Grüne Grundlast

In der Frankfurter Allgemeinen Zeitung vom 16.Mai hat Andreas Frey die neuralgischen Probleme der Energiewende behandelt.

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Grüne Grundlast

Die Verfassungsrichter haben den rascheren Umstieg auf erneuerbare Energiequellen angeordnet.
Damit verschärft sich ein Problem, das mehr Windräder und Solarparks gerade nicht lösen.

Von Andreas Frey


Unsere Hoffnung auf besseren Klimaschutz führt direkt in die Steinzeit.,,Welcome to the New Stone Age“ grüßt ein blaues Mammut von einer Betonwand mitten im Hamburger Hafen. 
Hier in Altenwerder erforscht die TU Hamburg-Harburg zusammen mit einer Siemens-Tochter und einem Energieversorger eine neue Speichertechnologie bei der überschüssiger Wmdstrom in einem Betonsilo gebunkert werden soll. Elektrothermischer Energiespeicher nennt sich so etwas. 
Dafür wurde ein schwimmbeckengroßes Volumen mit Abertausenden Lavasteinen befüllt, wie man sie aus der Sauna kennt. Ist zu viel Strom im Netz, werden die Steine erhitzt und dienen als Zwischenspeicher. Öffnet sich eine Versorgungslücke, wird den kleinen Brocken die Wärme wieder entzogen und in elektrische Energie umgewandelt.

Der Energievulkan ist eines der größten Förderprojekte im Bereich neuer Speichertechnologien, 10, 7 Millionen Euro investiert das Wirtschaftsministerium in das Steinsilo. 
Ob die gut angelegt sind, wird sich zeigen, allerdings beschäftigt die Suche nach verlässlichen Speichern nicht mehr nur die Ingenieure, sondern ist ganz oben auf der politischen Agenda angekommen.

Das Urteil des Bundesverfassungsgerichts Ende April verfügt einen Umbau der Energieversorgung des Landes. Das Klimathema könnte im Herbst die Wahl entscheiden, zumal davor noch ein Sommer
ansteht, der wie keine andere Jahreszeit den Klimawandel sichtbar macht.

Die Verschärfung der Klimaziele erfordert einen Ausbau erneuerbarer Energien in Rekordzeit. Strom aus Sonne und Wind soll das Land künftig antreiben: Industrie, Verkehr und Heizungen müssen endlich
klimaneutral werden. Und das schnell. In weniger als zehn Jahren soll Deutschland 65 Prozent weniger Treibhausgase emittieren als im Jahr 1990. Bis zum Jahr 2045 muss das Land ganz ohne Technik auskommen, die Treibhausgase absondert.
Und so wird in Ministerien, Universitäten und bei Umweltverbänden derzeit rege diskutiert und gerechnet, um Pfade für eine saubere Zukunft zu erstellen.
 
Im Grunde kreist alles um folgende drei Fragen: 
In welchen Sektoren lassen sich CO2-Emissionen am schnellsten senken? 
Wie viele Wind- und Photovoltaikanlagen braucht das Land? 
Und wo soll künftig der Strom herkommen, wenn weder Wind weht noch Sonne scheint?
 
Die zweite Frage ist noch am einfachsten zu beantworten: Die Leistung bereits bestehender Wind- und Photovoltaikanlagen muss noch einmal um einen Faktor fünf oder sechs steigen, um alle konventionellen
Kraftwerke und fossilen Rohstoffe bis zum Jahr 2045 zu ersetzen.
Doch damit ist es nicht getan. Tagsüber wird mehr Strom verbraucht als nachts, und dazu kommt nun die Volatilität der erneuerbaren Energiequellen: 
Je nach Wetter und Tageszeit speisen Wind und Sonne unterschiedlich viel ins Netz ein. 
So entstehen Lücken und Überschüsse. 
 
Jederzeit verfügbar ist hingegen Biomasse. Deren Verstromung kompensiert mit neun Gigawatt aber nur einen Teil der Lücken, Pumpspeicherkraftwerke helfen
mit sieben Gigawatt. Das ist deutlich zu wenig. An normalen Tagen benötigt Deutschland. 65. bis 70 Gigawatt. 
Ausbauen lassen sich diese Speicher eher nicht: Wasserkraft hat erhebliche Akzeptanzprobleme, und Energiepflanzen sind weder ökologisch noch ethisch unproblematisch.
Wolf-Peter Schill vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung in Berlin geht daher davon aus, dass kurzfristige Schwankungen künftig mit Batterien ausgeglichen werden. 
 
Deren Markt entwickle sich rasant, sagt er, zudem stehen elektrochemische Speicher in Form von E-Autos schon bald millionenfach zur Verfügung. Damit lassen sich Schwankungen immerhin über Stunden ausgleichen, zudem ist ihr Wirkungsgrad sehr hoch. 
Allerdings benötigen Batterien selbst viel Energie zu ihrer Herstellung und bestehen aus Rohstoffen, deren Ökobilanz zu berücksichtigen wäre.
Da sind elektrothermische Speicher wie der Hamburger Energievulkan unkomplizierter, allerdings ist der Wirkungsgrad solcher Anlagen zu niedrig, um mit den Batterien konkurrieren zu können. 
Es sei denn, es gelingt, die Lavastein-Speicher in bereits bestehende und abgeschriebene Kohlekraftwerke zu integrieren. 
Mit niedrigen Infrastrukturkosten wäre der Vulkan dann vielleicht sogar wettbewerbsfähig, meint Schill.
Das viel ,größere Problem der Energiewende sind aber die Langzeitspeicher.
Entscheidend ist ja die Frage, wie man die Überschüsse des Sommers in den Winter retten kann. Derzeit gewährleisten noch Kohle und Kernkraft eine Grundlast und sichern so die Stromversorgung auch während sogenannter Dunkelflauten, wenn in trüben Hochnebelwetterlagen weder Windräder angeblasen noch Solarzellen beschienen werden.
Doch lange werden sie die Lücke nicht mehr füllen: 
Spätestens im nächsten Jahr gehen alle Atommeiler vom Netz, und der Ausstieg aus der Kohle wird wohl deutlich früher erfolgen als zum vereinbarten Termin 2038.

Bereits die aktuelle Doppelstruktur aus Fossilem und Erneuerbarem hat ihren Preis. 
Nirgendwo in Europa ist Elektrizität so teuer wie hierzulande:
Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz muss Strom aus Wind und Sonne jederzeit abgenommen und von den Stromkunden bezahlt werden, auch wenn er nicht benötigt wird. 
Gleichzeitig verursachen fossile Anlagen im Standby hohe Fixkosten. Aber ihr beschlossenes Ende bringt die Energiepolitiker in eine heikle Lage: 
Je mehr die Erneuerbaren ausgebaut werden und zum Strommix beitragen, desto größer die Schwankungen im Netz und um so abhängiger werden wir von der fossilen oder nuklearen Grundlast, die es gleichwohl bald nicht mehr geben darf. 
Eine Lösung dieses Problems wird immer dringlicher. Daher sind für die nächsten Jahre Gaskraftwerke vorübergehend als Back-up vorgesehen. Sie können flexibel hochgefahren werden und über längere Zeit Strom liefern. ,,Bei einer tagelangen Dunkelflaute sehe ich außer Gas keine andere Lösung“, sagt Albert Moser, Leiter des Lehrstuhls Übertragungsnetze und Energiewirtschaft an der RWTH Aachen. 
Anfang und Mitte Januar dieses Jahres schoben Sonne und Wind zeitweise nicht mehr als zehn Gigawatt ins Netz, der Verbrauch lag aber deutlich über fünfzig Gigawatt.
 
Eine Lücke, die bislang nur mit Kohle und Uranstäben ausgeglichen werden konnte. Mit Gas allein wäre die Versorgungslage wohl mitunter kritisch geworden, denn derzeit sind nur dreißig Gigawatt installiert. Moser bezweifelt daher, dass die Kapazitäten reichen, wenn die Kohlekraftwerke vorn Netz gehen. In Belgien würden aus diesem Grund gerade massiv neue Gasspeicher ausgeschrieben. Dasselbe erwartet er auch für Deutschland. Denn die Dunkelflaute droht jederzeit: Typischerweise zweimal im Jahr liefern Sonne und Wind mindestens zwei Tage lang viel zu wenig Strom, wie eine Untersuchung des Deutschen Wetterdiensts für die Jahre von 1995 bis 2015 ergab.

Lange kann Erdgas die Lücke allerdings nicht füllen, wenn die Bundesregierung ihre neuen Klimaschutzpläne ernst meint.
Daher bleibt auf lange Sicht wohl nur sogenannter grüner, also mittels erneuerbarer Energie erzeugter Wasserstoff. ,,Bei sehr hohen Anteilen erneuerbarer Energien sind Wasserstoff-basierte Langfrist-Stromspeicher aus heutiger Sicht „unverzichtbar“, sagt Wolf-Peter Schill vom DIW.  Wasserstoff kann große Energiemengen speichern und lässt sich gut transportieren.
Nebenbei soll er künftig auch Flugzeuge, Schiffe und Busse antreiben oder auch Gebäude heizen. „Wir müssen langfristig im Sommer aus Uberschüssen Wasserstoff erzeugen, den wir dann im Winter rückverstromen“, sagt Matthias Deutsch vom Thinktank Agora Energiewende. 
Er rechnet mit dem weiteren Ausbau einer europaweiten Stromversorgung über alle Sektoren hinweg, verbunden mit einer Flexibilisierung der Nachfrage. Strom könnte so nur dann geliefert werden, wenn er auch gebraucht wird beziehungsweise genug davon da ist. Das Problem des grünen Wasserstoffs ist allerdings, dass noch völlig unklar ist, wie er künftig gespeichert und umgewandelt werden soll.
In wenigen Jahren muss eine ganze Industrie zur Produktion, Speicherung und Verteilung des leichten Gases neu aufgebaut werden. Für den nun auch höchstrichterlich verfügten Umbau bedarf es am Ende
aber noch viel mehr Energie aus Wind und Sonne. 
Elektrifizierung und Wasserstoffstrategie dürften den Stromverbrauch deutlich steigern. In einigen Szenarien wird dieser sich fast verdoppeln, von heute rund 600 auf deutlich über tausend
Terawattstunden. In diesem Fall müsste sich die Leistung der auf dem Festland installierten Windkraft im Vergleich zu heute verdreifachen und die der Photovoltaik verneunfachen, schätzt Matthias Deutsch. 
 
Kein einfaches, aber machbares Ziel, sagen Befürworter wie er. Völlig utopisch, entgegnen Kritiker. Diese weisen auf die immensen Kosten hin, die sich auch aus den Naturgesetzen ergeben: 
Der maximal mögliche Wirkungsgrad der Umwandlung elektrischer Energie in die chemische Energie des Wasserstoffs ist mit 70 Prozent vergleichsweise niedrig. Den Gesamtwirkungsgrad der Rückverstromung schätzen Experten sogar nur auf 30 bis 40 Prozent, ein Großteil der Energie ginge also verloren. Energieautark wird Deutschland ohnehin nie – da sind sich Kritiker und Befürworter einig. Ein Großteil des grünen Wasserstoffs wird man importieren müssen. Zudem bezweifeln Kritiker, dass Deutschland das ambitionierte Ausbauziel der Erneuerbaren überhaupt schafft. 
Gerade die Wrndkraft hat es schwer, viele Filetlagen sind schon weg, zudem wird weiterer Ausbau durch Abstandsregeln faktisch verhindert. Gibt es Alternativen? Der Ausstieg aus der Kernkraft ist beschlossene Sache, eine Renaissance politisch nahezu ausgeschlossen.
 
Bleibt nur eine flexible Versorgung mit neuen Netzen über den ganzen Kontinent hinweg, mit der man Stromlücken ausgleichen könnte. Doch diese Strategie taugt auch nur dann, wenn die Nachbarländer einen ähnlichen Weg einschlagen wie Deutschland.

Zudem sind Techniken, mit denen man Kohlendioxid technisch abscheiden und unterirdisch speichern könnte, erst kaum erforscht. Und Suffizienz, also Verzicht und Rückbau zivilisatorischer Annehmlichkeiten, ist nichts, was Parteien den meisten Bürgern abverlangen können.
Wahlen gewinnt nur, wer Zuversicht verbreiten kann, die nicht nur späteren Generationen gilt.