Station 5:

Klimawandel und Energie

Und wie sieht die Zukunft der erneuerbaren Energien aus?

Auszüge aus dem NABU-Flyer "Effizienz Zukunft erneuerbare Energien", Berlin, 2012 

 

Allheilmittel Effizienzsteigerung?

Alle reden über Energieeffizienz. Allen voran die Bundesregierung – sie will den Stromverbrauch in Deutschland bis 2020 um zehn Prozent und den Wärmebedarf um 20 Prozent senken. Wenn wir die Klimaschutzziele mit 80 bis 95 Prozent weniger Treibhausgas-Emissionen erreichen wollen, müssen Energiesparen und Effizienzsteigerungen ungefähr die Hälfte davon erbringen. Eine vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien ist nur möglich, wenn wir unsere heutige Energieverschwendung deutlich eindämmen.

Die erzielten Einsparungen dürfen in der Gesamtsumme nicht wieder aufgebraucht werden, wenn wir neue Technik häufiger als die veraltete einsetzen und immer mehr energieverbrauchende Produkte parallel nutzen. Diese so genannten Rebound-Effekte gelten für Elektrogeräte wie für moderne Heizungen und Autos.  

Nur wenn die Energiepreise entsprechend der erreichten Effizienzsteigerungen steigen, bleibt der Druck auf die Verbraucher und die Industrie zum Sparen erhalten.

 

Strom und Wärme:

Jährlich verpuffen in Privathaushalten allein durch Geräte im Stand-by-Modus gut zehn Prozent des Stromverbrauchs. Dennoch werden besonders energiesparende Geräte immer noch nicht eindeutig gekennzeichnet. Ein Top-Runner-Ansatz, bei dem die jeweils effizienteste Technologie zum Mindeststandard für alle Produkte am Markt wird, ist in Europa nicht etabliert. Über Energiesparfonds könnten gezielte Effizienz- und Einsparprogramme einschließlich der Beratung und Markteinführung unterstützt werden.

Durch klare Einsparvorgaben sollte in Deutschland ein neuer Markt für Effizienzdienstleistungen geschaffen werden, damit die Versorgungsunternehmen ihre Gewinne nicht mehr allein aus dem Verkauf von möglichst viel Energie erzielen, sondern aus deren Einsparung. 

Künftig müssen Strom und Wärme bzw. Kälte stärker dezentral und bedarfsgerecht

erzeugt werden. Die energetische Sanierung von Häusern ist wichtig, um Wohnraum langfristig bezahlbar zu machen. Hauseigentümer brauchen Klarheit über Zeitraum und Umfang der dafür notwendigen Investitionen sowie ein verlässliches System wirtschaftlicher Anreize. Eine qualifizierte Energieberatung gibt Auskunft über den jeweiligen Ist-Zustand eines Gebäudes sowie des zu erreichenden Energiestandards und beschreibt geeignete Modernisierungsmaßnahmen unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeit, Baukultur, Umwelt- und Artenschutz.

 

Verkehr:

Während die Anzahl der gefahrenen Pkw-Kilometer seit wenigen Jahren stagniert, verzeichnen Straßengüter- und Luftverkehr ein starkes Wachstum. Beides wird nur unzureichend durch Einsparungen im Kraftstoffverbrauch bei Autos, Lkw und Flugzeugen kompensiert. In Kombination mit einem gut ausgebauten Bus-, S- und U-Bahn-System wird die Option einer nur noch gelegentlichen Autonutzung statt eines Autobesitzes attraktiver.

Klimaschädliche Emissionen des Land-, Schiffs- und Flugverkehrs müssen konsequent begrenzt und massiv reduziert werden. Dem wachsenden Güterverkehr kann dabei nur mit Vermeidung unnötiger Transportwege, sparsameren Fahrzeugen sowie einer Verlagerung der Transporte auf die Schiene und teilweise das Binnenschiff begegnet werden. Alternative Kraftstoffe und Antriebssysteme wie Biokraftstoffe, Wasserstoff oder der Elektroantrieb befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium.

Beim Verbrennungsmotor im Auto sind hingegen laut Experten durch die Optimierung konventioneller Otto- und Dieselfahrzeuge noch 50 Prozent weniger Kohlendioxid-Ausstoß bis 2025 möglich. Darüber hinaus ermöglichen Hybridfahrzeuge eine deutliche Entlastung der Umwelt.

 

Zukunft erneuerbare Energien

Die Nutzung von Wind- und Solarenergie, Biomasse, Wasserkraft und Erdwärme kann einen wesentlichen Beitrag zur Minderung unseres CO2-Ausstoßes leisten und die Umweltzerstörung durch die Ausbeutung von Kohle und Öl beenden. Sie ist aber auch immer mit Beeinträchtigungen für Mensch, Natur und Umwelt verbunden. 

Nur durch eine frühzeitige, intensive Auseinandersetzung mit den Menschen vor Ort, einer transparenten Planung und der Einbindung des Sachverstands aus regionalen Umwelt-

und Naturschutzgruppen kann es gelingen, den Umgang mit Konflikten zu verbessern und akzeptierte Lösungen für die Energiewende zu entwickeln.

 

 


Grafiken aus dem Energieatlas 2018

12 kurze Lektionen über Europas erneuerbare Energien
(Grafik: Bartz/Stockmar. CCBY4.0)

 

Deutschland: Ein Vorbild, das keines ist

(Grafik: Bartz/Stockmar. CCBY4.0)

 

 

Der komplette Energieatlas 2018 steht zum Download bereit unter https://www.boell.de/de/2018/03/20/energieatlas-2018-daten-und-fakten-ueber-die-erneuerbaren-europa

 

 


Folgender Abschnitt Erneuerbare Energien aus Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aus:
Informationsportal Erneuerbare Energien; Abruf: 13.06.2018;
https://www.erneuerbare-energien.de/EE/Navigation/DE/Technologien/technologien.html

 

ABC der erneuerbaren Energien

"Erneuerbare Energien nutzen in geringen Teilen die natürlichen Energieströme auf der Erde. Zur Regenerierung steht die unerschöpfliche Kraft der Sonne bereit. Alles Leben auf der Erde bezieht seine Energie aus der Kraft der Sonne. So wachsen Pflanzen mit Hilfe von Sonnenstrahlung und bauen Biomasse auf. Auch treibt die Sonne das Wetter an, sorgt für Wind und Niederschläge und schafft so die Voraussetzungen für Wind- und Wasserkraft."

Solarenergie

"Die Sonnenergie lässt sich auch vielfältig direkt nutzen. Solarzellen in Photovoltaikanlagen, solarthermische Kraftwerke und Sonnenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung ohne Umwege und wandeln die Strahlungsenergie in Strom oder Wärme um.

Photovoltaikanlagen, Solarzellen

Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Herzstück jeder Solarzelle ist ein Halbleiter, der meist aus Silizium besteht und den „photovoltaischen Effekt“ nutzt: Bei bestimmten übereinander angeordneten Halbleiterschichten entstehen unter dem Einfluss von Licht (Photonen) freie Ladungen, die als Elektronen über einen elektrischen Leiter abfließen können. Der so entstehende Gleichstrom kann direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Wird er in Wechselstrom umgewandelt, kann er auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Das ist heute die häufigste Art, den Solarstrom zu nutzen.

In Deutschland tragen netzgekoppelte Photovoltaikanlagen maßgeblich zur Stromversorgung bei. Sie bestehen aus der eigentlichen Solaranlage, die bei direkter oder indirekter Einstrahlung Gleichstrom liefert, und einem Wechselrichtersystem, in dem Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und dann direkt von Haushaltsgeräten genutzt oder ins Netz eingespeist werden kann. Die Windenergienutzung an Land und die Photovoltaik sind heute und in Zukunft wichtige Säulen der Stromversorgung in Deutschland, da sie kurz- und mittelfristig das kostengünstigste Ausbaupotenzial im Bereich der erneuerbaren Energien darstellen. Netzgekoppelte PV-Anlagen werden mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz gefördert.

Darüber hinaus sind Photovoltaikanlagen als Bestandteil eines brennstoffunabhängigen und wartungsarmen Systems häufig auch eine wirtschaftliche Lösung für eine netzferne Stromversorgung. In Ländern, in denen Versorgungsnetze kaum ausgebaut sind, werden Photovoltaikanlagen für die Versorgung einzelner Häuser, Dörfer oder für Pumpen eingesetzt. In der Regel werden eine Batterie und ein Laderegler benötigt, um Schwankungen der Einstrahlung zu überbrücken oder um auch Solarstrom zur Verfügung zu stellen, wenn die Sonne nicht scheint, z. B. nachts. 

Solarthermische Kraftwerke

In solarthermischen Kraftwerken werden die Sonnenstrahlen mit Brennspiegeln, sogenannten konzentrierenden Spiegelsystemen, gebündelt. Sie erhitzen eine Flüssigkeit, die dann eine konventionelle Turbine antreibt. Diese Kraftwerke bestehen also aus einem innovativen Teil zur solaren Wärmeerzeugung und einem konventionellen Teil zur Stromerzeugung. Die Anlagen können zur reinen Stromerzeugung oder zur Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, also zur Erzeugung von Strom und Prozesswärme.

Als Standorte für solarthermische Kraftwerke kommen hauptsächlich die sonnenreichen Zonen der Erde in Frage, da nur ein Teil der Sonnenenergie genutzt werden kann. Lediglich die direkte Strahlung kann gebündelt werden. Der hohe Anteil diffuser Strahlung und die insgesamt niedrigere Einstrahlung erschweren den wirtschaftlichen Einsatz in Ländern wie Deutschland. 

Solarwärmeanlagen, Sonnenkollektoren

Mit Solarkollektoren wird die Strahlung der Sonne in Wärme umgesetzt, um Wasser für den täglichen Bedarf zu erwärmen oder Gebäude zu heizen. Solarthermische Anlagen eignen sich zur Erwärmung von Trinkwasser und zur Aufbereitung von heißem Wasser für die Heizungsanlage. Mit Solarthermieanlagen lassen sich auch Kälte und Prozesswärme erzeugen. Großes Potenzial liegt in der Speicherung von Solarwärme im Sommer für den Winter und der Verteilung von heißem Wasser über Nahwärmenetze.

Am 1. Januar 2009 ist das Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz in Kraft getreten. Für Neubauten wird damit eine Nutzungspflicht für erneuerbare Energien in der Wärmeversorgung eingeführt. Diese kann auch mit Wärmeerzeugung aus Solarenergie erfüllt werden. Kleine Solaranlagen sind ein Standard im Programm der Heizungsindustrie und des Fachhandwerks. Genutzt werden kann auch Solarenergie, z.B. mittels eigener Solarkollektoren oder durch den Bezug von Nah- oder Fernwärme in Kombination mit einer zentralen großen Solarwärmeanlage.

Solarwärmeanlagen, sowohl kleine als auch große, werden durch das Marktanreizprogramm gefördert." 

Windenergie

"Die Windenergie beeinflusst maßgeblich die Erfolgsgeschichte der erneuerbaren Energien. Der Mensch versteht es seit Jahrhunderten, die Kraft des Windes zu nutzen, aber erst mithilfe der jüngsten Erfahrungen und technischen Möglichkeiten gelang es, das enorme Potenzial zuverlässig auszuschöpfen.

Heute hat die Windenergie einen Anteil von über acht Prozent an der deutschen Stromversorgung. Die Nutzung des Windes als Energiequelle spielt daher eine tragende Rolle bei der Entwicklung der erneuerbaren Energien hin zu einer wirtschaftlich tragfähigen und klimaverträglichen Energieversorgung bei angemessenen Preisen und hohem Wohlstandsniveau.

Windenergieanlagen nutzen die Bewegungsenergie des Windes, die durch unterschiedliche Luftdruckverhältnisse in der Nähe der Erdoberfläche entsteht. Moderne Windenergieanlagen nutzen das Auftriebsprinzip anstatt des Widerstandsprinzips. Sie setzen dem Wind keinen Widerstand entgegen, sondern der Wind erzeugt beim Vorbeiströmen an den Flügeln der Anlage einen Auftrieb, der Flügel der Anlage in Rotation versetzt. Während in anderen Regionen der Welt die Windenergie auch zum Antrieb von Pumpen eingesetzt wird, dienen Windenergieanlagen in Deutschland heute ausschließlich der netzgekoppelten Erzeugung von Elektrizität. 

Um den Ausbau der Windenergienutzung in Deutschland auf hohem Niveau aufrecht zu erhalten, wird neben dem weiteren Ausbau an geeigneten Landstandorten und dem Ersatz alter, kleinerer Anlagen durch moderne und leistungsstärkere Anlagen - dem sog. Repowering - auch der schrittweise Ausbau der Windenergie auf See – der sogenannten Offshore-Windenergienutzung- weiterentwickelt."

Bioenergie

"Biomasse ist bisher der wichtigste und vielseitigste erneuerbare Energieträger in Deutschland. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Knapp über zwei Drittel der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2013 durch die verschiedenen energetisch genutzten Biomassen bereitgestellt.

Die Nutzung von Bioenergie soll in den Sektoren Wärme, Verkehr und Strom weiter ausgebaut werden. Die technisch nutzbaren Potenziale dafür sind in Deutschland vorhanden, gleichwohl sind sie begrenzt und ihre Erschließung ist oft nur mit hohen Kosten möglich.

Neben der land- und forstwirtschaftlich bereitgestellten Biomasse stehen Reststoffe und Abfälle biogenen Ursprungs für die energetische Nutzung zur Verfügung. Hierzu zählen, neben dem Alt- und Gebrauchtholz, Bioabfälle (z.B. die Biotonne), Gülle/Festmist und Getreidestroh. Der Erschließung dieses in großen Teilen noch unerschlossenen Potenzials wird in Zukunft im Vordergrund stehen. Die energetische Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen trägt dazu bei, mögliche Nutzungskonflikte zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung von Biomasse zu vermeiden oder zu vermindern. Bei neuen Anlagen im Strombereich sollen  zukünftig vor allem Abfall- und Reststoffe zum Einsatz kommen.

Der in Deutschland mit Abstand wichtigste Bioenergieträger ist das Holz. Der inländische Verbrauch von Holzrohstoffen hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten kontinuierlich zugenommen. Zu den Holzrohstoffen gehören Waldholz, Altholz (Gebrauchtholz), Landschaftspflegematerial, aber auch Industrierestholz, das auch im Waldholz bereits enthalten ist. Neben der Forstwirtschaft ist die Landwirtschaft ein wichtiger Lieferant von Biomasse für die energetische Nutzung. Im Vordergrund steht dabei der Rapsanbau zur Biodieselproduktion  die Bereitstellung von Substraten für die Biogaserzeugung  und der Anbau von stärke- und zuckerhaltigen Pflanzen zur Bioethanolherstellung."

 

Biomasse ist bisher der wichtigste und vielseitigste erneuerbare Energieträger in Deutschland. Biomasse wird in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Strom- und Wärmeerzeugung und zur Herstellung von Biokraftstoffen genutzt. Knapp über zwei Drittel der gesamten Endenergie aus erneuerbaren Energiequellen wurde 2013 durch die verschiedenen energetisch genutzten Biomassen bereitgestellt.

Die Nutzung von Bioenergie soll in den Sektoren Wärme, Verkehr und Strom weiter ausgebaut werden. Die technisch nutzbaren Potenziale dafür sind in Deutschland vorhanden, gleichwohl sind sie begrenzt und ihre Erschließung ist oft nur mit hohen Kosten möglich.

Geothermie

"Geothermie - auch Erdwärme genannt - ist eine nach menschlichen Maßstäben unerschöpfliche Energiequelle. Wenn man von der Erdoberfläche in die Tiefe vordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10°C vor. Danach steigt die Temperatur mit jeden weiteren 100 Metern, je tiefer man kommt, im Mittel um 3°C an. Dies nennt man Erdwärme (Geothermie) und man kann sie mit verschiedenen technischen Verfahren zur Energiegewinnung nutzen.

Hierfür gibt es drei verschiedene Verfahren: die oberflächennahe Geothermie (bis 400 m Tiefe) sowie geothermische Systeme, die warmes, im Untergrund vorhandenes Wasser nutzen (bis ca. 4.500 m Tiefe) und Systeme, die Wärme aus dem tiefen Gestein für die Stromerzeugung nutzen (in Fachkreisen auch petrothermale Geothermie genannt), welche gegenwärtig bis 5.000 m Tiefe vordringen.

Am 1. Januar 2009 ist das Erneuerbare-Energien-Wärme-Gesetz in Kraft getreten. Für Neubauten wird damit eine Nutzungspflicht für erneuerbare Energien in der Wärmeversorgung eingeführt. Genutzt werden kann dabei auch die Geothermie, z.B. mittels Wärmepumpen in Kombination mit oberflächennaher Erdwärmenutzung oder Fernwärme aus einer tiefen Geothermieanlage.

Oberflächennahe Geothermie / Wärmepumpen

Erdwärme der oberflächennahen Geothermie wird meistens mithilfe von Wärmepumpen genutzt. Diese Form der Geothermienutzung ist auch für Privatpersonen möglich. Mit einer Wärmepumpenanlage kann ein Gebäude mit Heizwärme, Kälte und Warmwasser versorgt werden. Effiziente Wärmepumpen werden im Marktanreizprogramm gefördert.

Tiefe Geothermie

Geothermische Anlagen zur Stromerzeugung werden durch die Bundesregierung mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert. Das EEG bietet durch feste Vergütungssätze und einen 20jährigen Vergütungszeitraum hohe Planungs- und Investitionssicherheit. Es besteht ein Anspruch auf Einspeisevergütung für den erzeugten Strom gegenüber dem jeweiligen Netzbetreiber (Energieversorgungsunternehmen).

Anlagen der tiefen Geothermie zur Strom- und/oder Wärmeerzeugung werden darüber hinaus auch durch das Marktanreizprogramm gefördert."

Wasserkraft

Die Nutzung der Wasserkraft mit Wasserrädern lässt sich in China und im vorderen Orient mehr als 3000 Jahre rückverfolgen. In Europa reicht die Nutzung etwa 1500 Jahre zurück. 

In vorindustrieller Zeit diente sie zum Antrieb von Mühlen, Säge- und Hammerwerken. "Die kinetische und potenzielle Energie einer Wasserströmung wird über ein Turbinenrad in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die zum Antrieb von Maschinen oder Generatoren genutzt werden kann. Heute wird mit Wasserkraft in Deutschland fast ausschließlich elektrischer Strom erzeugt.

Die Wasserkraft ist eine ausgereifte Technologie, mit der weltweit, an zweiter Stelle nach der traditionellen Nutzung von Biomasse, der größte Anteil an erneuerbarer Energie erzeugt wird. 

Die Rolle der Wasserkraft zukünftig

Die größten Potenziale zur Nutzung der Wasserkraft liegen in den südlichen Bundesländern, da hier der Voralpenraum für ein günstiges Gefälle sorgt. Die wesentlichen Potenziale der Wasserkraft liegen im Ersatz, in der Modernisierung und Reaktivierung vorhandener Anlagen sowie im Neubau an bestehenden Querbauwerken. Dabei müssen alle Umweltanliegen ausgewogen berücksichtigt werden. Eine Leistungssteigerung verbunden mit der Verbesserung der gewässerökologischen Situation ist dabei das Ziel der Bundesregierung. 

 

Unterscheidung der Wasserkraftwerke

Wasserwerke unterscheiden sich in kleine (kleiner 1 MW) und große Anlagen (größer 1 MW). Von den großen Wasserkraftanlagen in Deutschland sind 20% Speicherkraftwerke und 80% Laufwasserkraftwerke.

  • Kleinwasserkraftwerke: Es besteht ein gewisses Ausbaupotenzial bei Kleinwasserkraftanlagen, insbesondere durch die Modernisierung und Reaktivierung bestehender Anlagen oder durch vereinzelten Neubau an bestehenden Querbauwerken. Dabei ist den Anliegen des Naturschutzes und der Gewässerökologie Rechnung zu tragen. Die Anlagen werden sowohl im Inselbetrieb als auch netzgekoppelt eingesetzt. Technisch handelt es sich hier ebenfalls um Speicher- oder Laufwasserkraftwerke, die aufgrund kleinerer Fallhöhen und Wassermengen aber nur geringere Leistungen liefern. Die Kosten für den Bau von Wasserkraftanlagen sind grundsätzlich an die Höhe der installierten Leistung gebunden, aber auch abhängig von der Fallhöhe, von den weiteren Standortbedingungen und insbesondere von den notwendigen ökologischen Maßnahmen.
  • Speicherkraftwerke: Speicherkraftwerke nutzen das hohe Gefälle und die Speicherkapazität von Talsperren und Bergseen zur Stromerzeugung. Beim Talsperren-Kraftwerk befinden sich die Turbinen am Fuß der Staumauer. Beim Bergspeicherkraftwerk wird ein in der Höhe liegender See über Druckrohrleitungen mit der im Tal liegenden Kraftwerksanlage verbunden. Speicherkraftwerke können sowohl zur Deckung der elektrischen Grundlast als auch im Spitzenlastbetrieb eingesetzt werden. Pumpspeicherkraftwerke werden nicht durch natürliche Wasservorkommen, sondern durch aus dem Tal gepumptes Wasser aufgefüllt. Damit wird in Schwachlastzeiten erzeugter elektrischer Strom als potenzielle Energie des Wassers zwischengespeichert und kann in Spitzenlastzeiten wieder über eine Turbine abgerufen werden.
  • Laufwasserkraftwerke: Laufwasserkraftwerke nutzen die Strömung eines Flusses oder Kanals zur Stromerzeugung. Charakteristisch ist eine niedrige Fallhöhe bei relativ großer, oft jahreszeitlich mehr oder weniger stark schwankender Wassermenge. Die Anlagen werden aus wirtschaftlichen Gründen oft in Verbindung mit Schleusen gebaut.

In einer Studie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit werden Wasserkraftpotenziale näher beschrieben."

 


Hier finden Sie weitere interessante Informationen:

 

Weitere Zahlen, Fakten und Tipps für den Alltag:

  • www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den.alltag/siegelkunde/eu-energiesiegel

 

Energiesparen im Haushalt 

  • www.wie-energiesparen.info
  • EU-Energielabel Bsp. Quelle: www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den.alltag/siegelkunde/eu-energiesiegel
    Das EU-Energielabel findet sich auf vielen Produkten. Die Farbskala von Dunkelgrün (= sehr gut) bis Rot (= sehr schlecht) ermöglicht eine schnelle Orientierung, wie energieeffizient ein Produkt ist. Außerdem finden sich hier weitere nützliche Angaben für Verbraucher*innen wie Wasserverbrauch, Jahresenergieverbrauch, max. Geräuschpegel im Betrieb, ...
  • https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#textpart-1

 

Ein Gemeinschaftsprojekt von NABU Altenkirchen und Evangelische Landjugendakademie

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