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Stetiger Energiefluss in allen Bereichen der Zukunft

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Stetiger Energiefluss in allen Bereichen der Zukunft
Stetiger Energiefluss in allen Bereichen der Zukunft | © CC0/pixabay.com

In der Zukunft wird der sichere Energiefluss das globale Großprojekt sein. Die Dimensionen der Energiewende werden mit Überzeugungsarbeit als marktkonforme Steuerung Erfolge haben.

Es kommt nicht darauf an in Wärme zuhause zu sitzen. Es beruhigt, dass der Strom aus der Steckdose kommt und die Heizung im Haus funktioniert. Wenige Menschen denken darüber nach, wie und wodurch Wärme und Elektrizität verfügbar sind. Für beides zahlen Bürgerinnen und Bürger monatlich die ihnen zugehenden Rechnungen. Damit fühlen sie sich befreit von weiteren Sorgen. Klimaschutz und Energiefluss selbst sind Vorgaben. Dafür erwarten die Bewohner eines wirtschaftlich starken Landes keine Störungen. Diese Menschen sind irritiert, wenn ihnen Fernsehen, Rundfunk und Presse mitteilen, dass die Energiepolitik ins Stocken geraten ist.

Im Abgleich mit dem eigenen Alter variieren Menschen ihr Denken. Sie ignorieren die Langfristigkeit. Die mit Stetigkeit wiederholten Forderungen nach neuen Impulsen oder ein Umsteuern in Gedanken stellen sie zurück. Mit dieser Einstellung soll die Politik Entscheidungen treffen. Andernfalls – so wird erzählt – könnte Deutschland die Ziele des Klimaschutzes mit stetigem Energiefluss im Sinne der Energiewende verfehlen.

Internationale Verpflichtungen sind damit nicht zu erfüllen. Die Klimakonferenz der Vereinten Nationen in Bonn erinnerte jeden anwesenden Staat daran. In der Situation der Bewohner Deutschlands werden die langfristigen Ziele für die internationalen Klimaschutzziele an Stammtischen und in Familien aufgerufen und mit eigenen Empfindungen abgeglichen. Dort fragen die Gesprächspartner selten, ob diese Ziele – trotz Energieeinsparungsgesetz (EEG) – einzuhalten sind.

Aus deutscher Perspektive: Ist die Energiewende noch zu retten? Wie muss sie gestaltet werden? Welche Technologien und regulatorischen Maßnahmen sind für zukünftigen regelmäßigen Energiefluss zu welchen Kosten für die Gesellschaft zu berücksichtigen? Interdisziplinäre Arbeitsgruppen befassen sich mit diesen Themen. Hoffnungswert ist der Energiefluss in der Zukunft. Die Ergebnisse von Analysen bestätigen, dass die Ziele der bis 2020 geplanten Energiewende nicht mehr zu erreichen sind. Trends zeigen das auf, sind aber nicht zwingend.

Manche Entwicklungen im Verkehrssektor gehen in die falsche Richtung. Die politische Öffentlichkeit hat die Suche nach Fehlern aufgenommen. Schnelle Einzelmaßnahmen werden vorgeschlagen. Dazu gehören der Ausstieg aus der Kohleverstromung und /oder das baldige Verbot von Verbrennungsmotoren. Realistisch ist zu erkennen, dass beides zwar zu erreichen sein könnte, aber nicht durchsetzbar ist.

Politiker arbeiten allein am Kurieren von Symptomen. Wenn sie mehr tun wollen, werden sie nicht mehr gewählt. Verbote sind nicht der richtige Weg in Demokratie und Marktwirtschaft. Kurzfristige Maßnahmen sowie häufiges Umsteuern tragen zur Verunsicherung der Bevölkerung und der Wirtschaft bei. In den Programmen vorgesehene Investitionen bleiben aus.

Die Wirtschaft in den Regionen wehrt sich, da Arbeitsplätze gefährdet erscheinen. Soll das andere Nationen zur Nachahmung anregen? Deutschland fasst den Themenkomplex Klimaschutz und Energiewende in Verbindung mit dem konstanten Energiefluss zu kleinteilig an. Das definieren Wissenschaftler als kurzatmig und detailverliebt. Große Herausforderungen brauchen visionäre Zielvorstellungen, einen Rahmen mit Gestaltungsfreiheiten.

Die Bereitschaft der Bürger muss vorhanden sein, um einen langen und schwierigen Weg auf sich zu nehmen. Dazu reicht es nicht, Einzelziele und Wege festzulegen. Manche Routen sind nicht zielführend oder extrem aufwändig. Es müssen Wege und Optionen aufgezeigt werden, um sich über die Strapazen auf dem Weg im Klaren zu sein. Herausforderungen sind klar zu kommunizieren. Es gibt nicht den einen Weg, sondern viele Möglichkeiten mit Eckpfeilern.

Voraussetzung für alle Unternehmungen ist die ganzheitliche Herangehensweise. Das Energiesystem muss ein integriertes Gesamtsystem sein. Die separate Behandlung der Sektoren Strom, Wärme und Mobilität und der jeweiligen Energieträger wird den Herausforderungen nicht gerecht. Übergeordnete Ziele zum mit Stetigkeit erwarteten Energiefluss sind „gekoppelt“ zu behandeln. Sie sind optimiert auszuweisen, wofür der Begriff „Sektorkopplung“ verwendet wird.

Das künftige Energiesystem darf keine fossilen Brenn- und Kraftstoffe betreiben, wenn die langfristigen CO2 -Reduktionsziele zu erreichen sein sollen. Dies ist durch stetig und gleichmäßig verfügbare, erneuerbare Energien zu erreichen.

 

Maßnahmen und Perspektiven

Hierfür kommen mehr Energiequellen in Frage als sich der Durchschnitt der Bevölkerung vorstellen kann. Wasserkraft hat einen marginalen Anteil am Gesamtenergieverbrauch, der über sechs Prozent kaum erhöht werden kann. Die Nutzung heimischer Biomasse ist zu steigern. Dennoch wird sie nicht mehr als 20 Prozent des Energiebedarfs Deutschlands decken.

Geothermie und Solarthermie haben das Potential, um in einigen Bereichen Deutschlands merklich zum Energiefluss mit Wärmeversorgung beitragen zu können. Erneuerbar sind Energien, auf die wie auf fossile Brennstoffe mit Stetigkeit zugegriffen werden kann. Das trifft neben der Wasserkraft nur für die Geothermie zu. Andere Energieerzeugungen können nicht auf ein stetiges Angebot zurückgreifen. Die Sonne scheint ebenso wenig jederzeit, wie der Wind immer bläst.

Wirtschaftlich sind beide Energieformen im Hinblick auf die Minderung der Minderung der Erzeugung von CO2 nicht. Dieser Zuschuss wird über den ersparten Ausstoß von jeder Tonne CO2 definiert. Der Staat lässt sich jede eingesparte Tonne Kohlendioxidemission im Durchschnitt 106 Euro kosten. Dieser Wert ist zu differenzieren (Mihm, Andreas; Kosten Solarenergie – FAZ 2017-12-30).

Den Gesamtenergiebedarf von 50 bis 70 Prozent werden Windkraft und Photovoltaik decken müssen. Aktuell haben beide Energieformen zusammen einen Anteil von 33%. Für den Staat verlangen Wind auf See (252 Euro) und Photovoltaik (415 Euro) neben Geothermie (345 Euro) und Biomasse (252 Euro) die höchsten Zuschüsse. Neue Berechnungen der Bundesnetzagentur und des Instituts der Deutschen Wirtschaft (IW) stellen der Photovoltaik ein miserables Umweltzeugnis aus.

Diese wirtschaftlich negativ zu bewertenden Energielieferanten müssen dennoch weiter ausgebaut werden. Strom wird künftig zum dominierenden problematischen Energieträger. Er ist schwer speicherbar und erfordert den Netzausbau. Von Vorteil ist, dass Strom mit Effizienz in Bewegung oder Wärme umgewandelt werden kann.

Wenn bis 2050 im Vergleich zu 1990 bis zu 80 Prozent weniger CO2 ausgestoßen werden soll, muss die Kapazität der Wind- und Sonnenstromanlagen gegenüber der installierten Leistung von gut 90 Gigawatt auf das Siebenfache anwachsen. Nur effiziente Nutzung und Einsparungen, ergänzt durch Importe, können diesen Bedarf decken (vgl. Umbach, Eberhard zur Energiewende in FAZ – 2017-12-29).

 

Auswirkungen

Der damit verbundene Ausbau führt zu einschneidenden Veränderungen der Landschaft. Er könnte auf Ablehnung stoßen, wenn nicht Überzeugungsarbeit entgegenwirkt. Energieprozesse müssen sich am Charakter der Energieerzeuger von Wind und Sonne orientieren. Deren Stromproduktion schwankt je nach Wetter stark.

Die genannten Quellen erzeugen Strom, für den es zeitweise keine Nachfrage gibt. Der Ausbau von Übertragungs- und Verteilnetzen hat im Sinne des Nachfragemanagement Bedeutung. Produktion und Verbrauch von Strom können über Stunden und Tage in Übereinstimmung gebracht werden. Als Problem sind die „kalten Dunkelflauten“ zu definieren. Es nicht zu lösen, wenn Batteriespeicher günstiger sind als heute.

Die wind- und sonnenarmen Phasen können Tage oder Wochen andauern. Die Sicherheit der Versorgung muss mit Reserveleistungen verfügbar sein. Im Vergleich mit heutigen Leistungen konventioneller Kraftwerke darf keine Abweichung entstehen. Nach den Ermittlungen von Wissenschaftlern und Aussagen bedeutender deutscher Universitäten kommen zum Ausgleich und längerfristig nur Wasserstoff oder synthetische Brennstoffe in Betracht.

Gas- und Dampfkombikraftwerke, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und Gasturbinen werden seltener betrieben. Sie arbeiten mit weniger Betriebsstunden als heutige Kraftwerke. Dafür ist ein Marktrahmen zu schaffen, der die erforderlichen Geschäftsmodelle ermöglicht. Kosten sind zu begrenzen. Das System ist zu stabilisieren. Dazu wäre ein europäisch integrierter Ausbau erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung zu wünschen.

Ein europäisch abgestimmtes Vorgehen könnte es erlauben, die besten Standorte für erneuerbare Energien zu nutzen. Reserveleistung für die Stromerzeugung und Speicher wäre bereitzuhalten. Elektrische Wärmepumpen könnten als weitere Möglichkeit Strom durch Einbeziehung der „kostenlosen“ Umweltwärme aus Erde, Luft und Wasser mit Effizienz in Niedertemperaturwärme umwandeln. Die Nutzung von Wärmepumpen sollte ausgeweitet werden.

Energieprozesse der Industrie können Strom verstärkt einsetzen. Allgemeine Aussagen sind wegen der Vielzahl von Prozessen und Randbedingungen schwer zu treffen. Die verstärkte Nutzung von Strom führt zur Erhöhung des Stromverbrauchs.

Der Verkehr steht für etwa 30 Prozent des deutschen Endenergieverbrauchs. Dafür werden weitgehend fossile Kraftstoffe eingesetzt. Der Einsatz von Strom als Energieträger kann zu einer signifikant höheren Wandlungseffizienz führen.

Um die CO2 -Vermeidungskosten zu kalkulieren, haben die Forscher im Vergleich zum Benzinmotor eingesparte Emissionen von 120 Gramm je Kilometer angenommen sowie eine Laufleistung von 200 000 Kilometern unterstellt. Trotz der großzügigen Annahmen spart das E-Auto nur 24 Tonnen CO2. Den Staat kostet jede eingesparte Tonne Kohlendioxidemission 167 Euro, rechnen Forscher vor. Dabei seien Zusatzkosten wie die (Lade-) Infrastruktur nicht einmal berücksichtigt (vgl. Bardt, Hubertus; IW-Forscher – 2017-12-30).

Die Nutzung elektrischer Antriebe ist sinnvoll, wenn dies unkompliziert und für Verbraucher attraktiv ist. Das ist beim Personenbeförderungs- und beim Nahlastverkehr in Ballungszentren der Fall. Eine Ausweitung der Einsatzbereiche kann erfolgen, wenn sich die Randbedingungen verbessern. Fortschritte sind die Leistungen von Stromkabeln im ganzen Land. Batterien und Brennstoffzellen führen zu einer Verbesserung der CO2 -Bilanz in der Stromerzeugung.

Aus heutiger Sicht ist deshalb die konsequente Herstellung von Wasserstoff eine zentrale Aufgabe. Durch ein intelligentes Energiemanagement unter Einbeziehung von Kurzzeitspeichern wie Pumpspeicherkraftwerken und Batterien dies ist möglich.

Elektrolyseanlagen können Betriebszeiten von drei- bis viertausend Volllaststunden erreichen. Wasserstoff ist speicherbar und kann entweder in mobilen oder stationären Brennstoffzellen in Strom zurückgeführt oder direkt in der Industrie verwendet werden. Unter Hinzuziehung von CO2 kann diese Technik ermöglichen, dass die Umwandlung in gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe verwirklicht wird. Diese sind dort einzusetzen, wo eine direkte Stromnutzung schwer möglich ist. Dazu zählen der Schiffs- und Flugverkehr.

 

Kostenerwartungen

Es wird zunehmend Zeiten geben, in denen die Stromerzeugung aus den schwankenden erneuerbaren Quellen wesentlich höher ausfällt als der Bedarf. Bei Nutzung aller Speicher ist dieses Problem nicht zu lösen. Das Bild einer künftigen Energieversorgung mit festen Eckpfeilern bei zunehmender Elektrifizierung baut auf Techniken zur Stromerzeugung und schafft Reserveleistungen.

An vielen Stellen des Energiesystems stehen einige Optionen zur Auswahl. Heute nicht vorhersehbare Entwicklungen kommen hinzu. Kostenkorridore sind für die Entwicklungspfade zu ermitteln. Die Energiewende ist nicht zum Nulltarif zu haben. Die Klimaschutzziele können ohne diese Maßnahmen verfehlt werden.

Die Mehrkosten für die Energiewende werden bis 2050 zwischen ein und zwei Billionen Euro liegen. In den nächsten 30 Jahren wird die Energiewende die deutsche Gesellschaft jährlich 30 bis 60 Milliarden Euro kosten. Das entspricht bis zu zwei Prozent der deutschen Wirtschaftsleistung, gemessen am Bruttoinlandsprodukt (BIP). Diese Zahlen verdeutlichen die Dimension der Energiewende als für Generationen maßgebliches gesellschaftliches Großprojekt. Die finanziellen, politischen und gesellschaftlichen Herausforderungen sind mit den Chancen als solches zu begreifen und abzuwägen.

Einheitliche Preise für die CO2 -Minderung ist kein Allheilmittel. Es ist ein zentrales, marktkonformes Instrument, das seine steuernde Wirkung zur Senkung der Emissionen von Treibhausgasen entfaltet. In der energiewirtschaftlichen Praxis werden ergänzende Instrumente benötigt werden. Unzumutbare Belastungen sind zu vermeiden. Soziale Schieflagen sind abzufedern. Im anderen Fall werden im Land erfolgreiche deutsche Unternehmen ihre Produktionen ins Ausland verlagern, wo derartige Auflagen – trotz EEG – nicht in dieser Form „bekannt“ sind.

 

Planungen und Fazit

Ein Scheitern der Energiewende wäre weltweit eine Katastrophe. Der deutsche Anteil an den globalen Treibhausgasemissionen liegt nur bei zwei Prozent. Ein verheerendes Signal, wenn eine Industrienation die Ziele nicht erreicht!

Es ist wichtig Kosten und Folgen eines Umbaus des Energiesystems zu erfassen. Der globale Klimawandel muss in den Griff zu bekommen sein. Natürliche Angebote wie Wasserstoff sind auszunutzen. Nachfolgende Generationen müssen sich wegen der Langzeitwirkung besser stellen. Wer nicht vom menschlichen Einfluss auf das Klima überzeugt ist, wird die Energiewende durch Änderungen der Durchschnittstemperaturen erkennen (vgl. Henning, Hans-Martin zur Energiewende, FAZ – 2017-12-29).

Wenn Mr. Trump meint, dass der Kälteeinbruch im Norden der USA (und in Kanada) ein Gegenbeweis sei, verwechselt er Wetter mit Klima. Neue Effekte werden die Schaffung lokaler Wertschöpfung und Beschäftigung sein.

Wie dargestellt, ist die Erfolgsbilanz erneuerbarer Energien dürftig. Im Vergleich mit anderen Ökostromerzeugern sind Photovoltaik, Biomasse und Windkraft auf See überteuert. „Windmüller“ an Land nehmen für die doppelte Menge Elektrizität nur die Hälfte des Erlöses ein, den die Betreiber von Solaranlagen fordern. Die Klimabilanz der Erneuerbaren fällt gegenüber dem oft gescholtenen Emissionshandel miserabel aus.

Mit Blick auf das Ziel der Vermeidung von CO2 ist das EEG eine gigantische Geldvernichtungsmaschine (vgl. Mihm ebda.). Als wahrhafte Zukunft ist der Einsatz von Brennstoffzellen mit Wasserstoff zu sehen: Trotz höherer Kaufpreise rentabler Fahrzeugbetrieb; kurze Tankzeiten (3 – 4 Minuten); hohe Reichweiten (600 – 1.100 km) – pro Füllung; weniger Brand- und Explosionsrisiko bei Unfällen!

Die Aufschläge wegen der CO2 -Kosten auf die Tankfüllung geben die Spediteure mit höheren Kosten im Transportgewerbe weiter. Die Kosten der Betriebe steigen in diesem Fall und stärken ihre Konkurrenten. Die unterliegen nicht dem europäischen Emissionshandel. Dieser vermeidet Teile der Treibhausgasemissionen nicht, sondern verlagert sie. Marktlösungen wie der Emissionshandel sind wirtschaftlich überlegen, die Förderung einzelner Technologien durch den Staat dagegen besonders teuer und ineffizient. (Mihm ebda.).

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