Energiewende und das Klima: Wie schaffen wir ein stabiles Stromsystem aus schwankenden Quellen?
Für seine Bewerbung um den KlarText-Preis für Wissenschaftskommunikation 2020 in der Kategorie Physik veranschaulichte Jan Wohland, was er in seiner Promotion erforscht hat.
Im Juni wütet ein Tornado in Tschechien, im Juli versinken Häuser in den reißenden Fluten von normalerweise kleinen Bächen: Dieses Jahr liefert viele Beispiele für extreme Wetterphänomene. Vieles deutet darauf hin, dass solche Extreme sowohl häufiger als auch verheerender werden durch den Klimawandel. Um Schlimmeres zu vermeiden, bauen wir unser Energiesystem um: Sonne und Wind ersetzen Kohle und Atom. Die Beweggründe für diesen Umbau sind vielschichtig. Einerseits sind wir mit dem Beitritt zum Klimaabkommen von Paris Verpflichtungen zur Treibhausgasreduktion eingegangen. Andererseits wollen viele einen persönlichen Beitrag leisten damit auch in 60 Jahren noch gut auf diesem Planeten gelebt werden kann.
Aber wie genau machen wir diesen Umbau eigentlich und was ist daran so kompliziert? Eine der Hauptschwierigkeiten liegt in der Wetterabhängigkeit von Erneuerbaren Energiequellen wie Sonne, Wind und Wasser. Einen Windpark kann man, anders als etwa ein Kohlekraftwerk, nicht einfach einschalten, wenn man Strom braucht. Denn der Windpark produziert nur dann, wenn auch Wind der richtigen Stärke vorhanden ist. Jeder kennt den traurigen Anblick von unbewegten Rotorblättern, die in einer Flaute einfach nur da stehen – wie bestellt und nicht abgeholt. In meiner Doktorarbeit habe ich das Zusammenspiel von klimatischen Bedingungen und Erneuerbaren deswegen genauer unter die Lupe genommen. Dabei wurde schnell deutlich, dass zum langfristigen Gelingen der Energiewende eine engere Zusammenarbeit von Meteorologie, Klimaforschung und Energiesystemplanung nötig ist.
Aber nicht alles am Umbau des Energiesystems ist kompliziert, wie zwei aktuelle Megatrends eindrücklich zeigen. Erstens, Wind- und Solarenergie haben in Deutschland, sowie in vielen anderen Ländern, eine unglaubliche Erfolgsgeschichte in den letzten zwei Jahrzehnten geschrieben. Der deutsche Strommix bestand 2020 zu 50 Prozent aus Erneuerbaren. Noch zur Geburt von Greta Thunberg galt ein solcher Anteil von schwankender Erneuerbarer Erzeugung als unmöglich. Damals hieß es landläufig, Erneuerbare könnten niemals die verlässliche Kohle und Kernenergie ersetzen und seien deswegen für immer zu einem Nischendasein verdammt. Offenbar eine gravierende Fehleinschätzung. Zweitens, die Kosten für Erneuerbare haben sich dramatisch reduziert in den letzten Jahren. Laut einer Studie der Internationalen Energie Agentur sind heute errichtete Wind- und Solarparks mindestens genauso preiswert wie konventionelle Kraftwerke und in einigen Fällen sogar günstiger. Kurzum: Erneuerbare sind im aktuellen Stromsystemen auf Augenhöhe mit allen anderen Technologien und sie werden immer billiger.
So weit, so gut. Der Umstieg auf ein 100 Prozent Erneuerbares Stromsystem wird trotzdem kein Selbstläufer, unter anderem weil Klima und Erneuerbare Stromerzeugung auf vielfältige Weise zusammenhängen. Um gefährlichen Klimawandel zu verhindern brauchen wir emissionsfreie Stromerzeugung. Deswegen sind Erneuerbare vornehmlich eine Maßnahme zum Klimaschutz. Aber man kann die Thematik auch aus einer anderen Perspektive betrachten. Erneuerbare hängen direkt vom Wetter ab und das durchschnittliche Wetter entspricht dem Klima. Erneuerbare müssen sozusagen mit dem Wetter klarkommen, das ihnen vom Klima geliefert wird. Genau aus diesem Grund ist ein Verständnis der Schwankungen des Klimas essentiell für die Entwicklung zukünftiger Stromsysteme.
Um zu berechnen, wie viel Strom ein Windpark zu welchem Zeitpunkt erzeugt, gibt es zwei Strategien: Entweder man greift auf Messungen der Windgeschwindigkeiten in der Nähe des Windparks zurück oder man benutzt Computermodelle um künstlich Zeitreihen der Windgeschwindigkeit zu berechnen. Messungen sind zwar genauer aber fast nie über einen langen Zeitraum erhältlich. Computermodelle können für jeden Ort der Welt beliebig lange Zeitreihen der Windgeschwindigkeit errechnen, liegen ohne Validierung mit Messungen manchmal allerdings gefährlich falsch. Insbesondere für Studien des gesamten Stromsystems hat es sich deswegen etabliert auf eine Kombination beider Strategien zu setzen. Die Kombination nennt sich Reanalyse und vereint die Vorzüge von Beobachtungen und Modellen. Die meisten Reanalysen decken den Zeitraum von 1980 bis heute ab, da während dieser Zeit viele unterschiedliche Beobachtungen zur Verfügung stehen. Dazu gehören zum Beispiel Messungen an Land, auf Schiffen, in Flugzeugen und aus dem Weltall.
Mithilfe einer solchen Reanalyse haben wir aufgezeigt, dass die Jahr-zu-Jahr Schwankungen der aktuellen deutschen Windparks beachtlich sind. Das ertragsstärkste und das ertragsärmste Jahr liegen etwa 40% auseinander. Diese Schwankungen sind natürlich, da sie von Schwankungen im Klimasystem verursacht werden, welche natürlich auftreten. Es ist deswegen unabdingbar, dass solche Schwankungen berücksichtigt werden im Design unseres Stromsystems. Insbesondere die Jahre 2015 und 2016 haben wir genauer untersucht, da die Kosten für die Stabilisierung des Stromnetzes in diesem Zeitraum dramatisch angestiegen sind und 2015 erstmals eine Milliarde Euro überschritten haben. Es gab Befürchtungen, dass die Kosten in den Folgejahren weiter explodieren würden. Wir konnten jedoch zeigen, dass der starke Anstieg viel damit zu tun hatte, dass 2015 überdurchschnittlich windig war. Im weniger windreichen Folgejahr 2016 sanken die Kosten dann wieder, von einer Kostenexplosion war nichts zu sehen.
Doch die Variabilität von Erneuerbaren ist keinesfalls auf Schwankungen zwischen einzelnen Jahren beschränkt: Wir konnten erstmalig dokumentieren, dass es auch Variabilität über viele Jahrzehnte gibt. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Zeitmaschine und würden diese nutzen um zwei technisch identische Windräder am gleichen Ort zu errichten. Eins im Jahr 1955, das andere im Jahr 1980. Nachdem beide Windräder 20 Jahre lang betrieben wurden, werfen Sie einen Blick auf die Bilanz und stellen dabei fest, dass die erzeugten Energiemengen nicht identisch sind. Stattdessen hat das 1980 errichtete Windrad etwa 10% mehr Energie erzeugt, weil es in einer windigeren Zeit betrieben wurde. In der Klimaforschung sind solche langsamen Schwankungen über mehrere Jahrzehnte bereits viel beforscht, die Anwendung auf Erneuerbare Energien steckt aber noch in den Kinderschuhen. Dabei sind auch langfristigen Schwankungen wichtig. Schließlich soll das Stromsystem der Zukunft über eine lange Zeit effizient und verlässlich funktionieren.
Dabei sind wir über eine Grenze unseres jetzigen Wissens gestolpert. Zwei der wichtigsten Datensätze in diesem Bereich widersprechen sich nämlich. Während der eine Datensatz starke Zunahmen der Windgeschwindigkeit beinhaltet, zeigt der andere keine signifikanten Änderungen. Richtigliegen kann natürlich nur einer. Entweder wird der Wind langfristig stärker oder er wird es nicht. Da die Datensätze der Ausgangspunkt für Analysen in zahlreichen Disziplinen sind, ist es wichtig, dass solche Diskrepanzen bekannt sind. Wir konnten die zunehmenden Windgeschwindigkeiten auf methodische Unterschiede zurückführen. Insbesondere ist es so, dass die starke Zunahme in einem Datensatz auch in den zugrundeliegenden Beobachtungen auftritt. Da viel darauf hin deutet, dass die Zunahmen in den Beobachtungen nicht echt sind, sondern künstlich durch die Veränderung der Messtechnik im 20. Jahrhundert entstehen, gehen wir davon aus, dass den starken Zunahmen nicht zu trauen ist. Aber endgültig geklärt ist die Belastbarkeit der Trends noch nicht und so bleibt eine große Frage vorerst ohne definitive Antwort.
Schon lange geklärt ist, dass die Schwankungen Erneuerbarer Energien reduziert werden können, indem über ein großes Gebiet gemittelt wird. Die Erzeugung eines einzelnen Windparks schwankt mehr als die Gesamterzeugung in Deutschland, die wiederum mehr schwankt als die europäische Gesamterzeugung. Das liegt daran, dass einzelne Schwankungen sich ausgleichen und deswegen ist das Stromnetz so wichtig für die Energiewende. So könnte beispielsweise eine Flaute in Deutschland durch starken Wind in Griechenland kompensiert werden. Eine international koordinierte Lösung ist deswegen deutlich effizienter als lokale Ansätze. Aber was würde passieren, wenn Europa ein solch optimiertes Stromsystem baut und seine Klimaziele erreicht während andere Länder weiter machen wie bisher? Könnte der von den anderen erzeugte Klimawandel dann das Wetter in Europa so verändern, dass unser hypothetisches erneuerbares System nicht mehr funktioniert?
Wir haben dieses Gedankenexperiment für die Windenergie durchgespielt. Mithilfe der Daten von modernen Klimamodellen und dem extremsten Emissionsszenario, das momentan existiert. In der Tat nehmen die ausgleichenden Effekte durch ein großes Europäisches Stromsystem in diesem Extremszenario um ein paar Prozent ab. Der Grund dafür sind gleichmäßigere Winde über Europa: durch starken Klimawandel bedeutet eine Flaute in Deutschland häufiger auch eine Flaute auf dem Rest des Kontinents, wodurch die ausgleichenden Effekte des Stromnetzes reduziert werden. Insgesamt betrachtet sind diese Abnahmen allerdings deutlich kleiner als die positiven Effekte: Auch in diesem Szenario ist ein europäisch verknüpftes System viel besser als isolierte Lösungen in einzelnen Staaten. Aus Angst vor dem Klimawandel nicht auf Erneuerbare umzusteigen, ist also kein überzeugendes Argument.
Jan Wohland interessiert sich für die vielfältigen Zusammenhänge zwischen Menschen und dem Klima. Nach seiner Promotion zum “Einfluss von Klimavariabilität und Klimawandel auf Erneuerbare Stromerzeugung” am Forschungszentrum Jülich ging der Physiker als Postdoctoral Fellow an die ETH Zürich. Dort beschäftigte er sich vertieft mit klimatischen Schwankungen über mehrere Jahrzehnte und deren Auswirkungen auf C02-freie Stromsysteme.
Neben seinem wissenschaftlichem Interesse ist er auch privat Feuer und Flamme für Wind und Sonne, am liebsten auf einem Segelboot.
Photovoltaik und Windkraft werden im Jahr 2021 bestenfalls 8-10 % unseres gesamten Energiebedarfs geliefert haben (die teilweise hochproblematische Energie aus Biomasse möchte ich hier nicht betrachten). Und das, nachdem über 20 Jahre insgesamt mehrere hundert Milliarden Euro in die erneuerbare Infrastruktur geflossen sind. Eine blendende Erfolgsgeschichte sieht wohl anders aus! Der Nachweis, dass wir unseren Energiebedarf gesichert aus Photovoltaik und Windkraft decken können, steht nach wie vor aus. Eine “gravierende Fehleinschätzung” liegt keinesfalls vor. Die Lage ist völlig offen.
Aber nur, weil Äpfel (gesicherte Grundlast) mit Birnen (volatile Erzeugung ohne Speicherung) verglichen werden. Niemand weiß heute, wieviel erneuerbare Energie kosten wird, wenn sie denn eines Tages verlässlich zur Verfügung steht. Einen plausiblen Preis werden wir erst haben, wenn massive Stromspeicher zur Verfügung stehen, mit denen wir wenigstens 5-7 Tage Dunkelflaute abdecken können. Die Gasspeicher dafür sind vorhanden, die Power-to-gas-Anlagen sowie zahllose Gaskraftwerke dafür fehlen noch – wenn wir uns denn überhaupt für diesen Ansatz entscheiden. Es gibt natürlich noch viele weitere Energiespeicher-Lösungen, aber die werden heute sogar noch weniger diskutiert. Ich habe einmal überschlagen, dass verlässliche erneuerbare Energie 4-5x soviel wie heute kosten wird. Das dürfte so ungefähr der Rahmen sein.
Aussagen wie in diesem Artikel sind der Grund dafür, dass die deutsche Energiewende heute in einer Sackgasse steckt. Ständig wird den Menschen eingetrichtert, dass wir schon sehr weit gekommen sind und wir quasi schon kurz vor dem Endspurt stehen. Das Gegenteil ist der Fall. Die Energiewende ist ein sehr schwieriges technisches Problem, wir stehen ganz am Anfang, und es wird sehr teuer.
Fazit: Wir müssen anfangen, die Energiewende als epochales Ingenieurproblem zu diskutieren, nicht als Marketinggag!
Und ja, natürlich muss die Energiewende europäisch gedacht werden. Das rein nationale EEG hat der Sache insgesamt nicht gut getan.
Hallo Tim,
bei den KollegInnen vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme kann man sich die aktuellen Zahlen zum Anteil von Erneuerbaren Energien in Deutschland anschauen. Wie im Artikel erwähnt, lag dieser Anteil 2020 bei 50%. Dieses Jahr liegt er etwas darunter, aktuell bei ca. 45%, was sowohl mit Klimavariabilität als auch mit anderen relevanten Effekten (zB Covid) zu tun hat.
Sie haben natürlich Recht, dass wir neben Strom auch noch andere Arten von Energie verwenden, zum Beispiel Benzin beim Autofahren, Kerosin beim Fliegen, Gas zum Heizen usw. Wenn man den Anteil von Wind und Solarenergie mit dem Gesamtenergiebedarf vergleicht, dann fällt der Anteil auch geringer aus. Ob ihre 8-10% stimmen kann ich aus dem Stand nicht beantworten. Man darf dabei allerdings nicht vergessen, dass die meisten dieser Bereiche elektrifiziert werden müssen um Klimaneutralität zu erreichen. Das kann man schaffen, zB mit E-Autos und Wärmepumpen. Diese Elektrifizierungen haben den angenehmen Nebeneffekt, dass sie den Energiebedarf reduzieren, weil der Wirkungsgrad eines E-Autos deutlich höher liegt als jener eines konventionellen Autos.
Es gibt zahlreiche Studien, welche den von Ihnen geforderten Nachweis erbringen, dass erneuerbare Stromsysteme funktionieren. Lesenswert, aber leider nur auf Englisch verfügbar, wäre da diese Studie.
Wissenschaftliche Studien kommen zudem zu dem Ergebnis, dass dekarbonisierte Stromsysteme ähnlich viel kosten werden wie aktuelle. Ihre Abschätzung, dass sich die Kosten verfünffachen müssten, kann ich nicht nachvollziehen.
Völlig zustimmen möchte ich Ihnen allerdings, dass die Energiewende eine riesige Herausforderung darstellt für viele Disziplinen (nicht nur Ingenieure!!!) sowie für uns als Gesellschaft.
@Langfristige Schwankungen
Man wird ohnehin Wasserstoff und weitere Energieträger aus Stromüberschüssen herstellen. Die kann man nicht nur für saisonale Schwankungen zwischenlagern, sondern auch über Jahre lagern und bereithalten. Und man kann synthetische Kraftstoffe per Schiff oder Pipeline mal hierhin und mal dorthin transportieren, wenn sich irgendwo auf der Welt langfristige lokale Mangelsituationen ergeben.
Und die Erneuerbaren Energieanlagen müssen sowieso alle 20 Jahre erneuert werden. Beim Zubau kann man dann auch regionale Mangel- oder Überschusssituationen berücksichtigen, und eben über wenige Jahre mal mehr oder mal weniger neue Anlagen zubauen bzw. Altanlagen abbauen.
So ließen sich letztlich alle klimabedingten Schwankungen ausgleichen.
Ein Tipp zur Vergegenwärtigung der enormen Schwankungen in den von Wind und Sonne gelieferten Energie: öfter mal ins agorameter schauen und dort dann gezielt die Zeiträume mit mehr oder weniger Wind- und Sonnenenergie auswählen und schließlich dann noch alle anderen Energiequellen per Klick ausblenden.
Sehr gut geeignet ist der aktuelle Zeitraum vom 15.11.21 bis heute 18.11.21:
https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/chart/power_generation/15.11.2021/18.11.2021/today/
Wenn dann nur noch “solar”, “wind onshore” und “wind offshore” sowie der Stromverbrauch angezeigt werden, sieht man vom 15.11.21 0:00 Uhr bis 17.11.21 0:00 Uhr die geringen Energiemengen von Wind und Sonne. Erst nach diesem letzten Termin steigt dann die Windenergie deutlich an, lässt aber immer noch “zu wünschen”.
Den ganzen 17.11.21 konnten Wind und Sonne so gut wie überhaupt nichts an Energie liefern.
Da solche kalte Dunkelflauten öfter im Winter vorkommen und laut Studie von Greenpeace Energy, jetzt umbenannt in Green Planet Energy, bis zu 14 Tage dauern können
https://green-planet-energy.de/blog/wissen/energiepolitik/dunkelflaute/
sowie in den Tagen und Wochen davor auch noch wenig Energie von der Sonne (Winter!) kommt, der Wind unregelmäßig weht, wären riesige Energiemengen zu speichern, wollte man z.B. mit Wasserstoff diese Ausfallzeiten überbrücken.
Hinzu kommt dann noch, dass es auch im Sommer, wie in diesem Jahr, zu wenig Wind gibt, was sich in den Nächten dann besonders bemerkbar macht, wie z.B. hier:
https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/chart/power_generation/17.04.2021/21.04.2021/today/
Es kann nicht gelingen Deutschland mit “grüner Energie” autark zu machen. Das war, wie auch in Wikipedia nachzulesen, mit dem EEG nie vorgesehen, nur wird das heute immer wieder angenommen oder behauptet.
Wenn wir auch alle 1 bis 2 Quadratkilometer ein Windrad hinstellen, also die heutige Anzahl etwa verfünffachen und wenn wir gleichzeitig die PV-Flächen x-mal vergrößern, es wird nie reichen.
100% Erneuerbare sind bei Transmission von Strom über grosse Distanzen kein technisches Problem mehr, sondern nur noch ein politisches Problem
Zitat von oben:
Genau so ist es. Studien zeigen beispielsweise, dass der Balkan, Nordskandinavien und die Nordatlantik-Nordseeregion voneinander unabhängige Wetterregime haben und es unwahrscheinlich ist, dass über mehrerer Tage in allen 3 Regionen Windflaute herrscht.
Grossräumige, ganze Kontinente überziehende Stromnetze grosser Kapazität wären in der Tat das kostengünstigste und effizienteste Mittel um 100% erneuerbaren Strom überall und zu allen Jahreszeiten gleichmässig zur Verfügung zu stellen. Doch gegen diese Lösung gibt es massive politische Bedenken und Widerstände, weil viele Länder nicht auf den Import von Strom angewiesen sein wollen. In der Tat ist das heikel. Es genügt ein Unterbruch einer oder mehrerer Stromleitungen aus irgend einem Grund um einem ganzen Land einen Blackout zu bescheren.
Innerhalb Chinas gibt es tatsächlich tausende von Kilometern lange Hochspannungsleichstromleitungen grosser Übertragungskapazität. Das ist dort kein Problem, weil keine chinesische Provinz einer anderen einfach den Strom abklemmen kann, ist doch die Zentralregierung dafür verantwortlich. In Europa aber trauen sich die verschiedenen Länder gegenseitig viel weniger.
Fazit: 100% Erneuerbare sind eine Sache des Vertrauens.
Es gibt viele Möglichkeiten erneuerbare Energien zu bauen. Das technisch optimale System ist dabei nur eine Option. Natürlich sollten nicht-technische Aspekte mit berücksichtigt werden, zB hinsichtlich gesellschaftlicher Akzeptanz.
Mich wundert bei dieser Diskussion folgendes: Warum stört uns die Abhängigkeit eigentlich nur bei Strom? Die meisten anderen Energieträger werden seit Jahrzehnten nach Deutschland importiert.
@Martin Holzherr
Sie sagen, dass das eine Sache des Vertrauens ist. Doch seit wann vertrauen sich den Länder überhaupt über längere Zeiträume oder auch über größere Distanzen?
Das wird es meiner Meinung nach zumindest in absehbarer Zukunft nicht geben. Wie schnell ist mal eine Regierung auf die andere sauer und dreht ihr dann bei solch einem extrem anfälligen Stromnetz (auch und besonders das 50 Hz-Problem) dem andern Land kurzfristig für ein paar Tage die Stromzufuhr ab – und schon bricht nach kurzer Zeit im andern Land das Chaos aus.
Dass so etwas in einer großflächigen Diktatur funktioniert, wie Sie am Beispiel China aufzeigen, ist nur Wasser auf die Mühlen von FFF und andern, die einen “Systemwechsel” fordern!
Ja, Wolfgang Richter, das ist in der Tat ein Problem wie etwa der SPON-Artikel Frankreich droht Kanalinsel Jersey mit Stromentzug zeigt, wo man liest:
Die wenigsten Länder in Europa sind an einem 100 % „erneuerbaren“ Energiesystem interessiert. Deutschland geht einen Sonderweg.
In Finland ist sogar die grüne Partei mittlerweile dafür Kernenergie in der EU als nachhaltig zu klassifizieren.
Durch den Pragmatismus vieler Nachbarländer mit klimaneutraler, wetterunabhängiger Stromproduktion wird in Deutschland ein höherer Anteil von Sonnen- und Windstrom möglich.
@Tim 18-11. 12:10
„Ich habe einmal überschlagen, dass verlässliche erneuerbare Energie 4-5x soviel wie heute kosten wird.“
Das würde bedeuten, dass Strom allgemein in etwa so teuer wird wie jetzt der Strom für Privatkunden. Dieses extrem unsoziale EEG-Gesetz hat den Strom für Industriekunden billiger gemacht als er zuvor war, und die Privatkunden, die einen eher kleinen Teil des Stroms nur verbrauchen, mussten massiv mehr für ihren Strom bezahlen und unfreiwillig die Industriekunden subventionieren.
So ergibt sich derzeit in der Produktion Preise von 5 bis 10 ct pro Kwh für erneuerbaren Strom, während der Privatverbraucher mindestens 25 ct pro Kwh bezahlen muss. Wohl dem, der eigene PV-Module auf dem Dach hat. Der zahlt für den selbstverbrauchten Strom nicht mal halb so viel wie andere, die diese Möglichkeit nicht haben.
Ich schätze mal, dass es auf die Dauer schon nicht so teuer sein wird. Die Preise für die Anlagen werden weiter sinken, und es werden auch Altanlagen aus der fossilen Vergangenheit nach und nach sowieso zu ersetzen sein. Was die Speichermöglichkeiten betrifft, so kann eine im wesentlichen elektrifizierte Mobilität recht flexibel aufgeladen werden, und dabei wie ein Stromspeicher über ein paar Tage wirken, ohne das das groß extra kostet. Und die Elektrofahrzeuge haben einen 3 bis 10-fach höheren Wirkungsgrad als die derzeitigen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Das relativiert dann nochmal die Kosten für das Aufladen.
Was die Preise für die Privatverbraucher betrifft, so wird es maßgeblicher sein, ob wir weiterhin die Industriekunden in diesem Ausmaß subventionieren müssen, als was die Energiewende selbst an Mehrkosten verursachen wird.
Solange Mensch in wettbewerbsbedingter Symptomatik von/zu unternehmerischen Abwägungen und “Wer soll das bezahlen?” denkt, kann sich die Problematik unseres “Zusammenlebens” und unserer Umwelt nicht zum Besseren ändern.
@Tim
Ich stimme Ihnen fast schon begeistert zu.
Dabei wird auf die Frage ob überhaupt genug Windenergie, bei angenommen weltweiter intensiver Nutzung von Windenergie zur Verfügung steht, nicht eingegangen?
Es mag Zeiten geben, in denen genügend Wind, sozusagen ohne negative Folgen „geerntet“ werden könnte. Aber was ist dann, wenn in längeren Zeitspannen in bestimmten Gebieten, wegen lange anhaltender Flaute, z.B. Regenmangel und Trockenheit droht?
Was bereits heutzutage mitunter ein Problem, z.B. in MV sein könnte. Würde die Trockenheit mitunter nur wenige Wochen länger dauern, wäre dies ein arges Problem für die Vegetation, die sich überhaupt nicht mehr erholen könnte, aber auch der Wassermangel könnte zum Problem werden.
Der Ansatz dass Wind im absoluten Übermaß zur Verfügung steht, dürfte nicht zutreffend sein. Stünde mehr Wind zur Verfügung und würde der gleichmäßig weltweit verteilt, würde es möglicherweise keine Wüstengebiete in zentralen Gebieten geben (Sahara, Gobi, Arizona,…).
Ich denke besonders auch daran, dass es verhängnisvoll in Zentraleuropa werden könnte, wenn die Franzosen und Spanier an der Atlantikküste Windparks errichten würden und die Windströmungen aus der „Wetterküche Biskaya“ beeinträchtigt werden könnten.
Die Gründe für die mangelnde Berechenbarkeit der Luftströmungen dürften darin liegen, dass man die genauen Ursachen für die grundlegende Dynamik der sich aufschaukelnden Wind generierenden Prozesse zu wenig versteht.
Dass die Hitze, die Verdunstung die Erdrotation und die Sonneneinstrahlung eine Rolle spielen scheint bekannt, weniger aber die Mechanismen (z.B. die Oberflächenstruktur, Wasser, Gebirge, Ebenen, Täler, Ackerland, Wald, Grünland, …) die auf die Dynamik Einfluss nehmen.
Andererseits: Hätten die Windräder tatsächlich Einfluss auf die Winde, könnte man die Windräder in ihrer Wirkung sozusagen auch „umdrehen“, allenfalls unter gelegentlicher Zuführung externer Energie, sozusagen zu einer Art von künstlicher Verteilung der Winde nutzen und auf die Windströmungen und damit auch auf das Wetter Einfluss nehmen.
@Holzherr 18.11. 14:08
„Es genügt ein Unterbruch einer oder mehrerer Stromleitungen aus irgend einem Grund um einem ganzen Land einen Blackout zu bescheren.“
Man muss hier wohl doch etwas auf Nummer sicher gehen. Noch haben wir ja die ganzen fossilen Altanlagen als Backup in Betrieb. Wenn wir die noch länger nur bereithalten, produzieren die ja nur Treibhausgase, wenn sie laufen. Selbst wenn wir Einiges an neuen Fernstromleitungen haben, die ziemlich verlustarm den regenerativen Strom europaweit verteilen, können wir doch noch Altkraftwerke als Sicherheitsreserve halten, anstatt sie vorzeitig abzureißen.
Was in 15 oder 20 Jahren ist, bleibt abzuwarten. Wir haben dann eventuell doch noch günstige Speicher für den mittelfristigen Einsatz. Falls nicht, werden wir dann wohl alle anfallenden Überschüsse in Wasserstoff und andere Energieträger umwandeln, und damit dann auch eine Grundlage für ein lokales Backup haben, das einspringen kann, wenn in lokalen Dunkelflauten die Fernstromleitungen nicht genug liefern können. Auch wenn eventuell aus politischen Gründen ein Lieferant ausfällt.
Versorgungssicherheit im Stromnetz kostet seit je her viel Geld. Wir haben in D wohl das weltweit zuverlässigste Stromnetz, mit ebenso einmaligen Strompreisen. Und das nicht erst seit dem EEG-Gesetz.
Kostensparend könnte durchaus sein, wenn manche industrielle Großverbraucher vertragsmäßig in Mangelzeiten vorübergehend die Produktion einstellen. Generell könnte es ziemlich vorteilhaft sein, den aktuellen Netzstrompreis an alle Verbraucher weiter zu geben. So wird man eventuell einen Besuch per PKW bei einem weit entfernten Verwandten nicht antreten, wenn gerade kalte Dunkelflaute ist. Einfach weil dann der Strom zum Aufladen teuer ist.
Das muss ja nicht oft passieren, aber hin und wieder wird das Stromnetz doch an seine Grenzen kommen, insbesondere wenn wir auch das Heizen von Gebäuden emissionsfrei machen wollen. Wenn es dann im Winter länderübergreifend übermäßig kalt ist, was nur alle 10 Jahre vorkommen mag, dann sind oft auch unsere europäischen Nachbarn genauso betroffen. Wenn wir dann noch die in Bereitschaft gehaltenen alten Kohlekraftwerke für 14 Tage anwerfen können, könnte uns das vor dem Blackout bewahren. Ohne dass dies übermäßige Emissionen zur Folge hätte.
@Thomas Jeckenburger betreffend langsamer Übergang zu 100% Erneuerbaren.
Ja, wenn sie von fossilen Reservekraftwerken sprechen, von Verteuerung des Stroms in Mangellagen und von Wasserstoff als Speicher, dann beschreiben sie ganz genau das, was die deutschen Energiepolitiker vorhaben. Und das läuft auf eine sehr lange Übergangszeit hinaus.
Kürzlich hörte ich deutsche Energiepolitiker etwa davon sprechen, Wasserstoff werde zentral sein für die deutsche Energiewende, aber grüner Wasserstoff stehe in den nächsten 20 Jahren nicht genügend zur Verfügung, weshalb man zuerst mit blauem Wasserstoff in grossem Stil einsteigen müsse.
Über blauen Wasserstoff (Wasserstoff aus Erdgas wobei das dabei entstehende CO2 sequestriert wird) aber gab es kürzlich eine Studie, die ihm – dem blauen Wasserstoff – eine ganz schlechte Klimabilanz zuordnete.
Kurzum: Die deutschen Energiepolitiker der Regierung Merkel planen/planten eine Energiewende, die sich über eine sehr lange Zeitdauer hinzieht und die meiner Einschätzung nach auch sehr teuer wird.
Aus meiner Sicht liegen die größten Schwierigkeiten nicht in der Physik, sondern in der Politik und der Gesellschaft. Insofern ist es eine schöne Fingerübung, aus bekannten Wetterdaten die mögliche Energieerzeugung abzuschätzen.
Wenn ich die PVA betrachte, so müssten wir Stromtrassen parallel zu den Breitenkreisen bauen, so viele Längengrade überspannend wie technisch praktikabel ( theoretisch: von Cap Finisterre bis Kamtschatka ) und politisch möglich. So könnten wir den PVA-Strom der Sonne folgend einspeisen. Dazu brauchten wir natürlich auch Querspangen ( theoretisch: von Gibraltar bis zum Nordkap, vom Peleponnes bis … ). In dieses Netz könnten natürlich auch alle WKA einspeisen und sämtliche Verbraucher daraus entnehmen. Damit ließe sich vermutlich ein einigermaßen gleichmäßiges Angebot an Strom bereitstellen, die Frage bleibt, wie viele ( oder eher wenige ) % das von den installierten kW(peak) sein mögen.
Das größere Problem wird aber wohl darin liegen, dass es Spaniern, Griechen und anderen nicht unbedingt eine große Ehre sein wird, den bei ihnen erzeugten Strom ausschließlich nach Deutschland zu liefern – sei werden alle selber davon benötigen. Demzufolge müsste zB in Griechenland ( weil im Artikel speziell erwähnt ) ein Vielfaches an Kapazitäten aufgebaut werden, damit könnte man Geld verdienen, wenn man nicht zu Dunkel-Flaute-Zeiten solchen Strom wieder für den Eigenbedarf importieren müsste, man hätte also das Land zugepflastert mit PVA und WKA ( um den “Rest der Welt” notfalls versorgen zu können ), aber keinen herausragenden finanziellen Vorteil.
Damit wären wir beim politisch-gesellschaftlichen Teil. Wenn wir hier bei uns in Deutschland keine WKA und keine Stromtrassen “sehen” wollen, warum sollten die Menschen anderen Orts das denn im Gegensatz zu uns und quasi exklusiv für uns “sehen” wollen?
Bei dieser Betrachtung ist die immer noch fossile Primärenergie noch nicht einbezogen. Wir müssten deren Größenordnung erst mal in kW ausdrücken und dann vielleicht noch *4 nehmen, um die Umwandlungsverluste von Strom in H₂ und CH₄ zu berücksichtigen, auch die zum C₁₆H₃₄ ( Syn-Diesel ).
Sicher macht nur eine europäische ( oder größere ) Lösung Sinn, aber wir sollten nicht abwarten, bis eine europäische Einigung unterschrieben ist, wir sollten, auch im Bewusstsein der Unzulänglichkeit, sofort anfangen, bei uns den Umbau, Aufbau, Neubau zu beginnen. Für den Anfang ist es sicher tolerierbar, bei viel Wind die WKA zu drosseln, wenn wir nicht genügend Konvertierungskapazitäten haben, besser jedenfalls, als mangels Strom die Konvertierungsanlagen nicht betreiben zu können.
Tja, wenn es denn nicht als Haupthinderungsgrund das NIMBY gäbe …
@Martin Holzherr @Wolfgang Richter
Aufgrund der Schwierigkeit des Vertrauen und der erforderlichen starken Integration innerhalb von Stromnetzen könnte es eher zu einer zum aktuellen Austausch von fossilen Brennstoffen analogen System kommen. Wasserstoff und synthetische Gase oder Flüssigkeiten lassen sich leichter speichern als Strom und damit kann man Energie austauschen ohne die große systemische Abhängigkeit einzugehen und der Energieträger kann flexibel gehandelt werden. Eine stärkere Integration der Stromnetze bleibt dann starken Partnern vorbehalten, bzw. bleibt in einem Rahmen, dass ein Ausfall aufgefangen werden könnte.
Dies bringt zwar größere Verluste an Wirkungsgrad, aber dies für die Energiesicherheit wird dieser Nachteil wohl teilweise eingegangen.
Bislang haben nur Länder mit viel Wasserkraft (und Island mit Geothermie) es geschafft, Elektrizität mit sehr geringen Emissionen zu erzeugen. Frankreich hat es teilweise mit viel Kernenergie erreicht. Ob diese geringe Emissionen auch mit Wind und PV mit Wasserstoff als saisonalem Speicher, bzw. Backup oder einem anderen Speicher funktionieren, ist zu hoffen. Die aktuelle Energiepolitik schließt in Deutschland Alternativen ja weitgehend aus.
@libertador, Tobias Jeckenburger betreffend Wasserstoff als Energieträger
Grüner Wasserstoff in Deutschland selbst rein erneuerbar zu erzeugen ist
1) teuer, weil die dazu nötigen, teuren Elektrolyseure praktisch rund um die Uhr laufen müssen um amortisiert werden zu können. Nur mit Überschussstrom H2 zu erzeugen wäre sehr teuer
2) H2 in Grossmengen lokal zu erzeugen würde einen noch stärkeren Ausbau von Wind- und Solaranlagen nötig machen.
Eine völlig andere Situation ergibt sich, wenn Deutschland H2, welches an idealen Standorten (viel Wind+Sonne) produziert wurde, importiert – am besten über eine Pipeline. Denn dieser mit Billigstrom und unter hoher Auslastung der Elektrolyseure erzeugte Wasserstoff wäre viel billiger. Zudem würde der Import einen weniger starken Ausbau der Erneuerbaren erfordern und ein Teil des Wasserstoffs könnte in Deutschland gespeichert werden um kurzfristige Lieferschwankungen auszugleichen.
Gemäss Bundestag gilt:
Meine obigen Argumente für importierten grünen Wasserstoff finden sich teilweise auch im Artikel Importwunder oder Abhängigkeit? Der Weg zu grünem Wasserstoff birgt viele Risiken
Dort liest man:
Ein sehr informativer Beitrag von Jan Wohland mit Aussagen, die ich sonst noch nirgends gelesen habe. Es würde mich überraschen, wenn es mehr als eine handvoll europäische Energiepolitiker gibt, die etwa folgendes wissen (Zitat aus obigem Beitrag):
Und ja, die Schlussfolgerung für ein rein erneuerbares, vor allem auf Wind und Sonne setzendes System muss angesichts der Tatsache, dass die Ertragsschwankungen über grössere Räume viel kleiner sind, die sein, dass man auf ein klug geplantes grossräumiges Netz von Stromleitungen grosser Übertragungskapazität setzt.
Besten Dank noch einmal für diesen Beitrag.
@Holzherr 19.11. 13:05
„Und das läuft auf eine sehr lange Übergangszeit hinaus.“
Entscheidend für die Geschwindigkeit der Energiewende ist vorerst der Zubau von WKA und PV. Das kann 3 mal so viel WKA und 5 mal so viel PV sein wie jetzt, insbesondere wenn viele Batteriefahrzeuge dazukommen. Und erst danach, wenn noch mehr zugebaut wird, wird es erst interessant, dass hier ein großräumiges Netz von Stromleitungen großer Übertragungskapazität nutzbar wird. Hier haben wir die kleinsten Verluste, und in der Tat ist hier sehr viel Angebotsschwankung nutzbar zu machen.
Aber solange wir sowieso noch fossile Anteile haben, können wir mittels der bestehenden Anlagen das Backup dann gleich mit übernehmen. Und auch darüber hinaus gibt es eben auch großräumige Angebots wie Nachfrageschwankungen, die mit den Stromleitungen allein nicht aufgefangen werden können. Dass passiert nicht so oft, aber dann geht das voll auf die Versorgungssicherheit. Hier brauchen wir neben den Stromleitungen Extrabackup.
„die ihm – dem blauen Wasserstoff – eine ganz schlechte Klimabilanz zuordnete.“
Wenn man hier das entweichende Methan zum Problem macht, so ist das verkehrt gerechnet. Methan ist zwar 25 mal stärker in seiner Treibhauswirkung, aber auch nach 15 Jahren in der Atmosphäre wieder abgebaut. Kurzfristig wirkt Methan also schon, aber unser Klimaproblem ist wesentlich langfristiger, scheint mit.
Ob blauer Wasserstoff aus russischen Ergasfeldern per Nordstream2 zu uns gebracht Sinn macht, wäre für mich in erster Linie eine Kostenfrage. Wie die meisten Fragen rund um das Thema Energiewende.
Wie oben gesagt, für die nächsten 10 Jahre kommt es vor allem auf die Geschwindigkeit des Zubaus von WKA und PV an. Wenn das tatsächlich läuft, wird es neben der Elektromobilität auch interessant, mit Planung und Aufbau der neuen Stromleitungen großer Übertragungskapazität anzufangen.
Und wenn der Zubau der Primärenergie nicht in Gang kommt, erübrigt sich auch vorerst der Rest. Dann bleiben nur neue Atomkraftwerke. Und bis die stehen, dass kann auch dauern, derweil gehen dann die Emissionen munter weiter, und das Geschäft mit fossiler Energie auch.
Die Energiewende wird als die Herausforderung unserer Generation gesehen. Das stimmt – deswegen wird sie häufig in Frage gestellt. Wir dürfen nicht übersehen, dass der Klimawandel die wohl größte Gefahr ist in die die Welt momentan hineinschlittert. Es fällt nicht unmittelbar auf, weil die Prozesse im Vergleich zu menschlichen Maßstäben vergleichsweise langsam ablaufen. Mit der Erderwärmung bringen wir – belebte wie unbelebte – Kreisläufe außer Takt, Kreisläufe, von denen wir derzeit allenfalls ahnen, dass sie überhaupt existieren. Nicht vergessen, diese Änderungen sind auf Jahrhunderte hinaus irreversibel.
Wenn wir die Welt unserer Nachfahren nicht völlig ruinieren wollen, bleibt als einzige Alternative die Umstellung auf eine weitestgehend klimaneutrale Energieerzeugung. Diejenigen, die weiter auf Kernkraft, Stein- oder Braunkohle setzen, vergessen häufig, dass Wärmekraftwerke Kühlwasser benötigen. Jahrhundertsommer wie 2003 oder 2018 und 2019 bringen deren Kühlung an ihre Grenzen, einfach weil entweder das benötigte Kühlwasser in den Flüssen fehlt bzw. zu warm ist. Einfach Aussitzen oder Abwarten ist nicht.
@Nachdenklicher (Zitat):
Deutschlands Emissionen sollen bis 2030 um mindestens 65 % gesenkt werden (gegenüber 1990), gemäss Treibhausgasminderungsziele Deutschlands des Umwelt Bundesamts. Deutschland hat sich dazu verpflichtet und ein ähnliches Ziel wurde von der EU gar gesetzlich bindend festgelegt.
Die Frage ist allerdings, ob Deutschland mit den bis jetzt beschlossenen Massnahmen dieses Ziel überhaupt erreichen kann. Diese Frage stellt sich nur schon deshalb, weil beispielsweise Wasserstoff eine grosse Rolle in der Minderung der Emissionen spielen soll, aber andererseits Wasserstoff im grossen Massstab noch kaum erprobt ist.
@Martin Holzherr:
Ja, da bin ich komplett bei Ihnen. Genauso spannend wie das 2030 Ziel sind die längerfristigen Ziele hin zu Netto Null (also genauso viel Entnahme von Treibhausgasen wie Ausstoß) und darüber hinaus zu Netto Negativ um in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wieder Treibhausgase aus der Atmosphäre zu entfernen. Um diese Ziele zu erreichen wird es noch einige zusätzliche Maßnahmen, zB zur Technologieförderung, in den kommenden Jahrzehnten brauchen.
@Holzherr 20.11. 21:10
„..teuer, weil die dazu nötigen, teuren Elektrolyseure praktisch rund um die Uhr laufen müssen um amortisiert werden zu können. Nur mit Überschussstrom H2 zu erzeugen wäre sehr teuer…“
Ich schätze mal, dass wir in D gegen Ende des Ausbaus von WKA und PV 6 bis 9 Monate im Jahr Überschusssituation haben werden. Die kurzfristigen Netzschwankungen würden wohl eher von den Fahrzeugbatterien ausgeglichen werden, da können die Elektrolyseure eher Tage- Wochenlang durchlaufen. Zumal eben der Überschussstrom, der anders nicht nutzbar ist, dann eben quasi kostenlos ist, zumindest im Vergleich dazu, als wenn man stattdessen in Marokko dieselbe Strommenge dort produziert, die man hier sonst nur abregeln kann.
Sicher wird man rund ums Mittelmeer reichlich PV installieren, und diese Energie über Stromleitungen und Wasserstoffpipelines in ganz Europa verteilen. Die Ertragssituation ist dort 1,5 bis 2,5 mal so hoch, bei den selben Anlagenkosten. Was direkt hier produziert werden könnte, das kann man aber doch mitnehmen. Und das muss man nicht so weit transportieren, und das wäre auch ein wenig Unabhängigkeit.
Aus Wikipedia Stichwort Elektrolyseur:
„Mehrere Anlagenhersteller (z. B. H-Tec, Electrolyser Corp., Brown Boveri, Lurgi, De Nora, Epoch Energy Technology Corp.) bieten große Elektrolysegeräte mit einem Wirkungsgrad von über 80 % an. „
Ob diese Anlagen jetzt wirklich noch so teuer sind, wenn sie in entsprechenden Mengen nachgefragt werden, konnte ich nicht auf die Schnelle herausfinden.
@Tobias Jeckenburger betreffend Wasserstoff
Hier empfehle ich das Interview mit Professor Dr. Maximilian Fichtner – Wasserstoff in der Elektromobilität.
In diesem Interview sagt er an der Stelle 14:55 folgendes:
„Im Moment finden sich wenige Windparkbetreiber, die ihren Überschussstrom mit einem Elektrolyseur zur Wasserstoffherstellung benutzen. Das liegt ein bisschen daran, dass die Elektrolyseure durch die Fluktuation der Stromerzeugung in einem Windpark einen ziemlich schlechten Wirkungsgrad haben. Ein Betreiber sagte ihm, wenn der Wirkungsgrad bei 50% läge, wäre er schon happy. Das heisst: der Nennwirkungsgrad eines Elektrolyseurs ist 80%, der unter Realbedingungen (schwankende Stromerzeugung) erreichte Wirkungsgrad aber liegt unter 50%.
Nun ja, wenn sehr viel Überschussstrom erzeugt wird, könnte das ja anders, nämlich besser, sein.
Zum Thema Wasserstoff insbesondere für Mobilität und Heizung gibt es hier
https://ethz.ch/content/main/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news
/2021/11/wasserstoff-fuer-transport-und-waerme-ist-der-falsche-weg.html
einen Beitrag von Prof. Anthony Patt der sich gegen diese Idee ausspricht.
Schnelle Dekarbonisierung und Ressourcenverknappung
Prognose: Die Welt kann gar nicht so schnell von Kohle, Öl und Erdgas wegkommen wie sie in der letzten Weltklimakonferenz versprochen hat, weil die grüne Ersatztechnologie so resourcenhungrig ist, dass unweigerlich Verknappungen essentieller Mineralien eintreten werden – und das bereits um 2025 herum. Es wird akute Verknappungen von Kupfer, Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Seltenen Erden geben.
Eine Kurzübersicht gibt die Internationale Energieagentur [IEA] in The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions.
Hinweis: Die Ursache für die zu erwartenden Verknappungen sind nicht eine Erschöpfung der Reserven sondern die lange Vorlaufzeit, die nötig ist um die Förderung eines neuen Vorkommens in die Gänge zu bringen.
Hier was für die einzelnen Mineralien/Metalle zu erwarten ist.
Kupfer : Windkraftwerke und PV benötigen 4 bis 6 Mal so viel und elektrische Fahrzeuge 3-4 Mal so viel Kupfer wie ihre konventionellen Äquivalente (Kohle-,Gas-, Atomkraftwerke und Verbrenner).
Die erwartete Versorgungslücke für Kupfer ist 8.2 Millionen Tonnen pro Jahr um 2030 herum. Gemäss IEA wird sich der jährliche Förderbedarf an Kupfer bis 2040 verdoppeln.
Lithium: Bis 2030 wird sich der Lithiumverbrauch verdreifachen und ab 2027 ist mit einer ernsthaften Verknappung zu rechnen.Zwischen Januar und November 2021 hat sich der Preis von Lithiumkarbonat bereits vervierfacht.
Nickel: Gemäss Rystad Energy wird Nickel bereits 2024 knapp werden
Konsequenzen der zu erwartenden Ressourcenverknappung:
Das Vorhandensein oder Fehlen von Ressourcen und damit der Preis von Ressourcen wird darüber entscheiden, welche Batterietypen und welche der Ersatztechnologien (Solar, Wind, Geothermie, Nuklear) im Jahr 2030, 2040 und 2050 zum Einsatz kommen.
Alternativ oder zusätzlich könnte sich der Übergang zu CO2 freien Technologien aufgrund von zu teuren Rohstoffen verlangsamen.
@Martin Holzherr
Zum Ressourcenproblem und zur IEA-Studie hat der SPIEGEL unter dem Titel “Raubbau für die Rettung des Planeten” ausführlich berichtet.
Die BBC hatte das Thema schon vor einigen Monaten im Focus:
Move to net zero ‘inevitably means more mining’
https://www.bbc.com/news/science-environment-57234610
Wie man aus diesen Berichten direkt und indirekt herauslesen kann hat noch keiner die Energiewende mit Blick auf die Rohstoffe durchgerechnet, und nun zeigt sich die ungeahnte (sic!) Ausmaße das nun annimmt, schon allein, wenn man es wie die BBC erstmal nur auf ein einziges Land, in diesem Fall Großbritannien, bezieht.
Die Umweltzerstörung in den vielen von der Rohstoffförderung betroffenen Entwicklungsländern und die teilweise damit einhergehenden Gesundheitsgefahren für die dortige Bevölkerung lassen die “Sache” in keinem guten Licht erscheinen.
Windkraft, Photovoltaik, Speicher, kontinentale Netze, Nachfrageflexibilität brauchen etwa eine Größenordnung mehr Material als Kernenergie, die dezentral, wetterunabhängig und nahe der Nachfragezentren gebaut werden kann.
Momentan wird die Infrastruktur für die „erneuerbare“ Energieinfrastruktur noch hauptsächlich mit billiger fossiler Energie hergestellt.
Sehr zweifelhaft ob der extrem materialintensive Weg mit fast ausschließlich Sonne und Wind (ohne Kernenergie) noch so billig ist wenn die Infrastruktur bald mittels Sonnen- und Windenergie hergestellt werden muss.
Es spricht viel dafür, dass die meisten Länder auf einen ausgewogenen Mix aus Sonnen-, Wind- und Kernenergie setzen werden.
@Dietmar Gleich:
Wirklich wetterunabhängig ist die Kernenergie nicht wegen der technischen Vorgaben zur Temperatur des Kühlwassers. Die Französischen Anlagen können aktuell im Sommer schon teilweise nur eingeschränkt betrieben werden, weil die Flüsse zu warm werden.
Auch zum Bau in der Nähe von Nachfragezentren bin ich weniger optimistisch als Sie. Zur Verringerung des Restrisikos bietet sich nämlich der Neubau an einem Fluss mitten im Nirgendwo deutlich mehr an, als zB in der unmittelbaren Umgebung von Berlin.
@Holzherr 23.11. 23:56
„Nun ja, wenn sehr viel Überschussstrom erzeugt wird, könnte das ja anders, nämlich besser, sein.“
Die Erzeugung von Wasserstoff sollte also besser eher gleichmäßiger stattfinden, dass taugt weniger zur Verarbeitung von kurzfristigen Überschussspitzen.
Wasserstoff bzw. seine Folgeprodukte sind ja auch am ehesten als Langzeitspeicher tauglich. Kurzfristige Angebots- und Nachfrageschwankungen kann man gut im lokalen, regionalem und europaweiten Verteilernetz auffangen. Auch Autobatterien können lokal gut verteilt kurzfristigere Schwankungen auffangen, insbesondere Überschüsse. Die Autobatterien können ja ziemlich flexibel aufgeladen werden, man hat meistens einige Tage Zeit, bis dass der geladene Strom auch gebraucht wird. Wenn eine Ladeautomatik weiß, bis wann wieviel Kapazität gebraucht wird, kann sie den Akku so aufladen, das bevorzugt bei kurzfristigen Überschusssituationen geladen wird.
Sogar eine kurzfristige Wiedereinspeisung ins Netz könnten die Fahrzeugbatterien leisten. Auch kann man ältere dieser Batterien, die für den Fahrzeugeinsatz nicht mehr genug Kapazität haben, einfach noch viele Jahre stationär betreiben und damit das Stromnetz zusätzlich stabilisieren.
Was noch praktisch wäre, wären Redox-Flow-Batterien o.ä. für den mittelfristigen Einsatz, also dass sie 10 bis 20 mal im Jahr aufgeladen und wieder entladen werden. Wenn das nicht möglich ist, müssen Wasserstoff von der längerfristigen Seite und Lithiumbatterien von der kurzfristigen Seite her diese mittelfristigen Aufgaben mit übernehmen.
Wir sind aber wohl noch einige Jahre davon entfernt, bis wir hier diese Überschüsse haben. Solange reichlich Fossiles im Mix ist, können die alten Kraftwerke jegliches Backup mit übernehmen.
@Tobias Jeckenburger betreffend Rolle des Staates bei der Energiewende
Deutsche Minister wollen Deutschland zur Nummer Eins machen in Bezug auf Wasserstoff (z.B. Peter Altmeier) . Doch können sie das überhaupt? Sind es nicht vielmehr Firmen und Unternehmer, die neue Energielösungen bereitstellen.
Den heutigen Elektroautoboom gäbe es nicht ohne Tesla und die chinesischen Autohersteller BYD, Nio und andere werden Elektroautos so billig machen, dass niemand mehr Verbrenner kauft. Es wären jetzt gar keine staatlichen Vergünstigungen beim Kauf von Elektroautos mehr nötig und wenn Deutschland und die USA den EV-Kauf jetzt erst vergünstigen, dann ist das nichts anderes als Verschwendung von Steuergeld, denn jetzt ist die Entscheidung bereits gefallen und der Staat als Förderer kommt zu spät.
Der Staat ist bei wirtschaftlichen Transformationen bis jetzt immer eher ein Bremser als ein Beschleuniger gewesen. In Deutschland etwa wurde die niedergehende Kohleindustrie, die Förderung von Kohle also, subventioniert anstatt dass der Ausstieg aus der Kohle beschleunigt wurde.
Die nächste Firma, die den Energiemarkt auf den Kopf stellen könnte ist Form Energy. Wenn ihre Eisen-Luft Batterie hält was sie verspricht (Stromspeicherung für 20 Dollar pro Kilowattstunde) könnte sie Wasserstoff völlig in den Hintergrund drängen.
Elon Musk äusserte kürzlich, er habe der Biden Administration eine CO2-Steuer vorgeschlagen, dies sei jedoch als politisch nicht erfolgversprechend abgelehnt worden. Doch wenn man vor allem marktwirtschaftliche Lösungen begünstigen will, dann wäre dies das richtige Instrument: Alles was mit Kohle, Erdöl und Erdgas zu tun hat verteuern, so dass Produkte, die ohne Kohle, Erdöl und Erdgas auskommen im Vorteil sind.
Mein Eindruck:Wenn Politiker einen Wirtschaftsumbau versprechen, dann müssen sie letztlich auf die Wirtschaft vertrauen um ihr Programm umzusetzen zu können. Besser als Subventionen einzelner Technologien scheint mir in dieser Situation, wenn Politiker einen generellen Wettbewerbsvorteil schaffen für alle Neuerer und dieser Wettbewerbsvorteil kann darin liegen, dass der Einsatz der alten Technologie bestraft wird.
@Holzherr 26.11. 11:23
„Besser als Subventionen einzelner Technologien scheint mir in dieser Situation, wenn Politiker einen generellen Wettbewerbsvorteil schaffen…“
Hier bin ich ganz bei Ihnen. Ein paar Sachen hängen aber auch an der richtigen Regulierung. So hatten früher jede Menge elektronische Geräte bis zu 15 w Standbyverbrauch, bis der Gesetzgeber hier eingeschritten ist. Mit Erfolg, inzwischen hat alles unter 1 w Standby.
Ein anderes Beispiel ist der bundesdeutsche Wildwuchs von Ladestationen für Elektroautos. Es macht keinen Sinn, wenn die noch nicht mal kompatibel sind. Wir brauchen erstens ein einheitliches System, das jedes Fahrzeug jede Ladestation nutzen kann, und wir können auch keinen Monopolisten gebrauchen, der die Macht hat, Fantasiepreise für den Ladestrom zu verlangen.
Auch macht es Sinn, in allen Haushalten flächendeckend Stromzähler einzubauen, die den aktuellen Strompreis im Netz an die Verbraucher weitergeben können. Spätestens, wenn zukünftig viel Überschussstrom im Netz ist, den man gut für eine Wärmepumpenheizung nutzen kann, braucht man solche Stromzähler. Wenn akuter Strommangel herrscht, müssen dann die Wärmepumpen ausgeschaltet werden, und auf eine alternative Gas- oder Holzheizung umgeschaltet werden. Ansonsten droht bei Dunkelflaute und großer Kälte der Komplettblackout.
Wenn die Netze gut organisiert sind, und die CO2-Steuern hoch genug sind, dann kommt hier in der Tat Bewegung in die Sache, die von innovativen Privatfirmen getragen wird.
Gerade habe ich ein ziemlich neues Tool im Internet gefunden, das genau passend zu diesem Beitrag ist: die Funktion “Zukunft” im Agorameter, die ich hier mit der Einstellung 3.12. bis 6.12.21 und Szenarion 2030 mit 68% “Erneuerbare” verlinke:
https://www.agora-energiewende.de/service/agorameter/chart/future_power_generation/03.12.2021/06.12.2021/future/2030/
Hier wird auf die aktuelle und zurückliegende EE-Produktion der Ausbau mit 68% EE im Jahr 2030 bis 86% im Jahr 2040 hochgerechnet.
Wenn man die Monate Dezember 2020 bis November 2021 einzeln anschaut und dabei jedes Mal die beiden Szenarien für die Jahre 2030 und 2040 simuliert, fällt auf, dass auch im Jahr 2040 auf den heutigen Stromverbrauch bezogen die EE immer nur zu kurzen Zeiten der Spitzenproduktion die volle benötigte Leistung liefern könnten, sowohl an Sommertagen mit viel Sonne als auch an Wintertagen mit viel Wind und dass die Dunkelflauten sich zwar etwas weniger bemerkbar machen, aber sie bleiben als Problem.
Nicht simuliert wird in diesem Tool jedoch der gegenüber heute deutlich erhöhte Stromverbrauch durch das Laden der E-Autos und die viel höhere Anzahl von Wärmepumpen sowie den insgesamt geplanten Umbau der Energieversorgung auf reine Stromversorgung.
Das Handelsblatt berichtet gerade aktuell unter dem Titel
“Stromlücke droht: Warum die Ziele aus dem Koalitionsvertrag kaum zu meistern sind”
über die Problematik der Energiewende und der Ziele laut Koalitionsvertrag.
Im Internet steht der Artikel hinter einer Bezahlschranke, aber auf meinem Smartphone kann ich ihn vollständig lesen.