Wie viel Fläche wir für die Energiewende brauchen

Die Ener­gie­wen­de ist ein Mam­mut­pro­jekt und durch Pho­to­vol­ta­ik, Solar­ther­mie und Wind­rä­der bereits heu­te über­all sicht­bar. Kann sich Deutsch­land mit Wind­rä­dern und Solar­zel­len über­haupt unab­hän­gig machen von Ener­gie­im­por­ten? Und wie viel Flä­che bräuch­ten wir dafür?

Die Ener­gie­wen­de wird in den Medi­en meis­tens auf den Strom­ver­brauch bezo­gen. Hier gab es in den letz­ten 20 Jah­ren enor­me Fort­schrit­te, da in 2015 vor­aus­sicht­lich bereits rund ein Drit­tel des Strom­ver­brauchs von erneu­er­ba­ren Ener­gi­en abge­deckt wur­de. Tat­säch­lich meint die Ener­gie­wen­de jedoch, eine kom­plet­te Abkehr von fos­si­len Roh­stof­fen wie Koh­le, Öl oder Erd­gas. Und hier sieht es noch ziem­lich beschei­den aus, da 2015 erst etwa 12% unse­res gesam­ten Ener­gie­be­darfs (Pri­mär­ener­gie­be­darf) aus erneu­er­ba­ren Ener­gi­en gedeckt wer­den. Was einem klar sein muss: Ener­gie­wen­de bedeu­tet mit der Ener­gie­er­zeu­gung groß­flä­chig an die Ober­flä­che zu gehen. D.h. die Ener­gie­wen­de wird immer sicht­bar sein und Ein­grif­fe in die Umwelt mit sich brin­gen (z.B. durch den Bau von Off­shore-Wind­kraft­an­la­gen).

Jetzt stellt sich natür­lich die Fra­ge, wie viel Flä­che wir für die Ener­gie­wen­de brau­chen wer­den? Ist es in der Theo­rie über­haupt mög­lich, dass Deutsch­land sich kom­plett selbst ver­sorgt? Zeit für ein Gedan­ken­ex­pe­ri­ment. Die Pro­ble­me der Ener­gie­spei­che­rung und Kos­ten klam­mern wir hier­bei mal aus.

Energiebedarf insgesamt

2013 ver­brauch­ten die Deut­schen 4.430.000.000.000 kWh (4,43 Bil­lio­nen kWh) an Ener­gie (Pri­mär­ener­gie­ver­brauch). Das ent­spricht pro Per­son (bei 80,767 Mio. Ein­woh­nern) knapp 55.000 kWh, oder einer kon­stan­ten Leis­tung von 6.260 W! In die­se Zahl fließt prak­tisch alles ein: Der Ener­gie­ge­halt der Brenn­stof­fe sowohl für Strom­erzeu­gung, Wär­me­er­zeu­gung und Ver­kehr, sowie sämt­li­che erneu­er­ba­ren Ener­gi­en und die Ener­gie aus Atom­strom. Ins­ge­samt hat man nur weni­ge Mög­lich­kei­ten, wirk­lich erneu­er­ba­re Ener­gie zu gewin­nen: Son­nen­en­er­gie (sei es als Pho­to­vol­ta­ik, Bio­mas­se, oder direkt Wär­me), Wind­ener­gie, sowie Geo­ther­mie.

Energiewende durch Biomasse

Ins­ge­samt strahlt die Son­ne mit etwa 1000 kWh auf jeden m² in Deutsch­land, was schon­mal beträcht­lich ist. Neh­men wir an, dass wir für die Ener­gie­wen­de durch Bio­mas­se schnell wach­sen­de Pap­peln nut­zen, so spei­chern die­se pro m² und Jahr etwa 2 kg Tro­cken­mas­se. Sofern es sich dabei um Koh­len­hy­dra­te han­delt (4,78 kWh pro kg), ent­spricht das etwa 10 kWh pro m² und Jahr. D.h. ledig­lich 1% der ein­ge­fal­le­nen Son­nen­en­er­gie konn­te in Form von Bio­mas­se mit Hil­fe der Pho­to­syn­the­se gespei­chert wer­den. Dar­aus ergibt sich ein Flä­chen­be­darf von 443.000.000.000 m² bzw. 443.000 km², um Deutsch­lands Pri­mär­ener­gie­be­darf zu decken. Nun hat Deutsch­land aber nur eine Flä­che von 357.340 km², d.h. wir bräuch­ten 24% mehr Flä­che als uns zur Ver­fü­gung steht. Und dann dürf­te Deutsch­land nur aus Pap­peln bestehen.

Energiewende durch Photovoltaik

Die Pho­to­vol­ta­ik hat immer noch den Ruf einer nied­ri­gen Effi­zi­enz anhaf­ten. Von daher wür­de man zunächst einen noch höhe­ren Flä­chen­be­darf als bei der Bio­mas­se erwar­ten. Schau­en wir uns ein Bei­spiel aus der Rea­li­tät an: Der Solar­park Neu­har­den­burg ist auf einer Flä­che von 240 ha (= 2.400.000 m²) errich­tet und erzeugt geschätz­te 140.000.000 kWh. Pro m² nut­zen wir also 58,3 kWh und der Flä­chen­be­darf beträgt 76.000 km² bzw. 21% der Flä­che Deutsch­lands, um ganz Deutsch­land mit Ener­gie zu ver­sor­gen. Berück­sich­tigt man, dass bei die­ser Umwand­lung direkt Strom ent­steht, so dass Kraft­wer­ke kei­ne Umwand­lungs­ver­lus­te mehr anhäu­fen, so wären 43.000 km² Flä­che nötig (End­ener­gie­ver­brauch von 2013), also 12% der Flä­che von Deutsch­land. Es ist aus ener­ge­ti­scher Sicht also min­des­tens sechs mal so effi­zi­ent, eine Flä­che mit Pho­to­vol­ta­ik­mo­du­len zu bebau­en statt Bäu­me für die Ener­gie­ver­sor­gung dar­auf anzu­pflan­zen.

Energiewende durch Onshore-Windenergie

2013 stan­den in Deutsch­land knapp 24.000 Wind­rä­der, die eine Ener­gie von 53.400.000.000 kWh in das Strom­netz ein­speis­ten (also etwa 1,2% des Pri­mär­ener­gie­be­darfs bzw. 2,1% des End­ener­gie­ver­brauchs). Die Anla­gen hat­ten eine mitt­le­re Leis­tung von knapp 1.500 kW und erreich­ten die­sen Wert zu 17,6% der Zeit. In Deutsch­land wird in Wind­parks emp­foh­len, Wind­rä­der in Haupt­wind­rich­tung nicht näher als das 5fache des Rotor­durch­mes­sers auf­zu­stel­len. Neh­men wir einen Rotor­durch­mes­ser von 70m für eine 1,500 kW Anla­ge an, so wür­den wir pro Wind­an­la­ge eine Flä­che von 122.500 m² erhal­ten (ange­nom­men, die Flä­che ist qua­dra­tisch mit 350 m Kan­ten­län­ge). Auf die­ser Flä­che könn­ten wir 2.312.640 kWh pro Jahr ern­ten. Um den Pri­mär­ener­gie­be­darf zu decken bräuch­ten wir also 1,9 Mio. Wind­rä­der, die eine Flä­che von 234.000 km² benö­ti­gen wür­den. Bezo­gen auf den End­ener­gie­be­darf wären immer noch 1,1 Mio. Wind­rä­der und 135.000 km² nötig, immer­hin etwa 38% der Flä­che Deutsch­lands. Natür­lich sind moder­ne­re Anla­gen effi­zi­en­ter, gleich­zei­tig sind aber vie­le ergie­bi­ge Stand­or­te schon aus­ge­nutzt. Die Grö­ßen­ord­nung soll­te also unge­fähr hin­kom­men. Das heißt nicht, dass die Flä­che um das Wind­rad nicht für ande­re Nut­zungs­ar­ten (z.B. Land­wirt­schaft) zur Ver­fü­gung stün­de. Die Flä­che der Fun­da­men­te ist ja deut­lich klei­ner.

Energiewende durch Offshore-Windenergie

alpha ven­tus war der ers­te deut­sche Off­shore-Wind­park Deutsch­lands. Der Park besteht aus 12 Wind­rä­dern mit einer Leis­tung von je 5 MW, also 5.000 kW. Die Flä­che beträgt 3,84 km² und die mitt­le­re ein­ge­speis­te Leis­tung der letz­ten Jah­re 248.730.000 kWh pro Jahr. Um den Pri­mär­ener­gie­be­darf zu decken bräuch­ten wir also 68.392 km² bzw. 19% von Deutsch­land und 39.367 km² bzw. 11% der Flä­che für den End­ener­gie­be­darf.

Fazit

Obi­ge Zah­len sind nur Abschät­zun­gen in einem Gedan­ken­ex­pe­ri­ment. Den­noch zeigt sich, dass Pho­to­vol­ta­ik und Off­shore-Wind­ener­gie in Bezug auf Flä­chen­ef­fi­zi­enz die Nase vorn haben, da alle ande­re Ener­gie­for­men deut­lich mehr Flä­che benö­ti­gen. Eigent­lich müss­te also jedes Dach, das halb­wegs in Rich­tung Süden zeigt, mit Solar­mo­du­len aus­ge­stat­tet wer­den und jedes freie Fleck­chen in Nord- und Ost­see mit Wind­parks bebaut wer­den. Noch sind die mit Abstand meis­ten Dächer ohne “Son­nen­en­er­gie­fän­ger”, d.h. das Poten­zi­al zum Aus­bau ist auch ohne flä­chen­de­cken­de Solar­parks noch sehr groß. Das heißt natür­lich nicht, dass die ande­ren Ener­gie­for­men kei­nen sinn­vol­len Bei­trag leis­ten kön­nen. Wenn Deutsch­land aller­dings einen hohen zwei­stel­li­gen Pro­zent­be­trag des Ener­gie­be­darfs mit erneu­er­ba­ren Ener­gi­en decken will, müs­sen Solar- und Wind­ener­gie die zen­tra­le Rol­le ein­neh­men.

Der Flä­chen­be­darf wird durch die benö­tig­te ver­lust­be­haf­te­te Spei­che­rung noch zuneh­men. Gleich­zei­tig kön­nen ver­bes­ser­te Tech­no­lo­gi­en die­sem Effekt aber ent­ge­gen­wir­ken (Elek­tro­mo­bi­li­tät, Wär­me­pum­pen zur Wär­me­ge­win­nung, höhe­re Effi­zi­enz der Ener­gie­ge­win­nung).

 

Tei­le die­sen Bei­trag:

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