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Bericht von Dr.-Ing. F. W. Peppler vom 26.08.2007 zum Thema
Systeme zur Erzeugung elektrischer Energie aus erneuerbaren
Energiequellen im Vergleich zu konventionellen Systemen

Ist ein wirtschaftlich tragbarer und ökologisch sinnvoller, wachsender Anteil von Energiesystemen, die die fossilen Ressourcen entscheidend schonen und weniger Emissionen an die Atmosphäre abgeben, zu verwirklichen?

Die wichtigsten Energiesysteme, die im Betrieb keinen kontinuierlichen Einsatz von fossilen Brennstoffen erfordern, sind solche, die auf Sonne, Wind, Wasser und Kernkraft aufbauen. Biomasse spielt bei der Erzeugung elektrischer Energie in der BRD z.Zt. noch eine untergeordnete Rolle. Außerdem liegen noch wenig verwertbare Erfahrungen vor. Zum Vergleich werden auch Braunkohle und Erdgas betrachtet. Die Ergebnisse gehen auf die Studien [1, 2] und eigenen Überlegungen zurück.

Vergleich verschiedener Energiesysteme zur Erzeugung von 7,5 Mrd. kWh pro Jahr

1 Erforderliche zu installierende Nennleistungen für die verschiedenen Energiesysteme, um 7,5 Mrd.
 kWh pro Jahr an elektrischer Energie zu erzeugen wie ein Kernkraftwerk von 1000 MWe Leistung.

2 Um vergleichen zu können, wird die Jahreserzeugung bezogen auf die Nennleistung der Anlagen in
 Volllaststunden (VLS) angegeben. Für die VLS an Windkraft wurde der für alle Anlagen in
 Deutschland erhaltene Mittelwert [6] eingesetzt.

3 Zwischen Süddeutschland und der Küste liegt ein sehr unterschiedlich hohes Windangebot vor.
 So liegt der Mittelwert (2006) für Baden Württemberg bei 904 VLS, für Schleswig-Holstein bei
 1673 VLS.

4 Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von 2 MWe sind zugrunde gelegt. Diese Anlagen sind
 bis zu 170 m hoch.

Zum Vergleich ist in der Tabelle die jährliche Erzeugung an elektrischer Energie eines 1000 MWe- Kernkraftwerks zugrunde gelegt und alle anderen Anlagen für die gleiche Energiemenge ausgelegt. Der Bezugswert entspricht damit 7,5 Mrd. kWh pro Jahr [3].

Da die Photovoltaik naturbedingt (Zeile 3 der Tabelle) gegenüber dem KKW um etwa den Faktor 9 niedrigere Vollaststunden aufweist, muss deshalb die installierte Nennleistung (Zeile 1) ca. 9mal größer sein. Ähnliches gilt auch für Wind- und einen Teil der Wasserkraft. Die Angaben der Vollaststunden in der Tabelle gehen von dem in der Praxis erzielten Ertrag aus.

In Zeile der Tabelle ist für Photovoltaikanlagen die erforderliche Gesamtfläche mit 57 km² angegeben. Diese Fläche ist ca. 40mal so groß, wie die des 100 000-Dächerprogramms der Bundesregierung [4]. Die Verwirklichung der Photovoltaik kann daher keinen nennenswerten Beitrag zur Elektrizitätsversorgung der BRD leisten. Aus einem Vortrag [5], gehalten von einem Mitarbeiter der Shell AG aus dem Photovoltaikbereich, ging hervor, dass die Industrie von der Photovoltaik auch keinen nennenswerten Beitrag zur Energieversorgung der BRD erwartet. Die Hauptanwendung wird für Länder in heißen Klimazonen gesehen, die keine flächendeckenden Elektrizitätsversorgungen aufweisen.

Die Windkraftanlagen erzielen je nach Standort (Süddeutschland oder Küste), verglichen mit der Photovoltaik, bis zu 3mal höhere Vollaststunden. Es gibt jedoch wesentliche Einschränkungen, da die möglichen Standorte mit guten Windbedingungen für die erforderlichen vielen Anlagen (s. Mittelwert der BRD mit 2500 Anlagen, Zeile 2 der Tabelle) begrenzt und heute schon weitgehend belegt sind. Als Beispiel für die großen Unterschiede zwischen den Bundesländern werden die aktuellen im Jahr 2006 erreichten Volllaststunden von Baden-Württemberg (904 VLS) und Schleswig-Holstein (1673 VLS) verglichen. Für dieses Beispiel und der zugrunde gelegten Energiemenge von 7,5 Mrd. kWh werden je nach Standort 4148 bzw. 2242 Anlagen benötigt. Die höchsten aktuellen VLS Einzelwerte für die beiden Länder wurden für Baden-Württemberg mit ca.1900 VLS in Mittelgebirgslage und für Schleswig-Holstein mit ca.2500 VLS erreicht. Die Anlagen vor den Küsten sind noch im Entwicklungsstadium. Es werden noch höhere Kosten für die Erzeugung elektrischer Energie (Strom) erwartet als an Land.

In der Zeile 4 ist die heute angenommene Lebensdauer der verschiedenen Anlagen aufgelistet. Photovoltaik- und Windkraftanlagen, die stark der Witterung ausgesetzt sind, weisen die geringste Lebensdauer auf, Kern- und Wasserkraftwerke die höchsten. Wirkliche Betriebserfahrungen über Jahrzehnte gibt es für die Photovoltaik und Windkraftanlagen nicht.

Eine Versorgungssicherheit ist mit Sonnen- und Windenergie nicht zu gewährleisten. Denn es gilt: Wenn keine Sonne oder kein Wind, dann auch keine elektrische Energie (Strom)!

• So wurde z. B. 1999 zum Zeitpunkt des größten Verbrauchs an elektrischer Energie in der BRD von den Windkraftanlagen keine Energie abgegeben. Das bedeutet: Es muß Kraftwerksleistung vorgehalten werden, was sowohl eine finanziell aufwendige Doppelinvestition als auch einen aufwendigen Bereitschaftsbetrieb mit zusätzlichem Brennstoffverbrauch erfordert. Dies führt zu einer zusätzlichen CO2-Freisetzung in die Atmosphäre.
• Infolge der hohen installierten Nennleistung für die WKAs (siehe Zeile 1 der Tabelle) muß das Netz über den Zeitraum optimaler Windbedingungen die 2,5 bis 7,8fache Energiemenge als für das betrachtete Kernkraftwerk bei Vollast abnehmen. Gleichzeitig muß eine entsprechende Anzahl von Großkraftwerken in der Leistung stark reduziert oder außer Betrieb genommen werden.
• Diese Situation ist für das Netz nur zu bewältigen, wenn es für den entsprechenden Transport der regional anfallenden großen Energiemenge ausgelegt wurde. Dieser Netzausbau erfordert z.B. den Neubau großer Überlandleitungen von Norddeutschland zu den Verbraucherzentren im Süden. Dieser Ausbau und die Regelung ist mit zusätzlichen hohen Kosten verbunden.
• Eine noch schwierigere Situation ergibt sich, wenn sich der Wind zum Orkan steigert und ziemlich plötzlich viele WKAs aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Zum Ausgleich müssen dann viele Kraftwerke sehr rasch viel mehr Energie ins Netz einspeisen, was nur bestimmte Kraftwerkstypen leisten können. Diese gibt es heute nur in geringer Zahl.
• Mit zunehmendem Anteil an Sonnen- und Windkraft wird nach einhelliger Meinung der Netzbetreiber die Versorgungssicherheit gefährdet. Ein Beispiel ist der am 4.11.2006 ab 22:10 in großen Teilen unseres Landes aufgetretene Stromausfall, der auf plötzlich ansteigende Windstromeinspeisung und darauf folgende Netzüberlastung zurück zu führen ist (siehe www.windstrom-kosten.de). An vielen Standorten laufen die Windkraftanlagen außerdem dem Schutz der Natur und dem des Lebensumfelds der Menschen einschneidend zuwider.

Diese großen Nachteile einer nicht bedarfsgerechten Energieerzeugung, die von der Nutzung der unsteten Windenergie ausgehen, weisen die Kern-, Braunkohle-, Steinkohle-, Biomasse- und Erdgaskraftwerke nicht auf. Sie werden nach dem Bedarf der Verbraucher geregelt.

Literatur:
[1] Nachhaltigkeit – ein Leitbild macht Karriere/ Alfred Voß, Stuttgart/ atw 44. Jg. (1999) Heft 3 – März/ S. 165-171
[2] Ganzheitliche Bilanzierung der Energie- und Stoffströme von Energieversorgungstechniken, T. Marheineke, W. Krewitt, J. Neubarth, R. Friedrich, A. Voß, IER, Bd.74, Uni Stuttgart, August 2000
[3] Energiewirtschaftliche Gesamtsituation, DI Eberhard Thöne, Dr. Ulrich Fahl, IER Uni Stuttgart /BWK4/2004, S. 36
[4] Deutscher Bundestag, Drucksache 15/860
[5] Entwicklung der Weltbevölkerung und des Energiebedarfs - Energievorräte und Einsatz regenerativer Energien/ Frietjof Kublik, Deutsche Shell AG/ Vortrag an der ev. Akad. Bad-Herrenalb,
30 Jan. 1999
[6]  Rentabilität von Windenergie-Anlagen, Dr. Lutz Niemann, www.iavg.org/iavg178htm

Der vorstehende Text ist Teil einer 24-seitigen Ausarbeitung ”Mensch und Energie“ von Herrn Dr. F. W. Peppler. Die gedruckte Broschüre kann gegen Selbstkostenpreis beim Verfasser unter der E-Mail will.peppler@t-online.de bestellt werden.

Links für weitere Information:
www.energie-fakten.de
www.ier.uni-stuttgart.de
www.windstrom-kosten.de