Unversität Göttingen, Energiewende – Chancen und Risiken, am 3.2.2015, Aula der Uni Göttingen, im Rahmen der Ringvorlesung 14/15 Umbrüche Auslöser für Evolution und Fortschritt
Prof. Dr. Eberhard Umbach, Lehrstuhl für Experimentelle Physik VII der Universität Würzburg, zuvor KIT Karlsruhe Institute for Technology, Mitglied von acatech: Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, Vize-Präsident der Helmholtzgesellschaft, Mitglied der Göttinger Akademie der Wissenschaften.
Umbach ergänzt das Thema um den Begriff Motivation: die Motivation der Politik, AKW abzuschalten. Das EEG sollte als Mittel dienen, um den Ausfall auszugleichen. Verweis auf den Vortrag von Latif in der Vorwoche: Temperaturanstieg in der Atmosphäre und insbesondere den Weltmeeren, CO2 Anstieg sowie Ressourcenverknappung.
Grundsätzlich hat die deutsche Regierungspolitik ein Zieldreieck im Auge:
Klimaschutz, Versorgungssicherheit, Bezahlbarkeit bzw. Preisstabilität
Weitere Ziele der Bundesregierung sind:
Reduktion der Treibhausgase um 80% bis 2020 gegenüber 1990
Reduktion des Primärenergieverbrauches um 50% bis 2050
Anteil der EE am Gesamtenergieverbrauch von 60% bis 2050
Gegenstand der aktuellen Diskussion ist meist nur Strom, der aber nur 20% vom Energieverbrauch gegenüber 50% bei Mobilität und 30% bei Wärme ausmacht. Die Zielkonflikte beim Strom sind evident: Der CO2 Ausstoß steigt seit 5 Jahren permanent an, die Preise sind ebenso gestiegen und die Versorgungssicherheit ist gravierend gefährdet. Das 2020 Ziel ist nicht erreichbar.
Problem Nr.1: die Fluktuation. Wind: Installiert 2008: 23 GW Leistung. 2012: 30 GW Leistung. Die Nutzung betrug in 2012: 1547h bei 8760h/a ergo 17%. Die Stromregelung ist verbrauchsorientiert. Den Verbrauch kennt man, kann man prognostizieren. Selbst PV geht noch, wann es dunkel wird, Mittagszeit Jahreszeiten sind bekannt. Wind lässt sich überhaupt nicht vorhersagen.
Der Bedarf (Strom) in Deutschland beträgt: 580 TWh. (zur Umrechnung: 1 TWH=1 Mrd. kWh) Die zur Produktion dieser Menge benötigte Leistung beträgt: MIN: 35 GW und MAX 85 GW (Sommer/Winter)
Um eine Versorgungssicherheit zu gewährleisten, sprich, einen Zusammenbruch zu verhindern, benötigen wir 75 GW an regelbarer Leistung, die durch fossile Kraftwerke vorgehalten werden muss.
Die 18% EE erzeugen einerseits einen Bedarf an fossiler Regelenergie von 130 TWh und andererseits einen Überschuss von 130 TWh, die kostenpflichtig entsorgt werden müssen. Hier ist man dann beim Thema Speicher gelandet (als Alternative zur Bezahlung für die Vernichtung des teuer bezahlten, aber nicht verwendbaren EE Stroms). Da die eigentliche Größe von 130 TWh so hoch ist, dass sich jegliche Überlegung erübrigt, versucht man es mal mit 30 TWh. Auch diese Aufgabe übersteigt weitestgehend jede technische Vorstellungskraft.
Einige Versuche sehen dann so aus:
Speicher
1) Man nehme alle vorhandenen Pumpspeicherwerke: das sind 50 GWh. Die müsste man um einen Faktor 600 vergrößern. Deutschland ist zu klein, die Kosten sind zu hoch
2) Dann sollen Elektroautos herhalten mit ihren Batterien: bei 2,4 Mio. Autos müssten her (die natürlich nur zu Zeiten mit Wind und Sonne fahren dürfen, Tanken+Fahren liegen bei der geringen Reichweite eng beisammen) na ja, man puffert dann gerade mal 40 GWh, auc das reicht nicht und ist zu teuer.
3) Also dann „Power to Gas“, Umwandlung und Einspeisung ins Gasnetz, das dann in der Tat einen großen Speicherplatz bietet: 100 TWh. Leider ist die Umwandlung von Strom in Gas ineffizient: Es bleiben nur 30% der eingesetzten Energie übrig. Der Weg vernichtet den weitaus größten Teil der ohnehin schon teuer erzeugten Energie. Völlig ineffizient, unglaublich teuer und dementsprechend nicht umsetzbar.
Die Stromerzeugung mit EE verlangt letztlich einen dreifachen Aufwand für eine Einheit Strom:
1. Kosten EE Anlagen
2. Kosten Speicher (oder Entsorgung)
3. Ersatz- bzw. Regelkraftwerke
Netze
Das gleiche gilt für unsere Netzte. 400 KV und 110 KV Hochspannungsnetze sind gut vernetzt unter den E-Werken, die sich so gegenseitig ausgleichen können. Darunter liegt das Mittelspannungsnetz 20 KV als Verteilnetz und dann die 400 V Leitungen zum Verbraucher. Die Einspeisung findet nun aber im Mittelspannungsnetz statt, das dafür gar nicht vorgesehen und geeignet ist. Auch hier hat man die Fluktuation nicht im Griff. Die eigentlich benötigten Speicher (z.B. auch in Gebäuden) wären so umfangreich, dass sämtliche Lithiumvorräte der Erde dafür nicht ausreichen würden.
Ausblick
Die Wende muss aber klappen, sonst geht eine Billion Euro verloren. Hauptproblem ist derzeit das EEG. Die Maßnahmen fungieren hier als Ziele, man hat die Dinge auf den Kopf gestellt: Ziel ist CO2 Sparen und Mittel kann PV sein oder sonst eine andere Technik. Das EEG war ja mal toll, hat eine Anschub bewirkt, jetzt muss es ersetzt werden, es ist nicht mehr zielführend (siehe oben: CO2, Preise, Versorgungssicherheit). Beispiel Energiepreise: Je mehr Anlagen, desto stärker wird der Preis an der Börse gedrückt und dadurch werden dann automatisch die Kosten gesteigert, da die EEG Umlage die Differenz zwischen dem garantierten Erzeugerpreis und dem Börsenpreis ausgleicht. Am schlimmsten bzw. teuersten wird dann es bei negativen Börsenpreisen. Wir müssen in Zukunft die europäische Dimension berücksichtigen. Unser Alleingang bringt die Nachbarländer in Schwierigkeiten (Netzstabiltät, Ausgleichsmaßnahmen, Abwehrreaktionen). Es kann nur eine systemische, europaweite Lösung geben. Ein Paradigmenwechsel ist erforderlich. Die Politik muss das EEG durch das ETW ersetzen (Zertifikatehandel) und so eine breite europäische und auf Systemen basierende Lösung anstreben. Betriebswirtschaftliche und volkswirtschaftliche Kosten können so in Einklang gebracht werden. Natürlich werden auch Einsparungen bei Wärme und Mobilität benötigt. Es gilt, die Wende juristisch, ökonomisch, technisch, gesellschaftlich und international zu gestalten.
Daten im Original
Die vom Referent herangezogene Studie aus dem European Physical Journal zur Regelenergie,
(vgl. oben die Zahlen mit 130 TWh EE/Regelenergie usw.) Die Grundlegende Graphik zu den Berechnungen der Regelleistung mit Speicherbeispielen (30 TWh s.o.) steht auf S.5.: