschaft.

Begründung für die Energiewende ist allein die Klimabelastung. Der deutsche Beitrag zur globalen Belastung beträgt 2 %. D.h. er ändert an der globalen Situation so gut wie nichts. Dennoch sind die Industrienationen zu Recht in der Pflicht, die Wege zur Klimaneutralität aufzuzeigen, damit sich andere Nationen an der globalen Aufgabe angemessen beteiligen können.

Klares Ziel, vager Weg

Die Politik in Deutschland bezüglich der erneuerbaren Energien ist, gemessen an der schwierigen und komplexen Thematik, sehr ehrgeizig. Das Ziel ist zwar unstrittig, doch der Weg ist unklar, da sich die Interessengruppen streiten und Wissenschaftler, Ingenieure und Fachverbände kaum in die Debatte einbezogen werden.

Unter den Interessengruppen tun sich insbesondere Bürgerinitiativen hervor, die für sich in Anspruch nehmen, dass ihre lokalen Anliegen zugleich die Anliegen aller übrigen sein müssten: Das NIMBY-Syndrom (Not In My Back Yard) feiert bei jeder Gelegenheit fröhliche Wiederkehr. Technische Unkenntnis der Energieversorgung, insbesondere der Stromversorgung mit ihren strengen Gesetzmäßigkeiten, ist leider eine Konstante vieler Diskussionen.

Der abrupte Beschluss zur Abschaltung der Atomkraftwerke bis 2022 war der politischen Situation geschuldet. Leider fehlte ein Kompass für die Energiewende, weil die Einschränkungen der wetterabhängigen nicht abrufbaren Energiequellen Wind und Sonne für eine sichere Stromversorgung ignoriert worden waren. Die Trivialität, dass Sonne und Wind nichts kosten, hat die übrigen Bedingungen für Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit beiseite gedrängt.

Leistungen im Stromnetz

Zunächst eine einfache Betrachtung zur elektrischen Leistung der Quellen im Stromnetz: Der maximale Leistungsbedarf der Verbraucher beträgt ca. 85 GW und ist seit Jahren fast unverändert. Ein höheres Angebot an Kraftwerksleistung ist nicht nutzbar und muss billigst exportiert oder mittels Kraftwerksdrosselung schlicht entsorgt werden. D. h. die bislang installierten Netto-Leistungen aller Kraftwerke von zusammen etwa 207 GW, davon Wind und Photovoltaik mit ca. 105 GW, können physikalisch nicht gemeinsam wirksam werden. Das sollte auch technischen Laien zu denken geben.

Die EE-Anteile der 3 Energieverbrauchssektoren Strom, Wärme und Verkehr haben sich höchst unterschiedlich entwickelt, siehe Abbildung 1. Während sich beim Strom die EE-Anteile stetig erhöht haben, blieben sie bei Wärme und Verkehr unverändert niedrig. Speicher und die Sektorenkopplung könnten Abhilfe schaffen.

Zeitreihen als Analysewerkzeuge

Seit über 10 Jahren analysieren Wissenschaftler historische Zeitreihen von Sonne, Wind und Verbrauch in Europa. Daraus folgten Modelle der Stromerzeugung aus EE-Kraftwerken sowie der Bedarf von Backup-Kraftwerken. Ferner lässt sich ein auf 100 % iRES (intermittent Renewable Energy Sources) hochgerechnetes Kraftwerksmodell bestimmen [1, 2]. The European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) stellt die europaweiten Daten mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zur Verfügung.

Relevanz von Kraftwerks- und Netzbetrieb

Da Photovoltaik (PV) und Windkraft ausschließlich Strom erzeugen, steht die Stromwirtschaft als quasi neue Primärenergie für die Verbrauchssektoren im Vordergrund. Dem Kraftwerks- und Netzbetrieb kommt daher eine entscheidende Bedeutung zu. Er muss vor allem für eine sichere Stromversorgung sorgen, denn ohne Strom geht heute gar nichts mehr. Dazu zählen in jeder Regelzone bzw. in jedem Bilanzkreis die gesicherte Kraftwerksnettoleistung, die Schwarzstartfähigkeit und die Netzfrequenzhaltung entsprechend dem europäischen Netzwerk-Code.

Das Problem der Momentanreserve, wie sie die Schwungmassen der Synchrongeneratoren darstellen, ist für PV- und Windkraftwerke bislang nicht gelöst. Die Kraftwerks-Kaltreserve wird in Zusammenarbeit mit der Bundesnetzagentur organisiert. Die fluktuierenden Stromquellen PV und Wind bedrohen ab einem Anteil von etwa 40 % am gesamten Nettostromverbrauch die Netzstabilität. Im Jahr 2019 erreichte ihr Anteil 33,4 %.

Versorgungssicherheit in Deutschland

Die Versorgungssicherheit beinhaltet das Dispatch und das Redispatch unter Berücksichtigung der aktuellen Kraftwerkssituation, aller Betriebsmittel und der Wetterprognose. Größte Bedeutung hat die Verhinderung eines Blackouts mit schwerwiegenden Folgen für ganze Regionen. Er drohte im Jahr 2019 dreimal im Juni, wobei er nur mithilfe benachbarter Länder und mittels Lastabwurf von Großverbrauchern verhindert werden konnte.

Der mit dem Zuwachs der erneuerbaren Energien gerne zitierte SAIDI-Index beziffert kurzfristige Unterbrechungen in Minuten pro Jahr und Endverbraucher. Er liegt in Deutschland seit Jahren unverändert bei 12 bis 15 Minuten, was international sehr gering ist. Allerdings ist er keine Kennzahl für die Gefahr von Blackouts. Wegen der wetterabhängigen EE-Kraftwerke kommt Speichern eine erhöhte Bedeutung zu. Es gibt sie derzeit in Form von Akkumulatoren für Kurzzeitunterbrechungen im Sekundenbereich. Pumpspeicherkraftwerke stehen für Minuten zur Verfügung. Ihre Speicherkapazität beträgt in der BRD ca. 50 GWh mit einer Leistung bis 7 GW.

Eine zukünftige Speichermöglichkeit bietet die Wasserstoffwirtschaft mit Power-to-Gas und zusätzlichen Anwendungen bei der Wärmeversorgung und beim Verkehr mit abgasfreien Brennstoffzellen als Stromwandler.

Stromnetzstruktur und Kosten

Es wird über mehrere Jahre eine Doppelstruktur der Übertragungsnetze geben müssen: ein klassisches zentrales Übertragungsnetz und ein dezentrales Verteilnetz insbesondere auf der regionalen und örtlichen Ebene. Damit können EE-Kraftwerke und Stromtankstellen für die Elektromobilität eingebunden werden. Die Leistungen auf Ortsnetzebene einschließlich der Hausanschlussleistungen werden sich allerdings signifikant erhöhen.

Die Stromkosten werden steigen. Gründe sind der Netzumbau und der Netzbetrieb. Der Nutzungsausfall von Wind und Sonne bei Drosselung wegen Überkapazität wird auf die Verbraucher umgelegt. Der Strompreis in Deutschland ist zusammen mit Dänemark der höchste in der EU. Dies schafft enorme Standortprobleme für energieintensive Industriebetriebe (Chemie, Stahl, Aluminium).

Auch der Stromverbrauch wird steigen. Dazu trägt neben der „smarten“ Digitalisierung mit ihrer hohen Datenflut der enorm wachsende Verbrauch der Rechenzentren bei.

Fazit

Das Ziel der Energiewende 2020 wurde bei der Stromerzeugung pünktlich erreicht. Das liegt an den ausschließlich Strom erzeugenden Quellen Photovoltaik und insbesondere Windkraft. Die Ziele für die Wärmeversorgung und für den Verkehr wurden hingegen völlig verfehlt. Hier helfen nur die Sektorenkopplung und die Wasserstoffwirtschaft, Wärmepumpen und Geothermie helfen nur marginal oder lokal. Wasserkraft und Biomasse sind aus Umweltgründen nicht ausbaufähig.

Deutschland ist zwar in Europa mit seiner Energiewende weitgehend allein, doch kann sich das Erreichte angesichts der objektiv schwierigen Probleme und trotz aller Kritik im Einzelnen durchaus sehen lassen. Es macht Mut, an den Zielen für die Folgejahre festzuhalten.

Literatur

[1] M. Greiner Aarhus School of Engineering 5-2011: Let the weather decide.
[2] F. Wagner VGB Power Tech 10-2017 und Physik Journal 18 (2019) Nr. 10