Gamechanger der Energiewende

Das Haus dämmen, LED-Beleuchtung, weniger Auto fahren, weniger Fleisch essen – sind das die großes Schritte? Das klingt vor allem nach Einschränkungen – viel besser funktionieren GameChanger. Das sind Maßnahmen, durch deren Einführung systemische Vorteile und Verstärkungsmechanismen entstehen. Sie sind oft disruptiv und wenn sie aktiv verwendet werden, bringen sie Ökologie, Ökonomie und soziale Gerechtigkeit gleichermaßen weiter.

Die ersten Gamechanger-Ideen

  1. Massive Verlagerung von Güterverkehr auf die Schiene mittels zeit- und streckenabhängig erhöhter Maut. Dadurch reduzieren sich Staus, Verschleiß, Unfälle und der Investitionsbedarf für Autobahnausbau. Zudem ist das der schnellste Weg zur Elektrifizierung des Gütertransports.
  2. Baurechtsänderung im Brandschutz zu Gunsten eines massiven Wachstums des Holzbaus. Daraus ergäbe sich eine neuer Industriezweig, seit Jahren unverkäufliche Industrieholzbestände (Orkanbruch, Borkenkäfer, Dürrestress) verarbeiten könnte. Die dadurch entstehenden Bauten sind baubiologisch gesünder, günstiger, speichern CO2, verbrauchen viel weniger graue Energie als Betonbauten, lassen sich modular außerhalb beengter Innenstädte vorfertigen, sind viel schneller baubar, schaffen witterungsunabhängige Jobs und lösen den Wohnraummangel viel schneller. Beim Blick nach Skandinavien, Österreich und der Schweiz sieht man, dass die dazugehörige Logistikkette viel stärker über die Schiene funktionieren kann, was uns zu Punkt 1 zurückbringt.
  3. Digitalisierung von Behörden (eBürger). Andere Länder machen es seit 20 Jahren vor, wir in Deutschland schreiben auf jedes Formular für jedes Amt händisch alle Daten und schleppen Belege durch die Bürokratie. Ein clever organisiertes Verwaltungssystem mit einem eBürger spart Unmengen Papier, Zeit und Personal, was dringend für andere öffentliche Aufgaben gebraucht würde. Es würde ein Großteil der Wege entfallen, die jetzt für diverse Behörden nötig sind, das spart Ressourcen und entlastet alle Verkehrsträger. Zudem sind die Mitarbeiter der öffentlichen Verwaltung viel eher in der Lage, den nächsten Punkt zu nutzen:
  4. HomeOffice hat uns in Corona-Zeiten gezeigt, dass sehr viele der täglichen Arbeitswege entbehrlich sind. Dafür braucht es clevere Organisationsformen, Digitalisierung von Unternehmen und arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen. Die Ersparnisse sind enorm, aber noch gewaltiger können die sozialen Aspekte sein: Die Vereinbarkeit von Familie und Beruf, überhaupt der Zugang zum Arbeitsmarkt.
  5. Solarausbau mittels Floating-PV, also auf dem Wasser schwimmende Pontons mit Solarmodulen. Insbesondere auf großen Gewässerflächen (Mecklenburger und Holsteinische Seenplatte, Tagebauseen in Lausitz/Leipzig/Rheinischen Revier, Mittelgebirgstalsperren, Altarme, Bodensee) ist das Potential dafür riesig. Man benötigt keine zusätzlichen Flächen, reduziert die Verdunstung der Oberflächengewässer (gerade in den Sommern 2018/2019/2020 ein gewaltiges Argument), durch die konstanten Temperaturen / Wasserkühlung erzeugen die PV-Anlagen im Sommer mehr Strom, lassen sich unproblematisch reinigen und halten wahrscheinlich länger. Zudem lässt sich der Prozess gut modularisieren, sodass in den strukturschwachen großen Seengebieten eine langfristige Beschäftigungswirkung entfaltet wird. Insbesondere flache Gewässer heizen sich durch die Verschattung weniger auf, sodass ein biologisches Umkippen infolge klimatischer Veränderungen verhindert werden kann.
  6. Elektromobilität als Speicherlieferant. Die Rechnung zur Nutzung der Elektrofahrzeuge geht ungefähr so: „Wenn ich von 1Mio. Elektro-PKW nur xx% der Batterieladung für Netzausgleichsprozesse benutzen kann, stehen mir xx GW positive und negative Regelleistung zur Verfügung. Stimmt. ABER viel entscheidender ist, dass die Akkus in Fahrzeugen ausgewechselt werden, wenn sie eine bestimmte Ermüdung erreicht haben, also beispielsweise bei noch 70% Restkapazität, wie das in einigen Batterieleasingmodellen vorgesehen ist. Setzen wir mal 5 Jahre durchschnittliche Lebensdauer an – dann habe ich pro Jahr 13% der E-Fahrzeug-Flotte als Zusätzlichen Kurz-/Mittel- und Langfristspeicher zur Verfügung. (20% x 70% Restladung x 90% wegen Kapazitätseinbuße pro Jahr). Und die darf ich als Netzbetreiber nicht nur zu xx% laden/entladen, sondern komplett. Nach ein paar Jahren dürfte das neben der Regelleistung die Absicherung für Dunkelflauten sein. Ganz nebenbei wäre so auch das Recycling der Altakkus für viele Jahre geklärt. Auch hier lohnt eine clevere Logistik: Wenn man einmal einen Bestand von 30 Mio. Elektro-PKW/Lieferfahrzeugen erreicht hat, fallen pro Jahr 6Mio. gebrauchte Akkus an mit einem Gesamtgewicht von >1.000.000 Tonnen. Das sind 50.000 Sattelschlepperfahrten oder besser nur knapp tausend Güterzüge.

Einheiten TWh / PJ

1 TWh (=Terra-Wattstunde = 1.000 Giga-Wattstunden = 1.000.000 Mega-Wattstunden = 1.000.000.000 Kilo-Wattstunden = 300 Mio. € Endverbraucherstromrechnung) entspricht 3,6 PJ (=Peta-Joule).

Diese beiden Einheiten sind neben der aus meiner Sicht veralteten SKE (=Steinkohleeinheit) die relevantesten, um die Größenordnungen der Energiewende zu verstehen.

Aus meinem Beispiel: 3.600 PJ entspricht also 1.000 TWh.

Zum Vergleich: Die Erneuerbaren Energien produzieren aktuell ungefähr jährlich folgende Strommenge:

130 TWh Wind

50 TWh Solar

45 TWh Biomasse

20 TWh Wasser

Steigerungen müssen dabei überwiegend aus Solar und Wind kommen, für das skizzierte Beispiel zur realistischen Primärenergieeinsparung bräuchten wir also ca. 390 TWh zusätzlichen Windstrom (+300% im Vergleich zu heute) und 355 TWh zusätzlichen Solarstrom (+700% im Vergleich zu heute).

Ist das machbar?

Im Buch „Erneuerbare Energien ohne heiße Luft“ ist eine Abschätzung von 11 kWh/Tag pro Person angesetzt, die man bei Belegung aller ungenutzten Dächer nutzen könnte. Das ergibt in der Multiplikation mit 365 Tagen und 80 Mio. Einwohnern bereits ca. 321 TWh. Hinzu kommen Freifeldanlagen, Floating-PV, Fassaden-PV zumindest an Gewerbeobjekten. Damit sind die 355 TWh realistisch und vor allem günstig & sofort herstellbar. Freifeldanlagen in den USA, China, Australien, Indien erzeugen Strom im Bereich von 1-2 Dollar-Cent pro kWh (mit Tagesspeichern). Selbst wenn wir mit unseren schlechteren Strahlungswerten und dann umfangreicheren Speicherlösungen bei 3-4 Dollar-cent lägen, wäre das immernoch unter dem Börsenstrompreis. Bei Dachanlagen ist das Ertragsverhältnis zwar etwas schlechter, aber immernoch positiv.

Gleiches gilt für den Bereich der Windenergie – der ebenfalls im Buch abgeschätzte Ausbau der Offshore-Windkraftanlagen allein würde bereits das 1,5-fache der benötigten Menge liefern. Hinzu kommen neue Onshore-Windparks und ein erhebliches Repowering-Potential bestehender Onshore-Anlagen.

Was Sektorkopplung beim Primärenergieverbrauch bewirkt

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Braunkohle-Tagebau.JPG : CC-BY-SA-3.0

Große Sprünge verlangen große Zahlen. Wenn Strom heute nur 20% des Primärenergiebedarfs und Erneuerbare „nur“ 50% der Stromerzeugung ausmachen, brauchen wir dann 10x soviele Windräder, PV-Anlagen, Wasserkraft und Biomasse wie bisher?

Die beruhigende Antwort ist NEIN, folgende Grafik soll die Dimensionen im Prinzip erklären (mehr zu den technischen Hintergründen beispielsweise im Buch „Erneuerbare Energien ohne heiße Luft“). Dort sieht man, dass der Primärenergiebedarf an fossilen Energieträgern (also derzeit je nach Rechnung ca. 85%) massiv zurückgehen kann und wird- vor allem durch viel höhere Wirkungsgrade und nicht nur durch Substitution.

Schematische Verschiebung des Primärenergiebedarfs an fossilen Energieträgern.

Im schematischen Beispiel ließen sich also reduzieren:

90% Kohle: Durch Abschaltung aller Großkraftwerke und nutzung grünes Wasserstoffs in den bislang mit Kohle arbeitenden Industrien

80% Öl: Durch verstärkte Elektro- und Wasserstoffmobilität und Ersatz von Ölheizungen durch Wärmepumpen

60% Erdgas: Durch Wärmepumpen oder zumindest Kraft-Wärmekopplung sowie Beimischung grünen Wasserstoffs im Rahmen des bestehenden Gasnetzes und ggf. Veredelung von Wasserstoff zu künstlichem Erdgas (P2G).

Absolut betragen die Reduktionen ca. 8.400 PJ von ca. 13.000 PJ Primärenergieverbrauch insgesamt. Davon werden ca. 3.600 PJ Erneuerbare + P2G substituieren. Wie hoch die Zahlen tatsächlich ausfallen, variiert je nach Berechnungsmodell, aber im Beispiel sinkt der Gesamtenergieverbrauch um ca. 37%. Der CO2-Ausstoß sinkt durch das Wegfallen der schlimmsten CO2-Quellen (Kohle und Öl) sogar noch deutlich stärker (Größenordnung um 80%).

Die Zahlen oben sind nicht sehr ambitioniert und technisch mit bestehenden Mitteln realisierbar, wer seine eigenen Zahlen ermitteln möchte, sollte sich das folgende Energieflussbild ansehen:

https://ag-energiebilanzen.de/index.php?article_id=29&fileName=energieflussbild-2018_pj_lang_de_20200327.pdf

Quelle: AG Energiebilanzen e.V. https://ag-energiebilanzen.de/index.php?article_id=29&fileName=energieflussbild-2018_pj_lang_de_20200327.pdf

Primärenergieverbrauch sinkt immer schneller

Notorische Erneuerbare-Energien-Skeptiker führen gern ins Feld, dass vom Primärenergieverbrauch lediglich ein sehr kleiner Anteil aus erneuerbaren Quellen gedeckt wird, da der Strommarkt lediglich 20% der Primärenenergieaufwendungen verursacht. Das ist zwar generell richtig, aber mit zunehmenden EE-Anteilen und zaghaft beginnender Sektorkopplungen (neben dem elektrischen Fahren vor allem die in EFH-Neubauten inzwischen zu 40% anzutreffenden Wärmepumpen) sinkt nun endlich auch der Primärenergiebedarf.

In nachfolgender Grafik habe ich die Trendlinie um Verschiebungseffekte infolge der Finanzkrise bereinigt und Corona-Effekte bewusst nicht in die Reduktion reingenommen. Im Ergebnis hat sich die Reduktion des Primärenergieverbrauchs auf ca. 1,4% pro Jahr erhöht. Trotz Wirtschaftswachstum, trotz steigender Beschäftigung, trotz steigender Verkehrsmengen und immer schwererer Autos, trotz geringen Erfolgen beim Dämmen der Gebäudesubstanz und trotz nahezu gleichen Stromverbrauchs.

Im übrigen sieht die AG Energiebilanzen infolge von Corona einen reduzierten Primärenergiebedarf in einer aktuellen Publikation bei 7-12% für das Gesamtjahr 2020 – im ersten Halbjahr wurden immerhin -8,8% gemessen.

Primär-Energiewende verstehen: AG-energiebilanzen.de

Im Gegensatz zum bereits vorgestellten Projekt energie-charts vom Fraunhofer ISE betrachtet die AG Energiebilanzen e.V. den gesamten Primärenergiemarkt inklusive der vor- und nachgeschalteten Bilanzierungskreise.

Das hängt natürlich mit deren Mitgliedern zusammen, die sich insbesondere aus den konventionellen nicht-erneuerbaren Energieträgern rekrutieren. Da dies jedoch transparent dargestellt ist und die website sehr viele Erklärungen und Hintergründe liefert, sei sie zum Lesen wärmstens empfohlen. Insbesondere die aktuellen Publikationen sind einen Blick wert.

Screenshot einer aktuellen Publikation der AG Energiebilanzen mit Blick auf die Effekte von Corona auf den Primärenergiemarkt.

Energiewende verstehen energy-charts.de

Eine der wichtigsten Informationsquellen für die Energiewende im populären Wortsinn bzw. Strommarktwende im spezifischeren Sinn hat das Fraunhofer ISE mit energy-charts.de erschaffen.

Screenshot des Anteils erneuerbarer Energien von 2002-2020 auf der Website des Fraunhofer ISE: energy-charts.de
Screenshot „Anteil erneuerbarer Energie“ auf energy-charts.de

Die große Stärke liegt in der sofortigen Verfügbarkeit aktueller Markt- und Erzeugungsdaten und im Netto-Ansatz. Eigenverbräuche der Kraftwerke selbst wie beispielsweise der Braunkohleabbau sind also hier bereits abgezogen. Diese betragen beispielsweise im Kraftwerk Schwarze Pumpe mit dem daneben befindlichen Tagebau Welzow-Süd immerhin 8%. Folglich liefert der Netto-Ansatz immer höhere Quoten erneuerbarer Energie als andere Quellen wie der bdew publizieren.

Motivation für große Zahlen

Big Data und Null Ahnung – in unserer schnelllebigen Zeit prasseln Fakten und Zahlen auf uns ein. Fake News sind die neue Propaganda, Verschwörungstheorien wieder en vogue und der kleine Mann wünscht sich die langsamere Vergangenheit zurück.

Es gibt jedoch auch Licht am Ende des Tunnels – guten Journalismus, Erklärbären neuen Formats und bislang unvorstellbare Datenmengen, aus denen ein reflektiertes Bild entstehen kann.

Und einiges davon möchte ich gern vorstellen, ergänzen, kommentieren und kritisch analysieren. Viel Spaß beim Lesen des neuen „Pro3D„-Blog-Projekts.

Blog geht wieder online

Nachdem mein „altes“ WordPress 3.5.2 nicht mehr herstellbar war, wird es hier die alten Inhalte wieder geben