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Erneuerbare Energie

 

Von den verschiedenen Bereichen erneuerbarer Energie spielen heute vier eine wirtschaftliche Rolle

  • Wasserkraft
  • Windenergie
  • Solarenergie
  • Biomasse

Da Wasserkraft hinlänglich bekannt ist, konzentrieren wir uns in diesem Überblick auf die anderen drei Systeme sowie auf die Optionen besserer Energienutzung:

  • Energiespeichern
  • Energiesparen

Auf diesen Seiten stellen wir zur Verbesserung der Information zu diesem Thema auszugsweise aus externen Quellen wichtige Bereiche erneuerbarer Energiegewinnung dar, wobei wir externe Texte so belassen, wie sie sind und keine Wertung vornehmen. Es bleibt Ihnen überlassen, welche Bedeutung Sie diesen Texten beimessen. Hier beginnen wir mit einem Überblick über erneuerbare Energie aus Wikipedia.

 

Beispiele der Gewinnung erneuerbarer Energie: Biogas, Photovoltaik und Windenergie

Erneuerbare Energien, auch regenerative Energien, sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Es sind nachhaltig zur Verfügung stehende Energieressourcen, zu denen insbesondere Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlung (Sonnenenergie), Erdwärme (Geothermie) und die durch Gezeiten erzeugte Energie zählen. Eine andere Quelle erneuerbarer Energien ist das energetische Potenzial (Biogas, Bioethanol, Holz u. a.) der aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Biomasse.

Die aus Quellen erneuerbarer Energie erzeugten Energieformen (Elektrizität, Wärme, Kraftstoff) werden oft ebenfalls als erneuerbare Energien bezeichnet.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeines

Seit Jahrhunderten eine hohe Bedeutung hatte bzw. hat die Nutzung der Wasserkraft, die man deshalb auch als alte erneuerbare Energie bezeichnet. Seit den 1990er Jahren nimmt insbesondere die Nutzung von Wind, Sonnenenergie und Biomasse auf der ganzen Welt stark zu (daher neue erneuerbare Energien).

Der Beginn des Industriezeitalters ging Hand in Hand mit dem verstärkten Abbau von Steinkohle (und in einigen Ländern Braunkohle) in den sich industrialisierenden Ländern. Bis heute basiert die Energieversorgung aller Industrieländer vor allem auf dem Verbrauch von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Kohle und Erdgas, aus denen Elektrischer Strom, Wärme, Kraftstoffe und Grundstoffe für die chemische Industrie sowie kinetische Energie zum Antrieb von Motoren und Maschinen erzeugt werden.

Die Vorkommen fossiler Energieträgern sind endlich; viele Lagerstätten sind bereits erschöpft bzw. ihr Ende ist absehbar (siehe auch Globales Ölfördermaximum). Erneuerbare Energien stehen dem gegenüber dauerhaft zur Verfügung.

Kernenergie (gewonnen durch Kernspaltung) wird nicht als erneuerbare Energie bezeichnet, da Uran kein nachwachsender Rohstoff ist, somit ist Uran den fossilen Energien zuzuordnen. Ob die seit den 1960er Jahren in der Entwicklung befindliche Kernfusion (ITER-Projekt) absehbar nutzbar sein wird ist ungewiss.

Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien (insbesondere Windkraftanlagen) werden aus folgenden Gründen errichtet:

  • technische Fortschritte bei diesen Anlagen,
  • die begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern und ihre steigenden Preise,
  • die Belange des Umwelt- und Klimaschutzes,
  • das Streben nach geringerer Abhängigkeit von Energieexporteuren bzw. insgesamt nach einer nachhaltigeren Energiebereitstellung,
  • der Wunsch, von energieliefernden Staaten wie Saudi-Arabien oder Russland weniger abhängig zu sein.

In Deutschland werden erneuerbare Energien mit verschiedenen Maßnahmen gefördert:

  • Die EU-Richtlinie zu den erneuerbaren Energien vom 23. April 2009 (2009/28/EG)[1] schreibt den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union den Erlass von staatlichen Regelungen vor, die die Verwendung der erneuerbaren Energien in den Bereichen Strom, Wärme und Kälte sowie Verkehr fördern, damit bis 2020 ein Gesamtanteil dieser Energien am Energiegesamtverbrauch innerhalb der EU von 20 % erreicht wird.

Quellen erneuerbarer Energien

Als erneuerbare Energien werden Energiequellen bzw. Energieträger bezeichnet, die kurzfristig und nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich zur Verfügung stehen.

Die derzeitige Energieversorgung basiert vor allem auf den fossilen Energieträgern Erdöl, Kohle und Erdgas. Deren Vorkommen haben eine begrenzte Reichweite und erschöpfen sich (vgl. Peak Oil). Der Grund dafür ist, dass die Rate mit der fossile Energieträger verbraucht werden um viele Größenordnungen (mehr als 100.000 fach) höher ist, als die Rate der Generierung (siehe Kohlenstoffzyklus) und ist daher nicht nachhaltig.

Energie kann nicht erzeugt, sondern nur in eine andere Erscheinungsform gewandelt werden. Der Begriff Erneuerbarkeit bezieht sich somit auf die jeweilige Erscheinungsform, die entnommen werden kann, aber von einer anderen Energiequelle wieder ersetzt wird.

Die Basis bilden drei Energiequellen:

Sonnenenergie (Strahlungsenergie) [Bearbeiten]

Hauptartikel: Sonnenenergie

Durch Kernfusion werden in der Sonne große Mengen Energie freigesetzt, die als Solarstrahlung (elektromagnetische Strahlung) die Erde erreichen. Die von der Sonne auf die Erde abgestrahlte Leistung ist circa 174 PW (Petawatt). Etwa 30 % der Strahlung werden reflektiert, sodass circa 122 PW die Erde (Erdhülle und Erdoberfläche) erreichen. Das sind etwa 1070 EWh (Exawattstunden) im Jahr und damit circa das 10.000 fache des Weltjahresenergiebedarfs. Die auf der Erdoberfläche ankommende Strahlungsleistung kann mit Photovoltaikanlagen, solarthermischen Kraftwerken und thermischen Solaranlagen direkt genutzt werden.

Die von der Atmosphäre und von der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie liefert zudem mechanische kinetische und potentielle Energie. Potentielle Energie wird produziert, indem durch atmosphärische Effekte Wasser in höhere Lagen transportiert wird. Kinetische Energie durch Winde erzeugt, die in der Atmosphäre durch meteorologische Effekte entstehen (Windenergie); diese wiederum erzeugen auf den Meeren Wellen (Wellenenergie). Pflanzen absorbieren die Strahlung im Zuge der Photosynthese ebenfalls und fixieren sie in Biomasse, die zur Energiewandlung genutzt werden kann.

Geothermie (Erdwärme)

Hauptartikel: Geothermie

Die im Erdinneren gespeicherte Wärme stammt von der Entstehung des Sonnensystems her. Zusätzlich erzeugen dort radioaktive Zerfallsprozesse primordialer Radionuklide laufend weitere Wärme; diese sind die überwiegende Quelle der nutzbaren Erdwärme. Die Oberflächen-Strahlungsdichte der Erdwärme entspricht mit weniger als 0,1 W/m² aber nur circa 0,04% der durch die Sonne produzierten von etwa 235 W/m². Sie kann für Heizzwecke (vor allem oberflächennahe Geothermie) oder auch zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie) genutzt werden. Da die Wärme aus den tieferen Schichten aber nicht in dem Maße nachströmt, wie sie durch eine geothermische Anlage entnommen wird, kühlt der Bereich der Entnahmestelle ab und die Entnahme ist nur über einen begrenzten Zeitraum von einigen Jahrzehnten möglich, nach der eine Regeneration des Wärmereservoirs notwendig wird.

Wechselwirkung der Erde mit Sonne und Mond (mechanische Energie)

Hauptartikel: Gezeiten

Die Anziehungskraft (Schwerkraft) von Sonne und Mond (und anderen Himmelskörpern) verursacht in und auf der rotierenden Erde die Gezeiten. Die dadurch induzierten Strömungen können in Gezeitenkraftwerken genutzt werden. Diese Anziehungskräfte führen außerdem zu Deformationen des Erdkörpers und dadurch in der Festen Erde und im flüssigen Erdkern zu Reibung, die dem Erdinneren weitere Wärme zuführt. Die Drehgeschwindigkeit der Erde wird durch diese Energieumwandlung allmählich abgebremst.

Nutzungsarten der erneuerbaren Energien

Windpark bei Lübz, Mecklenburg-Vorpommern

Photovoltaikanlage in der Nähe von Freiberg

Ein Wasserkraftwerk in New Mexico, USA

Holz ist der wohl am längsten genutzte Träger erneuerbarer Energie

Die erneuerbaren Energiequellen können auf vielfältige Weise genutzt werden, um Wärme, Strom, Kraftstoffe und Kälte bereitzustellen.

Potentiale

Theoretischer Platzbedarf für Solarkollektoren, um in Solarthermischen Kraftwerken den Strombedarf der Welt, Europas (EU-25) oder Deutschlands zu erzeugen[2]

Globale Potentiale [Bearbeiten]

Die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie entspricht etwa dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs. Erdwärme und Gezeitenkraft liefern deutlich geringere, aber im Vergleich zum menschlichen Bedarf hohe Beiträge. Rein physikalisch betrachtet, steht damit mehr Energie zur Verfügung (theoretisches Potential), als in absehbarer Zukunft gebraucht werden wird.

Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass weltweit bis 2030 mehr als ein Viertel des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden kann. Studien von Greenpeace und des Wissenschaftlichen Beirats für Globale Umweltveränderungen (WBGU) der Bundesregierung prognostizieren, dass erneuerbare Energien bis 2050 die Hälfte der weltweiten Energieversorgung sicherstellen können.[3] Laut IPCC könnten bis 2050 sogar 77% des weltweiten Energieverbrauches aus Erneuerbaren Energien stammen.[4]

Wissenschaftler der Universitäten Stanford und Davis haben in einem Plan für eine emissionsfreie Welt bis 2030 errechnet, dass die weltweite Umstellung auf Wind-, Wasser- und Sonnenenergie rund 100.000 Milliarden US-Dollar kosten würde, wobei Geothermie- und Gezeitenkraftwerke unter Wasserenergie und Wellenkraftwerke unter Windenergie aufgeführt werden. Diese Berechnung beinhaltet Kosten für Speicherkraftwerke und Maßnahmen für einen intelligenten Stromverbrauch, nicht aber die Infrastruktur zur Verteilung des Stroms.[5] Deutlich höher sind die Kosten für das Festhalten an den fossil-atomaren Energien, wie Berechnungen der Energy Watch Group zeigen. Demnach wurden weltweit im Jahr 2008 zwischen 5500 und 7750 Milliarden Dollar für fossile und atomare Energien ausgegeben; bereits ein Anstieg der Energiepreise um 20 % würde die Ausgaben auf fast 10.000 Milliarden Dollar pro Jahr ansteigen lassen. Dies entspräche in 20 Jahren 200.000 Milliarden US-Dollar.[6]

Skizze einer möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Stromversorgung in EUropa, dem Nahen Osten (the Middle-East) und Nord-Afrika (kurz: EU-MENA)

In einigen Beispielprojekten ist es gelungen, den an einem Ort benötigten Energieverbrauch dezentral mit erneuerbaren Energien zu decken[7][8] (Nullenergiehaus, Bioenergiedorf). So gewinnt etwa die österreichische Gemeinde Güssing seit 2005 bereits bedeutend mehr Wärme und Strom aus nachwachsenden Rohstoffen als sie selbst benötigt.[9]

Daneben gibt es immer wieder Anläufe für zentrale Großprojekte auf Basis erneuerbarer Energien. Ein Beispiel für ein solches Großprojekt ist das Mitte 2009 in Planung gegangene Desertec-Project. Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergaben, dass mit weniger als 0,3 Prozent der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Solarthermische Kraftwerke genügend Strom[10] und Trinkwasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann. Die Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC), ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern, Politikern und Experten auf den Gebieten der erneuerbaren Energien und deren Erschließung, setzt sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein. Eine Nutzung der Passatwinde im Süden Marokkos soll die solare Stromerzeugung ergänzen. Fünf realistische Szenarien für eine solche zukünftige Energieversorgung liefert Prof. David J.C. MacKay.[11]

Potentiale in Deutschland

Laut der 2008 vorgelegten Leitstudie des Bundesumweltministeriums (BMU) können die erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2020 einen Anteil von 30 Prozent an der Stromversorgung erreichen.[12] Damit könnte der einst bis dahin geplante Wegfall an Kernenergiekapazitäten (Atomausstieg) vollständig ersetzt werden. Laut Branchenprognose der Erneuerbaren-Energien-Industrie können die erneuerbaren Energien in Deutschland bereits im Jahr 2020 mit 48 Prozent knapp die Hälfte des gesamten deutschen Strombedarfs decken (2009: ca. 15 %[13]; bzw. 16,1 %[14]). Eine von der Deutschen Energie-Agentur (dena) 2011 durchgeführte Befragung der Bundesländer über ihre jeweiligen Planungen ergab, dass abhängig von der jeweiligen Entwicklung des Strombedarfes der Anteil der Erneuerbaren Energien 2020 zwischen 52 und 58 % liegen wird.[15]

Der im Januar 2010 von der Agentur für Erneuerbare Energien vorgelegte Potenzialatlas zeigt, dass die technischen Potenziale in Deutschland zur Nutzung regenerativer Energien noch größtenteils unerschlossen sind. Der Potenzialatlas berechnet den Flächenverbrauch von heute bis zum Jahre 2020, der für erneuerbare Energien bei deren weiterem Ausbau benötigt wird. So kann beispielsweise die Windenergie an Land bis 2020 ein Fünftel des deutschen Strombedarfs decken. Dafür benötigt sie aber nur etwa 0,75 Prozent der Landesfläche. Die Bioenergie stellt demnach im Jahr 2020 einen Anteil von 15 Prozent an der gesamten Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung, wofür eine Fläche von 3,7 Millionen Hektar (heute: 1,6 Millionen Hektar) benötigt wird. Eine Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung (Flächenkonkurrenz) sei jedoch aufgrund der EU-weiten Getreideüberschüsse nicht zu befürchten. Auch das Potenzial der Solarenergie ist noch weitgehend unerschlossen, wie der neue Atlas belegt. Nur 2,5 Prozent der geeigneten Gebäudeflächen werden bisher für Strom oder Wärme aus der Sonne genutzt. Solarparks auf Freiflächen belegen heute mit rund 1700 Hektar nur etwa 0,005 Prozent der Landesfläche.[16]

Ein Gutachten des Sachverständigenrats für Umweltfragen kam 2010 zu dem Ergebnis, dass Deutschland im Jahr 2050 vollständig aus erneuerbaren Energien versorgt werden könne. Olav Hohmeyer, Hauptautor des Gutachtens, betonte, dass bereits 2030 eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich sei, wenn die konventionellen Kraftwerke frühzeitig abgeschaltet sowie die Netz- und Speicherinfrastruktur angepasst würden. Die Studie enthält eine Reihe von Szenarien, die belegen, dass selbst eine rein nationale Vollversorgung mit erneuerbaren Energien möglich sei. Einfacher und kostengünstiger sei jedoch ein Stromaustausch mit Nachbarländern und Regionen. So kann z. B. Norwegen zeitweise Stromüberschüsse aus Windenergie aufnehmen und dann Strom aus Wasserkraft zur Verfügung stellen, wenn in Deutschland kein Wind weht.[17]

Dieses Ziel hält auch Joachim Nitsch, Leiter des Institutes für technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), für realistisch. „Eine Vollversorgung aus Erneuerbaren Energien ist keine Utopie. Im Mix […] können Erneuerbare Energien im Strom- wie im Wärmesektor die fossile Energieversorgung Europas langfristig vollständig ersetzen. Zweifellos ist dies eine große Herausforderung für Wissenschaftler und Unternehmer. Doch in den nächsten Jahrzehnten – sicherlich noch in diesem Jahrhundert – ist dieses Ziel durch eine konsequente Markteinführung und Weiterentwicklung bestehender Technologien einlösbar.“[18]

Bewertung der erneuerbaren Energien

Die Nutzung erneuerbarer Energien hat verschiedene Vorteile gegenüber der Nutzung von fossiler und von Kernenergie, aber auch Nachteile. So unterschiedlich wie die verschiedenen Nutzungsarten der erneuerbaren Energien sind auch deren jeweilige Vor- und Nachteile.

Die von der deutschen Bundesregierung im März 2011 aufgrund der Nuklearunfälle im japanischen Kernkraftwerk Fukushima-Daiichi eingesetzte Ethikkommission für eine sichere Energieversorgung soll über die Risiken und gesellschaftlichen Bewertungen aller Arten von Stromerzeugung beraten und zur Einigkeit über den künftigen Weg beitragen.

Ressourcenschonung

Die derzeitige Energieversorgung basiert vor allem auf fossilen Energieträgern und auf Kernbrennstoffen wie z. B. Uran. Die Reichweite dieser Ressourcen ist jedoch begrenzt. So wird das globale Ölfördermaximum (Peak Oil) beispielsweise von der Internationalen Energieagentur (IEA) etwa auf das Jahr 2020 datiert. Nach dem Maximum wird mit sinkenden Fördermengen bei gleichzeitig steigendem Weltenergiebedarf gerechnet. Die statische Reichweite (Reichweite bei derzeitigem Verbrauch und Preis) von Erdgas und Erdöl ist deutlich länger, aber ebenfalls so begrenzt, dass mittelfristig Alternativen notwendig sind. Durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen werden diese Ressourcen geschont. Ein frühzeitiger Ausbau der erneuerbaren Energien verlängert die Übergangsphase und könnte so eine wirtschaftliche Abwärtsspirale und Verteilungskonflikte vermeiden.[19] Da die chemische Industrie stark vom Rohstoff Erdöl abhängt, sichert die Ressourcenschonung langfristig die Rohstoffzufuhr.

Klimaschutz

Hauptartikel: Klimaschutz

Bei der energetischen Nutzung fossiler Energieträger werden große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2) ausgestoßen, während hingegen bei der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel deutlich geringere Mengen an Treibhausgasen emittiert werden. Die Freisetzung von Treibhausgasen erfolgt dabei hauptsächlich bei der Herstellung sowie in geringerem Ausmaß beim Transport der Anlagen (Windkraftanlage, Photovoltaikanlage, usw.), da beim heutigen Energiemix hierfür noch überwiegend auf Energie aus fossile Energieträger zurückgegriffen wird. Diese Emissionen werden jedoch in der Lebenszeit mehrfach amortisiert, so dass netto eine deutliche Einsparung an Klimagasen zu bilanzieren ist. Ein spezieller Fall sind die Bioenergien, bei deren Nutzung z. B. in Biomasseheizkraftwerken, Biogasanlagen oder als Biokraftstoff in Verbrennungsmotoren CO2 freigesetzt wird. Dieses wurde jedoch zuvor beim Wachstum der verwendeten Pflanzen im Zuge der Photosynthese und CO2-Fixierung gebunden und wäre bei der natürlichen Zersetzung der Biomasse ohnehin freigesetzt worden. Netto beschränkt sich die tatsächliche CO2-Emission also auf den Aufwand an fossiler Energie für land- und forstwirtschaftliche Maschinen (Dieselkraftstoff), Mineraldüngerherstellung und anderes. Zu beachten sind allerdings die auch Emissionen der starken Klimagase Lachgas und Methan, die bei bestimmten Anbau- und Nutzungsarten von Biomasse freigesetzt werden können und die Gesamtbilanz der Bioenergien in diesem Fall verschlechtern.[20]

Ob die erhofften ökologischen Vorteile im Einzelfall zutreffen, kann durch eine Ökobilanz festgestellt werden. So müssen z.B. beim Einsatz von Bioenergie auch negative Auswirkungen wie Landverbrauch, Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden sowie eine mögliche Reduzierung der Artenvielfalt durch „Vermaisung“, also dem verstärkten Anbau von Mais oder anderer Monokulturen, der erwünschten CO2-Reduzierung gegenübergestellt werden.

Arbeitsmarkt

Laut dem deutschen Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) hat sich die Zahl der Beschäftigten im Wirtschaftszweig erneuerbare Energien von 2004 (rund 160.500) bis 2009 (340.000) mehr als verdoppelt. In den Jahren bis 2007 gab es ein starkes Wachstum, das sich 2008 jedoch auf die Solarbranche beschränkte. Seitdem steigt die Zahl der Beschäftigten in den Bereichen Wind, Solar und Biomasse weniger stark aber kontinuierlich. Im Jahr 2009 fanden sich 38 % der Arbeitsplätze in der Bioenergiebranche (rund 128.000), 30 % in der Windbranche (rund 102.100), 24 % in der Solarbranche (rund 80.600), 4 % in der Geothermiebranche (rund 14.500) und 2 % in der Wasserkraftbranche (rund 7.800).[21]

Nach Studien des BMU könnten bis zum Jahre 2020 über 400.000 Menschen in Deutschland im Bereich erneuerbare Energien beschäftigt sein.[22]

Die Investitionen in erneuerbare Energien in Deutschland werden sich bis 2020 verdoppeln, auf dann über 28 Milliarden Euro. Jens Hobohm, Leiter Energiewirtschaft bei der Prognos AG: „Die Ergebnisse unserer Berechnungen zeigen, dass Erneuerbare Energien in den kommenden Jahren eine immer wichtigere Bedeutung für den Standort Deutschland haben können, wenn die Ausbauprognosen der Branche eintreten.“ Die Investitionen durch den Ausbau der erneuerbaren Energien liegen schon heute über denen der konventionellen Strom- und Gasversorger, die nach Angaben des Bundesverbandes der Energie und Wasserwirtschaft 2009 rund 12,4 Milliarden Euro betrugen. Bis 2020 werden die erneuerbaren Energien auch in Sachen Beschäftigung mit voraussichtlich mindestens 500.000 Arbeitsplätzen andere Schlüsselindustrien wie beispielsweise die Chemiebranche deutlich übertreffen.[23]

Akzeptanz

Eine deutliche Mehrheit der Bevölkerung in Deutschland spricht sich für einen starken Ausbau der erneuerbaren Energien aus. Eine repräsentative Umfrage von infratest dimap, bei der im Sommer 2011 1000 Personen befragt wurden, ergab, dass 94% der Bevölkerung die stärkere Nutzung Erneuerbarer Energien befürworten.[24] In einer Umfrage des Meinungsforschungsinstituts TNS Emnid aus dem Jahre 2009 gaben 85 Prozent der Befragten an, dass erneuerbare Energien der Energieträger der Zukunft seien. Nur 10 Prozent sprachen sich für Atomenergie aus.[25] Eine repräsentative Forsa-Umfrage 2010 zur Akzeptanz erneuerbarer Energien belegte für jedes einzelne Bundesland die hohe gesellschaftliche Zustimmung zu regenerativer Energiegewinnung und wies eine steigende Befürwortung der regenerativen Energien nach. Demnach wünschen sich insbesondere die Menschen in Süddeutschland mehr Erneuerbare-Energien-Anlagen in ihrer Region, vor allem auch Windkraftanlagen in der eigenen Nachbarschaft. Mehrheitlich erwarten die Befragten ein stärkeres Engagement ihrer Landes- und Kommunalpolitiker in Bezug auf erneuerbare Energien. Bundesweit halten 95 Prozent der Deutschen den Ausbau erneuerbarer Energien für wichtig oder sehr wichtig. 78 Prozent würden ihren Strom am liebsten aus erneuerbaren Energiequellen beziehen (im Vergleich zu 9 Prozent aus Erdgas, 6 Prozent aus Atomkraft, 3 Prozent aus Kohle).[26]

Die hohe Zustimmung für Öko-Energie zieht sich dabei durch alle Alterschichten in Deutschland. So weisen laut einer Umfrage des Forsa-Instituts gut die Hälfte aller Jugendlichen den erneuerbaren Energien eine sehr große Bedeutung zu, während ein Drittel aller Jugendlichen auch die sparsame Verwendung von Energie im Haushalt befürwortet. Die Verwendung von regenerativen Energien hat also sowohl das Bewusstsein der Erwachsenen als auch der jüngeren Generationen erreicht.[27] Die Zustimmung für Erneuerbare-Energien-Anlagen lag dabei dort, wo bereits solche Anlagen vorhanden waren, deutlich höher, als an Orten, wo das nicht der Fall war. Während sich z. B. im deutschen Durchschnitt 55 % der Menschen für Windkraftanlagen in ihrer unmittelbaren Umgebung aussprachen, lag dieser Anteil dort, wo bereits solche Anlagen vorhanden waren, mit 74% deutlich höher.[28]

Die Bevölkerung zeigt sich auch bereit, vorübergehend höhere Kosten für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu tragen. Nach einer Forsa-Umfrage vom August 2007 möchten mehr als drei Viertel der Deutschen (77 %) persönlich erneuerbare Energien nutzen, selbst wenn dies mit höheren Kosten oder Investitionen verbunden wäre. Das gilt nicht nur für diejenigen, die das nötige Kleingeld im Portemonnaie haben: Auch bei Niedrigverdienern mit weniger als 1000 Euro Nettoeinkommen sind mehr als zwei Drittel (69 %) zu Mehrkosten bereit. Bei den Haushalten mit über 3000 Euro Nettoeinkommen sind es sogar 87 %.[29]

„Ginge es nach dem Wunsch der Bevölkerung, würde die Energieversorgung der nächsten Jahrzehnte vor allem von Sonne und Wind, begrenzt auch durch Wasser und Biomasse gesichert“, so Prof. Renate Köcher, Direktorin des Allensbach-Instituts für Meinungsforschung.[30]

Wirtschaftswachstum

Gemäß einer vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) veröffentlichten Studie zu den langfristigen volkswirtschaftlichen Nettoeffekten des Umbaus des Energiesystems[31] wird der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland unter dem Strich zu einem kräftigeren Wirtschaftswachstum und einem anziehenden Konsum führen. So werde das Bruttoinlandsprodukt im Jahr 2030 um rund drei Prozent über dem Niveau liegen, das ohne einen Ausbau erneuerbarer Energien erreicht würde. Der privaten Konsum solle um 3,5 Prozent, die privaten Anlageinvestitionen gar um 6,7 Prozent über dem Niveau liegen, das sich ergeben würde, wenn kein Ausbau erneuerbarer Energien stattfände. Das DIW hat die volkswirtschaftliche Nettobilanz mit einem Modell untersucht, das auch die gesamtwirtschaftlichen Wechselwirkungen und die internationalen Verflechtungen abbildet. Berechnungsbasis der angenommenen Ausbauzahlen war das Leitszenario 2009 des Bundesumweltministeriums, das einen Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Endenergieverbrauch von 32 Prozent im Jahr 2030 prognostiziert.

Insbesondere traditionelle deutsche Industriebranchen wie Maschinen- und Anlagenbau oder Elektrotechnik profitieren von Aufträgen aus der Regenerativbranche. Während das durch Erneuerbare Energien generierte Bruttoinlandsprodukt stetig steigt, spielt der gesetzliche Beitrag für den Ausbau Erneuerbarer Energien (EEG-Umlage) in der Kostenbetrachtung der meisten Branchen nur eine untergeordnete Rolle. Zudem senkt Strom aus Wind und Sonne den Börsenstrompreis (Merit-Order-Effekt). Dadurch könnten stromintensive Unternehmen sogar stärker entlastet werden, als die EEG-Umlage sie belastet. Aktuelle Berechnungen des DIW zeigen etwa, dass die deutsche Wirtschaft nicht nur vom Heimatmarkt für EE-Anlagen profitiert. Auch die steigende Exportquote für Regenerativ-Anlagen und -Komponenten sorgt in der deutschen Industrie für gut gefüllte Auftragsbücher.[32] So beträgt z.B. die Exportquote der deutschen Windenergiebranche Stand Mitte 2011 rund 66%.[33]

Kosten

Direkte Kosten

Während die fossilen und atomaren Energieträger immer teurer werden, sind die Kosten für erneuerbare Energien in den letzten 15 Jahren im Schnitt um etwa die Hälfte gesunken. Bis 2020 strebt die Branche eine weitere Kostensenkung von 40 % an, ermöglicht durch Massenfertigung und Technologiefortschritte.[34]

Hinsichtlich der Förderung erneuerbarer Energien spielt das im April 2000 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine besondere Rolle: Es regelt, dass von privaten Anbietern erzeugter Strom aus erneuerbaren Energien von den Netzbetreibern zu Mindestpreisen abgenommen werden muss. Diese gesetzlichen Vergütungen sind nach Technologien und Standorten differenziert, sie werden jährlich abgesenkt und sind auf 20 Jahre befristet. Durch die stetige Degression der Vergütungen werden die Hersteller angetrieben, ihre Anlagen immer effizienter, zuverlässiger und kostengünstiger zu machen. Gleichzeitig wird so Übersubventionierung vermieden. Die Finanzierung des EEG erfolgt nicht aus der Staatskasse, sondern wird auf alle Stromkunden umgelegt. Das gesamte Fördervolumen des EEG lag im Jahr 2007 bei rund 4,3 Milliarden Euro. Für einen durchschnittlichen Drei-Personen-Haushalt bedeutet das Mehrkosten von etwa drei Euro im Monat (ca. 5 % der Stromkosten).[35]

Studien des Bundesumweltministeriums erwarten, dass diese Ausgaben bei weiterem kräftigem Ausbau der erneuerbaren Energien zunächst weiter ansteigen und etwa ab dem Jahr 2016 wegen sinkender Vergütungssätze fallen werden.[36]

Durch erneuerbare Wärme können Privathaushalte im Vergleich zu Ölheizungen Kosten sparen. Die 4,3 Millionen deutschen Privathaushalte, die erneuerbare Energien zur Wärmeversorgung einsetzen, sparten 2009 verbrauchsgebundene Heizkosten in Höhe von durchschnittlich 595 Euro pro Haushalt. Trotz des verhältnismäßig niedrigen Preisniveaus von konventionellem Heizöl und Erdgas wären diesen Haushalten Mehrkosten von insgesamt 2,56 Milliarden Euro entstanden, wenn sie ihren Wärmebedarf nur mit fossilen Brennstoffen gedeckt hätten. Zu diesen Ergebnissen kommt eine aktuelle Studie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Die Investitionskosten in eine neue Heizanlage sind bei diesem Wert allerdings nicht berücksichtigt.[37]

Kosten für Unternehmen

Die Energiekosten wie auch die EEG-Umlage haben im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland nur einen geringen Anteil am Bruttoproduktionswert, verglichen etwa mit Faktoren wie Material- und Personalkosten. Dennoch ist eine Belastung der Betriebe durch die gesetzliche EEG-Umlage durchaus messbar: Im Maschinenbau hatte diese im Jahr 2007 (aktuellste verfügbare Datengrundlage des Statistischen Bundesamts) einen Anteil von höchstens 0,05 Prozent am Bruttoproduktionswert. In den energieintensivsten Branchen, etwa der Glas-, Keramik- oder Papierherstellung, betrug der Anteil der EEG-Umlage höchstens 0,3 Prozent. Hochgerechnet auf die EEG-Umlage für nicht-privilegierte Letztverbraucher im Jahr 2011 (3,53 Cent pro Kilowattstunde) ergäbe sich in diesen Branchen ein Höchstanteil von 1 Prozent.[32]

Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung

Die Bevölkerung zeigt sich bereit, vorübergehend höhere Kosten für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu tragen. Nach einer Forsa-Umfrage vom August 2007 möchten mehr als drei Viertel der Deutschen (77 %) persönlich erneuerbare Energien nutzen, selbst wenn dies mit höheren Kosten oder Investitionen verbunden wäre. Auch bei Niedrigverdienern mit weniger als 1000 Euro Nettoeinkommen sind mehr als zwei Drittel (69 %) zu Mehrkosten bereit. Bei den Haushalten mit über 3000 Euro Nettoeinkommen sind es sogar 87 %.[38]

Wettbewerbsfähigkeit der erneuerbaren Energien

Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE)[39] könnten erneuerbare Energien in absehbarer Zeit gegenüber konventionellen Technologien wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden. Die Forscher analysierten die aktuellen Stromgestehungskosten verschiedener erneuerbarer Energietechnologien und zogen anhand von Lernkurven Rückschlüsse auf die zukünftige Kostenentwicklung. Bei durchschnittlichen Stromgestehungskosten im konventionellen Kraftwerkspark von derzeit rund 6 Cent pro Kilowattstunde (im Jahr 2030: 10 Cent pro kWh) seien manche Onshore-Windkraftanlagen an besonders guten Standorten schon heute annähernd wettbewerbsfähig (6 bis 8 Cent pro kWh). Offshore-Anlagen verzeichnen trotz einer höheren Anzahl Volllaststunden deutlich höhere Stromgestehungskosten (zwischen 10 und 14 Cent pro kWh) aufgrund ihrer höheren Betriebskosten und teureren Installation an Meeresstandorten. Doch könnten aufgrund der erwarteten Lernkurven auch diese Anlagen ebenso wie Photovoltaik-Kleinanlagen in Deutschland (heute gut 34 Cent pro kWh) und solarthermische Kraftwerke in Spanien (derzeit im Schnitt 19 Cent pro kWh) bis 2030 mit den Stromgestehungskosten des konventionellen Kraftwerksparks mithalten.

Vermeidung externer Kosten

Zu berücksichtigen ist ferner die Vermeidung externer Kosten durch den Einsatz erneuerbarer Energien. Würden allein die Folgeschäden durch Luftschadstoffe in die Strompreise einberechnet, wäre eine Kilowattstunde Kohlestrom etwa 6 bis 8 Cent teurer, im Vergleich zu gerade ca. 0,1 Cent bei der Windkraft und ca. 0,6 bis 1 Cent bei der Photovoltaik, wie ein Gutachten des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ermittelte. Allein im Jahr 2007 sparten allein im Strombereich die erneuerbaren Energien damit volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von rund 5,8 Milliarden Euro ein – deutlich mehr, als ihre Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) kostete (4,3 Milliarden Euro).[40]

Preissenkender Effekt an der Strombörse

Darüber hinaus senkt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien den Strompreis an der Börse: Der Preis für Strom wird an der Börse durch das jeweils teuerste Kraftwerk bestimmt, das noch benötigt wird, um die Stromnachfrage zu decken. Die vorrangige Einspeisung erneuerbaren Stroms verringert die Nachfrage nach anders erzeugtem Strom. Die teuersten Kraftwerke werden daher weniger eingesetzt, weswegen der Preis entsprechend sinkt. Dieser so genannte „Merit-Order-Effekt“ hat nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung im Jahr 2006 zu Kosteneinsparungen von rund fünf Milliarden Euro geführt.[41] Ein Gutachten des Hamburger Weltwirtschaftsinstituts (HWWI) bestätigte, „dass durch die Förderung der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien der Großhandelspreis von Strom sinkt“, in der Folge „auch die Strombezugskosten der besonders stromintensiven Unternehmen“.[42]

Vergleich der Kosten zu Gewinnen der Stromkonzerne

Die gesamte Ökostrom-Förderung in Deutschland ist viermal niedriger als die Profite der großen Stromkonzerne, so die Studie „Stromwatch 3: Energiekonzerne in Deutschland“ von Wissenschaftlern des Saarbrücker IZES. Die Gewinne der Stromversorger lägen außerdem über denen anderer großer Unternehmen. Allein mit seinem Strombereich erwirtschafte etwa RWE eine Rendite von 26,6 Prozent. Neun Prozent wären aus Sicht der Forscher angemessen. Damit könnten die RWE-Kunden um 1,1 Cent pro Kilowattstunde entlastet werden. Für 2010 deute sich ein weiteres Rekordjahr an, so die Forscher. Bereits nach zwei Quartalen lag der Gewinn der Konzerne bei rund 15 Milliarden Euro.[43]

Dezentralisierte Energieversorgung

Hauptartikel: Dezentrale Stromerzeugung

Der Wandel von der konventionellen Energiebereitstellung zu erneuerbaren Energien verändert die Struktur der Energiewirtschaft massiv. Statt der Stromerzeugung in Großkraftwerken mit z. T. mehr als 1000 Megawatt Leistung (Kern-, Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke) nimmt die Erzeugung in Kleinanlagen mit wenigen kW (z. B. Photovoltaik) bis wenige MW (kleinere Windparks) zu. Unter anderem mit dem Stromeinspeisegesetz zu Anfang der 1990er Jahre und mit dem daraus hervorgegangenen EEG erhielten Kleinerzeuger die Möglichkeit, in die Stromnetze der großen Energieversorgungsunternehmen (EVU) einzuspeisen und erhöhte Vergütungen zu erhalten. Häufig wird dies als wichtiger Faktor gesehen, um die einstigen Monopole bzw. die derzeitige Dominanz der großen EVU zu verringern und den Wettbewerb anzuregen.

Nachdem die EVUs lange Zeit nicht oder nur wenig in die erneuerbaren Energien investierten, findet seit Mitte der 2000er Jahre ein Wandel statt. Insbesondere größere Projekte wie Offshore-Windparks werden zunehmend von den EVUs finanziert.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der dezentralen Energieversorgung ist die Verkürzung der Transportwege bzw. der Vermeidung von Transporten (von Brennstoffen wie Heizöl, Erdgas, Kohle). Auch verschiedene Infrastrukturen wie Öl- und Gaspipelines sind nicht bzw. in geringerem Umfang notwendig. Dies gilt insbesondere bei der Nutzung von Biomasse, Geothermie und Solarthermie, die jeweils vor Ort bzw. lokal bereitgestellt werden können. Zudem erleichtern Kleinkraftwerke die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Erzeugung von Strom mit der Nutzung von Abwärme, z. B. für Heizzwecke, kombiniert wird und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Bei zentralen Großkraftwerken dagegen wird die Abwärme häufig nicht genutzt. Die dezentrale Energieversorgung stärkt zudem die regionale und nationale Wirtschaft durch Schaffung von Arbeitsplätzen in Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen.

Von besonderem Gewicht ist die dezentrale Wertschöpfung durch erneuerbare Energien, die in den deutschen Städten und Gemeinden eine Wertschöpfung von jährlich annähernd 6,8 Milliarden Euro generiert, wie das Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) in einem Gutachten ermittelt.[44] Kommunen jeder Größe können etwa durch Steuer- und Pachteinnahmen, Unternehmensgewinne und Arbeitsplätze sowie durch die Einsparung fossiler Brennstoffe bedeutende Wertschöpfung mittels dezentraler, erneuerbarer Energien erzielen, so die IÖW-Studie. Albert Filbert, Vorstandsvorsitzender der HEAG Südhessische Energie AG mit Sitz in Darmstadt, bestätigt diesen Trend: „Die Regionen und Kommunen erkennen vermehrt die Bedeutung einer aktiven und weitschauenden Daseinsvorsorge, die den ökonomischen und ökologischen Interessen des Gemeinwesens am besten entspricht“, so Filbert. Ein verstärktes Engagement in den Bereichen erneuerbare Energien und Energieeffizienz biete dabei die Chance zur Teilhabe am wirtschaftlichen Erfolg, zur Finanzierung wichtiger kommunaler Vorhaben und Haushaltsentlastung, zur Sicherung des Standortes, der Arbeitsplätze und der lokalen Wertschöpfung.

Doch nicht nur große Stadtwerke profitieren vom Umstieg auf erneuerbare Energien, sondern aufgrund der dezentralen Struktur besonders auch der ländliche Raum. Das zeigt das Beispiel des Rhein-Hunsrück-Kreises in Rheinland-Pfalz. „1999 haben wir mit den Erneuerbaren Energien angefangen und sind seither nicht mehr zu bremsen“, berichtete Landrat Bertram Fleck (CDU). Heute decken in der Region 1500 regenerative Energieanlagen fast 60 Prozent des Strombedarfs. „In wenigen Jahren werden wir Stromexporteur sein und erwirtschaften dabei 14,6 Millionen Euro kommunale Wertschöpfung pro Jahr“, betonte Fleck.[44]

Nicht jede Region hat jedoch die Potentiale für eine Selbstversorgung mit Energie. Zum anderen überwiegt in anderen Regionen die Produktion, z. B. von Strom mit Windkraftanlagen in Norddeutschland, zeitweise oder häufig den lokalen Bedarf, so dass die Stromnetze zu den Verbrauchern ausgebaut werden müssen.

Kritiker der dezentralen elektrischen Energieversorgung betonen die Versorgungssicherheit durch weitgespannte Netzwerke. So können sich Überangebot und Mangel in verschiedenen Regionen ausgleichen. Zum Beispiel würde im Sommer ein Überschuss von Solarstrom aus den Mittelmeerländern geliefert, während im Winter Windstrom aus Nord- und Westeuropa genutzt werden könnte. Daneben weisen Kritiker auch auf Herausforderungen bei der Regelung vieler Kleinkraftwerke in einem großen Netzwerkverbund ohne die Stütze von Großkraftwerken hin. Richtig ist jedoch auch, dass ein System aus großen Verbundnetzen mit wenigen Großkraftwerken großflächige, beispielsweise europaweite Stromausfälle erst ermöglichen. Großflächige Stromausfälle sind bei einer dezentralen Energieversorgung unwahrscheinlicher, allerdings haben 95 % aller Stromausfälle ihre Ursachen in den regionalen Mittel- oder Niederspannungsnetzen. Der Umbau der Energieversorgung auf Nachhaltigkeit bedeutet jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich dezentrale Versorgung. Einige Konzepte, wie beispielsweise Offshore-Windparks und Solarfarmkraftwerke, oder auch die Studien von TREC, setzen auch bei erneuerbaren Energien auf zentrale Gewinnung und großräumige Verteilung.

Ökologische Bewertung

Die unterschiedlichen Technologien zur Nutzung jeder Form von Energie, also auch erneuerbarer Energien, haben grundsätzlich immer Auswirkungen auf die Biosphäre, also auch auf Menschen und das ihr Leben ermöglichende Ökosystem. Dabei müssen auch Aufbau und Abbau der Anlagen (Produktlebenszyklus), Herstellung, Betrieb, Entsorgung etc. betrachtet werden. Diese Auswirkungen müssen verstanden, quantitativ dargestellt und mit den Alternativen verglichen werden. Erst dann werden Nutzen und Schaden in der Energie- und Entropiebilanz[45], für die Artenvielfalt und soziale Folgen deutlich.

Solarenergie

Die Energetische Amortisationszeit in Deutschland für mono- und polykristalline Zellen beträgt derzeit ca. 3,5 Jahre und für Dünnschichtmodule zwischen 0,5 und rund einem Jahr, d.h. in dieser Zeit hat die Solarzelle wieder die Energie hereingespielt, die insgesamt zu ihrer Herstellung verbraucht wurde. Die Lebensdauer der Solaranlagen beträgt mind. 30 Jahre (Garantie der Hersteller).[46][47]

Wie bei allen elektronischen Bauteilen werden zum Teil giftige Schwermetalle sowie etwa zwölf Kilogramm Silizium pro Kilowatt installierter Leistung (mono- und polykristalline Zellen) benötigt. Diese Stoffe verbleiben bei Silicium- und CIGS-Technologien jedoch weitgehend in der Fabrik. Hier enthält das fertige Solarmodul selbst keine giftigen oder gefährlichen Stoffe und stellt einen recyclierbaren Wertstoff dar. Module auf Cadmium-Tellurid-Basis enthalten giftige Schwermetalle, sind jedoch auch recyclebar. Bei solarthermischen Sonnenkollektoren werden ungiftige Metalle wie Kupfer und Aluminium verwendet.

Wasserkraft

Die Errichtung von Talsperren und Staumauern stellen einen massiven Eingriff in die Umwelt dar. So mussten im Fall des chinesischen Drei-Schluchten-Damms mehr als eine Million Menschen umgesiedelt werden. Bei vielen Stauseeprojekten kam es zu Veränderungen im Ökosystem, da riesige Flächen geflutet wurden und in die saisonalen Wasserstandschwankungen der Flüsse eingegriffen wurde.

In Regionen mit Wassermangel kommt es zu Nutzungskonflikten. So staut zum Beispiel Tadschikistan den Syrdarja (und Nebenflüsse) im Sommer auf, um im Winter Energie zu gewinnen. Das unterhalb gelegene Kasachstan benötigt das Wasser aber im Sommer für seine Landwirtschaft.

Auch Laufwasserkraftwerke greifen in die Flusslandschaft ein. Allerdings werden die meisten europäischen Flüsse ohnehin für die Binnenschifffahrt aufgestaut.

Windenergie

Windparks werden von einigen Landschaftsschützern kritisch gesehen. An bestimmten Standorten besteht unter Umständen eine Gefahr für Vögel oder Fledermäuse (Vogel- und Fledermausschlag). Laut NABU sterben in Deutschland jährlich etwa eintausend Vögel durch Kollision mit einem Windrad, was ca. 0,5 Vögeln pro Anlage und Jahr entspricht. Dem gegenüber stehen etwa fünf bis zehn Millionen getöteter Vögel durch Straßenverkehr und Stromleitungen.[48] Einfluss auf die regionalen Windverhältnisse wurde bisher nicht festgestellt. Um lokale Beeinflussungen zwischen den einzelnen Anlagen zu minimieren werden sie mit etwas Abstand untereinander (in Hauptwindrichtung meist drei Rotordurchmesser nebeneinander und acht bis zehn Rotordurchmesser hintereinander) errichtet.

Lärm- und Infraschallentwicklung können prinzipiell belastend sein; in den gesetzlich vorgegebenen größeren Entfernungen gehen die Schallemissionen jedoch normalerweise im Hintergrundrauschen unter, das im Wesentlichen von Verkehr und Industrie sowie dem lokalen Wind geprägt wird.[49] Der „Disco-Effekt“ durch Reflexion der Sonne an den Windrädern wird inzwischen durch Auftragung matter Farben auf den Windflügeln vollständig vermieden.[50]

Bei bestimmten Arten moderner Windkraftanlagen wird zunehmend Neodym als magnetisches Material von Permanentmagnet-Generator eingesetzt, einige hundert kg pro Windrad. Der Abbau dieses seltenen Metalles geschieht überwiegend mit Methoden, die sowohl die Umwelt als auch die Arbeiter schädigen.[51]

Bioenergie

Bioenergie umfasst die Nutzung von festen, flüssigen und gasförmigen biogenen Energieträgern, vor allem von Holz, landwirtschaften Produkten (Energiepflanzen) und organischen Abfällen.

Die Verbrennung von Biomasse kann mit Gefahren für die menschliche Gesundheit einhergehen, wenn sie an offenen Feuerstellen oder in Öfen ohne Filtersysteme erfolgt, da Luftschadstoffe wie Stickoxide, Schwefeldioxid und Feinstaub entstehen. In Deutschland ist die Nutzung in Öfen, Kaminen und anderen Anlagen in der Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (1. BImSchV) geregelt und schreibt Grenzwerte und verschiedene Maßnahmen, wie z. B. Filtersystem, vor. (siehe auch Artikel Holzheizung)

Die verfügbare Fläche für den Anbau der Biomasse ist begrenzt und kann in ein Spannungsverhältnis zum Nahrungsmittelanbau und zum Natur- und Landschaftsschutz (z. B. Schutz der Biodiversität) geraten. Während beispielsweise die Nutzung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe als unproblematisch gilt, ist der intensive Anbau von Nahrungspflanzen zur Herstellung von Treibstoffen in die Kritik geraten. Insbesondere Palmöl steht in der Kritik, da häufig artenreiche und als Kohlenstoffspeicher fungierende tropische Regenwälder für Ölpalmenplantagen gerodet werden und dabei der gespeicherte Kohlenstoff beim Brandroden wieder als CO2 freigesetzt wird. (siehe Artikel Flächen- bzw. Nutzungskonkurrenz und Nahrungsmittelkonkurrenz)

Diskutiert wird auch der Nutzen von Biokraftstoffen. Für die Erzeugung z. B. von Rapsöl werden große Mengen an synthetischen Düngemitteln (Mineraldünger) und Pestiziden eingesetzt, die Mensch und Umwelt belasten. Strittig ist bisher auch, wie groß der Beitrag zum Klimaschutz ist, da z. B. durch Stickstoffdüngung verursachte Emissionen des sehr starken Treibhausgases Lachgas (rund 300-fach stärkeres Treibhausgas als CO2) schwer zu quantifizieren sind. Zahlreiche Gutachten bestätigen die positive Klimabilanz von Biodiesel, betonen aber die Bedeutung der Anbaumethoden.[52] Mit gesetzlichen Vorgaben (EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) und deren Umsetzung in deutsches Recht mit der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung) soll die nachhaltigere Erzeugung von Biokraftstoffen sichergestellt werden.

Von noch in der Entwicklung befindlichen Biokraftstoffen der zweiten Generation, wie Cellulose-Ethanol und BtL-Kraftstoffe erhofft man sich bessere ökologische Bilanzen, da diese Ganzpflanzen und Reststoffe nutzen und so höhere Erträge pro Fläche liefern können als die derzeit dominierenden Ölpflanzen. Jedoch ist der Herstellungsprozess deutlich aufwendiger als bei den Biokraftstoffen der ersten Generation.

Biomasse eignet sich auch zur Herstellung von Wasserstoff in einer Wasserstoffwirtschaft.

Geothermie

Hauptartikel: Geothermie Auch bei der Geothermie können negative Umwelteinwirkungen eintreten. Bei der Stimulation von untertägigen Wärmeübertragern können seismische Ereignisse auftreten, die jedoch meist unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze liegen (Dezember 2006, Basel, Magnitude 3,4). Diese haben jedoch bisher weltweit weder Personenschäden noch strukturelle Gebäudeschäden verursacht. In Basel wurden jedoch Bagatellschäden mit einer Gesamtsumme von 3 und 5 Millionen Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Millionen Euro) auf dem Kulanzwege durch Versicherungen entschädigt.[53] Das Projekt wurde eingestellt. Der verantwortliche Ingenieur wurde zunächst zwar angeklagt, dann aber freigesprochen.

Unter bestimmten geologischen Bedingungen, die Anhydrit-haltige Gesteinsschichten beinhalten, und vermutlich unsachgemäßer Ausführung der Bohrarbeiten können auch erhebliche kleinräumige Hebungen der Erdoberfläche auftreten, wie im Jahr 2008 in Staufen geschehen, siehe auch Hauptartikel: Geothermie.

Bedeutung und Perspektive der erneuerbaren Energien

Verschiedene Faktoren machen einen starken Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien notwendig. Wichtige Faktoren sind die begrenzte Reichweite der derzeit vorwiegend genutzten fossilen Energieträger und die Klimaschutzbemühungen, sowie andere Umweltschutzbelange, Verringerung der Abhängigkeit von Energieexporteuren (siehe oben). Das Ausmaß des Ausbaus hängt von vielen technischen, politischen, wirtschaftlichen und anderen Faktoren ab.

Aktuelle Bedeutung und Entwicklungen

In vielen Ländern findet derzeit ein starker Ausbau der erneuerbaren Energien statt. Neben den klassischen Bereichen Wasserkraft und Bioenergie betrifft dies insbesondere die zuvor unbedeutenden Bereiche Windenergie und Sonnenenergie.

Bereits heute haben in einigen Industriestaaten die erneuerbaren Energien einen hohen Anteil an der Energieversorgung, wie z. B. Wasserkraft und Bioenergie in Österreich und der Schweiz. Ein sehr starker Ausbau der Windenergienutzung, aber auch anderer erneuerbarer Energien, findet zur Zeit in den USA, China etc. und in den vergangenen Jahren auch in Dänemark, Deutschland, Spanien etc. statt. Die folgende Graphik gibt eine Übersicht über die Top 10-Investoren in erneuerbare Energien weltweit[54]:

Anmerkung: Rest der EU-27 umfasst Belgien, Bulgarien, Dänemark, Estland, Finnland, Griechenland, Irland, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, die Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Slowakei, Slowenien, Schweden, die Tschechische Republik, Ungarn und Zypern.

Aus der Graphik geht hervor, dass China sich auf dem Sektor der erneuerbaren Energien zunehmend profiliert und 2009 bei den jährlichen Investitionen erstmals die USA vom ersten Rang verdrängen konnte. Weltweit sind die Investitionen in erneuerbare Energien in den Jahren von 2005 bis 2009 in ihrer Gesamtheit um 230 Prozent angestiegen. 2009 wurden insgesamt 162 Milliarden US-$ investiert, wovon allein 64,4 Milliarden US-$ durch China, USA und Großbritannien aufgebracht wurden. Im Vergleich zum Vorjahr war trotz der globalen Wirtschaftskrise nur ein Rückgang der Investitionen um 6,6 Prozent zu verzeichnen, dagegen musste nach Angaben der Internationalen Energieagentur (World Energy Outlook 2009) die Öl- und Gasindustrie Investitionsrückgänge von rund 19 Prozent hinnehmen.[54][55]

Das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sollte den Anteil von Wind-, Wasser-, Sonnenenergie und Geothermie an der Stromerzeugung in Deutschland bis 2010 auf mindestens 12,5 Prozent steigern (2020: 20 %). Bereits 2007 wurde ein Anteil von 14 % erreicht. Bis 2020 werden in diesen Branchen über 235 Milliarden Investitionen erwartet.[56] Dies entspricht dem Vielfachen der in der fossilen Energieversorgung vorgesehenen Investitionen. Seit 1991 müssen Energieversorger Strom aus erneuerbaren Energien zu Mindestpreisen abnehmen. Dies führt zu einer Erhöhung der Strompreise beim Endkunden von rund 2 ct/kWh im Jahr 2010 (siehe auch Artikel Erneuerbare-Energien-Gesetz). Nach einer Prognose, die Anfang 2009 veröffentlicht wurde, könnte im Jahre 2020 bereits 47 % des Bedarfs an elektrischem Strom in Deutschland durch erneuerbare Energien gedeckt werden.[57]

2007 wurden international mit 148 Milliarden US-Dollar etwa 60 Prozent mehr Investitionen in Anlagen zur Nutzung von erneuerbaren Energien als im Jahr 2006 getätigt. Mit 50,2 Milliarden fiel dabei der größte Teil auf Windkraftnutzung.[58] Die größte Investitionssteigerung erfuhr die Sonnenenergie; seit 2004 stiegen die Investitionen jährlich um 254 Prozent auf 28,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2007. Europa ist mit 49,5 Milliarden US-Dollar Spitzenreiter bei den Investitionen.[59]

2010 stiegen die weltweiten Investitionen in Erneuerbare Energien dem Bericht „Global Trends in Renewable Energy Investment 2011“ zufolge auf den Wert von 211 Mrd. Dollar, 2009 waren es noch 160 Mrd. Dollar gewesen.[60] Die meisten Investitionen erfolgten mit 48,9 Mrd. Dollar in China. Im Bereich Großprojekte übertrafen die Entwicklungsländer mit Investitionen von 72 Mrd. Dollar erstmalig die Industrienationen mit 70 Mrd. Dollar. Sektoral dominierten Windkraftanlagen mit einer Investitionssumme von 94,7 Mrd. Dollar, gefolgt von Solaranlagen mit 86 Mrd. Dollar.[61]

Anfang Juni 2004 fand in Bonn die Internationale Konferenz für erneuerbare Energien („Renewables“) statt. Sie führte zu der Forderung, dass die Nutzung erneuerbarer Energien ausgebaut werden müsse. Dies sei im Sinne der Armutsbekämpfung und des Klimaschutzes. Es wurden dazu politische Strategien und konkrete Maßnahmen weiterentwickelt. Die Beratungen mündeten in drei Beschlüssen:

  • Ein internationales Aktionsprogramm mit 165 bestätigten Aktionen und Verpflichtungen fasst konkrete Maßnahmen, Ausbauziele und freiwillige Verpflichtungen einzelner Länder und Regionen zusammen.
  • In einer Deklaration von Bonn haben die Ministerinnen und Minister eine politische Vision für eine globale Energiewende formuliert und sich auf einen Folgeprozess für die Bonner Konferenz verständigt.
  • Es wird angenommen, dass Politikempfehlungen praktikable Wege für den Ausbau erneuerbarer Energien zeigen.

Prognosen

Laut Bundesumweltministerium wird das Ausbauziel bis zum Jahr 2020, zu dem sich Deutschland bei der EU verpflichtet hat, voraussichtlich übertroffen. Statt 18 Prozent Anteil am Endenergieverbrauch würden dann sogar 19,6 Prozent regenerativ erzeugt. Entscheidenden Anteil daran wird der Stromsektor haben. In diesem Bereich erwartet das Ministerium einen Beitrag der erneuerbaren Energien von 38,6 Prozent.[62]

Prognosen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien weichen stark voneinander ab. Das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) geht in seiner 2008 veröffentlichten “Stromvision 2030” von einem Anteil von 33 % erneuerbarer Energien im Jahr 2030 aus.[63] Demgegenüber rechnen die deutschen Übertragungsnetzbetreiber in ihrer 2009 vorgelegten Mittelfristprognose mit über 30 % Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung bereits im Jahr 2015.[64] Der Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) hält in seiner 2009 veröffentlichten Branchenprognose einen Anteil von 47 % erneuerbaren Energien an der deutschen Stromversorgung im Jahre 2020 für erreichbar.[65]

Die in den letzten Jahrzehnten gemachten Prognosen und Szenarien haben die Potentiale der erneuerbaren Energien systematisch unterschätzt, wie im Rückblick festzustellen ist. Eine Meta-Studie der Agentur für Erneuerbare Energien, die 50 der wichtigsten Szenarien für die deutsche, europäische und weltweite Entwicklung der Energieversorgung der letzten Jahrzehnte auswertet und der realen Entwicklung gegenüberstellt, kommt zu diesem Schluss.[66]

Die Prognosen der Europäischen Union (EU) und der Internationalen Energieagentur (IEA) weichen dabei besonders stark von der tatsächlichen Entwicklung ab. So wurden die in der 1994 vorgelegten „Primes“-Studie der EU[67] für 2020 angenommenen Kapazitäten bereits 2008 deutlich überschritten. Die IEA erwartete in ihrem World Energy Outlook 2002 für 2020 einen Anstieg der Windenergieproduktion auf 100.000 MW.[68] Dieser Wert wurde 2008, wenige Jahre nach der Veröffentlichung der Prognose, von der tatsächlichen installierten Leistung um mehr als 20 % übertroffen.[69]

Die größten Unterschiede zwischen Prognose und Realität des Ausbaus der erneuerbaren Energien in Deutschland ergeben sich für die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) in Auftrag gegebenen Studien der Prognos AG. Zum Beispiel war die reale Nutzung erneuerbarer Energien im Jahr 2000 fast dreimal so hoch wie die Prognose von 1998. Die für das Jahr 2020 erwartete Stromproduktion erreichten die erneuerbaren Energien bereits 2007.[70] Der Prognos-Studie von 1984 zufolge würden Windenergie, Photovoltaik, Biogas, Geothermie, Solarthermie und Biokraftstoffe selbst im Jahr 2000 gar keinen Beitrag zur Energieversorgung leisten.[71] Die in der Prognos-Studie von 2005 für 2030 vorhergesagten Werte für Strom aus Bioenergie und Photovoltaik und für Wärme aus erneuerbaren Energien wurden bereits 2007, nur zwei Jahre nach Veröffentlichung der Studie, erreicht. Die prognostizierte Biokraftstoffmenge für 2020 wurde ebenfalls schon 2007 übertroffen.[72]

Welt

Im Jahr 2010 lieferten Erneuerbare Energien laut dem Bericht „Renewables 2011. Global Status Report“ weltweit ca. 16% des gesamten Endenergieverbrauchs und trugen zu knapp 20% zur Stromversorgung bei.[73] An den prognostizierten 194 Gigawatt im Jahr 2010 neu installierter elektrischer Kraftwerksleistung hatten sie einen Anteil von rund 50%. Anfang 2011 stellten Erneuerbare Energien etwa ein Viertel der derzeit installierten Kraftwerksleistung. Am Bedeutendsten waren Wasserkraft, Windenergie, Biomasse und Photovoltaik. Die Wasserkraft deckte 16% des weltweiten Strombedarfs. Zugebaut wurde eine Anlagenleistung von etwa 30 Gigawatt, womit die gesamte installierte Leistung aus Wasserkraft etwa 1.010 Gigawatt betrug. Im Bereich Windkraft stieg die installierte Leistung um 38 Gigawatt von 160 Gigawatt auf 196 Gigawatt, wobei etwa die Hälfte des Zubaus auf die Volksrepublik China entfiel. In der Photovoltaik gab es einen Zubau von 17 Gigawatt auf insgesamt rund 40 Gigawatt. Im Jahr 2009 hatte der weltweite Zubau 7,3 Gigawatt betragen. Im Bereich Biomasse waren Ende 2010 ca. 62 Gigawatt installiert. Eine deutlich geringere Rolle spielten Solarthermiekraftwerke, Geothermiekraftwerke sowie die Gewinnung von Strom aus Meeresenergie.

Im Bereich Kraftstoffe betrug der Anteil regenerativer Energiequellen 2,7%.

Anfang 2011 verfügten mindestens 119 Staaten über politische Ziele zum Ausbau der Erneuerbaren Energien oder ähnliche Regelungen, davon waren über die Hälfte der Staaten Entwicklungsländer. 2005 waren es 55 Staaten gewesen. Während Windenergie derzeit in mindestens 83 Staaten der Erde zum Einsatz kommt, sind Photovoltaikanlagen in über 100 Staaten installiert.

Deutschland

Primärenergieverbrauch nach Energieträgern in Deutschland (%) [74]
Energieträger 2007 2008 2009 2010
Mineralöl 32,7 36,0 34,7 33,6
Erdgas, Erdölgas 22,1 18,0 21,9 21,8
Braunkohle 11,4 11,4 11,3 10,7
Kernenergie 10,9 11,9 11,0 10,9
Wasser- und Windkraft 1)3) 1,6 1,7 1,5
Andere Erneuerbare 2) 6,3 6,7 7,3
Außenhandelssaldo Strom −0,5 -0,6 -0,4

1) Windkraft ab 1995

2) u.a. Brennholz, Brenntorf, Klärschlamm, Müll, sonstige Gase

3) inkl. Fotovoltaik

Im Jahr 2010 lag der aus erneuerbaren Energien gedeckte Endenergieverbrauch (EEV) in Deutschland bei 11,0 % des Gesamtverbrauchs. [75] Der Anteil am Primärenergieverbrauch (PEV) lag mit 9,4 % niedriger, da erneuerbare Energien durch die Berechnungsmethode unterpräsentiert werden. (siehe Berechnung des PEV nach dem Wirkungsgradprinzip) Der Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtstromverbrauch betrug 2010 16,8 %, bei der Wärmebereitstellung 9,8 % und am gesamten Kraftstoffverbrauch 5,8 %.[76]

Den größten Beitrag der erneuerbaren Energien zur Endenergiebereitstellung ( 106,1 TWh ) lieferten feste und flüssige biogene Brennstoffe, welche insbesondere in der Wärmeerzeugung und als Kraftstoffe Verwendung finden.[76]

Bei der Stromerzeugung wurden 101,7 TWh regenerativ erzeugt, wovon der größte Anteil durch Windkraft bereitgestellt wurde ( 36,5 TWh ). Knapp darunter lag die durch Biomasse bereitgestellte Energiemenge mit 33,5 TWh. Die Wasserkraft lag mit 19,7 TWh an dritter Stelle der regenerativen Stromerzeuger gefolgt von der Photovoltaik, die 12,0 TWh Strom lieferte.[76]

Anteil der EE am Primär- und Endenergieverbrauch in Prozent
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Anteil am Primärenergieverbrauch 2,0 2,6 2,8 2,9 2,9 3,2 3,8 4,5 5,3 6,3 7,9 8,1 8,9 9,4
davon1* Stromerzeugung 0,8 0,9 1,1 1,1 1,4 1,6 1,8 2,1 2,5 3,1 3,3
Wärmebereitstellung 1,3 1,3 1,4 1,4 1,5 1,8 1,9 2,0 2,3 2,6 2,8
Kraftstoffverbrauch 0,03 0,03 0,06 0,1 0,1 0,2 0,3 0,6 1,0 1,2 1,0
Anteil am Endenergieverbrauch 2,9 3,2 3,4 3,8 4,1 4,5 5,0 5,8 6,8 7,9 9,5 9,3 10,4 11,0
davon2* Stromerzeugung 4,7 5,4 6,4 6,7 7,8 7,5 9,2 10,1 11,6 14,2 15,1 16,3 16,8
Wärmebereitstellung 3,6 3,8 3,9 4,2 4,3 5,0 5,5 6,0 6,2 7,4 7,4 9,1 9,8
Kraftstoffverbrauch 0,2 0,2 0,4 0,6 0,9 1,4 1,8 3,7 6,3 7,2 5,9 5,5 5,8

1* der Anteil der drei Bereiche addiert sich zum Gesamtanteil am Primärenergieverbrauch

2* die angegebenen Werte entsprechen dem Anteil der erneuerbaren Energien innerhalb diese Bereichs

Erneuerbare Energien in Deutschland – in Petajoule[74]
1995 2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Wasserkraft 77 92 76 77 78 76 74 69
Windenergie 6 35 92 95 110 143 146 136
Photovoltaik 0,03 0,3 2,0 4,6 8,0 11,1 15,9 22,3
Holz, Stroh, u.a. feste Stoffe 124 210 311 338 368 388 418 443
Biodiesel, u.a. flüssige Brennstoffe 2 13 42 110 190 217 195 188
Klärschlamm, Müll, Deponiegas 45 39 34 48 57 63 71
Klärgas einschl. Biogas 14 20 24 39 66 88 92 96
Sonstige erneuerbare (1) 7 9 15 16 19 22 32 35
Insgesamt 275 417 545 769 939 1117 1147 1163
Prozentualer Anteil am
Endenergieverbrauch
3,8 5,5 6,6 8,1 9,8 9,7 9,3 10,3
Prozentualer Anteil amPrimärenergieverbrauch (nach Wirkungsgradprinzip) 1,9 2,9 3,7 4,6 5,7 6,9 8,1 8,9
(1) Solar-, Geothermie und Wärmepumpen

  • Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Stand: 17. Mai 2010

Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland [77]

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien machte im Jahr 2010 in Deutschland etwa 16,8 % der Gesamtstromerzeugung aus

Stromerzeugung in Deutschland in GWh
Jahr↓ Gesamt-erzeugung↓ Summe EE↓ Wasserkraft↓ Windenergie↓ Biomasse↓ biogener Anteildes Abfalls↓ Photovoltaik↓ Geothermie↓
2010(*) 604.000 101.681 16,8 % 19.694 3,3 % 36.500 6,0 % 28.710 4,8 % 4.750 0,8 % 12.000 2,0 % 27,2
2009 579.961 95.215 16,4 % 19.094 3,3 % 38.580 6,7 % 26.407 4,6 % 4.537 0,8 % 6.578 1,1 % 18,8
2008 614.646 93.269 15,2 % 20.446 3,3 % 40.574 6,6 % 22.871,5 3,7 % 4.940 0,8 % 4.420 0,7 % 17,6
2007 618.112 87.597 14,2 % 21.249 3,4 % 39.713 6,4 % 19.429 3,1 % 4.130 0,7 % 3.075 0,5 % 0,4
2006 617.167 71.487 11,6 % 20.042 3,2 % 30.710 5,0 % 14.841 2,4 % 3.675 0,6 % 2.220 0,4 % 0,4
2005 612.098 62.112 10,1 % 19.576 3,2 % 27.229 4,4 % 10.978 1,8 % 3.047 0,5 % 1.282 0,2 % 0,2
2004 608.000 56.052 9,2 % 19.910 3,3 % 25.509 4,2 % 7.960 1,3 % 2.117 0,3 % 556 0,1 % 0,2
2003 599.295 44.993 7,5 % 17.722 3,0 % 18.713 3,1 % 6.086 1,0 % 2.161 0,4 % 313 0,1 % 0
2002 587.400 45.647 7,8 % 23.662 4,0 % 15.786 2,7 % 4.089 0,7 % 1.949 0,3 % 162 0,0 % 0
2001 585.100 39.033 6,7 % 23.241 4,0 % 10.509 1,8 % 3.348 0,6 % 1.859 0,3 % 76 0,0 % 0
2000 579.600 37.217 6,4 % 24.867 4,3 % 7.550 1,3 % 2.893 0,5 % 1.844 0,3 % 64 0,0 % 0
1999 557.300 29.845 5,4 % 20.686 3,7 % 5.528 1,0 % 1.849 0,3 % 1.740 0,3 % 42 0,0 % 0
1998 556.700 26.233 4,7 % 18.452 3,3 % 4.489 0,8 % 1.642 0,3 % 1.618 0,3 % 32 0,0 % 0
1997 550.000 23.722 4,3 % 18.453 3,4 % 2.966 0,5 % 880 0,2 % 1.397 0,3 % 26 0,0 % 0
1996 547.400 22.490 4,1 % 18.340 3,4 % 2.032 0,4 % 759 0,1 % 1.343 0,2 % 16 0,0 % 0
1995 541.600 24.271 4,5 % 20.747 3,8 % 1.500 0,3 % 665 0,1 % 1.348 0,2 % 11 0,0 % 0
1994 530.800 22.294 4,2 % 19.501 3,7 % 909 0,2 % 569,7 0,1 % 1.306 0,2 % 8 0,0 % 0
1993 528.000 20.768 3,9 % 18.526 3,5 % 600 0,1 % 432,5 0,1 % 1.203 0,2 % 6 0,0 % 0
1992 532.900 19.928 3,7 % 18.091 3,4 % 275 0,1 % 296,2 0,1 % 1.262 0,2 % 3 0,0 % 0
1991 539.600 16.973 3,1 % 15.402 2,9 % 100 0,0 % 259,7 0,0 % 1.211 0,2 % 1,6 0,0 % 0
1990 550.700 17.086 3,1 % 15.580 2,8 % 71 0,0 % 221,3 0,0 % 1.213 0,2 % 1 0,0 % 0

(*) Vorläufige Zahlen des Bundesumweltministeriums für 2010[78]

Österreich

Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch
Erneuerbare Energien in Österreich
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
Prozentualer Anteil amGesamtenergieverbrauch 22,7[79] 21,7 21,0 20,0 23,0 30,0
Quelle: Österreichisches Umweltministerium [80]

Nach anfänglicher Stagnation zu Beginn der Jahrtausendwende erhöhte sich der Anteil der erneuerbaren Energien am österreichischen Bruttoinlandsverbrauch von 2005 bis 2010 von 20 auf 30 Prozent. Damit wird Österreich die EU-Vorgabe von 34 Prozent bis 2020 voraussichtlich erfüllen.[81] Laut einer im Jänner 2011 von Umweltmininister Berlakovich vorgestellten Studie könnte Österreich bei geeigneten Rahmenbedingungen bis 2050 energieautark werden und die gesamte erforderliche Energie in Österreich aus Wasser, Sonne, Wind und Biomasse erzeugen.[82][83]

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Österreich 2003 bis 2008

Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung lag 2010 bei 70 %. Da Österreich in den Wintermonaten in erheblichem Umfang elektrische Energie importiert,[79] lag der Anteil am Stromverbrauch jedoch nur bei 45 %.[84] Aufgrund des stetig steigenden Energieverbrauchs und der begrenzten Kapazitäten (die großen Flüsse sind bereits mit Kraftwerken überzogen), nimmt die nach wie vor überragende Bedeutung der Wasserkraft tendenziell ab, während jene der Biomasse steigt.

Stromerzeugung in Österreich in GWh[84]
Jahr↓ Gesamt-erzeugung↓ Summe EE↓ Wasserkraft↓ Windenergie↓ Biomasseund -gas↓ Photovoltaik↓ Geothermie↓
2010[85] 70.827 41.920 59.2% 37.318 52,7% 2.019 2,9% 2.556 3,6% 26 0,0% 1
2009 68.827 43.778 57,3% 39.318 57,3% 1.915 2,8% 2.522 3,7% 21 0,0% 2
2008[86] 66.841 45.186 67,6% 40.690[87] 60,9% 1.988 3,1% 2.489 3,9% 17 0,0% 2
2007[88] 64.754 43.401 67,0% 39.171 60,5% 2.019 3,2% 2.194 3,4% 15 0,0% 2
2006 63.919 42.344 66,2 % 37.278 58,3 % 1.752 2,7 % 3.300 5,2 % 12 0,0 % 3
2005 66.479 42.911 64,5 % 39.019 58,7 % 1.331 2,0 % 2.545 3,8 % 13 0,0 % 2
2004 64.739 42.457 65,6 % 39.462 61,0 % 926 1,4 % 2.053 3,2 % 13 0,0 % 2
2003 60.219 37.467 62,2 % 35.292 58,6 % 366 0,6 % 1.794 3,0 % 11 0,0 % 3
2002 62.671 43.767 69,8 % 42.057 67,1 % 203 0,3 % 1.500 2,4 % 3 0,0 % 3

Schweiz

Die Wasserkraft wird in der Schweiz bereits seit Jahrzehnten aufgrund vorteilhafter natürlicher Grundlagen intensiv genutzt. Bei den neuen erneuerbaren Energien weist das Land bei weitem nicht den deutschen Ausbaustandard auf. Die kostendeckende Einspeisevergütung für solche Energieträger wurde erst 2009 eingeführt. Die schweizerischen Pumpspeicherkraftwerke importieren preiswerten Strom, um Wasser in die Stauseen hochzupumpen und bei hohen Preisen zu veredlen. Dieser Strom stammt zu einem großen Teil aus nicht erneuerbaren Energiequellen. So werden Pumpspeicherkraftwerke nicht per se als erneuerbare Energien deklariert.

Stromerzeugung in der Schweiz in GWh[89]
Jahr↓ Brutto-erzeugung↓ Wasserkraft↓ Windenergie↓ Holz↓ Biogas↓ Photovoltaik↓
2009 66.494 37.136 55.8 % 23 0.03 % 154 0.23 % 193 0.29 % 50 0.08 %
2008 66.967 37.559 56.1 % 19 131 179 35
2007 65.916 36.373 55.2 % 16 92 193 27
2006 62.141 32.557 52.4 % 15 44 155 22
2005 57.918 32.759 56.6 % 8 33 146 19
2000 65.348 37.851 57.9 % 3 14 149 11
1990 54.074 30.675 56.8 % 0 6 80 1

Europäische Union

Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch in der EU im Jahr 2005

Der durchschnittliche Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauchs aller EU-27-Staaten lag im Jahr 2005 laut einem Vergleich des BMU bei 8,5 %. Spitzenreiter waren Schweden (39,8 %), Lettland (32,6 %) und Finnland (28,5 %). Den vierten Platz nahm Österreich mit 23,3 % (2010: 30 %[80]) ein, während Deutschland mit 5,8 % (2009: 10,3 %) unter dem Durchschnitt lag.[90]

Die Europäische Union verpflichtete sich am 9. März 2007 verbindlich, den Ausstoß von Treibhausgasen bis 2020 um ein Fünftel im Vergleich zu 1990 zu verringern und den Anteil erneuerbarer Energien im Durchschnitt auf 20 Prozent bis 2020 zu erhöhen.[91] Im Januar 2008 beschloss die Europäische Kommission verbindliche Vorgaben für die einzelnen Mitgliedsstaaten.[92] Die Richtlinie 2009/28/EG (Nachfolger der Richtlinie 2001/77/EG) verpflichtet die Mitgliedstaaten zur Festlegung nationaler Richtziele für den Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch, wobei den einzelnen Staaten hinsichtlich der Fördersysteme im Einzelnen ausdrücklich freie Hand gelassen wird.[93] Der nationale Zielwert bis zum Jahr 2020 nach der EU-Richtlinie 2009/28/EG ist demnach für Deutschland 18 % und für Österreich 34 % des Endernergieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu erzielen.

 

Zeitliche Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien

Verlauf des Stromverbrauchs (Last) über einen Tag

Tagesverlauf des Stromverbrauchs (Prinzip)

Hauptartikel: Kraftwerksmanagement

Der Bedarf an Strom (Lastgang) schwankt stark. Da elektrische Energie nur aufwendig und mit Verlusten speicherbar ist, wird sie durch das Kraftwerksmanagement durch technische und organisatorische Maßnahmen entsprechend dem Bedarf bereitgestellt. In Deutschland wurden die sogenannte Grund- bzw.Mittellast bisher vor allem von Braunkohle- und Kernkraftwerken bzw. Steinkohlekraftwerken abgedeckt. Die Spitzenlast lieferten vor allem Gas- und Pumpspeicherkraftwerke. Mit zunehmenden Anteilen an Strom aus erneuerbaren Energien ist ein verändertes Kraftwerksmanagement notwendig. Zwar können Geothermiekraftwerke Grundlast und Wasserkraftwerke, Biomassekraftwerke und Biogasanlagen Grundlast und/ oder Spitzenlast abdecken. Die Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Wind unterliegt dagegen starken Schwankungen. Teilweise korrelieren diese aber mit dem Tages- bzw. Jahres-Lastgang. So wird Strom aus Sonnenenergie zu den Hauptbedarfszeiten bereitgestellt. Strom aus Windenergie fällt verstärkt im Winter an und kann die zu der Zeit verringerten Ausbeuten von Solaranlagen ausgleichen.

Verschiedene Maßnahmen können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um höhere Anteile an Strom aus erneuerbaren Energien an der Versorgung zu ermöglichen. Studien, z. B. der Fraunhofer IWES im Auftrag des BEE (Dezember 2009) belegen, dass so eine zuverlässige Stromversorgung möglich ist.[94] In seinem Sondergutachten „100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar“ von Mai 2010 geht der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen davon aus, dass die Kapazitäten in Pumpspeicherkraftwerken insb. in Norwegen und Schweden bei Weitem ausreichen um schwankende Energiebereitstellung – insb. von Windkraftanlagen – auszugleichen.[95] Für kurzfristige Strombedarfe im Minutenbereich (Regelleistung) wird seit der Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2009 bereits ein Systemdienstleistungsbonus gezahlt, sodass kaum eine kurzfristige Speichernotwendigkeit besteht.[96]

Bedarfsgerechte Stromerzeugung

Bei der Wasserkraft kann die Energieumwandlung mehrere Wochen bis Monate, bei den Biogasanlagen mehrere Stunden ohne größere Verluste aufgeschoben werden. Photovoltaik– und Windenergieanlagen können zumindest abgeschaltet und innerhalb von etwa 30 s (Selbsttest und Anfahren eines Photovoltaik-Wechselrichters) bis wenige Minuten (größere Windenergieanlagen) wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist sogar ein Vorteil gegenüber großen Dampfkraftwerken und Kernkraftwerken, die nach einer Abschaltung mehrere Stunden bis zur vollen Leistung benötigen. Allerdings wird durch die Abschaltung von Photovoltaik- oder Windenergieanlagen, anders als bei Biogasanlagen und konventionellen Kraftwerken, kein Brennstoff gespart. Daher ist es meist wirtschaftlicher, den Strom für nachrangige, zeitlich weniger fixierte Zwecke zu „verschwenden“ oder Energiespeicher damit aufzuladen.

Zur Deckung eines akuten Strommangels können Wasserkraftwerke und Biogaskraftwerke kurzzeitig über ihrer Durchschnittsleistung, die durch den Nachschub an Wasser und Biomasse begrenzt ist, betrieben werden.

Durch exakte Vorhersagen des Wetters und entsprechende Modellierungen ist es zudem möglich, die Erträge aus Wind- und Sonnenenergie immer exakter vorherzusagen.[97] Das Kraftwerksmanagement kann die kurzfristig und vor allem die längerfristig regelbaren Kraftwerke so besser steuern.

Energiespeicherung

Hauptartikel: Energiespeicher und Speicherkraftwerk

Je größer der Anteil der Erneuerbaren Energien wird, desto größer wird die Bedeutung von Speichermöglichkeiten, um die Schwankungen der Energieerzeugung an die Schwankungen des Energieverbrauchs anzugleichen und somit Versorgungssicherheit herzustellen. Die Entwicklung von Speicherkraftwerken befindet sich zum Teil noch im Frühstadium. Zu den Speichermöglichkeiten gehören:

  • Pumpspeicherkraftwerke nutzen überschüssigen Strom, um Wasser bergauf zu pumpen. Wird der Strom gebraucht, fließt das Wasser wieder nach unten und treibt einen Generator an. Pumpspeicherkraftwerke sind bereits traditionell als Großanlagen im Einsatz.
  • Akkumulatoren (Batterien) speichern Strom elektrochemisch.
  • Chemische Speicher: Mit dem überschüssigen Strom wird Methan oder Wasserstoff erzeugt, das anschließend zur Stromproduktion oder – im Falle von Methan – auch zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann. (siehe auch Windgas).
  • Thermodynamische Speicher: Mit überschüssigem Strom wird Luft in Kavernen gedrückt. Im Bedarfsfall entweicht die Luft wieder, wobei der Luftdruck einen Generator antreibt (Druckluftspeicherkraftwerk).
  • Wärmespeicher: Mit Sonnenwärme wird Wasser erhitzt oder mit überschüssigem Strom Wasser in warme Schichten unter der Erde gepumpt, um dieses natürlich zu erwärmen. Dieses kann für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden, die so Wärme vom Tag in der Nacht oder Wärme vom Sommer im Winter nutzen können, oder für die zeitversetzte Stromerzeugung in Solarthermischen Kraftwerken, die so in die Lage versetzt werden, 24 Stunden pro Tag Strom aus Sonnenenergie herzustellen.
  • Gasspeicher: Für die Speicherung von Windgas (Methan oder Wasserstoff) kann auf bewährte Methoden, die bisher für die Speicherung und Verteilung (Erdgasnetz) von Gas aus fossilen Quellen genutzt wurden, zurückgegriffen werden.

Intelligenter Stromverbrauch

Hauptartikel: Intelligentes Stromnetz

Mit der heutigen Informationstechnik ist es möglich, zeitlich flexible Stromverbraucher (zum Beispiel Zementmühlen, Kühl- und Heizsysteme etc.) vorübergehend herunter- oder abzuschalten („Lastabwurfkunden“, „Demand Side Management“). Eine Regulierung über einen zeitnahen Strompreis ist denkbar, ähnlich dem sogenannten Niedertarifstrom (Nachtstrom). Der Preis würde bei Stromüberangebot gesenkt, bei Strommangel dagegen angehoben. Intelligente Stromverbraucher (zum Beispiel entsprechend ausgerüstete Waschmaschinen, Spülmaschinen usw.) schalten bei geringem Strompreis ein und bei hohem Strompreis aus. In der Industrie könnte eine kurzzeitige Spitzenstromlast vorerst zwischengespeichert (zum Beispiel Schwungrad) und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden.

Virtuelles Kraftwerk

Um zu testen, ob ein größeres Gebiet teilweise oder vollständig mit Strom aus erneuerbaren Energien sicher versorgt werden kann, gibt es Pilotprojekte, die die Dynamik und Einsatzmöglichkeiten von sogenannten Kombikraftwerken oder virtuellen Kraftwerken untersuchen. Hierbei werden Anlagen aus den verschiedenen erneuerbare Energie-Bereichen (Wasser, Wind, Sonne, Biogas etc.) virtuell zu einem Kraftwerk zusammengeschlossen und simuliert, den zeitgenauen Strombedarf, zum Beispiel einer Großstadt zu decken.[98]

Ausbau der Stromnetze

Schon jetzt müssen regelmäßig Windkraftanlagen heruntergeregelt oder sogar ganz vom Netz abgetrennt werden, weil bei hohem Windaufkommen und niedriger Grundlast der zusätzliche Windstrom nicht mehr eingespeist werden kann, ohne die Netze zu überlasten. Daher ist ein Ausbau der Stromnetze nötig. Durch die Verknüpfung von Regionen mit hohen Kapazitäten an Stromerzeugung aus Wind mit Regionen mit vielen Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerken können zudem Leistungsspitzen gespeichert und abgepuffert werden.[99]

Bei entsprechendem Ausbau der Stromnetze kann Strom auch in abgelegenen Regionen erzeugt (z. B. mit Offshore-Windkraftanlagen oder in solarthermischen Kraftwerken in der Sahara) und in die Regionen transportiert werden, wo er benötigt wird. Die Übertragung erfolgt dabei nicht, wie üblich, als Wechselstrom, sondern verlustärmer per Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).

Die Deutsche Energieagentur (dena) meldete 2010 einen Bedarf von 3600 Kilometern neuer Stromleitungen in den kommenden zehn Jahren an. Anders seien die wachsenden Strommengen aus erneuerbaren Energiequellen nicht ins Netz zu integrieren.[100] Doch Kritiker äußern Zweifel, ob der Leitungsbedarf wirklich so hoch ist und nur durch den steigenden Ökostromanteil bedingt wird. Sie halten die Dena-Pläne für überzogen – zum Beispiel, weil die Netze nicht nur für den zusätzlichen grünen Strom, sondern auch für längere Atomlaufzeiten, neue Kohlekraftwerke und den vermehrten Stromhandel erweitert werden sollen. Nicht nur der Ausbau der Windenergie, sondern auch neue Kohlekraftwerke in Küstennähe tragen zum Bedarf bei. Seit der Liberalisierung der Energiemärkte 1998 seien Instandhaltung und Ausbau der Netzinfrastruktur wegen der von der Regulierungsbehörde genehmigten, vergleichsweise niedrigen Rendite von rund 9 Prozent vernachlässigt worden. Entsprechend fordert Hildegard Müller, Chefin des Bundesverbands der konventionellen Energiewirtschaft, BDEW: „In Deutschland müssen beim Netzausbau wieder international wettbewerbsfähige Renditen zugestanden werden, damit die Milliardeninvestitionen auch finanziert werden können.“ [101]

 

Soweit die Darstellung in Wikipedia. Von den externen Quellen möchten wir das „Buch der Synergie“ besonders erwähnen, wo Achmed Khammas in jahrelanger unermüdlicher Arbeit Methoden und Techniken der Energiegewinnung zusammengetragen hat.