100% Erneuerbare – ein realistisches Ziel?

Erst 30, dann 50, dann 80 und schließlich 100 Prozent: In der Öffentlichkeit wird auch damit um Unterstützung für die Energiewende geworben, dass es möglich ist, sich vollständig von fossilen Elektrizitätsquellen abzukoppeln. Meist wird die Mitte des Jahrhunderts als Zielpunkt genannt. Die Grünen versprechen sogar einen radikalen Umstieg und wollen schon in 16 Jahren soweit sein. Auf Seiten der Bundesregierung ist das 100-Prozent-Ziel nicht angestrebt. Lediglich 80 Prozent des Strom- und 60 Prozent des Gesamtenergiebedarfs sollen bis 2050 aus regenerativen Quellen stammen.

Nun, wie realistisch ist das ambitionierte 100-Prozent-Szenario? Auf diese Frage haben mich die jüngst veröffentlichten Ergebnisse der Komikraftwerk-2-Untersuchung wieder einmal gestoßen, an der unter anderem das Fraunhofer IWES und Siemens beteiligt waren. In der mehrjährigen Studie ging es vor allem darum, zu untersuchen, ob und wie 100 Prozent erneuerbare Energien den sicheren Betrieb des Stromnetzes zulassen, also Themen wie Frequenz- und Spannungsstabilität und Blindleistung. Das Fazit: Mit Tricks geht es.

Quasi als Nebenprodukt der Studie fiel aber auch ein 100-Prozent-Szenario ab, also eine Beschreibung, wie die grüne Vollversorgung in Sachen Erzeugungskapazität funktionieren könnte. Und das zeigt doch mit Deutlichkeit, wie radikal die 100-Prozent-Idee letzlich ist. Auf Seite 8 der Kurzfassung der Studie findet sich eine Tabelle, die die Eckdaten des Szenarios zusammenfasst.

Nötig für eine vollständig grüne Stromversorgung in Deutschland sind demnach

– 127 Gigawatt Windkraft On- und Offshore (etwa das Vierfache des heutigen Werts)
– 134 Gigawatt Photovoltaik (ebenfalls das Vierfache)
– 17,3 Gigawatt dezentrale Biomasse (gut das Dreifache)
– sowie deutliche, aber im Vergleich zu den anderen Quellen in absoluten Zahlen moderate Zuwächse bei Geothermie, Wasserkraft und Pumpspeicherwerken.

Das erscheint plausibel, ja sogar relativ leicht umsetzbar, wenn man den langen Zeitraum in Betracht zieht. Der Haken an der Sache ist aber der gigantische Speicherbedarf, den die Studie veranschlagt. Die Höchstlast im deutschen Stromnetz beträgt derzeit um die 80 Gigawatt und tritt meist früh am Abend im Dezember auf, wenn die Photovoltaik keinen Strom liefert und mit etwas Pech auch noch Flaute herrscht. Zwar kann der Höchstverbrauch mit mehr Flexibilität beim Angebot hoffentlich etwas gesenkt werden. Nötig für das 100-Prozent-Szenario sind aber zusätzlich:

– Batterien mit einer Leistung von 55 Gigawatt
– Power-to-Gas-Anlagen mit gut 13 Gigawatt Leistungsaufnahme
– Methankraftwerke, die vorher im Power-To-Gas-Verfahren gewonnenes Gas verstromen mit 53,8 Gigawatt Leistung

Das sind schon enorme Größenordnungen, vor allem, wenn man bedenkt, wie gering die Auslastung dieser Anlagen sein wird. Von den 8760 Stunden eine (Nichtschalt-)Jahres würden die zumindest heute noch sehr teuren Batterien gerade einmal rechnerisch 49 unter voller Last laufen und damit 0,45 Prozent des Strombedarfs decken. Die Methankraftwerke wären mit 828 Stunden ebenfalls kummuliert nicht einmal ein Zehntel der Zeit mit voller Leistung am Netz und deckten gut drei Prozent des Bedarfs. Die Power-to-Gas-Anlagen würden knapp die Hälfte des Jahre mit Hilfe von Strom aus Wasser Wasserstoff und schließlich Methan produzieren. Es würde also deutlich länger eingespeichert als ausgespeichert.

Hinzu würde noch ein deutlicher Ausbau der Grenzkuppelkapazitäten kommen. Fairerweise nimmt die Studie allerdings an, dass Deutschland per Saldo Selbstversorger bleibt und dass auch die anderen euroäischen Länder auf regenerative Energien umsteigen.

Ökomische Fragen lässt die Kombikraftwerk-Studie beiseite. Eine Hausnummer, was die Vollversorgung mit Grünstrom kosten würde, gibt es also nicht. Viel wird natürlich auch von den Fortschritten bei der Kostensenkung in allen Bereich abhängen.

Man kann jedoch davon ausgehen, dass es kein günstiges Vergnügen sein wird, an die 300 Gigawatt Erzeugungskapazitäten und zusätzlich eine gigantische, schlecht ausgelastete Speicherinfrastruktur zu installieren. Nur ein Bruchteil davon wäre nötig, wenn man sich mit 80 Prozent Erneuerbaren begnügen würde. Eines kann man wohl mit Sicherheit sagen: Es dürfte wohl nur sehr wenige halbwegs Fachkundige auch bei den Grünen geben, die den kompletten Umstieg schon bis 2030 ernsthaft als realistisches Ziel ansehen. Ich habe auch kein detailliertes Umsetzungsszenario gefunden, bis auf eine Betrachtung Brandenburgs. Das Grünen-Ziel ist also eher symbolischer Natur.

Andere Studien zu 100-Prozent-Erneuerbare-Szenarien gibt es nur wenige. Mit der Studie des Fraunhofer ISE, die vor zwei Jahren erschienen ist und die Kosten sogar unter denen des bisherigen Systems verortet, konnte ich wenig anfangen, weil die Rechenschritte nicht offengelegt sind. Darüber hinaus stecken in der Untersuchung pauschale Annahmen über die derzeitigen Kosten des Versorgungssystems. Zum Beispiel wird der überproportional teure Ölverbrauch meiner Lesart nacht mit in die Rechnung hineingenommen, aber nur proportional nach dem Energieverbrauch wieder herausgerechnet. Die (besonders schmutzige) Braunkohle und die (ein bisschen weniger schmutzige) Steinkohle liefern natürlich viel billiger Energie zur Verstromung als Öl für die Mobilität kostet. Auch scheinen mir Systemfolgekosten, zum Beispiel der nötige Netzausbau, nicht ausreichend berücksichtigt. Dies sind aber nur Plausibilitätsannahmen meinerseits. Bei der Bewertung solcher Studien im Detail stößt ein Journalist an seine Grenzen.

Diesen Beitrag möchte ich deshalb ausdrücklich zur Diskussion stellen. Ist ein Szenario wie aus der Kombikraftwerksstudie realistisch, ohne dass die Kosten durch die Decke gehen? Gibt es in dieser Hinsicht erhellende Studien aus dem Ausland? Sind die gravierendsten Probleme in den Kapazitätszahlen der Kombikraftwerks-Studie womöglich noch gar nicht berücksichtigt? Und wäre es besser, sich vom 100-Prozent-Ziel zu verabschieden und wie die Bundesregierung eine realistischere Zielmarke anzupeilen?

P.S.: Dank des untenstehenden Kommentars bin ich auf die interessante Diskussion der Studie bei Renewables International aufmerksam geworden. Dort werden einige Aspekte der Studie ausführlich erörtert, auch die Kostenfrage.

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10 comments for “100% Erneuerbare – ein realistisches Ziel?

  1. Craig Morris (@PPchef)
    1. September 2014 at 09:15

    Herr Schlandt, ich schreibe seit einer Woche über diese Studie auf Renewables International und sehe die Ergebnisse genau wie Sie: technische Machbarkeit belegt, Unbezahlbarkeit auch…

    Siehe z.B.:
    http://www.renewablesinternational.net/sixfold-increase-in-wind-power-from-fewer-turbines/150/537/81317/

    Ciao

  2. Achim
    1. September 2014 at 11:03

    Fraglich ist eher wieviel fossile Brennstoffe in einigen Jahrzehnten kosten werde.
    Außerdem läßt sich das auch billiger durchführen indem das Denken nicht bei 100% Ökostrom aufhört. Wenn wir fürs Heizen das dreifache netto verbrauchen sollte man auf 400% Ökostrom ausbauen. So ist auch bei wenig Wind und Sonne die Stromversorgung iVm Biomasse gewährleistet. Die Biomasse kann langfristig problemlos auf das 4fache der Leistung steigen, es muß ja nur dann Strom erzeugen wenn es gebraucht wird. 2000 VLH im Jahr genügen.
    Für den Überschuss gibts längst bewährte und zuverlässige Warmwasserspeicher die möglichst dezentral aufgestellt werden.
    Übrigens hat eine repowerte Windkraftanlage nicht nur das 4fache sondern oft das 70fache der Leistung der alten Anlage. WO ist also das Problem?!
    Gute Anregungen gibts auch im Masterplan von Willenbacher! Besser als nur destruktives Gejammer wie hier.

    • Jakob Schlandt
      1. September 2014 at 22:30

      Danke für Ihren Beitrag. Power to Heat ist sicher eine bessere Möglichkeit, als den Strom abzuregeln. Die Eskalation in Russland zeigt, dass das auch einen politischen Wert hat. Aber was meinen Sie bloß mit destruktivem Gejammer? Kann ich hier beim besten Willen nirgends entdecken.

  3. Jochen
    3. September 2014 at 12:26

    Ich bin auch der Ansicht, dass das Thema der Speicherung zentral für das Gelingen der Energiewende sein wird. Allerdings kann man wirklich nicht sagen, dass es noch keine Studien gibt, in denen diese Frage beleuchtet wurde bzw. wo es Berechnungen zu den Kosten eines 100%-Umbaus gibt. Spontan fällt mir die 100%-Studie des UBA (
    http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/energieziel-2050
    ), die Photon-Studie (zusammengefasst z. B. hier:
    http://www.schweinfurt.bund-naturschutz.de/fileadmin/kreisgruppen/schweinfurt/Energiewende/Artikel_Herr_Altmaier_so_gehts_aus_PD_2012-10-1.pdf
    ) oder auch die Leitstudien des BMU.
    Weitere Studien finden Sie z. B. auf:
    http://www.energie-studien.de/

  4. Sven Kirrmann
    3. September 2014 at 17:59

    Um das zunächst transparent zu machen: Ich war für die Agentur für Erneuerbare Energien an dem im Artikel besprochenen Projekt beteiligt, kann daher ein gewisses Eigeninteresse nicht verleugnen 😉

    Trotzdem oder vielleicht genau deshalb will ich kurz auf einige im Artikel genannte Dinge eingehen:
    generell: Das Szenario ist eine mögliche 100%-EE-Welt – die Studie sagt nicht, dass es genau so kommen muss, sondern zeigt im Gegenteil durchaus Gestaltungsspielräume auf und fordert dazu auf, alternative Szenarien zu vergleichen. So könnte etwa durch einen verstärkten Netzausbau weniger Speichereinsatz möglich sein. Auch der Energie-Austausch mit dem Ausland wie auch mit dem Wärme- und verkehrssektor könnte sicherlich verstärkt werden, genauso wie es auch noch deutliche Potenziale zur höheren Energieerzeugung aus Sonne und Wind gibt. Das entwickelte Szenario war also nur ein mögliches Modell.

    Auch ist generell zu sagen, dass das Forschungsprojekt sich auf technische Fragestellungen konzentrierte – ökonomische Aspekte waren nicht Teil des Auftrags, auch wenn diese sicherlich interessant wären und Gegenstand zukünftiger Forschungen sein sollten.

    Zu einigen konkreten Punkten:
    Die Batteriekapazität wurde so angenommen, dass an jeder dritten Aufdach-PV-Anlage ein stationärer Speicher mit 2 kWh pro KW PV installiert ist. Das ist angesichts der schon heute in Anwendung befindlichen Speicher wohl eine realistische und angesichts deutlich sinkender Kosten und heute schon teilweise lohnender Geschäftsmodelle auch keine ökonomisch völlig unsinnige Annahme. Nichtsdestotrotz sind angesichts der relativ geringen umgesetzten Energiemengen und der wenigen vollaststunden auch Szenarien mit einem deutlich kleineren Anteil an Batterieleistung möglich.

    Volllaststunden: es ist zwar richtig, dass die thermischen Kraftwerke und sonstigen Speicher nur noch relativ geringe Volllaststunden aufweisen, dies ist aber nicht nur ein Problem von 100%-Szenarien, sondern wird auch schon mit EE-Anteilen von über 50% auftreten. Auch wenn dann richtigerweise sehr viel weniger (Langzeit-)Speicher gebraucht werden, stellt sich die Frage nach einem passenden Marktdesign für Kraftwerke mit geringer Auslastung also schon viel früher.

    Grenzkuppelstellen: Laut der vom BMWi in Auftrag gegebenen Leitstudie zum Strommarkt hat Deutschland momentan Grenzkuppelstellen mit einer leistung von 19 GW (http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/Publikationen/Studien/endbericht-leitstudie-strommarkt-funktionsfaehigkeit-eom-und-impact-analyse-kapazitaetsmechanismen,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf, S. 198). Im Szenario werden 20 GW angenommen, hier kann ich also keinen „deutlichen Ausbau“ erkennen, obwohl in den nächsten Jahren durchaus eine Erhöhung der Leistung der Grenzknotenpunkte zu erwarten ist.

    Dies nur als kurze Hinweise, wir freuen uns aber über die intensive Diskussion unserer Ergebnisse.

    • schlandt
      4. September 2014 at 16:41

      Hallo Herr Kirrmann,

      vielen Dank für Ihren Kommentar und die detaillierten Erläuterungen durch einen Beteiligten! Im Text ist ja auch schon angemerkt, dass die Studie nicht die Szenariobildung beim Versorgungsmix und die Ökonomie im Fokus hatte, sondern die Netzstabilität.

      Hinsichtlich der Grenzkuppelkapazität. Die 20 Gigawatt Importleistung sind, wie sie richtig anmerken, fasst schon vorhanden. In der Studie wird aber von 36,6 Gigawatt maximalem EXPORT ausgegangen (siehe Tabelle). Das würde dann eine Verdopplung der Kuppelstellen nötig machen. Oder habe ich hier einen Interpretationsfehler begangen?

      Beste Grüße,

      Jakob Schlandt

      • Sven Kirrmann
        4. September 2014 at 17:17

        Hallo Herr Schlandt,

        sorry, da war ich zu vorschnell und habe nur auf den Import geschielt. Tatsächlich wurde für den Import bewusst eine Selbstbeschränkung von 20 GW gesetzt, da ja das deutsche Versorgungssystem betrachtet werden sollte.
        Insgesamt wurde allerdings schon von einem Zubau der Kuppelstellen ausgegangen, so dass für den Export auch größere Kapazitäten in Anspruch genommen werden können. Die 36,6 GW entsprechen aber ziemlich genau der in der von mir verlinkten BMWi-Studie für 2030 angenommenen Entwicklung.

        Beste Grüße

        Sven Kirrmann

  5. Roger Hackstock
    7. September 2014 at 12:43

    Finde die Analyse von Jakob Schlandt zur Studie Kombikraftwerk-2 sehr interessant, das Video zum Projekt (https://www.youtube.com/watch?v=JqaeYaSAnFE) hab ich schon öfter weiterempfohlen. Was im Artikel unerwähnt bleibt ist, dass die erneuerbaren Kraftwerke (Wind, Sonne, Biogas) im Kombikraftwerk zur Netzstabilität beitragen – Leistung rasch rauf/runter regeln – weil sie NICHT stets am Anschlag laufen um max. Vergütung zu erzielen sondern in Teillast, um Luft nach oben zu haben wenn das Netz es erfordert. Im heutigen Vergütungsmodell ist diese Betriebsweise absurd. Das zeigt, dass es ein neues Marktmodell brauchen wird, um bei 100 % Ökostrom die Preisbildung an das neue Strom-Gesamtsystem anzupassen. Alle Schritte, die es für die Vollversorgung braucht, müssen wirtschaftlich werden: Eigenstromversorgung mit lokalen Speichern, regionale größere Batteriespeicher zur Netzstabilisierung, dezentrale Einspeisung ins Netz, Einspeisung über Power-to-Gas in Stromspeicher, wenige Stunden Spitzenstrom aus dem Gasspeicher ins Netz, etc. Vor allem auf den letzten Punkt weist Sven Kirrmann in seinem Kommentar hin.

    Was noch hinzukommt: im Power-to-Gas Szenario brauchen wir starke Gaskraftwerke, um in Spitzenzeiten rasch große Leistungen aus dem Gaspeicher ins Stromnetz zu bekommen. Diese Kraftwerke wären an sich vorhanden, oft jedoch als Kraft-Wärme-Kopplung in Ballungszentren, die auch Fernwärme liefern. Laufen diese nur zu Spitzenzeiten, wenn gerade nicht genug Ökostrom im Netz ist, fehlt die restliche Zeit Wärme im Wärmenetz. Das zeigt, wir müssen die Strom- und Wärmewende gemeinsam denken, wenn sie gelingen soll.

    Ich denke es wird notwendig sein, dass nicht nur Forscher, NGO´s, Umweltbundesamt usw. sich dieser Frage annehmen, sondern auch die Branchenvertreter der erneuerbaren Energie sich stärker damit beschäftigen. Es geht schließlich nicht bloß um einige GW mehr an Wind, Sonne, etc. sondern um ein neues Gesamtsystem, das gänzlich ohne fossile und atomare Energie funktionieren soll.

  6. Walter Schüschke
    9. September 2014 at 17:07

    Ich halte es für müßig, eine 100% Strom-Studie zu betrachten. Strom macht nur 1/3 unserer Endenergie aus. Sie erwähnen die 100% Studie des Freiburger Fraunhofer Institut für Solarenergie ISE von Ende 2012, die ich kenne, die anscheinend jedoch von ISE als überholt angesehen wird und zumindest auf der ISE-Homepage nicht mehr zu finden ist. Stattdessen gibt es seit Ende 2013 von denselben Autoren dieses Instituts jetzt die Studie „Energiesystem Deutschland 2050“ ( http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/studien-und-positionspapiere/studie-energiesystem-deutschland-2050 ), die von 80% CO2-Vermeidung ausgeht und nicht nur den Strombereich sondern auch den Wärmebereich (Prozess-und Heizungswärme und Warmwasser) sowie den Verkehrsbereich mit einbezieht. Diese Studie geht u.a. von 147 GW PV, 120 GW Onshore- und 32 GW Offshore-Wind aus. Stromüberschüsse werden (neben Herstellung von H2 für Verkehrsanwendungen) mit Wärmepumpen in die 3-4-fache Menge an Wärme umgewandelt. Stromunterschuss wird mit KWK-Anlagen (GUD und Blockheizkraftwerke) mit einer Leistung von 75 GWel bewältigt. Das dort beschriebene System kommt (neben den heute schon größtenteils vorhandenen rd. 60 GWh Pumpspeicherkraftwerken) mit nur 24 GWh Batteriespeichern aus (deren Leistung ist nicht spezifiziert, sie werden aber an erster Stelle zur Stromspitzenverwertung benutzt und speichern pro Jahr 5 TWh ein), benötigt aber über 600 GWh Wärmespeicher, die viel kostengünstiger sind als Stromspeicher. Bei diesem System wird gerade nicht in vielen Umwandlungsschritten (mit über 60% Umwandlungsverlusten) power-to-gas-to-power gemacht, sondern immer nur ein Umwandlungsprozess eingesetzt, z.B. um überschüssige erneuerbare elektrische Energie in leicht speicherbare (und auf jeden Fall auch benötigte) Wärme umzusetzen (Größtenteils mit einem 3 bis 4 fachen Wirkungsgrad (Wärmepumpe)). Gas (ca. 45% Biogas und 55% Erdgas) wird nur im Wege der Kraftwärmekoppelung (d.h. bei gleichzeitiger Nutzung der dabei anfallenden Wärme) in Strom umgewandelt.

    Diese Studie berücksichtigt, dass es zu kurz gesprungen ist, wenn man nur den Strombereich anschaut, und zeigt, dass das Speicherproblem viel besser durch Wärme- als durch Stromspeicher gelöst wird.

    Bei diesen Studien werden vielleicht noch die Kosten geschätzt. Niemand sagt aber, wie die Steuerung dieser Systeme erfolgen soll. Die Einspeicherung von Strom (oder Wärme) macht nur dann wirklich Sinn, wenn im Netz Stromüberschuss besteht und die Ausspeicherung macht nur Sinn, wenn im Netz Stromunterschuss besteht (es sei denn, es besteht irgendwo akuter Wärmebedarf bei leerem Wärmespeicher so dass die Wärmepumpe bzw. das BHKW wärmegeführt gesteuert werden müssen).
    Wir haben schon jetzt keine Ahnung, wie ein Marktmodell für den bestehenden Zustand aussehen soll. Wie soll das dann mit einer Vielzahl von Speichern aussehen?

    Ich habe den Eindruck, dass wir alle bei den Entwürfen für ein technisches System vernünftig denken, dann aber bei der wirtschaftlichen Umsetzung ausschließlich dem Gott des Marktes huldigen wollen und uns dann wundert, dass dem dazu nichts Vernünftiges sondern allenfalls Glaubensregeln einfallen.

    Walter

  7. 13. September 2014 at 07:29

    Sehr geehrter Herr Schlandt, wissen Sie, daß beim NRW-Justizministerium 198 geheime Aktenseiten existieren, mit denen ein Marler Solarverkäufer und sein Rechtsanwalt seit 2002 mit dem Richterprivileg (Art. 97 GG) verfassungswidrig STRAFLOS gestellt worden sind ?

    Da mir 5 der 198 geheimen Aktenseiten trotz Geheimhaltung vorliegen, kann ich die obige Behauptung auch beweisen.

    Haben Sie als Journalisten „die Eier in der Hose“, um die NRW-Landesregierung mit diesen Fakten zu konfrontieren ? ABer lesen Sie vorher die Rubik/Menü „Medienkritik“ in meinem Blog.

    Ich musste im November 2012 aus Deutschland flüchten, um nicht von der politisch-korrupten NRW-Justiz das gleiche Schicksal zu erleiden wie Gustl Mollath in Bayern. Sie können alle Fakten auf meiner Blog-Webseite recherchieren.

    Ich bin gespannt, ob und welche Nachricht von Ihnen kommt.

    Übrigens:
    Es läßt sich recherchieren und ist Ihnen aufgefallen, daß „die Politik“ seit 2007 den Aussagewert der Anteile der Ökoenergien an der deutschen Energieversorgung dadurch „heimlich“ verändert hat, in dem die 100%-Basis „schleichend“ von „Primärenergieanteile“, über „Endenergieanteile“ und dann nur noch auf „Anteile am Strom“ geändert worden ist. Dadurch wurden die Prozentwertanteile der Ökoenergieanteile von der Politik in den Medien größer und als „stärker steigend“ publiziert, obwohl die volkswirtschaftlich relevanten Primärenergieanteile der Ökoenergien sich in den letzten Jahren kaum nennenswert geändert/erhöht haben.

    In Ihrem Blogtext oben vermisse ich auch den Hinweis, dass es auch zum Ziel der Bundesregierung gehört, den Primärenergieverbrauch bis 2050 im Vergleich zum Jahr 2009 zu HALBIEREN. Wenn Sie die absoluten (!) Primärenergieverbräuche betrachten, die die Bundesregierung anstrebt, hätte Deutschland dann einen Primärenergieverbrauch wie nach den Kriegsjahren 1950 ff.

    Soll mit der Energiewende doch noch der Morgenthau-Plan nachträglich umgesetzt werden ???

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