Bedarf an Wind- und Solaranlagen für eine 100% Versorgung mit Erneuerbaren

 

Dieser Beitrag wurde geschrieben, um eine Diskussion zu den Bedarfszahlen anzuregen. Falls sich neue Erkenntnisse ergeben, werden diese eingearbeitet. Damit Sie als Leser immer die aktuellste Fassung vorliegen haben, bitte vorsorglich "Refresh" betätigen.

 

Gliederung

 

Zusammenfassung:

Es geht um die Frage, wieviele Solar- und Windanlagen in Deutschland benötigt werden, um eine Umstellung der Energieversorgung auf 100 Prozent Erneuerbare Energien durchzuführen. Die bisherigen Abschätzungen zum Ausbaubedarf ergeben häufig einen erheblich zu geringen Wert, da sie die Notwendigkeit von Stromspeichern übersehen und deren Energieverluste vernachlässigen und außerdem, da die Abschätzungen bei Solaranlagen an Gebäuden und Lärmschutzwällen sehr oft von unrealistisch hohen Nennleistungen ausgehen.

Darüber hinaus wird in dem folgenden Beitrag aufgezeigt, welche gezielten Anreize zur Errichtung der vorhersehbar fehlenden (derzeit noch als unwirtschaftlich geltenden) Windanlagen notwendig sind.

 

Berechnung von Jahreserträgen mit Hilfe der Volllaststundenzahl

Eine häufig angewendete Methode zur Abschätzung von Wind- oder Solarerträgen bestand darin, die Nennleistungen der abzuschätzenden Wind- oder Solaranlagen mit ihrer Volllaststundenzahl zu multiplizieren.

Die Volllaststundenzahl ist abhängig von den Wind- bzw. Sonnenverhältnissen am Standort und von den technischen Daten der Anlagen. Sie gibt an, wieviele Stunden eine Wind- oder Solaranlage mit voller (Nenn)Leistung laufen müsste, um den Energieertrag zu erzeugen, den sie tatsächlich an ihrem Standort in einem Jahr erzeugt. Oder anders ausgedrückt: Die "Volllaststunden" ergeben sich aus der tatsächlich in einem Jahr erbrachten Arbeit (in kWh), geteilt durch die Nennleistung der Anlage (in kW).

Vorausgesetzt wird bei dieser Berechnungsart, dass jederzeit eine sinnvolle Nutzung der fluktuierenden Leistung gewährleistet sei.

Diese unausgesprochene Voraussetzung galt in den Anfangszeiten des EEG als selbstverständlich. Die bundesweit angebotene Leistung aus Wind- und Solaranlagen lag damals weit unter dem Strom-Leistungs-Bedarf. Es war allenfalls die Frage, ob die angebotene Leistung auch dorthin übertragen werden konnte, wo sie benötigt wurde. Da Wind und Solaranlagen in der Nähe der Verbraucher installiert werden konnten, stellte dies kein Problem dar.

So lange man sich mit einem nur teilweisen Ersatz (vielleicht 10% bis 20%) von fossiler und atomarer Energie durch Erneuerbare Energien zufrieden geben wollte, genügte damals als flankierende Infrastruktur-Maßnahme ein Ausbau der Verteilnetze zu einem "Strom-Einsammelnetz".

 

Warum die früher übliche Berechnungsmethode inzwischen zu realitätsfremden Ergebnissen führt

Die Diskussionslage änderte sich jedoch entscheidend, soweit sich die Forderung nach einem vollständigen Ersatz der fossilen und atomaren Energien zu 100 Prozent durch Erneuerbare Energien durchsetzte. 100 Prozent aus Erneuerbaren Energien bedeutet, dass keine fossilen oder atomare Kraftwerke mehr zugelassen sind, die einen Ausgleich zwischen Erzeuger- und Verbraucherleistung schaffen können. Ein rein bilanzieller Vergleich der möglichen EE-Jahreserträge mit dem jährlichen Energieverbrauch genügte nun nicht mehr, da bei der Stromversorgung in jeder Minute eine Gleichheit von Stromerzeugungs- und Stromverbauchs-Leistung notwendig ist.

Man musste sich dazu auf die Abhängigkeit der Erneuerbaren Energien vom Wetter, von der Tages- und von der Jahreszeit einstellen. Besonders schwer wiegt die Erkenntnis (die sich selbst bei Freunden der Erneuerbaren Energien noch nicht generell durchgesetzt hat), dass die Leistungs-Angebotskurve der Erneuerbaren Energien weder regional noch landes- oder europaweit mit irgend einer Lastkurve des Leistungsbedarfs übereinstimmt. Ebenfalls schwer wiegt die Erkenntnis, dass bisweilen die angebotene EE-Leistung über einen Zeitraum von bis zu einigen Wochen europaweit nicht genügend Energie würde liefern können. Zur Überbrückung einer sogenannten "Dunkelflaute" würde selbst ein extrem hoher Zubau von Solar- und Windanlagen keine ausreichende Leistung liefern können.

 

Fernleitungen erzeugen keine zeitliche Übereinstimmung von EE- und Verbraucherleistung

Da Wind- und Sonnenenergie sich im Zeitverlauf keinesfalls am Zeitverlauf der Lastkurve ausrichten und da die Lastkurve sich zwar beeinflussen lässt, aber niemals den unvorhersehbar extremen Sprüngen zwischen Dunkelflaute und maximalem Solar-Wind-Leistungsangebot folgen wird, kommt es bei weiterem Ausbau von Wind- und Solaranlagen unausbleiblich dazu, dass einerseits in sonnig-windigen Stunden die angebotene Leistung von Wind- und Solaranlagen die Leistung aller eingeschalteten elektrischen Verbraucher überschreitet. Und andererseits, wenig später, wenn es dunkel wird und/oder wenn der Wind nachlässt, folgen Stunden, in denen Solar- und Windleistung nicht ausreichen, die Nachfrage zu decken. Bei Schwachwind und Dunkelheit würden auch Millionen zusätzlicher Wind- und Solaranlagen nicht weiterhelfen.

Zu hoffen, dass ausgerechnet genau in solchen Stunden des Leistungsmangels am anderen Ende einer neu zu erbauenden Fernleitung gerade ein Sturm die fehlende Leistung liefern könnte, wäre ein ressourcen-verzehrendes Vabanque-Spiel und kann niemals die Grundlage für eine zuverlässige Strom- und Energieversorgung sein.

Dass die Stromwirtschaft dennoch auf dem Bau der Fernleitungen besteht, ist ihrem Wunsch zuzuschreiben, weitere Kunden durch ihre Großkraftwerke zu beliefern.

 

Speicherung von Überschüssen sonnig-windiger Stunden notwendig

Ein Ausgleich zwischen Erzeuger- und Verbraucherleistung kann zuverlässig nur erfolgen, wenn die Leistungsüberschüsse sonnig-windiger Stunden gespeichert werden. Auch das vollkommenste Fernleitungsnetz kann diese Aufgabe nicht übernehmen. Wenn wir unabhängig von fossilen Kraftwerken werden wollen, bleibt uns nur die Speicherung von überschüssiger Wind- und Solarenergie für Zeiten des Mangels.

Die Speicherung kann bei der Überbrückungen im 24 Stundenbereich (zur Pufferung regelmäßig auftretender Leistungsschwankungen) in aufladbaren Batterien erfolgen, die einen Energieverlust von nur etwa 20% aufweisen.

Wenn die Speicher allerdings mehrere Wochen überbrücken sollen, dann braucht man andere Lösungswege, die weniger Platz benötigen als aufladbare Batterien oder Pumpspeicher. Es bieten sich chemische Speicherverfahren an, wie Power to Gas oder Power to Liquid. Aufladbare Batterien würden hundertmal so viel Platz und Pumpspeicherkraftwerke würden sogar zehntausendmal so viel Platz wie die chemischen Speicher benötigen und kommen für die Langzeitspeicherung deshalb nicht in Frage.

Nach jetzigem Stand der Technik haben die chemischen Speicherverfahren noch Energieverluste von etwa 80 oder mehr Prozent. Trotz der hohen Energieverluste ist es aber immer noch besser, aus überschüssiger Leistung einen strategischen Energievorrat anzusammeln, anstatt die überschüssige Leistung abzuregeln, weil man nicht weiß, wo man sie unterbringen kann.

Nur eines darf man natürlich nicht: die dazu zu speichernde notwendige Überschussleistung in der Bedarfsrechnung vergessen (wie das häufig geschieht)!

Die eingangs erwähnte Formel für den Jahresertrag von Windanlagen stimmt deshalb nicht mehr. Sie muss zwingend ergänzt werden zu

      Nutzbarer Jahres-Windertrag
          =   Volllaststunden * Nennleistung - SPEICHERVERLUSTE

 
Die Tatsache, dass die Speicherverluste bei Langzeitspeichern 80 und mehr Prozent betragen, lässt erahnen, dass es sich bei den bisher getätigten Bedarfsschätzungen um gravierende Fehleinschätzungen gehandelt hat.

Bedenkt man zudem, dass bei der Umsetzung der Forderung nach 100 Prozent aus Erneuerbaren Energien nicht nur der bisher übliche Strombedarf zu berücksichtigen ist, sondern dass auch der Verkehrsbereich und der Wärmebedarf zu berücksichtigen sind, so wird deutlich, dass ungeschönte Neuberechnungen dringend erforderlich sind.

Erste Grobschätzungen des SFV mit Hilfe des www.energiewenderechners.de kommen zum Ergebnis, dass der Bedarf an Windanlagen möglicherweise fünfmal so hoch sein könnte wie bisher angenommen.

 

Fehleinschätzung der Nennleistung bei Solarstromanlagen

Bei PHOTOVOLTAIK kommt noch eine weitere Fehlannahme hinzu, nämlich die Annahme, dass alle PV-Anlagen südwärts ausgerichtet mit einem optimalen Neigungswinkel von 30 Grad aus der Horizontalen montiert seien und dass somit die Nennleistung der PV-Anlage mit der maximalen DC-Leistung (der sogenannten Peakleistung) der Solarmodule übereinstimmte. Trotz zunehmender Nutzung auch von Ost- oder Westdächern oder Fassaden oder Lärmschutzwällen oder gar von Norddächern ignoriert die Bundesnetzagentur bisher die Tatsache, dass die Peakleistungen vieler Solaranlagen wegen ungünstiger Ausrichtung niemals erreicht werden können.

 

Grundlegende Fehler bei der Planung des Windenergie-Ausbaus in Deutschland

Mit der Begründung, dass es in Süddeutschland wenige Standorte gibt, an denen es sich lohnt, Windanlagen zu errichten, wird der Ausbau von Windenergie in Norddeutschland und auf See vorangetrieben, in Süddeutschland jedoch vernachlässigt. Damit bleibt ein wesentlicher Vorteil der Erneuerbaren Energien ungenutzt, nämlich ihre Fähigkeit, verbrauchsnah Strom liefern zu können.

Außerdem werden die sturmbedingten Leistungsspitzen um so steiler, je mehr die Windanlagen in einer Region konzentriert werden. Dazu ein Gedankenexperiment: Wenn alle Windanlagen Deutschlands in Mecklenburg-Vorpommern konzentriert wären, und wenn dann eine Sturmfront über Mecklenburg-Vorpommern hinwegzieht, würden alle Windanlagen Deutschlands gleichzeitig mit Höchstleistung Strom liefern. Damit würden die zwischenzuspeichernden Leistungspitzen extrem steil und hoch. Dies gilt dann auch für die notwendige Übertragungskapazität der Stromleitungen.

Sinnvoll wäre deshalb eine gleichmäßige Verteilung der Windanlagen über ganz Deutschland.

 

Benachteiligung der Windenergie an Land durch das EEG 2014

Wenn das EEG 2014 für Offshore-Anlagen eine höhere Einspeisevergütung vorsieht, könnte es an windschwächeren Binnenlandstandorten für die erzeugte Kilowattstunde mindestens den gleichen Preis oder sogar einen höheren Preis vorsehen. Eine Kilowattstunde, die dort zur Verfügung gestellt wird, wo sie tatsächlich benötigt wird, dürfte nach marktwirtschaftlichen Kriterien besser bezahlt werden. Das EEG 2014 trifft jedoch ohne überzeugende Begründung eine gegenteilige Entscheidung und benachteiligt damit die Windenergie an Land:

§ 49 EEG 2014 besagt:
(1) Für Strom aus Windenergieanlagen an Land beträgt der anzulegende Wert 4,95 Cent pro Kilowattstunde (Grundwert).
(2) Abweichend von Absatz 1 beträgt der anzulegende Wert in den ersten fünf Jahren ab der Inbetriebnahme der Anlage 8,90 Cent pro Kilowattstunde (Anfangswert)

§ 50 EEG 2014 besagt:
(1) Für Strom aus Windenergieanlagen auf See beträgt der anzulegende Wert 3,90 Cent pro Kilowattstunde (Grundwert).
(2) Abweichend von Absatz 1 beträgt der anzulegende Wert in den ersten zwölf Jahren ab der Inbetriebnahme der Windenergieanlage auf See 15,40 Cent pro Kilowattstunde (Anfangswert).

Weitere Benachteiligungen der Windenergie an Land - siehe dazu den EEG 2014 Volltext.

 

Maßnahmen zur Erschließung zusätzlicher Windstandorte in windschwächeren Regionen

Häufig hört man das Argument, in windschwächeren Regionen würden sich Windanlagen nur auf Höhenzügen rechnen und deshalb sollte man dort abseits der Höhenzüge auf Windenergie verzichten.

Diese Argumentation überzeugt nicht. Moderne Schwachwindanlagen können auch in windschwachen Regionen abseits der Höhenzüge Windstrom erzeugen. Höhere Masten und größere Rotordurchmesser machen es möglich. Natürlich ist die Erzeugung einer Kilowattstunde dort teurer als die einer Kilowattstunde Windstrom in Westholstein. Doch ehe man aus Westholstein eine Fernleitung nach Süddeutschland baut, um Süddeutschland mit Windstrom aus Westholstein zu versorgen, kommt man mit geringeren Kosten aus, wenn man sich entschließt, für den in Süddeutschland erzeugten Schwachwindstrom einen höheren Kilowattstundenpreis zu vergüten.

Zumindest den Preis, der für Windanlagen in der Nordsee gezahlt wird, sollte man auch für Schwachwindstrom vergüten. Es lässt sich nicht begründen, warum für eine Kilowattstunde Nordsee-Windstrom eine höhere Vergütung gezahlt wird, als für eine Kilowattstunde Schwachwindstrom aus Rheinland Pfalz oder Baden Württemberg oder Bayern.
Wenn die Bedarfsrechnung ergibt, dass wir in Süddeutschland eine bestimmte Menge von Windanlagen benötigen, es in Süddeutschland aber nicht genügend Standorte gibt, an denen sich Windanlagen rechnen, dann ist das kein physikalisches Hindernis, sondern ein Hinweis darauf, dass nicht die Windanlagen auf See, sondern die Windanlagen in Schwachwindgebieten eine höhere Einspeisevergütung bekommen müssen. Noch einmal: Eine Kilowattstunde, die dort zur Verfügung gestellt wird, wo sie tatsächlich benötigt wird, dürfte nach marktwirtschaftlichen Kriterien sogar besser bezahlt werden.