Strom und Wärme aus erneuerbaren Energien in 2050 – Studie des Fraunhofer ISE

Vision 2050: Eine Studie des Fraunhofer ISE zeigt, dass Strom und Wärme für Deutschland im Jahr 2050 zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien stammen kann und entgegen aktueller Diskussionen und Streitthemen nicht teurer sein muss als heute.

 

Ist es eine Frage des Könnens oder eine Frage des Wollens?

 

Tina Ternus

 

studie-100-erneuerbare-energien-in-deutschland.pdf
vision-2050-fuer-strom und-waermeversorgung.pdf

Die drei Irrtümer des Umweltministers

so überschreibt der SolarEnergieFörderVerein einen Beitrag seines neusten Newsletters, den ich hier gerne weiterverbreiten möchte.

Die These lautet, dass man auch bei massivem Netzleitungsausbau nicht um die Energiespeicherung herumkommen wird. Eine Einschätzung, die ich persönlich teile.
Hier der Beitrag im Original:

2. Die drei Irrtümer des Umweltministers

Erster Irrtum: Auch Offshore-Windenergie ist stark wetterabhängig

Nord- und Ostsee liegen nicht etwa in einer Zone beständiger Winde, z.B.
in der Zone der Passatwinde, sondern in der unruhigen Westwindzone, in
der sich Hoch- und Tiefdruckgebiete abwechseln.
Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Planetarische_Zirkulation)
Passat- und Westwindzone

Über Nord- und Ostsee weht deshalb der Wind nicht gleichmäßig.
Stürmische Tage wechseln sich mit Tagen geringer Windstärke ab. Das hat
wichtige technische Konsequenzen.
Die von Windrädern erzeugte elektrische Leistung schwankt noch stärker
als die Windgeschwindigkeit, denn doppelte Windgeschwindigkeit bedeutet
vierfache elektrische Leistung, halbe Windgeschwindigkeit bedeutet aber
nur ein Viertel der Leistung. Mit einer so ungleichmäßigen
Stromversorgung wäre kein Verbraucher zufrieden. Offshore Windstrom für
sich alleine ist deshalb für eine bedarfsgerechte Stromversorgung
ungeeignet.

Hier widersprechen wir dem Bundesumweltminister ausdrücklich, der davon
ausgeht, dass Offshore-Windenergie Grundlaststrom liefern könne. Das
kann sie nicht einmal andeutungsweise! Und insofern gibt es kein
energietechnisches Argument mehr dafür, die Offshore- gegenüber der
Onshore-Windenergie zu bevorzugen. Im Gegenteil: Jetzt hat die
Onshore-Windenergie wegen ihres geringeren Preises und der größeren Nähe
zum Verbraucher alle energietechnischen Vorteile für sich.
Zweiter Irrtum: Solartrom kann nicht durch Fernleitungsbau auf den
späten Abend, die Nacht oder den frühen Morgen oder in windstille Zeiten
verschoben werden.

Solarstrom kann das Problem der ungleichmäßigen Windlieferung nur wenig
abmildern, denn nachts scheint die Sonne überhaupt nicht und tagsüber
scheint sie ohne zeitliche Abstimmung mit den Windverhältnissen. Es ist
mehr oder wenig zufällig, ob der Sonnenschein zur passenden Zeit kommt.
Wer mit Wind- und Solarenergie eine gleichmäßige Stromversorgung plant,
kommt deshalb nicht darum herum, die Überschüsse von Beiden, von Wind-
und Solarstrom für Zeiten von Schwachwind und sonnenlose Tage zu
speichern oder schnell regelbare Gaskraftwerke zu bauen, die in den
Zeiten von Wind- oder Solarschwäche rasch einspringen können.

Von Speicherbau im erforderlichen Umfang ist jedoch in den Planungen der
Bundesregierung nicht die Rede. Die derzeit für Speicherförderung
vorgesehenen 200 Millionen sind eine lächerliche Alibiveranstaltung.

 

Dritter Irrtum: Schnell regelbare Gaskraftwerke werden keineswegs

unwirtschaftlich

Zwar hat es in den vergangenen Jahren manche sonnigen Tage gegeben, an
denen zur Zeit der altbekannten mittäglichen Verbrauchsspitze der
zusätzliche mittägliche Strombedarf durch vermehrte Solareinspeisung
abgedeckt wurde. Deshalb mussten die schnell regelbaren Gaskraftwerke
(Spitzenlastkraftwerke) nicht mehr so oft – wie früher üblich – um die
Mittagszeit angeworfen werden. Aber diese Verhältnisse würden sich bei
weiterem Zubau von Solaranlagen rasch und grundlegend ändern.
Wenn Solaranlagen in großer Zahl und hohem Tempo rasch ausgebaut würden,
würden bald schon die Solaranlagen um die Mittagszeit nicht nur den
Strom der Spitzenlastkraftwerke, sondern sogar noch den Strom der
Grundlastkraftwerke (Braunkohle und Atom) zeitweilig ersetzen bzw.
verdrängen. Die Grundlastkraftwerke, die aus technischen Gründen
praktisch keine Laufzeitunterbrechungen vertragen, müssten dann abgelöst
werden durch schnell auf- und abregelbare Gaskraftwerke. Solche
Gaskraftwerke, die bisher im Wesentlichen nur in den wenigen Stunden der
Mittagszeit zum Einsatz kamen, werden zukünftig dann den ganzen Abend,
die Nacht und den frühen Vormittag benötigt. Sowohl die Zeiten ihres
Einsatzes als auch die dann benötigten Leistungen werden gewaltig
ansteigen. Es ist deshalb nicht im Entferntesten zu befürchten, dass
Gaskraftwerke dann unwirtschaftlich würden.

geposted von Matthias Diehl

Photovoltaik statt Biomasse

Mit Biomasse kann man zwar Strom immer dann erzeugen wenn er gebraucht wird, von diesem Vorzug wird allerdings derzeit kein Gebrauch gemacht. Biomasseanlagen speisen wie Photovoltaik- und Windenergieanlagen einfach ins Netz ein. Dafür sind die Flächennutzungsgrade der Biomasse aber eigentlich zu schlecht.

Beispiel: In diesem Artikel im Tagesspiegel wird berichtet, dass in Deutschland inzwischen von 12 Mio Hektar (1 Hektar = 10.000 m²) 2,3 Mio Hektar für Energiepflanzen genutzt werden.
Um die Größenordnung besser einschätzen zu können, habe ich mir mal die Mühe gemacht auszurechnen wie viel Strom man auf der gleichen Fläche mit Photovoltaikanlagen erzeugen könnte. Hier die Rechnung:
Für Biomasse genutzte Fläche: 2.300.000 * 10.000 m² = 2,3E^10m²
Wenn man eine Freiflächen Photovoltaikanlage im 15° Winkel nach Süden ausrichtet, kann man etwa die Hälfte der Fläche mit Modulen belegen.
Nutzbare Modulfläche: ca. 1,15E^10m².
Belegt man diese Fläche mit Solarmodulen mittlerer Leistung, kommt man auf einen Flächenbedarf von ca. 8m²/kWp.
Daraus ergibt sich eine Photovoltaikleistung von: 1,15E10m²/8 = 1.437.500.000 kWp. (1,437 TWp)
Geht man von einem mittleren Ertrag von 900kWh/kWp aus (das ist für Deutschland sicherlich ein realistischer Wert), kommt man auf eine jährliche Energiemenge von:
1.437.500.000 kWp * 900kWh/kWp = 1.293.750.000.000 kWh
Um die Zahl etwas griffiger zu machen hier noch ein paar Umrechnungen:
1.293.750.000.000 kWh
1.293.750.000 MWh
1.293.750 GWh
1.293,75 TWh

Die auf die Fläche bezogene Energieausbeute bei Solarstromnutzung beträgt: 1.293.750.000.000 kWh/2,3E^10m² = 56,25kWh(Strom)/m²

Zum Vergleich, der Strombedarf in Deutschland:

Teilt man 604/1.293,75 = 0,4668.

Das bedeutet: Auf 46,68% der im Moment für Energiepflanzen genutzten deutschen Anbaufläche könnte man die gleiche Menge Strom erzeugen, wie die, die derzeit (Stand 2010) in Deutschland verbraucht wird.

Nun ist Solarstrom ja nicht immer verfügbar. Um Solarstrom zu speichern, könnte man z.B. mit dem Power to Gas Prozess synthetisches Methan erzeugen. Das Methan könnte man speichern und dann wieder zu Strom machen wenn er benötigt wird. Die Umwandlung von Strom in Methan erfolgt derzeit mit einem Wirkungsgrad von ca. 60%. Die Rückverwandlung von Methangas in Gaskraftwerken erfolgt mit einem Wirkungsgrad von ca. 50%. Moderne Brennstoffzellen schaffen sogar 60%. Setzt man voraus, dass die gesamte Energiemenge über den Speicher gegangen ist (worts case) (was nicht zutrifft, da ein Teil des erzeugten Solarstromes direkt verbraucht werden könnte) erhält man die notwendige Strommenge:

604TWh/(0,6*0,5) = 2013,33TWh.

Das bedeutet: Nutzt man den Power to Gas Prozess zur Energiespeicherung und die im Moment (2011) bereits für Energiepflanzen genutzte Fläche und erntet dort Solarstrom, so kann man mit diesem bereits 1.293,75/2013,33 = 0,6425 also 64 % des deutschen Strombedarfs decken.

Erfolgt die Rückverwandlung des synthetischen Methans in Strom in Kraft Wärmekopplung, können sogar noch erhebliche Teile der oben eingerechneten 50% Verluste in Form von Wärme genutzt werden.

Nutzt man statt dem Power To Gas Prozess den Lageenergiespeicher von Eduard Heindl, so erreicht man sogar Speicherwirkungsgrade von etwa 80%. Bei gleichen Voraussetzungen wie oben (die gesamte Energie geht über den Speicher) bräuchte man dann eine Strommenge von 604TWh/0,8 = 755 TWh.

Das bedeutet: Mit Lageenergiespeichern würden bereits 755/1293,75 = 0,5836 also 58% der im Moment bereits für Energiepflanzen genutzten landwirtschaftlichen Fläche ausreichen um Deutschland vollständig mit Solarstrom zu versorgen.

Um einschätzen zu können wie effektiv die energetisch genutzten landwirtschaftlichen Flächen derzeit genutzt werden, habe ich mal ausgerechnet, wie viele kWh Strom man erzeugen könnte, wenn man Raps anbaut und das Rapsöl anschließend verstromt:

Die Ausbeute liegt laut dieser Quelle bei etwa 3 Mio Tonnen Rapsöl auf 2,4 Mio Hektar.
Rechnet man um sind dies 3.000.000.000kg auf 2.400.000*10.000m² = 2,4E^10m² >> 0,125kg/m²
Die auf die Fläche bezogene Energieausbeute bei Rapsöl beträgt: 0,125kg/m²*10kWh/m² = 1,25kWh(Öl)/m²
Würde man mit diesem Rapsöl nun Strom erzeugen (um mit der Photovoltaiknutzung vergleichen zu können) könnte man dies in einem Verbrennungsmotor mit einem Wirkungsgrad von ca. 25-30% tun. (Bei Kraft Wärmekopplung könnte natürlich auch hier die Brennstoffausnutzung noch verbessert werden.)
Dadurch verringert sich die Energieausbeute bei Rapsölnutzung auf: 1,25*0,3=0,375kWh/m² (gegenüber 56,25kWh/m² bei der Photovoltaik)

Ich möchte am Ende der Überlegungen noch darauf hinweisen, dass es sich natürlich nur um Modellrechnungen handelt, um ein Gefühl für die Größenordnungen zu erhalten. Es gibt neben der Photovoltaik schließlich auch noch die Windenergie, die Wasserkraft und die Geothermie um regenerativ Strom zu erzeugen.

Man kann jedoch sicherlich die Aussage treffen, dass eine photovoltaische Nutzung von Flächen, für die Energieerzeugung wesentlich effizienter ist, als der Anbau von Energiepflanzen.

geposted von Matthis Diehl

In Google Plus hat sich eine interessante Diskussion zu dem Thema dieses Blogbeitrages entwickelt.

Die aktuelle Debatte über den Benzinpreis

Ich denke, die aktuelle Debatte über den Benzinpreis ist ein guter Anlass einmal auf eine Studie hinzuweisen, die bereits vor einiger Zeit im Auftrag der Bundeswehr zum Thema “Peak Oil” veröffentlicht wurde.

Dort werden bereits die sicherheitsrelevanten Fragen des zu Ende gehenden Erdölzeitalters untersucht, während man in den Talkshows heute immer noch die Meinung hört, “man müsse nur die staatlichen Abgaben auf Rohöl beseitigen und das Problem der hohen Ölpreise wäre gelöst”.
Das Thema zeigt einmal mehr, wie kurzsichtig es ist, nicht schnell auf Erneuerbare Energien umzusteigen und nicht alles daran zu setzen diese auch für Mobilitätszwecke verfügbar zu machen.
Unsere Regierung jedoch macht genau das Gegenteil:
Anstatt konsequent alle Möglichkeiten voranzutreiben aus überschüssigem Solar- und Windstrom zunächst Wasserstoff und in einem weiteren Schritt dann synthetisches Methan herzustellen (Power to Gas), wird der Zubaukorridor für Photovoltaikanlagen auf 3 GWp pro Jahr begrenzt, weil ansonsten angeblich zu hohe Kosten für die Verbraucher entstehen.
Zum Vergleich: Im letzten Jahr (2011) wurden in Deutschland 7,5GWp zugebaut. Und das obwohl der Solarstrom immer billiger wird. Die kWh Solarstrom aus einer Großanlage kostet inzwischen nur noch 13Cent/kWh. In einem Liter Benzin sind ca. 10kWh enthalten, so dass diese kWh inzwischen bereits 17Cent kostet.
Über die Kopplung des Stromnetzes mit dem Erdgasnetz stünde der Solar- und Windstrom in Zukunft nicht nur für Elektrofahrzeuge, sondern auch für Erdgasfahrzeuge zur Verfügung. Wir schafften also Unabhängigkeit von den Erdölförderländern und langfristige Preisstabilität in einem Zuge.
Statt dessen diskutiert man hier über die Erhöhung der Pendlerpauschale und niedrigere Steuern auf Treibstoffe. Der Irrsinn hat einen Namen …

 

 

Hier noch eine überschlägige Rechnung, die ich mal gemacht habe um die Größenordnungen zwischen verbrauchtem Erdöl und erzeugtem Solarstrom besser einordnen zu können:
 7,5GWp erzeugen bei einer jährlichen Stromproduktion von 900kWh/kWp: 7.500.000 * 900kWh/kWp = 6,75*10^9 kWh.
Erdöl hat einen Heizwert von 11,9kWh/kg. Die jährlich erzeugte Strommenge der im letzten Jahr gebauten Photovoltaikanlagen entspricht daher dem Energieinhalt von: 5,67*10^8kg oder 567.000 Tonnen Erdöl.
Die von den im letzten Jahr neu hinzugekommenen Photovoltaikanlagen erzeugte jährliche Energiemenge entspricht daher etwa 0,518% des Energieinhaltes, des in Deutschland in einem Jahr verbrauchten Erdöls.
Oder anders ausgedrückt: Selbst bei einem Zubau von 7,5GWp/Jahr bräuchten wir 200 Jahre um unseren Ölbedarf durch photovoltaisch gewandelte Solarenergie zu decken.
Da wäre eine Beschleunigung aus meiner Sicht weitaus intelligenter als eine Bremse …

 

geposted von Matthias Diehl

Stromspeicherung unter Wasser – eine neue Idee

Die VDI-Nachrichten berichten in der neuesten Ausgabe über Intelligente Stromnetze am Ontariosee. Dort soll auch eine neue Methode zur Speicherung von elektrischer Energie über Druckluftspeicher unter Wasser getestet werden. http://hydrostor.ca/demoproject/

Ich bin gespannt auf die Ergebnisse der Pilotanlage, die ab Sommer 2012 gebaut werden soll.

Hans-Peter Scheerer