Experiment Energiewende – schaffen wir das?

60.000 erforderliche Windräder, wo sollen die aufgestellt werden? Wer versorgt uns bei Dunkelflaute mit Strom und hält unser Stromnetz die Umstellung aus?

(10.03.2022 ∙ odysso – Wissen im SWR ∙ SWR) , original : hier , hier

Ist die rechtzeitige Umstellung auf erneuerbare Energieträger, die das Klima weniger belasten zu leisten?

Ist die Energiewende zu schaffen?

Viele Experten sagen „ja“, aber wo und wann sollen die 60.000 neuen Windräder aufgestellt werden? Wer versorgt uns bei Dunkelflaute mit Strom und hält unser Stromnetz das überhaupt aus?

In 23 Jahren soll Deutschland CO2-neutral sein. Alle Kohle-, Atom-, Gas- und Ölkraftwerke sollen dann abgestellt bzw. CO2-frei sein. Bis dahin sollen die regenerativen Energien und Wasserstoff unseren Energiebedarf zu 100% decken. Das ist ein unglaublicher Zeitplan, der eine Menge Fragen aufwirft.

Wie sollen wir ohne CO2-Emmissionen heizen?

Eine der größten CO2-Verursacher in Deutschland sind die Heizungen in unseren Häusern, die ca. Dreiviertel der CO2-Emissionen in den Haushalten ausmachen. Öl-, Gas- und Kohleheizungen sollen deshalb vor allem durch elektrische Wärmepumpen ersetzt werden, die nur ein Drittel bis ein Viertel der Energie verbrauchen. Diese Einsparmöglichkeiten werden allerdings nur erreicht, wenn die Gebäudehülle perfekt isoliert ist. Dazu gehören alle Außenwände, die Fenster und das Dach. Außerdem müssen alle Raumheizkörper durch Flächenheizungen im Boden, an der Wand oder an der Decke ersetzt werden. Erst durch mehrere Quadratmeter- große Heizungsoberflächen, kann das Heizsystem dann mit niedrigen Betriebstemperaturen von 40° statt 70 oder 80° betrieben werden.

Wenn diese beiden energetischen Vorbedingungen allerdings nicht erfüllt werden, können Wärmepumpen die Heizkosten sogar ansteigen lassen. Ob sich dieses Konzept vor allem bei Altbauten überall realisieren lässt, ist wegen der hohen Kosten sehr fraglich.

Mehrere Platten mit Heizung sind an einer Wand im Rohbau angebracht. (Foto: SWR) — Eine Flächenheizung an Wand, Boden oder Decke ist eine der Bedingungen, damit die Wärmepumpe Energie sparen kann.

Die Energiewende benötigt mehr Strom statt weniger – warum?

Außer den Heizungen sollen auch unsere Autos und viele Industrieprozesse in Zukunft mit elektrischem Strom, anstatt mit Öl und Gas betrieben werden. Wir werden deshalb eindeutig mehr Strom benötigen, aber nicht so viel mehr, wie man erwarten würde. Denn elektrische Anwendungen sind effizienter als

Anwendungen mit Verbrennungsprozessen. Ein Beispiel ist das E-Auto: Ein Kleinwagen, der für 100Kilometer zirka sechs Liter Benzin benötigt, verbraucht mit E-Motor etwa 15KWh. Rechnet man diese elektrische Energie in Benzin um, entspricht das gerade einmal 1,5 Liter. Damit liegt das E-Auto bei nur einem Viertel des Verbrauchs eines Benziners. Experten des Fraunhofer Instituts ISE in Freiburg rechnen deshalb damit, dass sich unser Gesamtenergieverbrauch trotz einem etwas erhöhten Stromverbrauch, sogar halbieren wird.

Ein Elektroauto wird an der Stromtankstelle betankt (Foto: SWR) — Ein Elektroauto braucht nur ein Drittel bis ein Viertel der Energie eines Benziners

Woher soll der ganze grüne Strom kommen?

Wir werden durch das Abstellen der fossilen Kraftwerke eine Menge zusätzlicher Windräder und Solarflächen benötigen. Die Anzahl der Windräder muss sich deshalb ca. Verdreifachen und die der Solarmodule Vervierfachen. Dazu braucht es viele Flächen, auf denen die Anlagen stehen können. Das ist einer der Nachteile der regenerativen Energie. Laut der Umfragen ist die überwiegende Mehrheit der Deutschen dennoch für den Ausbau der Erneuerbaren. Trotzdem kann das Ausbauziel mit der bestehenden Gesetzeslage bis 2045 nicht erreicht werden, weil die Genehmigungszeiträume für Windräder im Durchschnitt 5-7 Jahre dauern. Zu lange, um die erforderlichen 2000 Windräder pro Jahr zu realisieren.

Vogelperspektive auf eine Landschaft mit Feldern und Wäldern, in der sehr viele Windräder stehen. (Foto: SWR) — Die Anzahl der Windräder auf dem Festland muss sich verdreifachen. Heute sind es ca. 30.000

Können Batterien genügend Strom speichern?

Selbst wenn die Anzahl der Windräder und Solarmodule wie gewünscht zunimmt, gibt es ein Problem: Was ist, wenn die Sonne nicht scheint und auch kein Wind weht? Gerade im Winter zeigt sich immer wieder, dass Wind- und Sonnenenergie oft tagelang kaum einen Beitrag zur Stromherstellung leisten können, sondern Kohle und Gaskraftwerke die Energielücken schließen müssen.

Die Lösung wären große Speicher, die an Wind- und Sonnen-reichen Tagen die Stromüberschüsse aufnehmen. Heutige Batteriespeicher, selbst sehr große, können allerdings nur Sekunden, Minuten oder maximal Stunden einer Dunkelflaute überbrücken.

Im Keller der Batterie: Die Speicherbehälter sehen aus wie die Fässer in einem Weinkeller. (Foto: SWR) — Selbst eine der größten Batterien Deutschlands im Pfinztal bei Karlsruhe kann nur für einige Stunden die Energie eines Windrads speichern (Redox-Flow, 10MWh).

Woher kommt unser Strom künftig bei tagelanger Dunkelflaute?

Im Plan der Regierung soll die Versorgungssicherheit in den kommenden Jahren mit bestehenden Kraftwerken garantiert werden. Allerdings werden deren Laufzeiten bis 2030 immer weiter verkürzt, weil Wind- und Solarstrom zunehmen. Danach sollen die Gaskraftwerke mit grünem Wasserstoff betrieben werden, der CO2-frei ist und in Tanks und Kavernen eingelagert werden kann. Auch hier gibt es noch viele offene Fragen, weil die benötigte Menge an Wasserstoff z.B. nicht allein in Deutschland produziert werden kann.

Echte Langzeitspeicher können dagegen Wasserkraftwerke in Norwegen sein, denn seit 2021 hat man das norwegische Netz direkt mit dem deutschen Stromnetz über den sogenannten Nordlink (ein Tiefseekabel) verbunden. Überschüssiger Strom aus Deutschland kann jetzt in Norwegen direkt verbraucht werden. Während dieser Zeit drosselt man die Wasserkraftwerke dort und das Wasser sammelt sich in den Stauseen. Später, wenn in Deutschland wieder Strom benötigt wird, lässt man das Wasser wieder durch die Generatoren der Wasserkraftwerke abfließen und wir erhalten so quasi unseren Strom wieder zurück. Deutschland könnte so mehrere Tage mit Strom versorgt werden. Einzige Voraussetzung ist allerdings, dass auch der sogenannte Südlink bis nach Süddeutschland fertig gestellt wird, weil man dort besonders viel Strom braucht.

Kartengrafik die eine Verbindung zwischen Deutschland und Norwegen zeigt. (Foto: SWR) — Nordlink-Verbindung zwischen den Strom-Netzen in Norwegen und Deutschland. Mit deutschen Stromüberschüsse können künftig dort die Speicherseen gefüllt werden.

Reicht das bestehende Stromnetz für die Energiewende aus?

Während in der Vergangenheit der Strom in ca. 350 zentralen Großkraftwerken termingerecht und passend für die Verbrauchsspitzen produziert wurde, werden im künftigen Netz mehrere Millionen regenerative Kraftwerke dezentral den Strom einspeisen. Und das in völliger Abhängigkeit vom Wetter.

Unser heutiges Stromnetz ist für diese Aufgaben noch nicht ausreichend vorbereitet, weder was die die Kapazität der Kabel und Transformatoren betrifft, noch was die Steuerung der Balance zwischen Verbrauch und Erzeugung angeht. Denn Verbrauch und Erzeugung müssen in jeder Sekunde exakt ausgeglichen sein, weil Spannungsschwankungen sonst das Netz zusammenbrechen lassen können. Damit die Stromnetz-Leitzentralen hier den Überblick behalten, sollen nach und nach in allen Haushalten intelligente Stromzähler, sogenannte Smartmeter installiert werden. Sie werden minutengenau die Verbrauchs- und Stromeinspeisedaten an die Leitzentrale übermitteln. Das Ziel dabei ist, die Auslastung der Netze über die Smartmeter besser zu steuern.