So wird die Wende zum Erfolg

1000 Tage nach dem Atomausstieg glauben viele nicht mehr an die Energiewende. Dabei steht das Deutschlandprojekt weit besser da, als oft behauptet wird. Wenn Christoph Schillings auf den Monitor seines Rechners blickt, hat er das Energiesystem der Zukunft vor Augen. Gemeinsam mit seinem Team der Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart untersucht der Forscher, wie die Versorgung Deutschlands künftig aussehen kann – und prüft, welche gangbaren Wege in die neue Energiewelt führen. In seinen Szenarien drehen sich Rotoren im Wind, und Solaranlagen auf Dächern, Äckern sowie an Hausfassaden saugen elektrische Energie aus dem Sonnenlicht. Dezentrale kleine Kraftwerke gewinnen aus Biogas oder Holzabfällen Strom und Wärme und sind mit Batterien, Nahwärmenetzen und Elektrotankstellen verknüpft. „Mit Modellen und mathematischen Algorithmen versuchen wir, das Zusammenspiel des simulierten Geflechts zu optimieren”, sagt der Wissenschaftler am DLR-Institut für Technische Thermodynamik, „um herauszufinden, was technologisch machbar ist und was ökologisch und ökonomisch einen Sinn ergibt.” Die Energielandschaft verändert sich gewaltig Währenddessen vollzieht sich draußen ein gewaltiger Wandel mit dem Ziel, das neue Energiesystem Wirklichkeit werden zu lassen. Seit rund zehn Jahren wächst der Beitrag erneuerbarer Energiequellen wie Wind und Sonne an der Stromversorgung in Deutschland. Das starre Gefüge aus zentralen großen Kraftwerken, die über ein ausbalanciertes Netz die Verbraucher in Haushalten und Industrie mit elektrischer Energie versorgten, verwandelt sich so in ein kleinteiliges, komplexes Gespinst verschiedenster Stromproduzenten und -abnehmer von elektrischer Energie. Der Umbau des deutschen Energiesystems hat sich deutlich beschleunigt, nachdem der deutsche Bundestag am 30. Juni 2011 in namentlicher Abstimmung den stufenweisen Ausstieg aus der Nutzung der Atomenergie beschloss. Die Betriebsgenehmigung für sieben Kernkraftwerke mit einer Gesamtleistung von 9 Gigawatt erlosch dadurch mit sofortiger Wirkung. Ersatz für die fehlende Leistung der nuklearen Stromerzeuger sollen die erneuerbaren Energiequellen liefern. Windkraftanlagen, Photovoltaik-Module und Biomasse-Kraftwerke wurden dieser Herausforderung bislang meisterhaft gerecht: 2013 steuerten die Erneuerbaren insgesamt 23,6 Prozent zur gesamten Stromproduktion in Deutschland bei – ein Zuwachs von rund 30 Prozent gegenüber 2010, dem Jahr vor dem Atomausstieg. Seit der Jahrtausendwende hat sich der Beitrag der Erneuerbaren zur Stromerzeugung sogar vervierfacht. Kaum Stromausfall trotz Sonne, Wind und Co Für Manfred Fischedick, Vizepräsident des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie und Professor für Wirtschaftswissenschaft an der Bergischen Universität Wuppertal, ist der Aufstieg von Sonne, Wind und Co eine beispiellose Erfolgsgeschichte – „zumal die Integration der regenerativen Stromerzeuger bisher gelang, ohne dass die Zuverlässigkeit der Stromversorgung in Gefahr geraten ist”. Denn anders als viele Skeptiker befürchtet hatten, sind Stromausfälle in den letzten Jahren nicht häufiger geworden – trotz der wachsenden Zahl von Windkraft- und Solaranlagen, deren produzierter Strom wetterabhängig anfällt und sich kaum planen lässt. Im Jahr 2012 waren die deutschen Verbraucher im Schnitt 15,9 Minuten ohne Strom. 2006, zu Hochzeiten der Kernenergienutzung, waren es 21,5 Minuten. „Europaweit steht bei der Stabili- tät der Stromnetze nur die Schweiz etwas besser da”, sagt Ulrich Wagner, Vorstand für Energie beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). In Norwegen, einem der reichsten Länder der Welt mit einer guten Infrastruktur, bleiben im Mittel ganze fünf Stunden im Jahr die Lichter aus. „Dass die Integration der zahlreichen Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen ins bestehende Versorgungssystem bei uns so reibungslos funktioniert hat, hätte vor zehn Jahren niemand zu prophezeien gewagt”, meint Manfred Fischedick. Der Motor für den Boom der Erneuerbaren war das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Es gewährt dem grünen Strom Vorrang im Netz und garantiert den Betreibern eine feste Vergütung, die deutlich über dem Marktpreis für elektrischen Strom liegt. Das bringt dem EEG von vielen Seiten Kritik ein. Denn die – steigenden – Kosten für die Förderung von Wind- und Sonnenstrom werden auf das Gros der Stromverbraucher umgelegt. Der Wuppertaler Wissenschaftler Fischedick hält dagegen: „Die Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz war eine wichtige Vorleistung für eine erfolgreiche Energiewende – sowohl technologisch als auch mit Blick auf die Kostenentwicklung der erneuerbaren Energien.” So kostet die Stromerzeugung durch Photovoltaik weniger als ein Fünftel wie vor zehn Jahren, und der Preis für Windstrom hat sich seitdem halbiert. „Man kann sich über die Geschwindigkeit des Ausbaus der erneuerbaren Energien in den letzten Jahren streiten, aber nicht über die induzierten Effekte”, meint Fischedick. „Technologische Fortschritte bei Solarzellen und Rotoren sowie die Massenfertigung – angestoßen durch das EEG – haben für diesen rapiden Preisverfall ebenso gesorgt wie eine zunehmende weltweite Nachfrage”, betont der Forscher. „Es wäre dumm, wenn wir jetzt nicht auch noch den nächsten Schritt gehen und dafür sorgen würden, dass die Erneuerbaren künftig aus eigener Kraft erfolgreich am Markt bestehen können – zumal der nötige Aufwand im Vergleich zu den bisherigen Kosten deutlich geringer ist.” Dazu soll die Förderung von Sonne, Wind und Co zwar angepasst werden – aber so moderat, dass die Entwicklung nicht ausgebremst wird. Allerdings: Die zunehmende Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen allein wird nicht zu einer erfolgreichen Energiewende führen. „Wir müssen das Energiesystem als Ganzes betrachten”, betont Fischedick. Und dazu gehören neben Windrädern und Solarmodulen auch leistungsfähige Versorgungsnetze, neuartige Energiespeicher, eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz, maßgeschneiderte Märkte – und vor allem reichlich Kreativität sowie digitale Intelligenz. Die spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Integration der vielen dezentralen Stromerzeuger. 2012 zählte der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (bdew) über 1,34 Millionen „Kleinkraftwerke”, davon allein 1,3 Millionen Photovoltaik-Anlagen. Sie zu managen, fordert von den Netzbetreibern ein cleveres Management und harte Arbeit. Immer bessere Windprognosen Das lässt sich in der Hauptschaltleitung der TransnetBW in Wendlingen bei Stuttgart beobachten, wo rund um die Uhr das Übertragungsnetz in Baden-Württemberg überwacht und gesteuert wird. „Mit unseren 380- und 220- Kilovolt-Höchstspannungsleitungen sichern wir die Stromversorgung von elf Millionen Menschen”, sagt Markus Fürst, Leiter Systemführung. „Die Stromautobahnen von TransnetBW sind direkt eingebunden in das europäische Verbundnetz und ermöglichen damit einen länderübergreifenden großräumigen Stromtransport.” Vor einem großen Monitor sorgen Ingenieure dafür, dass keine Überlastungen auftreten und Frequenz sowie Spannung im gesamten Netz konstant bleiben. Das ist die Voraussetzung für einen stabilen Netzbetrieb – und dafür, dass auf Störungen jederzeit schnell reagiert werden kann. Alle fünf Minuten erfolgen automatische Berechnungen der Netzsicherheit. Einmal täglich erstellt das Team zusammen mit anderen deutschen und internationalen Übertragungsnetzbetreibern Prognosen der Stromflüsse für den nächsten Tag sowie fortlaufend für den aktuellen Tag. „Dabei spielen der europäische Markt, aber auch die schwankende Einspeisung durch erneuerbare Anlagen eine wachsende Rolle”, sagt Fürst. „Die erneuerbare Einspeisung ist durch Modelle, die auf Wetterprognosen beruhen, heute viel zuverlässiger und genauer vorhersagbar als vor ein paar Jahren. Stimmt die Realität aber nicht mit den Prognosen überein, muss man rasch reagieren. Da sich der überschüssige Strom noch nicht speichern lässt, muss er ins Ausland verkauft werden, oder man muss dafür sorgen, dass die Leistung von Anlagen gedrosselt wird. „Doch das System steht auf immer wackeligeren Beinen”, sagt DLR-Experte Ulrich Wagner. Das bestätigt TransnetBW-Systemführungsleiter Markus Fürst: „Notwendigkeit und Zahl der Systemsicherheitseingriffe haben in den letzten Jahren erheblich zugenommen.” Wagner warnt: „Wenn wir nicht gegensteuern, ist absehbar, dass bald eine technische Grenze erreicht ist.” Für Abhilfe können flexible Kraftwerke sorgen, die sich je nach Bedarf schnell und unkompliziert anfahren lassen und die man bei ausreichend regenerativ erzeugtem Strom auch rasch wieder abschalten kann. Dazu gehören Biogasanlagen, Blockheiz- und Gaskraftwerke. Diese haben zudem den Vorteil, deutlich weniger klimaschädliches CO2 zu emittieren als Kohlekraftwerke. „Für eine Übergangszeit von 10 bis 20 Jahren sind wir auf die Unterstützung von konventionellen Kraftwerken angewiesen”, meint Wolfgang Glaunsinger, Geschäftsführer der Energietechnischen Gesellschaft beim Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (VDE) in Frankfurt am Main. „Doch wenn der Ausbau der regenerativen Energien noch deutlich weiter fortgeschritten ist, werden Windkraftwerke und Solaranlagen selbst in der Lage sein, Netzdienstleistungen zu erbringen und Ungleichgewichte zwischen Stromerzeugung und -verbrauch zu glätten.” Eine clevere Möglichkeit, die Launen der Erneuerbaren zu zügeln, bieten sogenannte virtuelle Kraftwerke. „Sie verbinden verschiedene Erzeuger wie Windräder, Photovoltaik- und Biogasanlagen sowie regelbare Verbraucher wie Wärmepumpen, Kühlhäuser und Batteriespeicher übers Netze miteinander”, erklärt Glaunsinger. Sensoren und automatisch gesteuerte Stellglieder – sie bilden zusammen ein „Smart Grid”, ein intelligentes Netz – sorgen dafür, dass Produktion und Verbrauch von Strom in dem Verbund stets akribisch aufeinander abgestimmt sind. „Das virtuelle Kraftwerk wirkt nach außen wie ein einzelner großer Kraftwerksblock”, sagt Glaunsinger. Und der lässt sich wesentlich einfacher in das übergeordnete Stromnetz integrieren als viele kleine und voneinander unabhängig betriebene Anlagen (siehe „Das unsichtbare Kraftwerk”, ab S. 94). „Rund zehn Prozent der Stromerzeugung in Deutschland werden sich bis 2030 mithilfe von virtuellen Kraftwerken stemmen lassen”, schätzt DLR-Forscher Wagner. Acht Stunden Strom aus dem Pumpspeicher Damit kann eine intelligente Vernetzung dezentraler Stromerzeuger eine wichtige Unterstützung für Energiespeicher sein, die überschüssige Energie vorübergehend aufbewahren, um sie später nutzen zu können. „Auf lange Sicht werden wir an verschiedenen, auch neuartigen Speichern als wichtigem Baustein für eine sichere Stromversorgung aber nicht vorbeikommen”, sagt Wagner. Heute übernehmen im deutschen Stromnetz diese Rolle fast ausschließlich Pumpspeicherkraftwerke. Sie pressen Wasser bei einem Überangebot an Strom von einem tiefer gelegenen Reservoir in ein hoch gelegenes Becken, wo die Energie als Lageenergie gespeichert wird. Herrscht Flaute, stürzt das Wasser in die Tiefe und erzeugt dabei wieder Strom. Einzelne Anlagen erreichen Leistungen über 1000 Megawatt, so viel wie 500 mittelgroße Windräder. Sie können mehr als 8 Gigawattstunden Energie aufnehmen – damit ließe sich ein mittelgroßes Bundesland wie Thüringen acht Stunden lang mit Strom versorgen. Moderne Pumpspeicher haben eine passable Energiedichte, einen Wirkungsgrad von über 80 Prozent und erträgliche Baukosten. Damit erfüllen sie alle Anforderungen. Allerdings: Es gibt für sie kaum geeignete Standorte in Deutschland. Die Netzbetreiber haben daher Becken in Luxemburg, Österreich und der Schweiz gepachtet. Eine Zusammenarbeit mit Norwegen, das über die zehnfache Speicherkapazität verfügt wie Deutschland, ist für die Zeit nach 2018 geplant. Bis dahin soll ein über 500 Kilometer langes Seekabel zwischen der Nordseeküste in Schleswig-Holstein und Südnorwegen in Betrieb gehen, durch das Strom mit einer Leistung von 1,4 Gigawatt ausgetauscht werden kann. Doch es gibt auch innovative Ideen für Speicher, die sich in Deutschland errichten lassen. So erforschen Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen und der Bochumer Ruhr-Universität seit einigen Jahren die Möglichkeit, aufgegebene Bergwerke als Pumpspeicherbecken zu nutzen, etwa im Ruhrgebiet. Die Idee: Bei einem Stromüberschuss betreibt man leistungsstarke Pumpen, um Wasser aus den Schächten heraus zu befördern, mangelt es an Strom, werden die Pumpen abgestellt und die Stollen wieder geflutet. Während das Wasser in die Tiefe stürzt, treibt es eine elektrische Turbine an. Aus grünem Strom wird Druckluft Druckluftspeicher funktionieren nach einem ähnlichen Prinzip – doch wird der Strom hier genutzt, um Luft mithilfe eines Kompressors in einen Tank oder eine Kaverne hinein zu drücken. Die Energie ist dann im hohen Druck der Luft gespeichert. Bei Bedarf nimmt das Gas den umgekehrten Weg, strömt über eine Turbine und erzeugt Elektrizität. Ein solcher Druckluftspeicher hat zwei Vorteile: Er lässt sich überall bauen, und Luft kostet nichts. Der Wirkungsgrad von mageren 40 Prozent macht die Technologie aber bislang wenig attraktiv. Derzeit werden verbesserte Anlagen mit Wirkungsgraden über 70 Prozent getestet. „ Die Technologie ist ausgereift, doch es fehlen noch Finanzierungsmodelle”, sagt Peter Moser, Leiter Neue Technologie beim Essener Energieversorger RWE. Eine chemische Speicherlösung ist Wasserstoff, der elektrolytisch aus Wasser gewonnen wird. Die Energiedichte ist etwa 2000 Mal so hoch wie bei einem Pumpspeicherkraftwerk. Das klingt fantastisch, hat aber einige Haken: Als das leichteste aller Elemente flutschen die Wasserstoff-Atome durch andere Materialien hindurch. Das macht Lagerung und Transport aufwendig und teuer. Trotzdem ist Wasserstoff dank seiner Leichtigkeit auch für den Einsatz im Verkehr immer wieder im Gespräch. „Schon heute fahren Brennstoffzellen-Fahrzeuge mit Wasserstoff, und auch Kleinkraftwerke lassen sich damit betreiben”, sagt Ulrich Wagner vom DLR, der Wasserstoff als Speichermedium für große Energiemengen favorisiert. Zum Durchbruch könnte dem leichtgewichtigen Gas das Power-to-Gas-Verfahren verhelfen. Dabei wird Wasserstoff, der etwa mithilfe von Windstrom erzeugt wurde, mit Kohlendioxid in Methan umgewandelt, dem Hauptbestandteil von Erdgas. Die Stärke des synthetischen Erdgases ist seine Vielseitigkeit: Es kann gespeichert oder in das gut ausgebaute deutsche Gasnetz eingespeist werden. Von dort findet es seinen Weg in Küchen, Autotanks oder Gaskraftwerke. Doch die mehrstufige chemische Umwandlung fordert ihren Tribut: „Von der Energie, die anfangs im Strom steckt, gehen derzeit rund 50 Prozent verloren”, sagt Wagner. Trotzdem gilt die Power-to-Gas-Technologie wegen des vorhandenen Gasnetzes und ihrer Vielseitigkeit als aussichtsreich. Ulrich Zuberbühler, Forscher am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) in Stuttgart, schätzt, dass die Technologie bei geeigneten Randbedingungen in etwa fünf Jahren einsatzreif sein wird. Einen gewichtigen Part bei der Energiewende könnten schon in den nächsten Jahren Batterien übernehmen. Denn sie sind in der Lage, Strom dezentral mit kleinen Kapazitäten, aber in tausendfacher Ausführung zu speichern. Ihre Stärken – niedrige Ladeströme, hohe Energiedichte und geringe Größe – spielen sie besonders zusammen mit Photovoltaik-Anlagen auf privaten oder gewerblichen Gebäuden aus. Das kann die Eigennutzung von selbst produziertem Solarstrom beflügeln (siehe Interview mit Andreas Bett, „Wäsche waschen bei Sonnenschein”, S. 89). Forscher am DLR entwickeln derzeit neuartige, besonders effiziente, robuste und preisgünstige Batterietypen wie Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Zellen. Der Wuppertaler Energieforscher Fischedick beschreibt ein weiteres ergänzendes Konzept, um Schwankungen im Stromnetz zu nivellieren: die Industrieproduktion. „Viele Industriebetriebe könnten Pumpen oder Kühlaggregate zeitweise abschalten, wenn ein Mangel an Strom besteht”, erklärt er. Ist Strom gerade knapp, ließen sich die elektrischen Geräte für eine Stunde oder länger außer Betrieb nehmen, ohne dass etwa gekühlte Waren Schaden nehmen. „Die Steuerung der Verbrauchslast ginge sehr schnell”, sagt Fischedick. „Unternehmen mit hohem Energieverbrauch könnten so erheblich zur Stabilisierung des Stromnetzes beitragen.” Bei Stromüberschuss mit Hochdruck produzieren Manche Betriebe könnten auch mehr produzieren, wenn es Strom im Überfluss gibt – und weniger, wenn es dunkel und windstill ist. So würde die Energie im übertragenen Sinn in Form von Autos, Computern oder Glasflaschen in Lagerhallen landen. Rentabel ist dieses „Demand Side Management” für die meisten Unternehmen jedoch bisher nicht. „Dazu wären flexible Stromtarife nötig”, meint Fischedick. Nach dem Prinzip: Strom wird umso billiger, je mehr davon verfügbar ist. Wer diese Zeiten nutzt, um seinen hohen Bedarf zu decken, kann viel Geld sparen. „Trotz vieler technologischer Kniffe wird letztlich kein Weg an einem Ausbau der Stromnetze vorbeiführen”, sagt Wolfgang Glaunsinger. Denn die haben gleich zwei Probleme: Zum einen speisen die über 1,3 Millionen Photovoltaik-Anlagen vor allem an sonnigen Sommertagen und über die Mittagszeit immense Mengen an Strom in die regionalen Versorgungsnetze ein. Zum anderen liefern zahlreiche große Windparks, von denen die meisten im windreichen Norden und Osten Deutschlands stehen, an stürmischen Tagen weitaus mehr Strom, als dort benötigt wird. Was zu viel ist, muss Hunderte Kilometer weit in die Ballungsräume und Industriezentren im Süden und Westen der Republik gebracht werden. „Bislang reichen die Kapazitäten der Übertragungsnetze dafür meist aus”, sagt Fischedick – auch wenn an manchen Tagen bereits Rotoren heruntergeregelt werden, um die Menge an Windstrom zu begrenzen, und manches Strompaket einen Umweg über Nachbarländer nehmen muss. Ein weiterer Zubau von Windkraftanlagen – an Land und künftig auch in Nord- und Ostsee – wird die Anforderungen an die Übertragungsnetze aber weiter erhöhen. Zu meistern sind sie letztlich nur durch einen Ausbau der Stromtrassen von Nord nach Süd, ist Manfred Fischedick überzeugt. Allerdings lässt sich der Zubaubedarf deutlich begrenzen, wenn parallel zum Ausbau der erneuerbaren Energien die Nachfrage nach Strom über die Steigerung der Energieeffizienz reduziert wird. „Jede nicht erzeugte oder verwendete Kilowattstunde muss nicht transportiert werden”, betont Fischedick. Einen begrenzenden Effekt habe auch ein ausgewogener Ausbau der erneuerbaren Energien zwischen Nord und Süd – also etwa eine stärkere Nutzung der Windenergie im Süden. Innovative Technologien können helfen, auf manche Eingriffe ins Landschaftsbild zu verzichten. So lassen sich neue Stromleitungen auf einzelnen Teilstrecken als unterirdische Erdkabel verlegen. „Sie sind allerdings deutlich teurer als Freileitungen”, sagt Manfred Fischedick – je nach Angaben der Anbieter kosten sie das Drei- bis Zehnfache. Daher hält der Wissenschaftler Erdkabel nur in ökologisch besonders sensiblen Bereichen für Alternativen, aber sie sind bei manchen neuen Trassen fest eingeplant. Für den weiträumigen Transport, etwa von Windstrom, eignet sich die Hochspannungsgleichstrom-Übertragung (HGÜ). Sie schickt die elektrische Energie nicht wie bislang als Wechselstrom auf den Weg, sondern als Gleichstrom. Die Transportverluste durch den Widerstand der Leitungen fallen dadurch bis zu 50 Prozent geringer aus. Und noch ein Vorteil: „Die Masten lassen sich deutlich schlanker und mit weniger weit ausladenden Armen bauen als bei herkömmlichen Leitungen”, sagt Energietechnik-Experte Glaunsinger. Auf manchen Strecken ist zudem gar kein Neubau erforderlich, wenn sich HGÜ-Kabel mit bestehenden Leitungen kombinieren lassen. Die Deutsche Energieagentur (dena) schätzt in einer 2012 publizierten Studie, dass – ohne Energiespeicher – bis 2020 rund 3600 Kilometer neue Hochspannungsleitungen nötig sind. Manfred Fischedick dagegen glaubt, dass auch weniger neue Trassenkilometer ausreichen werden. Dort, wo neu gebaut werden muss, setzt er auf einen Dialog, um Widerstände zu vermeiden: Die Anwohner sollen möglichst früh und eng in die Planung einbezogen werden – und zwar so, dass auch über Alternativen noch diskutiert werden kann. „Nur so lassen sich die Menschen für die Bauprojekte gewinnen”, betont der Wuppertaler Forscher. Er empfiehlt zudem, auf nationaler Ebene eine breite gesellschaftliche Debatte anzustoßen: „Sie muss klar und ehrlich aufzeigen, wohin wir bei der Energiewende wollen – und welche Belastungen dabei von jedem Einzelnen zu schultern sind, sowohl durch zeitweise höhere Kosten als auch durch den nötigen Ausbau der Infrastruktur.” Zudem gelte es, die Bürger an der Energiewende zu beteiligen. „ Der Erfolg der Energiewende hängt davon ab, dass die Menschen selbst Motor des Umsetzungsprozesses sind.” Das gelte auch für die Wirtschaft: „Immer mehr Unternehmen bilden Allianzen, um gemeinsam Innovationen zu schaffen und durch erfolgreiche neue Produkte, Dienstleistungen und Technologien von der Energiewende zu profitieren.” Ein Beispiel ist die „Stiftung 2 Grad”, die etwa von Vorständen der Deutschen Bahn, der Deutschen Telekom, des Sportartikelherstellers Puma und der Bausparkasse Schwäbisch Hall unterstützt wird. Technologien gibt es also genug – nicht nur für den Umbau des Stromsystems, sondern auch zur Verbesserung der Energieeffizienz. Für DLR-Energievorstand Ulrich Wagner ist diese Energieeffizienz das wichtigste Vehikel auf dem Weg zu einem neuen Energiesystem. Die technischen Potenziale seien noch lange nicht ausgeschöpft – zum Beispiel bei Mikrogastur- binen für Blockheizkraft- werke, Brennstoffzellen und effizienteren Windkraftanlagen. Bei diesen arbeiten die Forscher mit Entwicklern von Hubschrauberrotoren zusammen. Die Systemanalysen der Stuttgarter DLR-Forscher zeigen, was im Großen zu tun ist: „Die erneuerbaren Energieträger haben inzwischen einen Anteil erreicht, mit dem sie einen relevanten Einfluss auf das gesamte System haben”, sagt Christoph Schillings. „Doch wenn wir einen ausgewogenen Mix verschiedener Energiequellen nutzen und diese mit einem vernünftigen Ausbau der Netze koordinieren sowie verschiedene Speicher für überschüssige Energie in das System integrieren, lässt sich auch in Zukunft eine sichere und stabile Stromversorgung gewährleisten.” Dafür sind zunächst hohe Investitionen in das Energiesystem erforderlich. Etwa ab dem Jahr 2030 ergeben sich aber Kostenvorteile durch die Einsparung von Energieimporten. Mehr Geduld mit dem Mammutprojekt! Doch die Realisierung des neuen, klimaschonenden Energiesystems wird nicht von heute auf morgen gelingen. „Wir sind zu ungeduldig mit der Energiewende”, mahnt Wolfgang Glaunsinger. „Immerhin krempeln wir ein System vollständig um, das sich über Jahrzehnte etabliert hat – und das während des laufenden Betriebs.” Eine solche Mammutaufgabe ist nicht in wenigen Jahren zu stemmen – und sie hat natürlich ihren Preis. Doch die Anstrengung lohnt sich: „Wir erhalten dafür eine sehr innovative, edle und zukunftsfähige Stromversorgung.” • FELIX AUSTEN (links) ist vollauf von der Energiewende überzeugt und möchte gerne „Nachhaltige Entwicklung” studieren. Den Beitrag verfasste er während eines Praktikums in der Redaktion von bild der wissenschaft, gemeinsam mit bdw-Technologie- Redakteur RALF BUTSCHER, wie Austen ein studierter Physiker. von Felix Austen und Ralf Butscher Ohne Titel Das Erneuerbare-Energien-Gesetz sollte so reformiert werden, dass es besser mit dem Netzausbau korreliert. Manfred Fischedick, Wuppertal Institut Mehr zum Thema Internet Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie: www.wupperinst.org Informationen zur Energieforschung beim DLR: www.dlr.de/dlr/energie Energietechnische Gesellschaft im VDE: www.vde.com/de/fg/etg Aktuelle Infos und diverse Studien der Deutschen Energie-Agentur: www.dena.de Homepage der Agora Energiewende mit einer Fülle von Daten und Infos: www.agora-energiewende.de Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg: www.ise.fraunhofer.de Aktuelle Daten unter anderem zu Energieverbrauch und Stromerzeugung in Deutschland: www.bdew.de/internet.nsf/id/daten-grafik-de Im Norden Überfluss, im Süden Mangel Die Energiewende schafft ein Ungleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -bedarf in verschiedenen Regionen Deutschlands. Während im Norden künftig deutlich mehr Strom produziert als verbraucht wird, vor allem aus Windenergie, wird es im Süden genau umgekehrt sein. Regenerative auf dem Vormarsch In Deutschland wird immer mehr Strom aus regenerativen Quellen gewonnen: Nach der Jahrtausendwende begann ein Boom beim Windstrom. Und in den letzten Jahren legte vor allem der Photovoltaik-Strom kräftig zu. Das Potenzial der Wasserkraft ist dagegen weitgehend erschöpft. Rolle rückwärts in Japan Kaum ein anderes Land hat so gute Voraussetzungen für die Energiewende wie Japan: eine 22 Prozent höhere Sonneneinstrahlung als der Weltdurchschnitt, durch die Lage am Pazifischen Feuerring ein enormes geothermisches Potenzial und 10 000 Kilometer Küste für Offshore-Windkraftanlagen. Durch Geothermie könnte etwa ein Drittel des Energiebedarfs gedeckt werden. Und würden fünf Prozent des Landes mit Photovoltaik-Anlagen ausgestattet, könnte das den gesamten Strombedarf des Landes sichern. Derzeit machen erneuerbare Energien etwa 10 Prozent der japanischen Versorgung aus. Ungefähr ein Prozent stellen Windkraft (0,4), Geothermie (0,3) und Sonnenenergie (0,2) und andere erneuerbare Energien, etwa 9 Prozent die Wasserkraft. Nach dem Unglück von Fukushima verabschiedete der damalige Premierminister Naoto Kan ein vages Gesetz zur Förderung der Erneuerbaren, deren Produktion bis 2020 auf 20 Prozent wachsen sollte. Eine extra eingeführte feste Einspeisevergütung für regenerativ erzeugten Strom entfachte danach einen regelrechten Solarboom. Zwischen Juli 2012 und Oktober 2013 stieg das Leistungsvermögen der Erneuerbaren um 5,85 Millionen Kilowattstunden, davon 5,6 Millionen aus der Solarenergie. Obwohl erneuerbare Energien weiter gefördert werden sollen – eine echte Energiewende will die japanische Regierung unter dem neuen Premier Shinzo Abe aber nicht mehr. Bereits zugesagte Baugenehmigungen wurden zurückgenommen und Fördermittel gekürzt. Demnächst sollen sogar Atomkraftwerke wieder hochgefahren werden. Die Gründe: Japan sorgt sich um die Stabilität der Stromnetze und will Kosten für den teuren Import von Kohle und Erdgas sparen. Wäsche waschen bei Sonnenschein bild der wissenschaft: Wird bald jeder deutsche Hausbesitzer eine Solaranlage haben und sich selbst mit Strom versorgen? Andreas Bett: Ich glaube nicht, dass eine völlige Strom-Autarkie erstrebenswert ist. Mit den Erneuerbaren haben wir nun mal fluktuierende Erzeuger, deshalb muss man sich fragen, wie man damit eine Vollversorgung hinbekommt. Die Eigenversorgung ist ein wichtiger Teil, aber nicht die alleinige Lösung des Energiewendeproblems. Kann man sich komplett selbst versorgen? Mit einer Photovoltaik-Anlage kann man 20 bis 30 Prozent seines Stromverbrauchs decken. Nimmt man eine Batterie dazu, schafft man 50 bis 60 Prozent, da der Strom dann bis in die Abendstunden hinein reicht. Für den Rest wird man weiter aufs Netz angewiesen sein. In einer sonnenfreien Woche bräuchte man sonst riesige Energiespeicher. Das würde sich aber kostenmäßig nicht rechnen. Was braucht man noch dazu? Außer einer Photovoltaik-Anlage und einer Batterie ist vor allem ein gutes Energiemanagement nötig, um den Eigennutzungsgrad zu erhöhen. In jedem Fall werden die Leute umdenken und ihre Verhaltensmuster ändern müssen – etwa die Waschmaschine dann anstellen, wenn die Sonne scheint. Ich denke, dass viele Leute dazu bereit sind. Batterien gelten als leidiges Thema: Sie sind teuer und verschleißen schnell. Wie kann man das Speicherproblem lösen? Es gibt viele Optimierungsansätze bei den Materialien und Technologien. Die müssen jetzt aus den Forschungslaboren raus und rein in die Produktion. Es ist wie bei der Photovoltaik: Die war vor zehn Jahren auch viel zu teuer. Mit einem guten Marktanreizprogramm hat man die Kosten aber schnell nach unten gebracht. Da müssen bei den Batterien ähnliche Wege beschritten werden. Welche Vorteile bringt die Eigenversorgung gegenüber der Netzversorgung? Aktuell betragen die Kosten einer Kilowattstunde aus Photovoltaik bei Freiflächenanlagen etwa 10 Cent und bei Hausdachanlagen etwa 14 Cent. Das ist weniger als der Netzpreis (aktuell über 20 Cent, Anm. d. Red.). Der Verbraucher spart also Geld. Die Eigenversorgung ist vor allem ein Weg, um die Photovoltaik im Markt zu halten. Durch die Reduzierung der EEG-Umlage gibt es sonst keine treibende Kraft mehr, die dafür sorgt, dass die Leute in Solaranlagen investieren. Wie verbreitet ist die Selbstnutzung von Solarstrom in Deutschland heute? Bisher ist der Anteil sehr gering. Der vom EEG bevorzugte Weg war ja die Netzeinspeisung. Erst in den letzten ein, zwei Jahren, seit der massiven Senkung der Einspeisevergütung und durch den immer günstiger werdenden Photovoltaik-Strom, ist dessen Eigennutzung attraktiv. Der Markt hat sich darauf aber noch nicht eingestellt. Wie könnte man das fördern? Man darf die Eigenstromversorgung nicht durch eine Abgabe verteuern, wie es der neue Entwurf von Wirtschaftsminister Sigmar Gabriel vorsieht. Aus meiner Sicht ist es nicht sinnvoll, Strom, den man selbst produziert und verbraucht, mit Kosten zu belasten. Ich halte eine solche Abgabe für kontraproduktiv, da sie die Investitionsbereitschaft senkt. Und wir brauchen für die Energiewende einen weiteren Zubau von Photovoltaik-Anlagen. • Das Gespräch führte Felix Austen. Kompakt · Trotz weit über einer Million kleiner Öko-Kraftwerke am Netz hat die Stabilität der Stromversorgung bisher nicht gelitten. · Als Energiespeicher kommen künftig vor allem Batterien und Wasserstoff infrage. · Bis zu 3600 Kilometer neue Leitungen werden in den nächsten 15 Jahren benötigt. Die Blackout-Gefahr Durchschnittliche Unterbrechungsdauer der Stromversorgung in Minuten (2010) Schweiz 14,0 Deutschland 14,9 Dänemark 17,0 Österreich 31,8 Niederlande 33,7 Italien 47,8 Frankreich 62,9 Schweden 78,9 Portugal 173,0 Finnland 193,0 Norwegen (2004) 315,0 Ohne Titel Die Förderung von Strom aus erneuerbaren Energien sollte sich am Marktpreis orientieren – mit einem Zuschlag nur dann, wenn viel Strombedarf besteht. Wolfgang Glaunsinger, VDE Ohne Titel Absoluten Vorrang müssen Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz haben. Ulrich Wagner, DLR Ohne Titel Es ist ganz wichtig, den Netzausbau voranzutreiben und dabei umweltschonende technische Möglichkeiten zu nutzen. Wolfgang Glaunsinger, VDE Ohne Titel Die Internationalisierung der Energiewende muss vorangetrieben werden – sie ist nur europaweit sinnvoll. Ulrich Wagner, DLR Ohne Titel Gerechtigkeit ist die Basis der Akzeptanz für die Energiewende – daher sollten ungerechtfertigte Befreiungen für Betriebe von der EEG-Umlage gestrichen werden. Wolfgang Glaunsinger, VDE Ohne Titel Wir müssen grenzüberschreitend das gesamte Energiesystem sowie alle Energieträger auf den Prüfstand stellen – und weiterentwickeln. Ulrich Wagner, DLR Ohne Titel Wir müssen ein Marktmodell schaffen, das auch das Vorhalten von Kapazitätsreserven honoriert. Wolfgang Glaunsinger, VDE Ohne Titel Wir sollten erneuerbare Energien künftig technologieoffen fördern – statt separate Ziele für Wind- oder Solarstrom zu setzen. Ulrich Wagner, DLR Ohne Titel Wir müssen mehr Flexibilität bei Stromerzeugern und -verbrauchern schaffen. Manfred Fischedick, Wuppertal Institut