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).

 

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