Von Gastautor
Allerorten hört man dieser Tage (Juli 2023) wieder die Forderungen, endlich den Ausstoß von CO2 zu beenden, weil ansonsten eine „Klimakatastrophe“ über die Menschheit hereinbricht und die Erde in eine nie dagewesene „Heißzeit“ kippen wird, aus der es kein Entkommen mehr gibt. Apokalyptische Szenarien werden aufgefahren. Beispiele aus aller Welt über Flutkatastrophen, Dürren, nie dagewesene Hitzeperioden, … schlagen einem aus den Medien, den klassischen wie den „sozialen“, entgegen. Dabei nehmen es die Protagonisten dieser Horrormeldungen nicht so genau mit den Realitäten. In weiten Teilen Südeuropas ist es beispielsweise derzeit (18.07.23) und in den Tagen davor tatsächlich heiß gewesen. Beispielhaft sei die Meldung der „Tagesschau“ genannt:
Die genannten Temperaturen sind tatsächlich beachtlich und, gerade für ältere oder kranke Menschen sowie Kinder, nicht zu unterschätzen.
Die Frage ist: Ist das so einmalig?
Um das zu klären, nicht wissenschaftlich im strengen Sinne, denn dazu bräuchte man mindestens mehrere Dutzend Temperaturmessstellen in einer bestimmten Region, die geeicht sind, über Jahre immer an derselben Stelle stehen und um potentielle Wärmeinseleffekte bereinigt wurden, und einen Überblick zu bekommen, habe ich einmal anhand des Webportals „kachelmannwetter.com“ die Temperaturen in Italien in der Region „Latium“ (Großraum um Rom!) in den Sommern der letzten Jahre überprüft.
Anmerkung: Der Begriff „Wärmeinseleffekt“ meint, dass sich in der Nähe einer Temperaturmessstelle die Umgebung in der Art verändert, dass die Temperaturen, die gemessen werden, nicht mehr mit denen vergleichbar sind, die von derselben Messstelle früher gemessen wurden. Beispiel: Stand die Messstelle vor 20 Jahren auf einer Wiese, am Rand eines Waldes und stehen an demselben Ort heute Häuser, es führt eine Straße vorbei und der Wald ist verschwunden, sind die Temperaturen heute sicher höher, als die vor 20 Jahren – und zwar unabhängig davon, ob sich das „Weltklima“ geändert hat.
Italien habe ich gewählt, da bestimmte Politiker, die schon in den letzten Jahren durch „Prognosen mit gewisser Schlagseite“ auffielen, sich zu den Temperaturen in diesem Land geäußert und ihm vom Tourismus her wegen der „Klimakatastrophe“ eine dunkle Zukunft prophezeit haben.
Das Portal stellt die Daten von etlichen Wetterstationen (je nach Jahr und Tag bis zu 50 verschiedene Stationen, an manchen Tagen jedoch auch nur 10 oder 11) in der gewählten Region zur Verfügung.
Der Vorteil: Durch die geographische Verteilung der Stationen kann man eher Rückschlüsse ziehen, ob wirklich etwas Ungewöhnliches vorliegt. Ein neuer Temperaturrekord an einer Station, bei der man zudem nicht weiß, wie sich die Umgebung in den letzten Jahren verändert hat (Bebauung, Fällen von Bäumen, neuer und damit dunkler Asphalt in der Nähe, allgemein eben „Wärmeinseleffekte“), ist dagegen nicht besonders aussagekräftig.
Auch bei mehreren Stationen können diese Effekte eine Rolle spielen. Die Gefahr ist dann aber nicht so hoch wie bei einer einzigen Station.
Die Ergebnisse sehen so aus:
Latium am 18.07.2023, 15 Uhr, Temperaturen 2 Meter über dem Boden.
Latium am 02.08.2017, 15 Uhr, Temperaturen 2 Meter über dem Boden
Latium am07.08.2012, 15 Uhr, Temperaturen 2 Meter über dem Boden:
Und, lange bevor die „Klimakrise“ virulent wurde, Latium am 03.08.1998um 15 Uhr, Temperaturen 2 Meter über dem Boden:
Die Uhrzeit 15 Uhr wurde jedes Mal gewählt, da zu diesem Zeitpunkt die Temperaturen am höchsten sind. Davor hat sich die Umgebung noch nicht voll aufgeheizt, später steht die Sonne bereits wieder zu tief und es beginnt, wieder kühler zu werden. Dies kann auf den verlinkten Webseiten auch nachgeprüft werden.
Was zunächst auffällt ist, dass in früheren Jahren wesentlich weniger Stationen Daten gemeldet haben (oder es gab so viele Stationen wie heute schlicht noch nicht).
Aber die großräumigen Temperaturen sind über die Jahre nicht extrem unterschiedlich. An einer Station ist es einmal heißer, an einer anderen „kühler“ – wenn man bei diesen Temperaturen von „kühler“ sprechen möchte. 41°C tauchen in 2023 nirgendwo auf.
2017 und 2012 dagegen schon.
Die Station, die den Temperaturrekord von 41,8°C gemessen hat, den die „Tagesschau“ oben meldete, ist auf diesen Karten offensichtlich nicht vertreten.
Eine kurze Anmerkung noch dazu: In den Vorhersagen für den 19.07.23 war für Rom von 42°C die Rede. In der Realität ist das nicht eingetreten. Tatsächlich war es, zieht man die Stationen, die an „kachelmannwetter.com“ meldeten zu Rate, am 19.07.23 bereits bei fast allen Stationen wieder weniger heiß als am oben verlinkten 18.07.23.
Es ist ganz offensichtlich so, dass zumindest in den letzten 20 bis 25 Jahren solche sehr hohen Temperaturen in der Region Latium immer einmal wieder aufgetreten sind. Dass sich dem ein globaler Erwärmungstrend seit den 1850er Jahren überlagert, der zwischendurch allerdings auch immer wieder pausiert hat und zeitweise sogar rückläufig war, ist nicht die Frage. Die Satellitendaten zeigen dies gerade auch für die letzten Jahrzehnte:
Quelle: UAH Satellitenmessungen seit 1979. Aufgetragen auf der y – Achse ist die globale Temperaturabweichung gegenüber dem Temperaturmittel von 1991 bis 2020.
Bild entnommen von der Webseite „drroyspencer.com“ am 24.07.23 um 8.23 Uhr MEZ
Der Erwärmungstrend ist also keinesfalls so bedrohlich, wie er dargestellt wird und führt auch, s. oben, nicht zu völlig außergewöhnlich hohen Temperaturen, jedenfalls nicht in der hier untersuchten Region Latium.
Daraus folgt, wie inzwischen bei verschiedenen Themen üblich, dass in den gängigen Medien nicht neutral berichtet, sondern Panik geschürt wird.
Die Themen variieren dabei, der Grundtenor bleibt derselbe.
Die Berichterstattung wird dann als Grundlage genommen, um Veränderungen gesellschaftlicher, wirtschaftlicher und/oder politischer Natur zu fordern. Verbunden mit der inzwischen mehr expliziten als impliziten Warnung (oder Drohung), dass eine Katastrophe eintritt, wenn man nicht diesen „Vorschlägen“ folgt.
Die Klima – oder besser Wetterberichterstattung wird dabei u.a. dazu benutzt, einen massiven Umbau des Energieversorgungsnetzes in Richtung „Null CO2“ zu fordern. In Deutschland bedeutet das weitgehend, dass man „Wind und Sonne“ nutzen will.
Ich möchte mich der Frage, ob und unter welchen Umständen das möglich ist, heute einmal von der Seite der Energiemengen und der Anzahl an Anlagen, die diese zur Verfügung stellen sollen, nähern.
Ich rechne dabei mit verschiedenen Näherungsgrößen, um eine ungefähre Vorstellung davon zu geben, welcher Aufwand nötig sein würde, um „Null CO2“ mittels Windenergie oder Solarenergie zu erreichen.
Das Ergebnis ist keine bis auf die Nachkommastelle genau Vorhersage, sondern eine Aussage, die den groben Rahmen korrekt darstellt.
In der Realität soll eine Kombination dieser beiden Techniken (Wind und Solar) die Lösung sein, weil sie sich angeblich gut ergänzen.
Das ist eine Falschaussage!
Den Beweis dafür, dass das nicht immer der Fall ist, liefern reale Daten zur Windgeschwindigkeit. Das folgende Bild stammt von der Webseite „ventusky.com“.
Bild entnommen von der Webseite „ventusky.com“ am 23.07.23 um 22.38 Uhr MEZ.
Wie man anhand der Einfärbungen deutlich sieht, war am Freitag, dem 02.12.22, einem Werktag, der dazu noch relativ kühl war und an dem deshalb ein relativ hoher Energiebedarf vorlag, nirgendwo von Dublin bis Kiev und von Oslo bis Palermo an Land auch nur annähernd genug Wind vorhanden, um eine Energieversorgung Deutschlands (oder gar Europas) damit sicher zu stellen. Die konkreten Windgeschwindigkeiten sind unter dem Hyperlink oben auf der Webseite selbst interaktiv einzusehen. Beachten Sie, dass eine Windgeschwindigkeit von ca. 35 – 45 km/h, bei sehr großen Anlagen auch noch mehr, nötig ist, damit eine WKA ihre Nennleistung erbringen kann. Zusätzlich steigt und fällt die Leistungsabgabe einer WKA mit der 3. Potenz der Windgeschwindigkeit. Quelle.
Auch die Nord – und Ostsee waren zu diesem Zeitpunkt bezüglich der Windausbeuten keine große Unterstützung, jedenfalls nicht in Küstennähe.
Lediglich weit draußen im Atlantik wäre genug Wind vorhanden. Dann müssten aber Anlagen, die ganz Deutschland (oder je nachdem sogar weite Teile Europas) mit Strom versorgen könnten, hunderte oder gar tausende Kilometer entfernt in Gewässern gebaut werden, die mehrere hundert bis tausend(e) Meter tief sind.
Wenn man sich die Anzahl der nötigen Anlagen nur für Deutschland ansieht (s. Berechnungen unten), merkt man schnell, wie völlig utopisch das wäre. Und selbst davon abgesehen: Die Leitungen, die dann gebaut werden müssten, um die Energie an den Ort ihres „Verbrauches“ zu transportieren, wären sehr anfällig bezüglich Wetterbedingungen und auch Sabotageakten. Man denke an „Nordstream“ – unabhängig davon, wer für deren Zerstörung letztlich verantwortlich ist. Der Unterschied wäre allerdings, dass man Erdgas relativ leicht speichern kann um kurz – bis mittelfristige Ausfälle zu überbrücken – Strom hingegen in dieser Größenordnung nicht.
Da es sich zudem um einen Dezembertag um 8 Uhr morgens handelte, wäre auch der Solarstrom zu diesem Zeitpunkt aufgrund des Sonnenstandes nicht nennenswert, egal wie viel hunderte oder tausende Quadratkilometer man mit Solarmodulen überzogen hätte. Vor allem, da es zu diesem Zeitpunkt auch noch über weiten Teilen Europa bewölkt war (s. Ventusky.com unter dem Stichwort „Bewölkung“).
Hält ein solcher Wetter – Zustand auch nur eine Stunde an, so wäre in dieser Stunde bereits eine Energiemenge von ca. 74 GWh bereit zu stellen, wie man leicht sogar im Tool des grünen „Think“-Tanks „Agora“ für diesen Tag nachsehen kann. Siehe auf der verlinkten Seite zwischen 8.00 Uhr und 9.00 Uhr.
Schon diese eine(!) Stunde würde die in Deutschland derzeit zur Verfügung stehende Speicherkapazität an Akku – und Pumpspeicherkraftwerken um beinahe das Doppelte übersteigen!
Berechnung der benötigten Anlagenzahl in Deutschland:
Ich beziehe mich auf das Jahr 2021 in der BRD. Zu beachten ist, dass dies eines der beiden „Haupt – Coronajahre“ war. Schulen waren geschlossen, viele Menschen in Quarantäne, viele Produktionen waren gedrosselt, etc. Die Energieverbrauchswerte dieses Jahres sind also nicht besonders hoch.
Mein Vorgehen wird sein, sich zunächst die Energiemengen anzusehen, die in diesem Jahr konventionell zur Verfügung gestellt wurden, die also nicht bereits durch Erneuerbare bereitgestellt werden konnten.
Daraus werde ich dann berechnen, was nötig wäre, um diesen konventionellen Mengen durch Wind – oder Solarenergie zu ersetzen.
a) Konventionelle Stromerzeugung:
Im Jahr 2021 wurden etwa 300.000 GWh konventionell, ohne Erneuerbare, produziert. Quelle Statistisches Bundesamt:
b) Verkehr:
Im Jahr 2021 wurden ca. 606.000 GWh Energie durch fossile Brennstoffe (die elektrische Energie und die erneuerbaren Energien sind herausgerechnet) bereitgestellt. Quelle Umweltbundesamt. Dort Weiterleitung zur „AG Energiebilanzen“. Es handelt sich um die Werte für die „Endenergie“.
c) Wärme
Im Jahr 2021 wurden ca. 1.028.000 GWh an Wärme (und Energie für die Kühlung) konventionell erzeugt. Erneuerbare Energien und Strom, der bereits unter a) erfasst ist, sind abgezogen. Quelle Umweltbundesamt:
Die Energiebereitstellung dieser drei Sektoren, deren Größenangaben oben genannt wurden, erzeugen CO2. Oder sind in 2021 noch durch Kernenergie zur Verfügung gestellt worden, die inzwischen abgeschaltet ist. Nach der aktuell in Politik und weiten Teilen der Gesellschaft vorherrschenden Stimmung, müssen diese also durch CO2 – freie Technologien ersetzt werden.
Noch einmal zur Klarstellung: Das, was bereits im Jahr 2021 durch erneuerbare Energien (bereits installierte Solar – und Windkraftwerke, Wasserkraft, Biogas, etc.) bereit gestellt wurde, ist oben schon heraus gerechnet! Es müssten also tatsächlich die genannten Energiemengen aller drei o.g. Bereiche zusätzlich durch Wind – oder Solarkraftwerke abgedeckt werden! Denn die anderen CO2 – freien Energieformen, wie bspw. Biomasse oder Wasserkraft können in der BRD kaum noch nennenswerte Steigerungen erzielen. Und Kernkraft will man nicht haben.
Was wäre dafür also nötig?
Zu a) Der Stromsektor:
Erzeugung mit Wind:
Eine 5 – MW – Windkraftanlage (WKA) hat an Land einen Volllaststundenanteil von ca. 20%, auf See bzw. an der Küste von 28% – 45%. Quelle
Anmerkung: Der „Volllaststundenanteil“ ist ein hypothetischer Wert, der angibt, wie lange eine Anlage ohne Unterbrechung mit voller Leistung, das nennt man auch „Nennleistung“, laufen müsste, um die Energiemenge bereit zu stellen, die sie über das Jahr verteilt tatsächlich erzeugt hat. Bsp: 20% Volllaststundenanteil bedeuten, dass eine Anlage 20% des Jahres mit Nennleistung laufen müsste um die Energiemenge bereit zu stellen, die sie über das Jahr verteilt auch wirklich erreicht hat. Den Rest des Jahres könnte sie dann stillstehen. Wie oben erwähnt, ist zur Erreichung der Nennleistung einer WKA eine Windgeschwindigkeit von 35 km/h bis 45 km/h nötig. Das entspricht mindestens einer Windstärke nach Beaufortskala von 5 bis 6.
Eine 5 MW – WKA an Land erzeugt also, da sie soviel Energie bereitstellt, als würde sie 20% eines Jahres, das sind 1752h, voll laufen, insgesamt 5MW*1.752h = 8.760 MWh oder 8,76 GWh. Dieselbe Anlage auf See bringt (bei angenommenen 40% Volllastanteil) das Doppelte, also 17,52 GWh.
Um 300.000 GWh zusätzlich zu erzeugen, bräuchte man also: 300.000 GWh/8,76 GWh pro Anlage = 34.247 Anlagen an Land.
Oder die Hälfte davon auf See.
Dann hätte man rechnerisch den gesamten Stromverbrauch(!) des Jahres 2021 durch erneuerbare Energien, in diesem Fall durch Windenergie, bereitgestellt.
Beachten Sie aber: Der Wind weht unvorhersehbar und schon auf Sicht von einigen Stunden, spätestens Tagen, unplanbar. Es gäbe also bei dieser Anzahl an Anlagen, die die derzeitige Anlagenzahl in der BRD etwa verdoppeln würde, wenn man von landgestützten Anlagen ausgeht, Zeiten mit massiver Überproduktion und Flauten mit (fast) nichts. Siehe die Ventusky – Webseite oben.
„Verdopplung der Anlagenzahl“ klingt erst einmal als Herausforderung, scheint aber nicht völlig unmöglich zu sein. Bedenken Sie aber, dass derzeit erst etwas über 60 GW Nennleistung in der BRD installiert sind, da die heute stehenden Anlagen an Land(!) i.d.R. wesentlich kleiner sind als eine 5 MW – Anlage.
Es sei auch angemerkt: Ist wirklich einmal starker Wind vorhanden und nahezu alle oben berechneten Anlagen liefen auf voller Leistung, so liefern diese 34.247 Anlagen eine Leistung von über 170 GW. Zusammen mit den heute existierenden dann bereits ca. 230 GW. Das ist schon fast die dreifache Leistung, die die BRD heute in der Spitze überhaupt braucht.
Auf das Thema Speicherung des überschüssigen Stroms will ich an dieser Stelle nicht vertiefend eingehen.
Nur so viel: Mit Akkus ist das unbezahlbar!
Mit Wasserstoff ist es ebenfalls extrem teuer und die oben dargestellte Anzahl an Anlagen würde nicht ausreichen, da der Wirkungsgrad bei der Wasserstoffherstellung – Lagerung – und Rückverstromung derart gering ist (20% bis max. 40%, wobei letzterer heute noch nicht erreicht wird) dass man von vorne herein noch einmal deutlich mehr Anlagen, WKA oder Solar, bräuchte – neben den Herstellungsanlagen für den Wasserstoff , den Speichern und den Rückverstromungsanlagen!
Anmerkung: Die oben angegebene Aussage zum geringen Wirkungsgrad bei der Herstellung – Lagerung – und Rückverstromung von Wasserstoff beruht auf folgender Überlegung:
- Wasserelektrolyse. Wirkungsgrad: um die 80% (heute noch oft weniger).
- Einlagerung des Wasserstoffs. Dazu Kompression unter mehreren hundert Bar oder Abkühlung bis zur Verflüssigung (ca. – 253°C): Energieverlust durch den enormen Aufwand: mindestens 10%.
- Rückverstromung. In einer Gasturbine, die für die schnellen Lastwechsel am besten geeignet wäre, beträgt der Wirkungsgrad maximal 40%, bei Teillast oft deutlich weniger. Andere Arten der Rückverstromung können entweder die erforderlichen Leistungen nicht erbringen (z.B. Brennstoffzellen) oder die Leistungsgradienten nicht darstellen, die nötig sind (GUD – Kraftwerke).
- Damit ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von:
(Erzeugung-Lagerung-Rückumwandlung)= 0.8* (1 – 0,1)*0,4 = 0,288 = 28,8%
Wie angeführt kann das mit anderen Systemen und Verbesserung der Technik noch etwas höher liegen, was aber am grundlegenden Gesamtergebnis nichts ändert.
Ich werde am Ende des Textes, nachdem ich den Verkehr – und Wärmesektor ebenfalls analysiert habe, noch einmal auf das Thema „Speicherung“ zurück kommen.
Erzeugung mit Solarenergie:
Mit Solarenergie kann man davon ausgehen, dass man in der BRD für die Produktion von ca. 1000 kWh (= 1 MWh) im Jahr etwa 5 bis 7 m² Fläche benötigt (je nachdem ob Nord – oder Süddeutschland). Eine solche Fläche liefert unter Optimalbedingungen dann eine Leistung von ca. 1 Kilowatt. Man spricht von einem „Kilowatt – Peak“ (kWp).
Das gilt natürlich nur für Flächen, die dafür überhaupt geeignet sind. Bei von Nordwest bis Nordost ausgerichteten Hängen, beschatteten Orten, etc., bräuchte man deutlich mehr Fläche. Genauere Berechnung des Ertrages an einem bestimmten Standort können hier vorgenommen werden.
Ich nehme im Durchschnitt 6 m² Fläche an.
Mit 6.000 m² erreicht man dann also eine GWh ( = 1000 MWh) im Jahr. Dementsprechend braucht man für die 300.000 GWh eine Fläche von 6.000 * 300.000 = 1,8 Milliarden Quadratmetern.
Es sei angemerkt, dass bei voller Sonneneinstrahlung um die Mittagszeit und wolkenlosem Himmel im Sommer diese Anlagen eine Leistung von bis zu 300 GW liefern können. Das wäre fast das Vierfache der Leistung, die die BRD heute maximal braucht.
Die Speicherungsproblematik bliebe dieselbe wie oben dargelegt.
Zu b.) Der Verkehrssektor:
Würde man den Verkehr komplett elektrifizieren, würde sein Energiebedarf entsprechend sinken, denn ein Verbrennungsmotor hat einen etwa um den Faktor 3 – 4 geringeren Wirkungsgrad als ein Elektromotor.
Die 606.000 GWh an Energie für den Verkehr würden also bei „Vollelektrisierung“ auf etwa ein Drittel bis einem Viertel, also ca. 151.500 bis 202.000 GWh, sinken. Durch Verluste bei Übertragung und bei Ladevorgängen müsste man grob mindestens(!) 10 – 15% wieder dazu addieren. Ich rechne deshalb hier mit einem Wert von 200.000 GWh.
Anmerkung: Es ist wahrscheinlich, dass dies zu positiv gerechnet ist und der tatsächliche Energiebedarf des Verkehrs höher liegen würde. Der Grund ist, dass der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren variiert. Einerseits zwischen Benzin – und Dieselmotoren, andererseits aber – und das extrem – mit dem Einsatzgebiet. Moderne Dieselmotoren können im Langstreckenbetrieb bei nicht zu hohen Geschwindigkeiten Wirkungsgrade von über 40% haben. Der Vorteil des E – Motors läge dann nur bei einem Faktor von ca. 2,25. Ältere Benzinmotoren im Stadtverkehr kommen gerade einmal auf rund 5%. Hier ist der Elektromotor haushoch überlegen.
Nun werden die meisten Elektrofahrzeuge kaum im Langstreckenverkehr eingesetzt. Um genau zu untersuchen, um welchen Faktor die E – Motoren den Verbrauch verringern, müsste man die Wirkungsgrade, gewichtet nach Einsatzzweck und Anteil an der Gesamtanzahl der zurückgelegten Kilometer, berechnen. Dies wäre eine schwierige Aufgabe, bei der viele Daten zu berücksichtigen wären, die zumindest nicht leicht zu beschaffen sind, so sie denn überhaupt vorliegen. Da es hier um eine Abschätzung geht, soll der oben angegebene, wenn auch vielleicht zu geringe Wert ausreichen.
Per Dreisatz ergibt sich daraus:
22.831 zusätzliche WKA der 5 – MW – Klasse an Land bzw. 11.416 davon auf See. Wollte man die Energie per Solaranlagen zur Verfügung stellen, sind weitere ca. 1,2 Milliarden Quadratmeter nötig.
Beachten Sie aber: Das müsste zusätzlich zu den bei a) berechneten Anlagen und den Anlagen, die es heute schon gibt, dazu gebaut werden.
Es geht also um weitere 1,2 Milliarden Quadratmeter Solarfelder bzw. weitere 22.831 Windkraftanlagen an Land bzw. ca. 11.416 davon auf See.
Bedenken Sie ebenfalls, wie oben schon erwähnt: Noch viele der WKA, die heute in Deutschland an Land stehen, sind 2 – bis 3,5 – MW Anlagen. Diese sind kleiner als die 5 MW – WKA, von denen oben die Rede war.
Eine WKA mit 5 MW hat eine Nabenhöhe von 100 bis 150 Metern. Mit den Rotoren also 130 – 180 Meter.
Das ist in etwa die Größenordnung des Kölner Doms.
c) Der Wärmesektor:
Herr Habeck will das Land möglichst flächendeckend mit Wärmepumpen (WP) beheizt sehen.
Wenn man einmal davon ausgeht, dass eine WP einen Leistungszahl von 2,5 hat, vereinfacht gesprochen im Jahresdurchschnitt also einen COP von 2,5 aufweist, so bedeutet das, dass nur ca. 40% der Heizleistung wirklich durch Strom zur Verfügung gestellt werden müsste. Der Rest würde aus der Umgebung stammen.
Anmerkung: Der COP gibt das Verhältnis von nutzbarer Heizleistung der WP zur aufgenommenen elektrischen Energie (pro Zeit) an. Da die WP einen Teil der Wärmeenergie aus der Umgebung bezieht, ist dieser Wert für gewöhnlich größer als 1. Bei einem COP von 2 bezieht die WP die Hälfte der Heizenergie aus der Umgebung, die andere Hälfte aus dem Stromnetz. Bei einem COP von 2,5 stammen 40% der Heizenergie aus dem Stromnetz, 60% aus der Umgebung.
Ich stehe dem Konzept der Leistungszahl skeptisch gegenüber, da diese einen Jahresdurchschnitt darstellt. Die meiste Heizenergie muss eine WP (wie jede konventionelle Heizung auch) aber an kalten Tagen zur Verfügung stellen. Dann steigt der Energiebedarf und gleichzeitig sinkt aus physikalischen Gründen der COP. Bei Luft – Wasser – Wärmepumpen, die 75% bis 85% aller WP, die in Deutschland derzeit verbaut werden, ausmachen, kann dann der COP auf 1 bis 2 oder – zum Abtauen der Außenteile der Anlage – sogar unter 1 sinken (bei dem Film im Link etwa ab Min. 29.06).
Der Energiebedarf in solchen Kältephasen und vor allem der momentane elektrische Leistungsbedarf – steigen dann enorm an. Genaueres hier.
Ich werde hier aber mit einem Wert von 2,5 im Jahresdurchschnitt rechnen. Denn das ist die vorgeschriebene Mindestgrenze für eine Wärmepumpe in der EU… Behalten Sie aber im Hinterkopf, dass dies mit hoher Wahrscheinlichkeit zu positiv ist.
40% der 1.028.000 GWh müssten also als elektrische Energie zur Verfügung stehen. Das sind ca. 411.000 GWh. Man könnte diesen Wert noch senken, wenn man die Gebäude besser dämmt. Ich belasse es hier aber dabei, weil bereits die Leistungszahl der WP, wie eben diskutiert, relativ hoch angesetzt ist.
Rechnet man mit einem einfache Dreisatz aus a) hoch, so benötigt man dafür noch einmal:
46.918 Anlagen der 5 – MW – Klasse an Land bzw. 23.459 auf See.
Alternativ per Dreisatz: Noch einmal zusätzliche ca. 2,5 Milliarden Quadratmeter Solarfläche.
Zusammenfassung:
Um rechnerisch(!) die Energiemengen, die in der BRD 2021 benötigt wurden, aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen, braucht man zusätzlich zu allem, was wir heute bereits haben:
34.247 WKA (Strom) + 22.831 WKA (Verkehr) + 46.918 WKA (Wärme) = 103.996 Windkraftanlagen der 5 – MW – Klasse, die etwa so groß sind wie der Kölner Dom, an Land!
Im Durchschnitt wurden im ersten Halbjahr 2023 pro Tag ca. 8 MW an Windkraft an Land zugebaut. Quelle.
Achtung: Das ist die Nennleistung der Anlagen! Es werden 8 MW Nennleistung pro Tag zugebaut. Nennleistung ist, wie oben erwähnt, ein anderes Wort für die Maximalleistung der Anlage bei optimalem Wind. Es heißt keinesfalls, dass die Anlagen das konstant liefern. Siehe oben: Volllaststundenanteil.
Der hier dargelegte Ausbau würde damit fast 178 Jahre dauern:
103.996 WKA * 5MW Nennleistung = 519.980 MW Nennleistung.
519.980 MW/8 MW pro Tag = 64998 Tage (auf ganze Tage gerundet, da ohnehin Abschätzung).
64998 Tage/365 = 178 Jahre (ebenfalls gerundet).
Allerdings wurden die WKA bisher bereits nach ca. 20 Jahren wieder abgebaut, da sie ohne Subventionen nicht rentabel waren und diese Subventionen nur 20 Jahre lang gewährt werden.
Seit etwa 2021 (vor(!) dem Ukrainekrieg!) sind die Großhandelspreise für Strom so stark gestiegen, dass sich der Betrieb einer WKA, gerade an der Küste, evtl. auch ohne Subventionen lohnt.
Nach spätestens 25 bis 30 Jahren ist aber tatsächlich „Schluss“, da auch mit ständiger Wartung (die zusätzliches Geld kostet!) und Austausch von Teilen die Ausfallwahrscheinlichkeit und damit die Kosten des Betriebes überproportional ansteigen. Es ist damit zu rechnen, dass die Herstellungsprozesse und Auslegungen der Technik zumindest bei einigen Herstellern allerdings eher auf eine „Lebensdauer“ von 20 Jahren kalkuliert ist. Dass sich dies seit 2021 wegen des Kostendruckes durch stark steigende Zinsen und Rohstoffpreise geändert hat ist zwar nicht auszuschließen, aber eher unwahrscheinlich.
Oder: Die Hälfte dieser Anlagenzahl, also 51.998 WKA der 5 – MW – Klasse, in der Nordsee/Ostsee.
Anmerkung: Ende 2021 standen in Nord – und Ostsee ca. 1.500 WKA, die im Durchschnitt tatsächlich ca. 5 MW an Nennleistung gehabt haben. Man bräuchte also etwa 35 mal mehr Anlagen als heute! Das ist sowohl vom Platzbedarf als auch von den Kosten illusorisch. Auch auf See ist vor allem die Zeit aber der „große Feind“. Denn die Aufstellung ist aufwendiger und teurer als an Land. In 2023 wurden bisher im Durchschnitt nur 1,1 MW Nennleistung pro Tag zugebaut (Quelle, s. oben). Es würde also, obwohl nur die Hälfte an Anlagen nötig wäre, hier sogar knapp 648 Jahre dauern, bis die erforderlichen Anlagen stehen.
Auch auf See hat man aber dasselbe Problem wie an Land. Eine deutlich über 20 Jahre liegende Lebensdauer ist nicht einkalkuliert. Zudem ist diese dort auch noch schwerer zu erreichen als an Land, einerseits wegen der Belastungen durch die Wetterbedingungen, andererseits wegen des Salzwassers (Korrosion!).
Selbst wenn man das in Zukunft machen wollte: Es würde die Preise noch mehr in die Höhe treiben!
Und auch hier der Vergleich mit der dann aufgebauten Nennleistung:
Ist wirklich einmal sehr viel Wind, schickt die hier berechnete Anlagenzahl, zusammen mit den bereits stehenden WKA, fast 600 GW an Leistung ins Netz. Das sind 7 bis 8 mal so viel, wie Deutschland heute an Leistung braucht.
Selbst mit der geringeren Zahl an zugebauten Anlagen auf See wären es dann weit über 300 GW.
Alternativ könnte man es mit Sonne statt mit Wind versuchen:
Zusätzlich zu den bereits heute vorhandenen Solaranlagen: 5,5 Milliarden Quadratmeter an Solarfeldern (Addition der oben bei a) – c) berechneten Flächen).
Um auch das in Relation zu setzen: Man müsste die zu Ende des Jahres 2021 vorhandene Fläche an „Solarfeldern“ ungefähr versechzehnfachen.
Selbst bei der Ausbaugeschwindigkeit an Solarenergie, die die Regierung für das Jahr 2023 vorsieht, würde das mehr als 107 Jahre (!) dauern. Ob diese Ausbaugeschwindigkeit erreicht wird, sei dahin gestellt. Allerdings wird auch die Lebensdauer einer Solaranlage mit nur 30 – 40 Jahren angegeben… Dass sie dabei einer „Degradation“ unterliegen, also jährlich an Leistung einbüßt, wäre über diesen Zeitraum, auch wenn es sich nur um 0,x % pro Jahr handelt, ebenfalls zu berücksichtigen. Quelle.
Und auch hier: 5,5 Milliarden Quadratmeter bedeuten dann mittags im Hochsommer bei wolkenlosem Himmel eine Leistung von bis zu 920 GW, was die benötigte Leistung der BRD heute um das mehr als Zehnfache übersteigt. Diese Leistungen dann irgendwie zu handhaben, wenn man nicht einfach „abregeln“, d.h. die Energie „wegwerfen“ möchte (die Kosten pro kWh würden dann natürlich steigen…), wäre – ganz vorsichtig formuliert – eine enorme Herausforderung, da es Leistungsgradienten von hunderten Gigawatt pro Stunde geben würde (entsprechend zwischen 1000 und 5000 MW/Minute), die nicht nur tageszeitabhängig, sondern auch wetterabhängig wären und bei „ungenauen“ Wettervorhersagen schnell unbeherrschbar würden.
Sie sehen also: Die Herausforderungen wären gigantisch. Um nicht zu sagen: Sie sind praktisch nicht zu bewerkstelligen. Und eine Sache ist dabei bisher nur kurz angesprochen worden:
All diese Anlagen würden die Energie, die über das Jahr benötigt wird, zwar liefern – nur nicht zum richtigen Zeitpunkt! Es würde Zeiten geben, bevorzugt im Winter, vorkommen können sie aber zu jeder Jahreszeit, wo es auch tagsüber kaum Sonne gibt und der Wind nur sehr schwach weht.
Passiert dies im Winter noch während einer Kaltphase, wie sie z.b. zwischen dem 11.12.22 und dem 18.12.22 in Deutschland aufgetreten ist, wo es flächendeckend auch tagsüber kaum über Null Grad Celsius warm gewesen ist und die Temperaturen nachts verbreitet auf zweistellige Minuswerte fielen, wäre eine Katastrophe vorprogrammiert. Als Beispiel seien hier wieder die Daten von „kachelmannwetter.com“ aufgeführt, diesmal als Beispiel für Brandenburg.
Die elektrische Energieversorgung würde dann zusammenbrechen, manche Menschen mit ihren nicht funktionierenden Wärmepumpen in den Häusern erfrieren. Um das zu vermeiden gibt es nur drei Möglichkeiten:
- Überschüssige Energie, die durch die gigantischen Nennleistungen anfällt, speichern, um sie bei Mangel zu verwenden.
Wie oben bereits kurz dargelegt, wäre dies unbezahlbar (Akkus) oder würde noch mehr WKA und/oder Solaranlagen erfordern, um den schlechten Wirkungsgrad bei der Speicherung über Wasserstoff auszugleichen, was dann völlig absurd würde. Das heißt nicht, dass nicht in kleinem Stil Wasserstoff aus erneuerbaren Energien hergestellt werden kann. Das wird heute schon teilweise gemacht. Das Problem ist, dass der Preis nicht annähernd konkurrenzfähig ist und aufgrund der Verluste und der Vielzahl an benötigten Komponenten auch in Zukunft nicht sein wird.
Begründung: Siehe den oben dargestellten Wirkungsgrad oder genauer besprochen: Hier. Zudem ist die Menge an „erneuerbaren Strom“, der dafür benötigt würde, extrem hoch. Etwas anderes wäre es, wenn man Wasserstoff (bzw. darauf aufbauend allgemein efuels) mit Kernenergie der zukünftigen IV. Generation bzw. Dual-Fluid – Reaktoren herstellen würde. Dies würde in einem Kostenrahmen (s. Seite 24/25) liegen, der vertretbar ist.
Bezüglich der Speicherung kommt eine relativ neue Studie von Detlef und Felix Ahlborn zu dem Ergebnis, dass man bei einer 40%igen Überschussproduktion an erneuerbarer Energie (bedeutet: Noch einmal 40% mehr Anlagen als oben berechnet!) Speicher in der Größenordnung von ca. 80.000 GWh in Deutschland bräuchte um einen zwingenden zusätzlichen Energiezufluss von außerhalb des Landes (oder einen Blackout oder die mehr oder minder regelmäßige Abschaltung von Verbrauchern mangels vorhandener Energie) mit einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit vermeiden zu können. Legt man die derzeitigen Akkupreise an, würde das bedeuten, das die entsprechenden Akkuspeicher ca. 40 Billionen Euro (in Worten: Vierzig Billionen) nach heutigem Geldwert (deutsche Billionen, keine englischen „billions“!) kosten würden. Selbst wenn die Akkupreise fallen…um 50%, um 70%, selbst um 90%, was im derzeitigen technologischen und ökonomischen Umfeld völlig undenkbar ist, und man berücksichtigt, dass das Ausland an der einen oder anderen Stelle auch aushelfen kann und wird, wären die Kosten immer noch im Billionenbereich und damit absolut nicht aufzubringen.
Mit Wasserstoff würde die Speicherung durch den niedrigen Wirkungsgrad ebenfalls nicht funktionieren, da noch viel mehr Anlagen benötigt würden, die Elektrolyseure, Speicher und Rückverstromungsanlagen zudem, was die Kosten an dieser Stelle in die Höhe treibt. Auch der Platzbedarf wäre aufgrund der geringen volumetrischen Energiedichte des Wasserstoffs in den heutigen Speichern nicht ausreichend. Wasserstoffkorrosion wäre ein weiteres Problem. Die Studie ist – leider kostenpflichtig – hier zu finden. Eine Zusammenfassung der Methodik ist hier aber kostenfrei abzurufen:
Eine Zusammenfassung der Aussagen der Studie mit Beispielen finden Sie hier.
- Einen kompletten Reservekraftwerkspark unterhalten, der beim Ausfall oder „Schwächeln“ der „Erneuerbaren“ die Versorgung übernimmt. Dass auch dies mit gigantischen Kosten verbunden ist, muss nicht vorgerechnet werden. Es wäre aber immer noch günstiger als alle Möglichkeiten der 1. Kategorie. Die Probleme wären gleichwohl immens:
Man müsste einen Park von mindestens 80 – 100 GW an z.B. Gaskraftwerken unterhalten, die sporadisch im „Stop – and Go – Betrieb“ laufen, je nachdem was die Erneuerbaren liefern. Möglich ist das, wie oben bereits dargestellt, nur mit schnell regelbaren Gaskraftwerken, besser noch Gasturbinen, die schnell herauf und herunter geregelt werden können. Ihr Wirkungsgrad ist dann oft schlecht, der Schadstoffausstoß hoch und der Verschleiß durch die hohen Lastgradienten ist ebenfalls hoch. Wenigstens wären die Speicher für den Brennstoff „Gas“ an dieser Stelle vorhanden. Nicht allerdings wenn man das mit Wasserstoff machen wollte (Probleme s. oben).
Einen wirtschaftlich konkurrenzfähigen Strompreis würde man also auch mit dieser Variante nicht haben. Im Gegenteil wäre elektrische Energie auf Dauer so teuer, dass sich viele Menschen sie nicht leisten könnten.
- Eine dritte Möglichkeit wäre, sich komplett auf das Ausland zu verlassen, das dann zuverlässige Energie zur Verfügung stellen muss, wenn die Erneuerbaren nicht genug liefern. Das würde bedeuten, dass Frankreich (Nuklear + evtl. fossil) die Schweiz (Wasserkraft und evtl. nuklear), Österreich (Wasserkraft), Tschechien und Polen (Nuklear und/oder fossil), Norwegen (Wasserkraft) um nur die wichtigsten zu nennen, so viel überschüssige, aber sicher abzurufende elektrische Leistung in ihren Ländern aufbauen müssten, dass auch im Extremszenario (= praktisch vollständiger Ausfall der Erneuerbaren, selbst wenn nur für kurze Zeit) genug für Deutschland übrig bleibt. Das wären eben jene mindestens 80 bis 100 GW, die bereits bei Punkt 2 genannt wurden. Die aber nur selten voll gebraucht würden, den Großteil der Zeit also auf „Standby“ laufen müssten. Dazu drei Fragen:
a) Für wie wahrscheinlich halten Sie das?
b) Falls es doch geschehen sollte: Wer bezahlt das?
c) Was wollten die genannten Länder dafür – neben den monetären Selbstverständlichkeiten – wohl als „Gegenleistung“?
Schlussbemerkung:
Die hier skizzierten Überlegungen liefern, wie eingangs gesagt, einen groben Überblick. Nicht mehr, nicht weniger. Man kann darüber diskutieren, ob im Wärmebereich evtl. noch etwas weniger Energie nötig wäre, wenn man die Gebäude dämmt. Aber wie viel Prozent Einsparung würden sich dadurch ergeben? In den Daten sind bereits sehr moderne Gebäude enthalten, die kaum noch verbessert werden können. Selbst wenn bei einem Altbau eine energetische Sanierung eine Energieersparnis von 70%, 80% oder gar 90% bringt, senkt das den Gesamtwärmebedarf nicht um diesen Prozentsatz. Mit viel Mühe und extremem finanziellen Aufwand, der von vielen Hausbesitzern sicher nicht geleistet werden kann, wäre vielleicht eine Reduktion um 30% bis 40% im Wärmebereich bei den Wohngebäuden möglich. Zudem machen aber Industrieanwendungen einen erheblichen Anteil des Verbrauchs aus (s. Quelle oben). Diese gehen – einfach weil sie in einem Wettbewerb stehen – sicher auch bisher nicht völlig verschwenderisch mit Energie um, so dass dort kaum Verbesserungspotentiale im hohen zweistelligen Prozentbereich schlummern.
Ändern sich also die Ergebnisse der Berechnungen oben grundlegend bei Dämmung von alten Wohngebäuden?
Natürlich kann man die Industrie abbauen, zum Abwandern bewegen, „sabotieren“. Dann sinkt der Bedarf tatsächlich (ebenso im Sektor „Verkehr“). Man kann sich des Eindruckes derzeit nicht erwehren, dass dies der Plan ist.
Dennoch, selbst wenn man man die gesamte benötigte Energie noch einmal halbiert, wäre ein Ausbau in einer Größenordnung nötig, die nicht zu leisten ist.
Wir würden dann – bei halbem elektrischen Energiebedarf – „nur“ über ca. 52.000 zusätzliche WKA an Land sprechen, deren Bau dann „nur“ rund 90 Jahre dauern würde. Oder über ca. 26.000 zusätzliche WKA auf See, deren Bau ca. 325 Jahre in Anspruch nimmt. Alternativ über ca. 2,8 Milliarden zusätzliche Quadratmeter an Solarfeldern, die 53 Jahre für ihren Ausbau bräuchten. Immer mit den derzeitigen Geschwindigkeiten beim Ausbau, die schon „beschleunigt“ sind. Sind die auf Dauer durchzuhalten, gar noch zu erhöhen? Und wenn ja, um wie viel? Auf das Doppelte? Das Dreifache? Oder das Zehnfache?
Wie realitätsentrückt muss jemand sein, der das für machbar oder auch nur für erstrebenswert hält?
Wie das Land nach einer Halbierung des gesamten Energiebedarfes aussieht, dann praktisch ohne Industrie, und wovon (und von wem!) dieser Ausbau dann geleistet und der Strom bezahlt werden sollte, das möchte man sich allerdings lieber nicht vorstellen.
Die gesamte Energiewende steht damit im Zwielicht.
Sie ist so, wie sie angegangen wird, nicht möglich!
Nicht jedenfalls in einem Land, das einmal die Bundesrepublik Deutschland gewesen ist, wie ich sie gekannt habe.
Trotzdem wird dieser „Weg“ von der Politik verbissen verteidigt.
Die Energiewende ist nur durchsetzbar, wenn diktatorische Vollmachten greifen, Abweichler zum Schweigen gebracht, Menschen in großem Stil in die Armut getrieben und Proteste gegen all das kriminalisiert werden.
Wer will in einem solchen Land leben?
Dabei sind viele Probleme in diesem Text noch gar nicht angesprochen. Die Umweltproblematik, einerseits die Bodenversiegelung durch die Fundamente andererseits die Abholzung von Wäldern, gerade bei den großen Windkraftanlagen.
Die Recyclingproblematik sowohl bei Wind – als auch bei Solarenergie.
Auch wie ein Netz, das kaum noch konventionelle Anteile hat, eine Wechselstromfrequenz von 50 Hz aufrecht erhalten soll, ist eine Frage, die sich kaum jemand zu stellen scheint. Zwar gibt es die Möglichkeit, durch sog. selbstgeführte Wechselrichter auch in einem rein „erneuerbaren Netz“ eine Wechselspannung aufrecht zu erhalten und auch Blindleistung bereit zu stellen (solange prinzipiell genügend Energie von Wind und Sonne geliefert werden!) und es finden auch Forschungsprojekte zu dieser Thematik statt. Aber bisher werden die Erkenntnisse kaum umgesetzt, solche Wechselrichter nur sehr begrenzt verbaut. Selbst wenn das in Zukunft anders werden sollte: Diese Geräte sind teurer und haben einen teils deutlich geringeren Wirkungsgrad als fremdgeführte Wechselrichter. Die Zahl der Anlagen müsste dann deshalb noch weiter steigen.
Damit wären die Probleme nicht erschöpfend genannt, aber die bisher angesprochenen Probleme dürften ausreichen, um jeden zum Nachdenken zu bewegen!
Dabei wären die Alternativen vorhanden. Wenn man denn tatsächlich so furchtbare Angst vor Kohlendioxid hat: Kernenergie steht zur Verfügung. Die Möglichkeit Kernspaltung mit Thorium statt mit Uran zu betreiben, erhöht die Reichweite der Kernbrennstoffe auf mehrere hunderttausend Jahre. Quelle.
Die „Generation IV“ der Kernkraftwerke und auch der Dual – Fluid – Reaktor sind wesentlich näher an der Realisierung als die Kernfusion oder der – wie gezeigt ziemlich hypothetische – Betrieb mit rein „Erneuerbaren“.
Anmerkung zur Quelle über die Thoriumreichweite:
Ein Einwand zu den Aussagen der oben verlinkten Webseite bezüglich des Abbaus der dort erwähnten Thoriumvorkommen. Es wird dort einfach mit 100 Mio. km² Fläche argumentiert, auf denen Ressourcen an Thorium abgebaut werden könnten. Das ist natürlich auch wieder völlig übertrieben, denn das würde etwa 2/3 der Landfläche des Planeten betreffen, auf denen Bergbau betrieben werden müsste.
Lassen Sie uns realistisch bleiben und Bergbau auf einem Promille(!) dieser Fläche betreiben. Damit lägen wir dann bei 1,7% der Fläche des australischen „Outbacks“, um einmal einen Vergleich zu nennen. Selbst das würde aber die Reichweite für 500.000 Jahre sicherstellen!
Erdgas und Kohle sind noch im Überfluss vorhanden und können – wenn man das wollte – mit einer Technologie gekoppelt werden, die CO2 aus dem Rauchgas abfängt, so dass es eingelagert werden kann.
Die Technologie ist weiter als oft vermutet wird. Und auch wenn ihre Kosten 40%, 50% höher liegen, als in der verlinkten Studie angegeben, wäre das für Braunkohle zwar immer noch vergleichsweise teuer (umgerechnet auf die Kosten pro produzierter Kilowattstunde), aber um Längen billiger als das jetzt geplante System und vor allem praktisch umsetzbar. Anders als die Phantasie, alles mit erneuerbarem Strom zu machen.
Für Steinkohle und vor allem für Erdgas wäre es aber vergleichsweise kostengünstig möglich.
Diese Technik könnte auch Ländern, die das CO2 wirklich als Problem sehen – ob nun berechtigt oder nicht – eine Brücke bauen.
Auch die Erneuerbaren können ihren Platz haben, vor allem die Wasserkraft und in bestimmten Regionen, die dafür geeignet sind, die Geothermie zur Wärmebereitstellung. Für die Stromgewinnung eher nicht, da Geothermie aufgrund der geringen Wirkungsgrade zu teuer dafür ist. In bestimmtem Rahmen können auch die Fotovoltaik und Windkraft eine Rolle spielen: Da wo sie sich lohnen und günstig sind. Aber eben als Beimischung und nicht annähernd in dem oben aufgezeigten, schon größenwahnsinnig zu nennenden Maßstab.
Lösungen gäbe es also. Aber die sind offensichtlich zumindest derzeit (noch) nicht gewollt. Damit es trotzdem ein „Happy end“ geben kann, ist eine Information der Menschen dringend nötig. Niemand soll sagen können, dass er es nicht gewusst hat. Die Grundaussagen sind nicht schwer zu verstehen und ein grober Blick, wie oben dargelegt, reicht, um die Sinnlosigkeit des derzeitig verfolgten Weges klar und deutlich zu erkennen. Alles Weitere wird die Zeit zeigen.