Effizienz ist nicht Wirkungsgrad

Erneuerbare Energien sind das effizienteste Energiesystem.

Die Effizienz eines Energiesystems ist nirgends höher, als bei der Verwendung erneuerbar erzeugten Stromes, denn Kühlturm-, Schornstein- und Auspuffverluste – und damit die Hälfte des Energieverbrauches – entfallen. Die Effizienz eines auf Wasserstoff beruhenden Energiesystems beträgt 80% – das Dreifache eines Energiesystems, welches fossile Rohstoffe verbrennt.

Klockow

Der Energieverbrauch Deutschlands (Primärenergieverbrauch) lag 2017 bei 3,5 PWh pro Jahr. Ein erneuerbares Energiesystem benötigt dagegen nur 1,2 PWh – also nur ein Drittel Energieverbrauches des Verbrennungszeitalters.

Dieser riesige Effizienzgewinn entsteht durch den Übergang zu erneuerbarem Strom zum größten Teil von selbst – denn die Hälfte unseres heutigen Energiehungers entfällt auf Verluste durch Verbrennungskraftmaschinen und Kesseln und entweicht aus Kühltürmen, Schornsteinen und Auspuffen. Hier die Einzelheiten dazu: Effizienz durch Erneuerbar. Insgesamt entfallen im Zuge der Energiewende 1,7 PWh Primärenergieverbrauch von selbst. Durch sonstige Effzienzsteigerungen lassen sich noch ca. 0,7 PWh einsparen.

Vom ursprünglichen Energieverbrauch  blieben dann nur noch 1,2 PWh übrig.

Diese Energiemenge lässt sich tatsächlich erneuerbar erzeugen – aus Windkraft- und Solarstromanlagen. Dafür sind je ca. 4% der Landesfläche für Energieanlagen nötig. Während Windkraftanlagen auf Äckern und in Wäldern errichtet werden können, stehen für Solaranlagen Dächer zur Verfügung. Da über die Hälfte der Landesfläche landwirtschaftlich genutzt wird und 8% der Landesfläche Bauflächen sind, reicht schon ein Bruchteil dieser kulturell genutzten Flächen aus.

Wie das schwankende Angebot erneuerbarer Energien mit dem Energiebedarf in Übereinstimmung gebracht werden wird, ist unter Sektorkopplung nachzulesen: Durch das Speichern der Fluktuationen in Energiespeicher und die Nutzung dieser Energien für Wärme, Mobilität und Industrie gelingt es, die Energieversorgung jederzeit stabil sicherzustellen.

Auch die Effizienz von erneuerbaren Energiesystemen steigt mit Speichern

An dieser Stelle ist eines sehr wichtig zu verstehen. Viele Irrtümer der Energiewirtschaft beginnen nämlich so: „Da eine direkte Elektrifizierung über Strom deutlich effizienter ist als der Einsaz von Wasserstoff…“.  Was auf den ersten Blick selbsterklärend erscheint, ist aber tatsächlich in vielen Fällen falsch. Die direkte zeitgleiche Nutzung von Wind- und Solarstrom hat natürlich fast keine Verluste und einen sehr hohen Wirkungsgrad. Daraus folgt aber nicht, dass die direkte Stromnutzung in allen Fällen die effizienteste Lösung wäre. Die Effizienz eine Systems hängt nämlich nicht nur von ihren Wirkungsgradketten ab, sondern auch sehr stark davon, auf welche Weise Erzeugung und Verbrauch in Übereinstimmung gebracht werden. Erst die Betrachtung der gesamten Energie- und Kostenbilanz ermöglicht die effizienteste Lösung.

Hier muss man auf das Produktionsverhalten von Windkraft- und Solaranlagen schauen:

– Die Windenergie steigt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit (doppelte Windgeschwindigkeit = achtfache Energiemenge). Windkraftanlagen erzeugen zwar 95% des Jahre lang Strom, haben aber nur 40% der Zeit mehr als  ihre halbe Leistung und nur ca. 5% ihre volle Leistung.

– bei Solarenergie sind die Unterschiede noch extremer – sie erzeugen nur unter 50% der Zeit überhaupt Strom, haben aber je nach Ausrichtung in  10-20% der Jahreszeit mehr als 50% ihrer vollen Leistung .

Dieses Verhalten bedingt, dass bei hinreichendem Ausbau erneuerbarer Stromerzeugung immer mehr Stunden im Jahr anfallen, in denen die Stromerzeugung höher ist, als die Stromnachfrage. Während anfangs nur wenige Prozent der Erzeugung abgeregelt werden, wächst die Menge dieses zusätzlichen Stromes mit dem Ausbau immer weiter bis auf fast 50%. Und genau das ist die Energiemenge, welche dann größtenteils in Wasserstoff gespeichert werden kann, um überall dort zur Verfügung zu stehen, wo dies wirtschaftlicher ist, als eine direkte Stromanbindung: Herstellung von Stahl, Zement und Chemieprodukten, Verkehr auf Straßen und Schienen oder in der Luft bis hin zur Überbrückung von Engpässen bei der Stromerzeugung.

Würde man also überwiegend auf die direkte Stromnutzung abzielen, wäre dies mit massiven Abregelungen der Erzeugung und einem viel höheren Zubau an Wind- und Solaranlagen verbunden, als eigentlich nötig wären – und das wäre gewiß nicht effizient.

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