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Drei Mythen über erneuerbare Energien und das Stromnetz, entlarvt

25 Juni, 2022
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Skeptiker der erneuerbaren Energien argumentieren, dass Wind und Sonne aufgrund ihrer Schwankungen nicht die Grundlage für ein zuverlässiges Stromnetz bilden können. Der Ausbau der erneuerbaren Energien und neue Methoden der Energieverwaltung und -speicherung können jedoch zu einem zuverlässigen und sauberen Netz führen.

Während Wind- und Solarenergie drastisch billiger geworden sind und ihr Anteil an der Stromerzeugung wächst, verbreiten Skeptiker dieser Technologien verschiedene Mythen über erneuerbare Energien und das Stromnetz. Die Mythen lassen sich wie folgt zusammenfassen: Wenn man sich auf erneuerbare Energiequellen verlässt, wird die Stromversorgung unzuverlässig.

Im vergangenen Sommer behaupteten einige Kommentatoren, dass die Stromausfälle in Kalifornien auf die “Unterbrechung” der erneuerbaren Energiequellen zurückzuführen seien, obwohl die Hauptursachen in einer Kombination aus einer extremen Hitzewelle, die wahrscheinlich durch den Klimawandel verursacht wurde, einer fehlerhaften Planung und dem Fehlen flexibler Erzeugungsquellen und ausreichender Stromspeicher lagen. Während eines brutalen Kälteeinbruchs in Texas im letzten Winter machte Gov. Greg Abbott fälschlicherweise Wind- und Solarenergie für den massiven Netzausfall in diesem Bundesstaat verantwortlich, der weitaus größer war als der in Kalifornien. Tatsächlich übertrafen die erneuerbaren Energien während 90 Prozent des Stromausfalls die Prognosen des Netzbetreibers, während sie in den übrigen Fällen höchstens ein Fünfzehntel der Leistung von Gaskraftwerken erbrachten. Stattdessen führten andere Ursachen – wie unzureichend wetterfest gemachte Kraftwerke und die Abschaltung von Erdgas wegen eingefrorener Anlagen – zu den meisten Stromausfällen in diesem Bundesstaat.

In Europa ist das übliche Ziel Deutschland, zum Teil wegen seiner Energiewende-Politik, die von fossilen Brennstoffen und Kernenergie auf effiziente Nutzung und erneuerbare Energien umstellt. Die neu gewählte deutsche Regierung plant, die Energiewende zu beschleunigen und zu vollenden, aber einige Kritiker haben gewarnt, dass Deutschland “an die Grenzen der erneuerbaren Energien stößt”.

In Wirklichkeit ist es durchaus möglich, ein zuverlässiges Elektrizitätssystem aufrechtzuerhalten, das auf erneuerbaren Energiequellen und einer Kombination anderer Mittel, einschließlich verbesserter Methoden des Energiemanagements und der Energiespeicherung, basiert. Ein besseres Verständnis der zuverlässigen Stromversorgung ist von entscheidender Bedeutung, da die Klimabedrohungen eine rasche Umstellung auf erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie erfordern. Diese Umstellung wurde durch die drastisch gesunkenen Kosten beschleunigt – nach Schätzungen von Bloomberg New Energy Finance sind Solar- und Windenergie die billigste Quelle für 91 Prozent des weltweiten Stroms -, wird aber durch Fehlinformationen und Mythen gebremst.

Mythos Nr. 1: Ein Netz, das zunehmend auf erneuerbare Energie setzt, ist ein unzuverlässiges Netz.

Getreu dem Klischee “Auf Gott vertrauen wir, alle anderen bringen Daten” lohnt es sich, einen Blick auf die Statistiken zur Netzzuverlässigkeit in Ländern mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien zu werfen. Der am häufigsten verwendete Indikator zur Beschreibung der Netzzuverlässigkeit ist die durchschnittliche Dauer der Stromausfälle, die jeder Kunde in einem Jahr erlebt, eine Kennzahl, die unter dem zungenbrecherischen Namen “System Average Interruption Duration Index” (SAIDI) bekannt ist. Gemessen an dieser Kennzahl ist das deutsche Stromnetz, das fast die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Energien liefert, eines der zuverlässigsten in Europa und weltweit. Im Jahr 2020 lag der SAIDI in Deutschland bei nur 0,25 Stunden. Nur Liechtenstein (0,08 Stunden) sowie Finnland und die Schweiz (0,2 Stunden) schnitten in Europa besser ab, wo der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung im Jahr 2020 bei 38 Prozent lag (und damit über dem weltweiten Durchschnitt von 29 Prozent). Länder wie Frankreich (0,35 Stunden) und Schweden (0,61 Stunden) – beide weitaus stärker von der Kernenergie abhängig – schnitten aus verschiedenen Gründen schlechter ab.

In den Vereinigten Staaten, wo erneuerbare Energien und Kernkraft jeweils etwa 20 Prozent des Stroms liefern, war die Ausfallrate fünfmal so hoch wie in Deutschland – 1,28 Stunden im Jahr 2020. Seit 2006 hat sich der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung in Deutschland fast vervierfacht, während sich die Ausfallrate fast halbiert hat. In ähnlicher Weise wurde das texanische Stromnetz stabiler, da sich die Windkraftkapazität zwischen 2007 und 2020 versechsfacht hat. Heute erzeugt Texas mehr Windenergie – etwa ein Fünftel des gesamten Stroms – als jeder andere Bundesstaat der USA.

Mythos Nr. 2: Länder wie Deutschland müssen sich weiterhin auf fossile Brennstoffe verlassen, um das Netz zu stabilisieren und schwankende Wind- und Solarenergie zu unterstützen.

Auch hier sagen die offiziellen Daten etwas anderes. Zwischen 2010 – dem Jahr vor dem Nuklearunfall in Fukushima in Japan – und 2020 ging die Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen in Deutschland um 130,9 Terawattstunden und die Stromerzeugung aus Kernkraft um 76,3 Terawattstunden zurück. Diese Rückgänge wurden durch den Anstieg der Erzeugung aus erneuerbaren Energien (149,5 Terawattstunden) und durch Energieeinsparungen, die den Verbrauch 2019 um 38 Terawattstunden verringerten, mehr als ausgeglichen, bevor die Pandemie auch die Wirtschaftstätigkeit einschränkte. Bis 2020 werden die Treibhausgasemissionen in Deutschland um 42,3 Prozent unter das Niveau von 1990 gesunken sein und damit das 2007 gesetzte Ziel von 40 Prozent übertreffen. Die Kohlendioxidemissionen allein aus dem Stromsektor sanken von 315 Millionen Tonnen im Jahr 2010 auf 185 Millionen Tonnen im Jahr 2020.

Während also der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung in Deutschland stetig zunahm, verbesserte sich die Zuverlässigkeit des Netzes, und die Kohleverbrennung und die Treibhausgasemissionen gingen deutlich zurück.

In Japan wurden nach der Reaktorschmelze in Fukushima mehr als 40 Kernreaktoren dauerhaft oder auf unbestimmte Zeit stillgelegt, ohne dass es zu einem wesentlichen Anstieg der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen oder der Treibhausgasemissionen kam; Stromeinsparungen und erneuerbare Energien glichen praktisch den gesamten Verlust aus, obwohl die Politik die erneuerbaren Energien unterdrückte.

Mythos Nr. 3: Da Solar- und Windenergie nur dann erzeugt werden können, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht, können sie nicht die Grundlage eines Netzes sein, das rund um die Uhr und das ganze Jahr über Strom liefern muss.

Variable Leistung ist zwar eine Herausforderung, aber weder neu noch besonders schwer zu handhaben. Kein Kraftwerk läuft rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr, und der Betrieb eines Netzes bedeutet immer, dass die Schwankungen der Nachfrage zu jeder Zeit bewältigt werden müssen. Selbst ohne Solar- und Windenergie (die in der Regel zu unterschiedlichen Zeiten und Jahreszeiten zuverlässig arbeiten, was Engpässe unwahrscheinlicher macht) schwankt das gesamte Stromangebot.

Saisonale Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit und in zunehmendem Maße auch Trockenheit verringern die Stromerzeugung aus Wasserkraftwerken. Kernkraftwerke müssen zum Auftanken oder für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden, und große fossile und nukleare Kraftwerke sind in der Regel etwa 7 % bis 12 % der Zeit außer Betrieb, in einigen Fällen sogar deutlich mehr. Die Brennstoffversorgung eines Kohlekraftwerks kann durch die Entgleisung eines Zuges oder den Ausfall einer Brücke unterbrochen werden. Ein Kernkraftwerk oder eine Kernkraftwerksflotte könnte unerwartet aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden müssen, wie es bei Japans größtem Kraftwerk von 2007 bis 2009 der Fall war. Jedes französische Kernkraftwerk war 2019 im Durchschnitt 96,2 Tage lang wegen “geplanter” oder “erzwungener Nichtverfügbarkeit” abgeschaltet. Diese Zahl stieg auf 115,5 Tage im Jahr 2020, als die französischen Kernkraftwerke weniger als 65 Prozent des Stroms erzeugten, den sie theoretisch hätten produzieren können. Vergleicht man die erwartete mit der tatsächlichen Leistung, könnte man sogar sagen, dass die Kernenergie im Jahr 2020 die am stärksten intermittierende Stromquelle Frankreichs war.

Klima- und wetterbedingte Faktoren haben zu zahlreichen Unterbrechungen der Kernkraftwerke geführt, die in den letzten zehn Jahren siebenmal häufiger aufgetreten sind. Selbst eine normalerweise konstante Kernkraftleistung kann plötzlich und dauerhaft ausfallen, wie in Japan nach der Katastrophe von Fukushima oder im Nordosten der USA nach dem regionalen Blackout von 2003, der zu abrupten Abschaltungen führte, so dass neun Reaktoren mehrere Tage lang fast keinen Strom produzierten und es fast zwei Wochen dauerte, bis die volle Leistung wieder erreicht war.

Daher werden alle Energiequellen irgendwann nicht mehr verfügbar sein. Die Verwaltung eines Netzes muss mit dieser Realität ebenso umgehen wie mit der schwankenden Nachfrage. Der Zustrom größerer Mengen erneuerbarer Energien ändert nichts an dieser Realität, auch wenn sich die Art und Weise, wie sie mit Schwankungen und Unsicherheiten umgehen, ändert. Moderne Netzbetreiber legen mehr Wert auf Diversität und Flexibilität als auf eine nominell konstante, aber weniger flexible “Grundlast”-Erzeugung. Diversifizierte erneuerbare Portfolios fallen nicht so massiv, dauerhaft oder unvorhersehbar aus wie große Wärmekraftwerke.

Die meisten Diskussionen über erneuerbare Energien konzentrieren sich auf Batterien und andere elektrische Speichertechnologien, um Schwankungen auszugleichen. Das ist nicht überraschend, denn Batterien werden immer preiswerter und kommen immer häufiger zum Einsatz. Gleichzeitig kommen immer neue Speichertechnologien mit unterschiedlichen Eigenschaften auf den Markt; die Global Energy Storage Database des US-Energieministeriums listet 30 Arten auf, die bereits eingesetzt werden oder sich im Bau befinden. In der Zwischenzeit gibt es neben riesigen Batterien noch viele andere, weniger teure und kohlenstofffreie Möglichkeiten, mit schwankenden erneuerbaren Energien umzugehen.

Neben riesigen Batterien gibt es viele weniger kostspielige und kohlenstofffreie Möglichkeiten, mit schwankenden erneuerbaren Energien umzugehen.

An erster Stelle steht die Energieeffizienz, die den Bedarf vor allem in Spitzenlastzeiten senkt. Effizientere Gebäude benötigen weniger Heizung oder Kühlung und ändern ihre Temperatur langsamer, so dass sie länger mit ihrer eigenen Wärmekapazität auskommen und somit den Komfort mit weniger Energie aufrechterhalten können, insbesondere in Spitzenlastzeiten.

Eine zweite Option ist die Nachfrageflexibilität oder Nachfragereaktion, bei der die Versorgungsunternehmen Stromkunden entschädigen, die ihren Verbrauch auf Anfrage – oft automatisch und unmerklich – senken und so zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage beitragen. Eine kürzlich durchgeführte Studie ergab, dass die USA über ein kosteneffizientes Lastflexibilitätspotenzial von 200 Gigawatt verfügen, das bis 2030 realisiert werden könnte, wenn eine wirksame Nachfragereduzierung aktiv verfolgt wird. Die wichtigste Lehre aus den jüngsten Engpässen in Kalifornien könnte darin bestehen, dass die Notwendigkeit der Nachfragereduzierung stärker anerkannt wird. Nach den Herausforderungen der letzten beiden Sommer hat die California Public Utilities Commission das Emergency Load Reduction Program eingeführt, um auf früheren Bemühungen zur Nachfragereduzierung aufzubauen.

Einiges deutet auf ein noch größeres Potenzial hin: Eine stündliche Simulation des texanischen Stromnetzes im Jahr 2050 ergab, dass acht Arten der Nachfragereduzierung den steilen Anstieg der Stromnachfrage am frühen Abend verhindern könnten, wenn die Solarleistung nachlässt und die Last der Haushalte ansteigt. Die derzeit verfügbare Eisspeichertechnologie beispielsweise friert Wasser mit Hilfe von kostengünstigerem Strom und kühlerer Luft ein, in der Regel nachts, und verwendet das Eis dann zur Kühlung von Gebäuden an heißen Tagen. Dies verringert den Strombedarf für Klimaanlagen und spart Geld, auch weil die Speicherkapazität für Heizung oder Kühlung viel billiger ist als die Speicherung von Strom für die Bereitstellung dieser Leistungen. Ebenso können viele Elektrofahrzeuge ohne Änderung des Fahrverhaltens auf intelligente Weise aufgeladen werden, wenn Strom im Überfluss vorhanden, erschwinglich und erneuerbar ist.

Das obere Diagramm zeigt den täglichen Solarstromertrag (gelbe Linie) und den Bedarf verschiedener Haushaltsgeräte. Das untere Diagramm zeigt, wie man die Nachfrage mit dem Angebot in Einklang bringen kann, indem man die Geräte in der Mitte des Tages betreibt, wenn die Solarleistung am höchsten ist. ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE

Eine dritte Option zur Stabilisierung des Netzes bei zunehmender Erzeugung erneuerbarer Energien ist die geografische und technologische Vielfalt – Onshore-Wind, Offshore-Wind, Sonnenkollektoren, Solarthermie, Geothermie, Wasserkraft, Verbrennung von kommunalen, industriellen oder landwirtschaftlichen Abfällen. Die Idee ist einfach: Wenn eine dieser Quellen an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt keinen Strom erzeugt, stehen die Chancen gut, dass dies bei anderen der Fall ist.

Schließlich sind einige Formen der Speicherung, wie z. B. die Batterien von Elektrofahrzeugen, bereits heute wirtschaftlich. Simulationen zeigen, dass eine eisspeichernde Klimaanlage in Gebäuden und das intelligente Aufladen von Elektroautos, die 96 Prozent der Zeit geparkt sind, Texas im Jahr 2050 in die Lage versetzen könnten, 100 Prozent erneuerbaren Strom zu nutzen, ohne riesige Batterien zu benötigen.

Um einen weitaus schwierigeren Fall herauszugreifen: Es wird oft behauptet, dass die “dunkle Flaute” in den europäischen Wintern viele Monate Batteriespeicher für ein vollständig erneuerbares Stromnetz erfordert. Führende deutsche und belgische Netzbetreiber sind jedoch der Ansicht, dass Europa nur ein bis zwei Wochen lang Ersatzbrennstoff aus erneuerbaren Energien benötigen würde, der nur 6 Prozent der Winterleistung abdeckt – keine große Herausforderung.

Die Quintessenz ist einfach. Die Stromnetze können viel größere Anteile erneuerbarer Energien ohne oder nur zu geringen Kosten verarbeiten, und das ist schon seit langem bekannt. Einige europäische Länder mit wenig oder gar keiner Wasserkraft beziehen bereits die Hälfte bis drei Viertel ihres Stroms aus erneuerbaren Energien, wobei die Netzzuverlässigkeit besser ist als in den USA. Es ist an der Zeit, die Mythen zu überwinden.


Quellen/Original/Links:
https://e360.yale.edu/features/three-myths-about-renewable-energy-and-the-grid-debunked

Übersetzung:
https://www.deepl.com/translator

Physiker, Autor
Amory Lovins

Amory Lovins

Der Physiker Amory Lovins (1947- ) ist Mitbegründer (1982) und emeritierter Vorsitzender des RMI, dem er von 2007 bis 19 als leitender Wissenschaftler diente und das er heute als Auftragnehmer und Treuhänder unterstützt; er berät seit mehr als 45 Jahren große Unternehmen und Regierungen in mehr als 70 Ländern in Energiefragen; er ist Autor von… Weiterlesen »Amory Lovins