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Wesentliche Daten und Merkmale unserer Stromversorgung

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Die energie- und umweltpolitischen Ziele der Bundesregierung lassen nicht erkennen, dass der Verzicht auf Kernenergie, auf Kohle und letztlich der vollständige Verzicht auf die Verbrennung fossiler Energieträger und die damit angestrebte Stromerzeugung allein auf der Basis regenerativer Energien die Aufrechterhaltung der vorhandenen wirtschaftlichen Prosperität möglich sein wird. Im Gegenteil, es wird bei Umsetzung der Ziele gravierende, vermutlich sogar katastrophale Einschnitte in unserem Wirtschaftssystem und in unserer Gesellschaft geben. Eine breite Kenntnis in der Öffentlichkeit über die unvermeidbaren und wahrscheinlich sogar gewollten Auswirkungen bei Umsetzung der genannten Ziele ist daher von außerordentlicher Wichtigkeit.

Der nachfolgende Artikel wendet sich an Leser, die mit physikalischen Begriffen und Fakten der Stromversorgung nicht vertraut sind. Die maßgeblichen Daten und Merkmale unserer Stromversorgung werden in kurzer, übersichtlicher Form zusammengestellt. Die grundlegenden Probleme der Energiewende sind in mehreren Artikeln auf dieser Webseite bereits umfänglich erläutert.

Strom-/Anlagen-Kenngrößen

In Kilowatt (kW), Megawatt (MW), Gigawatt (GW) wird die installierte Leistung einer Stromerzeugungsanlage angegeben. Die Dimensionen unterscheiden sich um den Faktor 1000:  1 MW = 1000 kW, 1 GW = 1000 MW. Jedes noch in Betrieb befindliche Kernkraftwerk in Deutschland hat eine Brutto-Nennleistung von rund 1400 MW, moderne Kohlekraftwerke liegen bislang zwischen 500 und 1000 MW, Windkraftanlagen der letzten Generation zwischen 1 und 5 MW Nennleistung pro Anlage.

In Kilowattstunde (kWh), in MWh, GWh oder Terawatt (TWh) wird die Menge des erzeugten Stroms angegeben. Physikalisch spricht man von der geleisteten Arbeit. Die Brutto-Stromerzeugung eines Kernkraftwerkes des Konvoi-Typs (davon gibt es drei) lag in 2016 bei über 11.000 GWh. Kernkraft- und Kohlekraftwerke erreichen eine jährliche Verfügbarkeit von über 80 %, abhängig von den Wartungsintervallen. Windkraftwerke an Land erreichen nur äußerst selten ihre Nennleistung. Sie arbeiten überwiegend bei einem Drittel der Nennleistung.

Energieinhalte

Unter Energieinhalt eines Brennstoffes versteht man die Energiemenge, die bei vollständiger Verbrennung der angegebenen Masse frei wird (Circa-Werte):

Steinkohle               7 kWh/kg

Rohbraunkohle      2,5 kWh/kg

Erdgas                      9,5 – 10,28 kWh/m3

Heizöl                       10 kWh/l

Uran mit 3,0 % angereichertem Uran-235      650.000 kWh/kg

(Der Energieinhalt von spaltbarem Uran ist – abhängig vom Abbrand – um 10.000 bis 100.000 mal höher als von fossilen Brennstoffen. Im Natururan ist das spaltbare Uran-235 mit 0,71 % vorhanden. In deutschen Kernkraftwerken liegt die Anreicherung des Urans-235 zwischen 3 und 5 %.)

Die nutzbare Wärmeenergie allerdings, die in der Heizungsanlage aus dem Brennstoff erzielt werden kann, hängt vom Wirkungsgrad der Anlage ab. Neueste Kohlekraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von 45 %. Für den neuen Europäischen Druckwasserreaktor (EPR) wird ein Wirkungsgrad von 37 % angegeben.

Gebräuchlich ist auch die Angabe der geleisteten Arbeit in Joule. Dabei entspricht 1 kWh gleich 3,6 Millionen Joule (MJ).

Welche Arbeit kann 1 kWh verrichten? Dazu ein anschaulicher Vergleich:

1 Kilowattstunde (kWh)

– hebt die Masse von einer Tonne 360 m hoch

– bringt 9 Liter Wasser von 20 0C zum Sieden

– treibt einen Mittelklasse-Auto 2,5 km bei 110 km/h

– ermöglicht 10 Stunden Fernsehen

– steckt ungefähr in 0,11 Liter Diesel.

CO2-Erzeugung bei Verbrennung von:

Braunkohle                           ca. 1080 g CO2/kWh

Steinkohle                             ca. 800 g CO2/kWh

Erdgas                                    ca. 200 g CO2/kWh

Diesel                                     ca. 2,65 kg CO2/l

Bei Erzeugung von 1 Mrd. kWh Strom aus Braunkohle werden 1,08 Mio. Tonnen COerzeugt. Aus der Verbrennung von 1 Tonne Kohle entstehen 3,67 Tonnen CO2.

Die Stromerzeugung von 11.000 GWh in einem Kernkraftwerk erspart eine CO2-Emission von rund 12 Mio. Tonnen CO2.

Zum Vergleich:

An der globalen anthropogenen CO2-Emmission von ca. 33 Gigaonnen CO2/Jahr hat Deutschland einen Anteil von 2,5 %. Die globale geogene CO2-Emission beträgt ca. 550 Gigatonnen/Jahr.

Ziele der Bundesregierung

Verringerung der CO2-Emissionen

bis 2020          40 % gegenüber 1990 (nicht mehr erreichbar)

bis 2030           55 % gegenüber 1990

bis 2050           95 % gegenüber 1990

Ausbau der erneuerbaren Energie

bis 2025            auf  40 – 45 % der Stromerzeugung

bis 2030            auf  60 % der Stromerzeugung

bis 2050            auf  80 % der Stromerzeugung

Energieeinsparung

bis 2020            20 % gegenüber 1990

Stromverbrauch

Seit mehr 10 Jahren schwankt der Stromverbrauch bei rund 520.000 GWh (Abb.), der sich mit etwa 129.000 GWh auf Haushalte, 232.000 GWh auf Industrie, 147.000 GWh auf Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und 12.000 GWh auf Verkehr in 2017 aufteilte.

Die Brutto-Stromerzeugung liegt, bedingt durch Eigenverbrauch in den Kraftwerken und Leitungsverlusten natürlich höher, sie lag 2018 bei ca. 649.000 GWh.

Die Bundesregierung hat sich im Energiekonzept 2010 zum Ziel gesetzt, den Stromverbrauch bis zum Jahr 2020 um 10 % gegenüber 2008 zu senken. Um dies zu erreichen, wird für den Strombereich eine deutliche Effizienzsteigerung vorausgesetzt. Bei signifikantem Anstieg von E-Autos und, was wiederholt ins Gespräch kam, bei zunehmender Elektroheizung, wird der Stromverbrauch weiter zunehmen.

Strom-Leistungsbedarf

Die Bundesnetzagentur geht in ihrer Prognose davon aus, dass die höchste Stromnachfrage in Deutschland (Jahreshöchstlast) zu Beginn der 2020er Jahre bei etwa 81.800 MW liegen wird. Angaben der gegenwärtigen Jahreshöchstlast schwanken zwischen 75.000 und 80.000 MW. Die Grundlast, die während des Tages nicht unterschritten wird und folglich rund um Uhr 24 Stunden lang zur Verfügung stehen muss, liegt etwa bei 40.000 MW.

Als Grundlastkraftwerke können im Prinzip nur solche Anlagen eingesetzt werden, die dem Strombedarf angepasst sicher Strom produzieren können. Die Wind- und Solaranlagen gehören wegen ihrer Wind- und Solarabhängigkeit nicht dazu. Auf sie ist kein Verlass. Zum Einsatz kommen bislang wegen ihrer günstigen Stromgestehungskosten vorzugsweise Kernkraftwerke und Braunkohlekraftwerke. Nach dem Ausstieg aus der Kernenergie und der Kohle können diese Funktion im wesentlichen nur Gaskraftwerke übernehmen.

Es ist rätselhaft, wie die Befürworter der 100 %-igen Stromversorgung durch erneuerbaren Energien – also auch Verzicht auf Gas – die Stromversorgungssicherheit bewerkstelligen wollen. Windkraft- und Solaranlagen erzeugen Strom nach Wetterlage, nicht nach Bedarf.

Jede Stromentnahme aus dem Netz muss unverzüglich ergänzt werden, jede zu hohe Stromeinspeisung bedarf unverzüglicher einem Einspeisungsstopp, um (in beiden Fällen) Frequenz und Spannung des Stromes in engen Grenzen konstant zu halten.

Anteil der Anlagen an der Stromerzeugung, installierte Leistung

Aufteilung der Nettostromerzeugung von 545.460 GWh in Deutschland in 2018 zur öffentlichen Stromversorgung auf die Erzeugungsarten (Quelle: Frauenhofer ISE):

Nicht-Erneuerbare Energien            324.100 GWh (59,4 %)            90,8 GW

Erneuerbare Energien                        221.360 GWh (40,6 %)           111,8 GW

Braunkohle                                            131.500 GWh (24,0 %)

Steinkohle                                                72.320 GWh (13,2 %)

Kernenergie                                             72.270 GWh (13,2 %)

Gas                                                            44.420 GWh (8,2 %)

Windkraft                                               111.460 GWh (20,4 %)

Solar                                                          45.750 GWh (8,4 %)

Biomasse                                                  44.760 GWh (8,2 %)

Wasserkraft                                              19.400 GWh (3,6 %)

Andere                                                         2.920 GWh (1 %)

Ausbau der Windkraft- und Solaranlagen

Der Ausbau der Windkraft- und Solaranlagen schreitet voran, wenn auch verzögert. Die Erneuerbaren Energien werden weiterhin gefördert, allerdings auf Basis des EEG 2017 gedeckelt und durch Ausschreibungen. Der Umstieg von staatlich festgesetzten Förderhöhen hin zu Ausschreibungen sorgt dafür, dass der Ausbau der erneuerbaren Energien kontinuierlich und kontrolliert weitergeht – und das zu den geringstmöglichen Kosten.

Für die Jahre 2017, 2018 und 2019 wurden für Windkraftanlagen an Land jeweils 2.800 MW ausgeschrieben. Ab 2020 gilt jeweils 2.900 MW (brutto) jährlich.

Die bisherigen Offshore-Ziele gelten weiterhin: Bis 2030 Offshore-Windparks mit einer Leistung von 15.000 MW. In den Jahren 2021 und 2022 ist ein Zubau von 500 MW pro Jahr und in 2023 bis 2025 von 700 MW pro Jahr vorgesehen. Ab 2026 soll der Zubau auf 840 MW pro Jahr erhöht werden.

Bei Solarenergieanlagen (Photovoltaik) werden jährlich 600 MW ausgeschrieben.Beteiligen können sich PV-Anlagen folgender Kategorien mit einer Leistung größer 750 kW: Freiflächenanlage, Anlagen auf Gebäuden und Anlagen auf sonstigen baulichen Anlagen.

 Stromspeicher

Stromspeicher sind Pumpspeicherkraftwerke, Druckluftspeicher, Batterien und Power-to-Gas-Technologien. Keine dieser Technologien steht in ausreichender Kapazität zur Verfügung und wird nach gegenwärtigem Kenntnisstand auch nicht bereitgestellt werden können. Weder ist der Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke in hinreichendem Maß möglich (geologische Voraussetzungen, Landschaftsschutz, öffentliche Ablehnung), noch liegen die Kosten für diese Technologien in vertretbarem Rahmen. Lösungen sind nicht in Sicht.

Aufgaben der Stromspeicher wäre es, die kurzzeitigen Schwankungen der fluktuierenden Stromquellen Wind und Sonne zu glätten, den überschüssigen Strom aufzunehmen und insbesondere die Stromversorgung zu sichern, wenn kein Wind- und Solarstrom zur Verfügung steht. Für Letzteres müsste eine Speicherkapazität für mindestens 12 Tage zur vorhanden sein.

Die zur Zeit vorhandene Speicherkapazität aller 35 Pumpspeicher-Kraftwerke in Deutschland beträgt 40 GWh. Dies reicht – rein rechnerisch – aus, um Deutschland 40 Minuten mit Strom zu versorgen. Gebraucht aber werden für eine zwölftägige Überbrückung rund 17.300 GWh.

Kostenbetrachtung

Die Stromgestehungskostenneuer Kraftwerke sind – verständlicherweise –anlagenabhängig und daher nur in einer bestimmten Bandbreite angebbar. Folgende Kosten in Eurocent/kWh sind „wikipedia.org/wiki/Stromgestehungskosten“ entnommen:

 

Kernenergie               3,6 – 8,4

Braunkohle                 4,59 – 9,86

Steinkohle                  6,27 – 9,86

Erdgas                        7,78 – 9,96

Wasser                       2,2 – 10,8

Wind Onshore           3,99 – 8,23

Wind Offshore           7,49 – 13,79

Biomasse                   10,14 – 14,74

PV Großanlage           3,71 – 8,46

 

Die durchschnittliche Vergütung für Ökostrom lag im Jahr 2018 bei 15,7 Cent/kWh.

Die Stromkosten für den privaten Haushalt setzen sich aus den Gestehungskosten, Netz- und Vertriebskosten, Konzessionsabgaben, den Umlagekosten nach dem EEG, der KWK-Umlage und Steuern zusammen und betragen rund 30 Cent/kWh. Die hierin enthaltenen Umlagekosten nach dem EEG betragen derzeit 6,405 Cent/kWh (6,792 Cent/kWh in 2019).

Die Zusammensetzung des Strompreises nach eha Energie-Handelsgesellschaft (eha.net):

 

Preisbestanteil Verminderung möglich Kosten (2018) Kosten (2019)
EEG-Umlage Ja 6,792 ct/kWh 6,405 ct/kWh
Umlage für abschaltbare Lasten (§18 AbLaV) Nein 0,011 ct/kWh 0,005 ct/kWh
Offshore-Haftungsumlage Ja 0,037 ct/kWh 0,416 ct/kWh
§19 Abs. 2 StromNEV-Umlage Ja 0,370 ct/kWh 0,305 ct/kWh
KWK-G-Aufschlag (§27) Ab 01/2016 0,345 ct/kWh 0,280 ct/kWh
Konzessionsabgabe Ja von 1,32 bis 2,39 ct/kWh von 1,32 bis 2,39 ct/kWh
Konzessionsabgabe für Sondervertragskunden 0,11 ct/kWh 0,11 ct/kWh
Stromsteuer Ja 2,05 ct/kWh 2,05 ct/kWh
Umsatzsteuer Nein 19% 19%