Wie?

Wie funktioniert die Energiewende?

Ja, es ist möglich unseren gesamten Energiebedarf kostengünstig erneuerbar zu erzeugen und ihn gleichzeitig um 70% zu reduzieren. Der Weg dahin wird als Energiewende bezeichnet. Die Energiekosten werden damit sinken und ländliche Räume werden attraktiver, weil Windkraft und Solarstrom viel gut bezahlte Arbeit bedeuten.

Diese Seite widmet sich allen Fragen über erneuerbare Energie und beantwortet diese auf Grundlage des Standes der Wissenschaft.

Die physikalischen und technischen Voraussetzungen dafür sind bekannt und vorhanden. Ein erneuerbares Energiesystem wird aus Windkraft und Photovoltaik bestehen, ergänzt durch Wasserstoff- und Wärmespeicher und stabilisiert durch Akkumulatoren. Der Wasserstoff wird in den Brennstoffzellen von Fahrzeugen genutzt, in stationären Brennstoffzellen zur Kraft-Wärme-Kopplung und für industrielle Prozesse (Stahlherstellung, Chemie…). Verbrennungskraftmaschinen wie Diesel- oder Ottomotore sowie Turbinen werden dabei aufgrund ihres schlechten Wirkungsgrades keine Verwendung mehr finden.

Zehn grundlegenden Aussagen dazu lauten:

1. Ablauf: Die Energiewende besteht aus 3 Phasen. Anfangs kann jede Kilowattstunde Wind- oder Solarstrom einfach in die vorhandenen Netze  eingespeist werden und verdrängt fossile Erzeugung. In der 2. Phase durchdringt erneuerbarer Strom über speicherbare Energieträger alle Energiesektoren. Die bis Ende der 1. Phase zunehmenden Fluktuationen im Stromnetz nehmen wieder ab, weil Speicher das schwankende Angebot aufnehmen. Dann in der 3. Phase übernehmen dann erneuerbare Energien auch die Engpasslieferung von Strom mittels Rückverstromung von dann reichlich vorhandenem Wasserstoff und ersetzen damit die letzten fossil befeuerten Kraftwerke.

2. Energiequellen: Windenergie und Solarstrom werden zu Energiequellen für die gesamte Energieversorgung. Flächen gibt es ausreichend. Der Flächenbedarf von Windkraft oder Photovoltaik ist nicht grösser als als der Flächenverbrauch für die Braunkohlenverstromung. Eine Versorgung aus Energiepflanzen ist dagegen unmöglich.

3. Technik: Windkraftanlagen, Solarstromanlagen, die speicherbaren Energieträger Wasserstoff und Warmwasser,  elektrische Antriebe sowie Brennstoffzellen sind die technische Grundlage der Energiewende. Für den Transport der Energie stehen ausreichend Netze bereit: einerseits für sofort zu verbrauchende Energie das Stromnetz und andererseits für speicherbare Energieträger das Gasnetz, das Schienennetz und zuletzt auch das Straßennetz.

4. Kosten: Die Energiekosten, welche in Deutschland ca. 150-200 Mrd. Euro jährlich betragen (mit Ausnahme von 2022, wo sie sich verdoppelten), was einem mittleren Energiepreis von 5 ct/kWh entspricht, werden nicht steigen. Die Gewinnung erneuerbaren Stromes ist längst günstiger als der Neubau konventioneller Kraftwerke. Und erneuerbare Energie bringt erhebliche systembedingte Energieeinsparungen mit sich: zwei Drittel des heutigen Energiebedarfes entfallen im Zuge der Energiewende durch Wegfall von Kühlturmverlusten, Auspuffverlusten, durch den Ersatz von Kesseln durch Wärmepumpen sowie durch Dämmung und sonstige Effizienzgewinne. Damit bestehen durchaus Chancen, die Energiekosten durch erneuerbare Energien zu senken.

5. Speicher: Energiespeicher sind erforderlich, aber sie sind keine Stromspeicher. Die Speicherung von Energie wird sich von den heutigen Speichern (Pumpspeicher, Nachtspeicherheizungen, Gasspeicher, Tanklager, Kohlegruben) hin zur Speicherung erneuerbar gewonnener Energieträger entwickeln (Wasserstoffdrucktanks, Gassystem, Wärme- und Kältespeicher sowie chemische Speicher wie Akkumulatoren für Kurzzeitspeicherung). Die einzelnen Sektoren der Energiewirtschaft wachsen dabei zusammen.

6. Systemstabilität: Die Erzeugung von Wasserstoff und Warmwasser als speicherbare Energieträger stabilisiert das Energiesystem und glättet die natürlichen Fluktuationen der Stromerzeugung aus Wind und Sonne. Die Systemstabilität wird also durch das Wegspeichern der Fluktuation in Warmwasser- und Wasserstoffspeicher erreicht. Akkumulatoren im Stromsystem sind ebenfalls erforderlich, jedoch dienen sie nicht der Energiespeicherung, sondern der kurzfristigen Systemstabilität (Frequenzhaltung).

7. Netze: Für die Energieübertragung ist das vorhandene Strom- und Gasnetz unter Berücksichtigung bereits beschlossener Ausbaumaßnahmen weitgehend ausreichend. Dabei muss das Gasnetz allmählich auf Wasserstoff umgestellt werden.

8. Brennstoffzellen: Kostengünstig und massenhaft verfügbare Brennstoffzellen sind der letzte fehlende Baustein für die Energiewende. Ihr hoher Wirkungsgrad ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen und verringert damit den erforderlichen Ausbau erneuerbarer Energien deutlich.

9. Sektorkopplung: In der zweiten, Phase der Energiewende, welche mit dem Start der Wasserstoffwirtschaft begann, durchdringt Strom aus Windkraft und Solaranlagen alle Energiebereiche (Sektoren): Heizen, Mobilität und Industrie. Dies wird als Sektorkopplung bezeichnet. Am einfachsten und schnellsten sind folgende Lösungen umzusetzen:

– die Erzeugung von Wärme (Power-to-Heat) direkt an Windkraftanlagen,
– die Erzeugung von Wärme (Power-to-Heat) in grossen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK),
– die Herstellung von Wasserstoff für Mobilität, insbesondere für Pkw, Lkw und Wasserstoffzüge auf nicht elektrifizierten Strecken,
– die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom für Bahnen und Elektrofahrzeuge und
– der Einsatz von Wärmepumpen in Verbindung mit Wärmespeichern und Brennstoffzellen

10. Rückverstromung: Die Rückverstromung von erneuerbar gewonnenem Wasserstoff hat heute noch keinen Sinn, denn der Wasserstoff spart in anderen Anwendungen, insbesondere Stahl und Mobilität, zunächst mehr CO2 ein als bei einer Rückverstromung. Ausserdem sind die Stromlücken, die aus fossilen Quellen zu decken sind, mit ca. 50% des Strommarktes noch viel zu groß. Das ändert sich erst in der dritten Phase der Energiewende: dann wird das erneuerbare Stromangebot mit zunehmender Versorgung von Mobilität, Heizungen und Industrieprozessen immer breiter und die Lücken, in denen nicht genügend erneuerbarer Strom zur Verfügung steht, werden immer kleiner, bis am Ende nur noch ca. 5% übrig bleiben. Diese sind dann leicht mit Strom aus Wasserstoff zu füllen.

Übrigens: allein die heutige Biogasproduktion, zwischengespeichert im Erdgasnetz, wäre bereits ausreichend, um die verbleibenden Lücken für den Strombedarf (nicht aber für Mobilität und Wärme) zu füllen. Wahrscheinlicher aber ist, dass die Engpassbewirtschaftung aus Wasserstoff-Brennstoffzellen, stationär und durch Rückspeisung aus Fahrzeugen, erfolgen wird.

Die verschiedenen Menüpunkten dieser Seite gehen auf alle wesentlichen Fragen rings um die Energiewende ein und vertiefen diese 10 grundlegenden Aussagen.