Erneuerbare Energien: Warum wir sie dringend brauchen, aber kaum nutzen Berichte, Analysen, Argumente

192 Pages·1996·7.9 MB·German

by  Manfred Fischedick

Emeuerbare Energien
Warum wir sie dringend brauchen,
aber kaum nutzen
Berichte, Analysen, Argumente
Die Taschenbuchreihe Fakten wird herausgegeben
von Dieter Beste und Marion Kalke
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Die Deutsche Bibliothek - CIP Einheitsaufnahme
Emeuerbare Energien : warum wir sie dringend brauchen, aber kaum nutzen ; Berichte,
Analysen, Argumente I [Konzeption: Dieter Beste und Marion Kli.lke (Hrsg.)]. -
Dusseldorf: VDI VerI., 1996
(Taschenbuchreihe Fakten)
NE. Beste, Dieter [Hrsg.J
ISBN 978-3-540-62742-5 ISBN 978-3-642-86642-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-86642-5
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996
Urspriinglich erschienen bei VDI -Verlag 1996
Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollstandigen
fotomechanischen Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie), der elektronischen Datenspeicherung
(Wiedergabesysteme jeder Art) und das der Obersetzung vorbehaiten.
Konzeption: Dieter Beste und Marion Kalke (Hrsg.), Mediakonzept, Dusseldorf
Redaktion: Dr. Norbert PoBberg, Mediakonzept, Dusseldorf
Gestaltung: Monika Anzinger, MediaCompany, Bonn
Satz: Michael Adrian, MediaCompany, Bonn
Fotos Umschlag: Pilkington, Mediakonzept, Greenpeace, MediaCompany
Vorwort
Die Sonne strahlt tagtaglich Energie im UberfluB auf die Erdoberfla
che. An einem sonnigen Tag sind es rund 1000 Watt pro Quadratme
ter - mehr als genug. Aber wir verfeuern Kohle, Braunkohle, Erdal
und Erdgas und belasten das Erdklima mit dem bei der Verbrennung
entstehenden Kohlendioxid. Das C02 tragt wesentlich zum Treib
hauseffekt beL Zur Stromerzeugung nutzen wir damber hinaus die
Kernenergie mit ihrem hohen Risikopotential. Warum eigentlich
kommt die Solarenergie nicht zum Zuge?
Die Solarenergie ist das Fundament der sogenannten erneuer
baren Energien: ob Photovoltaik und Solarthermie, Windenergie oder
Biomasse - aile ihre Formen haben den einen Ursprung, namlich die
Energie des auf die Erdoberflache treffenden Sonnenlichtes.
Manfred Fischedieck und Peter Hennicke ziehen ein Resumee aus
jahrelangen Diskussionen des Fur und Wider. Obwohl der magliche
Beitrag der erneuerbaren Energien wr Minderung der Kohlendioxid
emissionen weitgehend Anerkennung finde, seien - neben strukturel
len Problem en, wie andauernde Uberkapazitaten und fehlende Inve
stitionsanreize in der Stromwirtschaft - vor allem die zum Teil noch
vergleichsweise hohen Kosten das wesentliche Hemmnis fur eine
verstarkte Nutzung.
Richtig, sagt Werner Hlubek aus Sicht der Wirtschaft: Kosten
die traditionellen Einsatzstoffe in Kraftwerken nur 4 bis 5 Pfennig je
Kilowattstunde, musse fur die Umwandlung von Sonnenlicht in
Strom noch bis zu 2 DM pro Kilowattstunde angesetzt werden. Er
glaubt darum nicht, daB die erneuerbaren Energien - die Wunsch
energie der Deutschen schlechthin - kurz und mittelfristig nennens
werte Beitrage zur Energieversorgung eines Industrielandes wie
Deutschland liefern kannten. In den kommenden 25 Jahren kannten
sie vielleicht 10 Prozent erreichen, so seine Schatzung.
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Dabei konstatiert auch Hlubek das hohe technische Potential
der emeuerbaren Energien in Deutschland. In das technische Potenti
al gehen all die vielen Nutzungsmoglichkeiten der emeuerbaren
Energien ein - unter der Annahme, daB aIle verfiigbaren "geeigne
ten" FHichen zur Energiebereitstellung herangezogen werden. Martin
Kaltschmitt und Andreas Wiese haben die groJ3e Muhe auf sich
genommen, dieses Potential im Detail zu analysieren. Dnd sie haben
noch ein ubriges getan, namlich diese einzelnen technischen Poten
tiale auf eine realistische Nutzung hin abgeschatzt. Herausgekommen
ist dabei ein Zahlenberg, den jede zukunftige Diskussion urn die
emeuerbaren Energien in Deutschland wird berucksichtigen mussen.
Vor diesem Hintergrund erscheint auch die Kontroverse zwi
schen Sven Teske, Greenpeace, und Joachim Grawe, Vereinigung
Deutscher Elektrizitatswerke, in einem anderen Licht: Naturlich geht
es letztlich urn die Frage, wer was bezahlen solI, wenn wir den
emeuerbaren Energien eine Chance geben wollen. Angesichts der
Fakten ist eine verantwortungsvolle gesellschaftliche, politische Dis
kussion von noten. Wenn wir endlich wissen, ob wir die emeuerbaren
Energien wollen, stehen politische Entscheidungen an.
Dusseldorf, im August 1996
Dieter Beste und Marion Kalke
4
lnhalt
1 Auf dem Weg zu einem dauerhaften Energiesystem
Manfred Fischedick, Peter Hennicke . 7
2 Perspektiven der Photovoltaik
Joachim Benemann, Renate Piesker-Spahn 23
3 Neuere Entwicklungen in der Photovoltaik
lver Lauermann . . • . . . • . . . . 33
4 Energiespeicherung - das Nade16hr
fur Photovoltaikanlagen
Jiirgen Garche, Peter Harnisch . . . . . 39
5 PHOEBUS - das liilicher System Photovoltaik
Elektrolyse-Brennstoffzelle
Heinz Barthels . . . . • • . • • . 45
6 Solares Bauen - Technologien fur
die Gebaude von morgen
Karsten Voss, Volker Wittwer, Joachim Luther 61
7 Das Stromeinspeisungsgesetz -
Riickgrat der regenerativen Energiequellen
Sven Teske . ......... . 73
8 Das Stromeinspeisungsgesetz -
verfehltes Mittel zum guten Zweck
Joachim Grawe . . . . . . . 79
9 Reaktivierte Wasserkraft -
Strom aus technischen Denkmalen
Michael Mende . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . 83
5
10 Nutzung geothermischer Ressourcen
Ernst Huenges ....... 93
11 Perspektiven regenerativer Energien
aus Sicht des Energie-Anbieters
Werner Hlubek ....... 99
12 Perspektiven regenerativer Energien
aus Sicht der Wissenschaft
Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese . 113
Die Autorinnen und Autoren 191
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Auf dem Weg zu einem
dauerhaften Energiesystem
Vatl Manfred Fischedick und Peter Hennicke
Der Weg zu einer dauerhaften 'Energiespar- und Sonnenenergiewirt
schaft muB iiber eine vorsorgende 'Energie- und Klimapolitik erfolgen
und erfordert erhebliche strukturelle Anderungen im En ergiesystem.
Grundsatzlich sehen wir vier Strategien zur zukiinftigen Ausgestal
tung des 'Energiesystems, die eine Reduzierung von 'Energieverbrauch
und energiebedingten Kohlendioxidemissionen ermoglichen:
'Effizienzsteigerung, das heiBt Verringerung des Energieeinsatzes
pro Dienstleistung und Produkt; Substitution von - bezogen auf
den 'Energieinhalt - kohlenstotfreichen durch kohlenstoffarme Energie
trager; verstarkte Nutzung kohlendioxidfreier 'Energiebereitstellungs
techniken, zum Beispiel emeuerbare 'Energien; 'Energieverbrauchs
minderung durch neue ressourcensparende Produktions- und
lebensstile.
D
ie mit der Energieerzeugung und Energieanwendung verbundenen
Umweltbelastungen und Risiken sind vieif<iltiger Natur. Neben
dem AusstoB an klassischen Luftschadstoffen wie Schwefeldioxid
(S02) und Stickoxiden (NOx), die in der Vergangenheit zum Waldsterben
und zur Smogbildung beigetragen haben, treten beispielsweise durch den
Bergbau auch massive Eingriffe in die LandoberfHiche und in den Grund
wasserhaushalt auf. AuBer diesen vor aHem auf regionaler Ebene bedeut
samen Umweltauswirkungen fiihrt die Nutzung der Kernenergie zu si
cherheitspolitischen und globalen Risiken. Hinzu kommt auch die mogli
che Zuspitzung geopolitischer Konflikte tiber die "Verfiigbarkeit" von Ol
und Erdgasreserven. Die wohl umfassendste globale Bedrohung der
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Allf dem Weg.z.LLeinem dauerhaften Energiesystem
Menschheit wird heute durch den AusstoB von klimarelevanten Spuren
gasen, insbesondere Kohlendioxid (C02), und den hiermit verbundenen
Auswirkungen auf das Weltklima verursacht. Kohlendioxid und andere
Spurengase, wie zum Beispiel Methan (CH4) und Lachgas (N20), wirken
dabei in der Atmosphiire wie das Glasdach eines Treibhauses. Sie lassen
die energiereiche kurzwellige Strahlung von der Sonne auf die Erde
ungehindert passieren, halten aber einen Teil der von der ErdoberfHiche
in die Atmosphare zUrUckgestrahlten energiearmeren langwelligen Strah
lung zurUck. Dieser als Treibhauseffekt bezeichnete Umstand fuhrt zu
einer Erwarmung der Erdatmosphiire. Seit Beginn der Industrialisierung
hat sich die glob ale Mitteltemperatur bereits urn rund 0,7 Grad Celsius
erhoht.
Bei weiter wachsendem Weltenergieverbrauch muB mit einer be
drohlichen Zunahme all dieser Risiken und Konflikte gerechnet werden.
Dies gilt vor allem fur den AusstoB klimarelevanter Spurengase, fur die
Klimarel vante he ute, im Gegensatz zu Schadstoffen wie Schwefeldioxid und Stickoxide,
Spurengase werden keine wirksamen Riickhaltemechanismen zur Verfiigung stehen.
nicht wirk am Die energiebedingten Treibhausgasemissionen, die auf die Verbren
zuriickgehalten nung fossiler Energietrager zUrUckzufuhren sind, tragen zu etwa 50 Fro
zent zum anthropogenen, das heiBt vom Menschen verursachten Treib
hauseffekt bei. Ein Leitziel zukiinftiger Energiepolitik bestimmt sich da
her maBgeblich aus den Erfordernissen des Klimaschutzes. Nach Empfeh
lungen der Enquete-Kommission "Schutz der Erdatmosphare" des Deut
schen Bundestages ist in Deutschland, das als eines der bedeutendsten
IndustrieHinder heute mit rund 4 Frozent an den weltweiten Kohlendi
oxidemissionen beteiligt ist, eine Kohlendioxidreduktion bis zum Jahr
2005 von 30 Frozent, bis 2020 von 50 Frozent und bis 2050 von 80
Frozent in bezug auf das Jahr 1987 als Beitrag zum globalen Klimaschutz
notwendig, wenn die Erwarmung der Erdatmosphare fur die verschiede
nen Okosysteme in tragbaren Grenzen gehalten und die Ernahrungslage
gesichert werden solI.
Klimaschutz allein ist aber nicht hinreichend fur ein "nachhaltiges"
(sustainable) Energiesystem, das samtliche Risiken der Energienutzung
auf ein akzeptables MaB begrenzt. Notig ist vielmehr eine nachhaltige
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Energiespar- und Solarenergiewirtschaft, die sowohl eine maximale Stei
gerung der Energieproduktivitat, das heiBt Verringerung des Energieein
satzes fur Produktherstellung und Bereitstellung von Dienstleistungen
durch rationelle Energienutzung, als auch die Bereitstellung des (Rest-)
Energieverbrauchs fur wachsende Energiedienstleistungen moglichst
weitgehend aus emeuerbaren Energiequellen verlangt. Dariiber hinaus
stell en sich in Zusammenhang mit dem Energiesystem auch Fragen nach
weltweit verallgemeinerungsfahigen Produktions- und Lebensstilen und
nach neuen »Wohlstandsmodellen".
Emeuerbare Energien mtissen insbesondere mittel- und langfristig
zum Erreichen einer nachhaltigen Energieversorgung beitragen. Wegen
der langen Entwicklungs- und Markteinfuhrungszeiten von teilweise
mehreren lahrzehnten hat eine energiepolitische Richtungsentscheidung
fur den Umstieg in eine Solar- und Energiesparwirtschaft aber bereits
heute eine hohe Aktualitat.
Technische Potentiale und derzeitiger Nutzungsstand
Das technische Potential der emeuerbaren Energien zur Warme- und
Stromerzeugung ist sehr hoch und - im Vergleich zu fossilen und nuklea
ren Energiequellen - relativ umweltfreundlich erschlieBbar und nutzbar.
Bei der Anwendung der meisten emeuerbaren Energien werden keine
Schadstoffemissionen frei. Klimarelevante Kohlendioxidemissionen ent
stehen eben falls nicht beziehungsweise werden tiber den ganzen Zyklus
betrachtet an anderer Stelle wieder eingebunden. So entsteht zwar bei
spielsweise bei der Biomasseverbrennung Kohlendioxid, das jedoch beim
Wachstum der biogenen Energietrager in gleichem Umfang zuvor der
Atmosphare entzogen wurde. Dennoch steht mitunter auch der Einsatz
von emeuerbaren Energien in der Kritik. Zum Beispiel werden der noch
vergleichsweise hohe kumulierte Energieaufwand bei der Herstellung von
Solarzellen und die Beeinflussung des Landschaftsbildes sowie des Vogel
fluges beim Betrieb von Windkraftwerken kritisch beurteilt. Letzteres
scheint 16sbar, indem in Zusammenarbeit von regionaler und kommuna
ler Planungsebene Vorrang- und AusschluBgebiete fur die Windenergie
nutzung ausgewiesen werden.
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---{'uf dem We!J-2.ILeinem dauerhaften Energiesystem
Kumulierter Primarenergieaufwand
in kWh (eingesetzter Primarenergie) I kWh (bereitgeste1lter Endener
gie) ver chiedener Techniken zur Nutzung emeuerbarer Energien
Photovoltaik Windenergie' Biomasse Solarthermie
(Solarzellen) (RC5l5toffc)
heutige
0,24 -0,85 0,031 -0,227 0,022 -0,165 0,16 -0,28
Konzepte
zukOnftige 0,08 -0,30 omo -0,150 omo -0,080 0,10 -0,15
Konzepte2
1: in Abhangigkeit der jahrC5mittleren WindgC5chwindigkeit
2: optimierte Anla entechnik und Serienproduktion
Qu('//e: Altner U.Q., /995; Stelzer 11.0., /994; eigl'lIl' Bl'recllllullgl'lI
Der kumulierte Energieaufwand fur Solarzellen zur photovoltai
schen Stromerzeugung liegt heute zwischen 0,24 und 0,85 Kilowattstun
den eingesetzter Primarenergie pro Kilowattstunde bereitgestellter e1ek
trischer Energie. Dies fuhrt zu energetischen Amortisationszeiten in der
GroBenordnung von 5 bis 9 Jahren, das heiBt in 5 bis 9 Jahren haben die
Solarzellen die Energiemenge bereitgestellt, die fur ihre Herstellung zuvor
aufgewendet worden ist. Zukunftig werden daher vor aHem neue und
effizientere Herstellungsverfahren sowie der zunehmende Ubergang auf
neuartige Zellenarten wie Dunnschicht- oder Gratzelzellen zu einer deut
lichen Verringemng der energetischen Amortisationszeiten beitragen
muss en und wohl auch konnen. Fur Solarzellen werden langfristig Amor
tisationszeiten von mnd 1 Jahr erwartet. Entsprechende Laborergebnisse
Wirtschaftliche werden heute schon ausgewiesen. Derartige und zum Teil noch geringere
Nachteile stehen Amortisationszeiten weisen heute bereits einige Techniken zur Nutzung
den okologischen erneuerbarer Energien auf.
VorteiJen noch Trotz der vieWHtigen okologischen Vorteile der erneuerbaren Ener-
gegenuber gien ist deren Nutzungsgrad heute aus okonomischen Grunden noch
vergleichsweise gering. Der gegenwartigen Nutzung der emeuerbaren
Energien zur Strom- und Warmeerzeugung stehen die verfugbaren tech
nischen Potentiale gegenuber. Dieser Begriff wird in der Offentlichen
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