Die Energiewende stockt. Von ihrem Ziel einer massiven Reduzierung des Energieverbrauches hat man sich im vergangenen Jahr erneut entfernt. Daran ändert auch der fortschreitende Ausbau von Solar- und Windenergie nichts. Deren Integration in die Stromversorgung verursacht dagegen immer größere Schwierigkeiten und Kosten.  

Nach den Berechnungen der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen ist der Primärenergieverbrauch Deutschlands in 2015 um 1, Prozent gegenüber dem Vorjahr auf nun 13.335 PJ gestiegen. Das Ziel, diesen bis 2050 um die Hälfte zu reduzieren, rückt in weite Ferne. Etwa 40 Prozent der Primärenergie dienen der Produktion von Elektrizität. Die Bruttostromerzeugung hat im vergangenen Jahr mit 647 Milliarden kWh sogar den höchsten Wert seit 1990 erreicht. Auch in diesem Sektor ist man den Sparvorgaben der Bundesregierung nicht näher gekommen.

Dabei wurden für die alternativen Quellen Biomasse, Onshore-Wind und Photovoltaik die für 2020 und 2050 angestrebten Ausbauziele bereits erreicht oder gar übertroffen. Die Gier nach Subventionen erwies sich als größer, als von der Bundesregierung in 2010 vermutet. Einzig die Offshore-Windenergie hinkt hinterher. Nach wie vor aber stellen die konventionellen Energieträger die Basis unserer Stromversorgung dar. Es handelt sich bei diesen um die Technologien, für die in der Energiewende kein weiterer Ausbau (Wasser, Müll), eine deutliche Reduzierung (Steinkohle, Erdgas) oder gar ein Ausstieg (Mineralöl, Braunkohle, Kernenergie) vorgesehen sind.

Das Geheimnis des Stromnetzes

Die zentrale Idee der Energiewende besteht nicht wie häufig kolportiert darin, konventionelle Stromerzeugungskapazitäten durch Sonne und Wind zu ersetzen. Die gegenwärtige Energiepolitik will vor allem die fossilen Energieträger durch rigorose Einsparungen überflüssig machen, um den Ausstoß an Kohlendioxid zu senken. Der verbliebene Restbedarf soll dann weitgehend emissionsfrei bereitgestellt werden – ausgerechnet durch volatile Quellen. Das ist keine kluge Idee. Denn in einem Stromversorgungsnetz müssen sich Energiezufuhr und Energieentnahme stets ausgleichen.

Strom besteht nicht aus Elektronen, die durch Kabel fließen wie Wassermoleküle durch Rohre. Die Energie, die aus der Steckdose kommt, ist die eines elektrischen Feldes, das den Ladungsträgern in einem Verbraucher, in einer Spule, einem Widerstand, einem Kondensator oder sonst einem Bauelement, das Potential verleiht, Arbeit zu leisten.

Man stelle sich einen ungestörten Teich mit vollkommen glatter Oberfläche vor. In diesen werfe man einen Stein. Vom Punkt des Aufpralls aus werden sich Wellen ringförmig in alle Richtungen ausbreiten. Diese transportieren nur die Bewegungsenergie, die der Aufprall des Steins auf das Wasser übertragen hat. Die Wassermoleküle hingegen schwingen senkrecht zur sich ausbreitenden Welle, strömen aber nicht in Richtung Ufer.

Diese Bild kann als Analogie für ein Stromnetz dienen. Der Stein, der auf das Wasser prallt, entspricht dem Stromerzeuger. Nach einer Weile ebbt die Welle ab, die Wasseroberfläche liegt wieder ruhig und spiegelglatt da. Durch die Reibung der Wassermoleküle aneinander, mit dem Grund und dem Ufer, wurde die Energie der Welle aufgezehrt. Dies entspricht der Entnahme von Energie aus dem Stromnetz durch Verbraucher und Übertragungsverluste. Es ist ein weiterer Stein ins Wasser zu werfen, um wieder eine neue Welle (neue elektrische Energie) zu produzieren.

Von Wellenbergen und Wellenhöhen

Nicht nur die technischen Systeme der Übertragungsnetze, sondern auch die verbrauchenden Geräte in Haushalten und Betrieben sind auf bestimmte Eigenschaften des erzeugten elektrischen Feldes angewiesen. Die Netzspannung („Wellenhöhe“) und die Netzfrequenz („Abstand zwischen zwei Wellenbergen“) müssen innerhalb kleiner Toleranzen überall und zu jeder Zeit konstante, fest definierte Werte aufweisen (230 Volt und 50 Hertz im deutschen Niederspannungsnetz). Sonst funktionieren elektrotechnische und elektronische Systeme nicht und werden möglicherweise sogar zerstört. Übersetzt in die Teich-Metapher darf die Wellenstruktur auf der Wasseroberfläche nur in engen Grenzen variieren. Dazu wären passende Steine in passenden Abständen mit passender Kraft auf den passenden Punkt zu werfen. Das könnte eine Maschine leisten, die aus einem Rohstoffvorrat die jeweils benötigten Steine erstellt,um diese dann zum richtigen Zeitpunkt in den Teich fallenzulassen. Ein Kraftwerk. Dessen Regelung aufgrund des schwankenden Verbrauches technisch durchaus nicht trivial ist. Es haben, stark vereinfacht ausgedrückt, mal größere Steine in kürzeren, mal kleinere in längeren Abständen auf die Teichoberfläche zu treffen. Das ist, was unser konventionelles Versorgungssystem leistet.

Durch die Energiewende werden mit dem Geld der Stromkunden Leute dafür bezahlt, völlig willkürlich völlig unterschiedliche Steine zusätzlich in den Teich zu werfen. Mal stehen diese Leute untätig am Ufer herum und schauen zu, wie fein abgestimmt Steine ins Wasser fallen, um das notwendige Wellenmuster zu erzeugen. Mal kippen diese Leute gleich eimerweise Steine hinzu, und bringen das ganze System aus dem Takt. Man kann noch nicht einmal vorhersagen, wann sie welches Verhalten an den Tag legen.

Geld fürs Nichtliefern von Strom

Es handelt sich bei „diesen Leuten“ natürlich um die subventionierten Wind- und Solarkraftwerke. Zu manchen Zeiten erzeugen sie viel zu viel Strom, der dann nicht ins Netz eingespeist werden darf (die „Steine“ werden abgefangen, bevor sie „auf das Wasser prallen“), aber auf Basis der gegenwärtigen Gesetzgebung trotzdem zu honorieren ist. Im Jahr 2014 kostete dies die Stromkunden schon mehr als 100 Millionen Euro und der Trend zeigt bei weiterem Zubau natürlich nach oben. Da Windräder und Solarzellen zu anderen Zeiten wiederum gar keinen Strom erzeugen, kann man auf die konventionellen Kraftwerke auch nicht verzichten. Stattdessen müssen diese ständig herauf- und heruntergeregelt werden, um die Schwankungen der volatilen Quellen auszugleichen, um das Muster der Wellen auf dem Teich zu bewahren. Die immer häufiger erforderlichen Eingriffe in die Erzeugung erhöhen nicht nur das Risiko von Stromausfällen, sie kosten auch Geld. Von einer Milliarde Euro allein in 2015 ist die Rede, ebenfalls durch die Stromverbraucher über die Netzentgelte aufzubringen.

Im Prinzip leisten wir uns mit der Windenergie und der Photovoltaik in Deutschland etwa seit dem Jahr 2000 den Aufbau eines zweiten Kraftwerkparks, für den es keine Notwendigkeit gibt. Denn der Stromverbrauch hierzulande ist seit zwei Jahrzehnten nicht wesentlich gestiegen. Das konventionelle System, bestehend aus den grundlastfähigen Kraftwerken, die rund um die Uhr völlig unabhängig vom Wetter elektrische Energie bedarfsgerecht bereitstellen können (Kernenergie, Kohle, Öl, Gas, Wasser, Biomasse, Müll, Geothermie u.ä.), käme sehr gut alleine zurecht. Die vielen Windräder und Solarzellen haben noch nicht ein einziges Watt der herkömmlichen Kapazitäten ersetzen können. Deswegen sinken auch die Kohlendioxid-Emissionen nicht. Ganz im Gegenteil: Wenn man fossile Kraftwerke ständig fern ihrer optimalen Betriebspunkte betreibt, vermindert sich ihr Wirkungsgrad beträchtlich und die Emissionen pro produzierter Kilowattstunde steigen deutlich an.

Für Deutschland beträgt die sogenannte gesicherte Leistung 85 GW. Das ist die Kraftwerkskapazität, die erfahrungsgemäß jederzeit zur Verfügung zu stehen hat, um alle Bedarfsspitzen abzufangen. Die Grundlastkapazität ist höher, weil immer einige Kraftwerke aufgrund von Reparaturen und Wartungsarbeiten nicht eingesetzt werden können. Volatile Quellen leisten keinen Beitrag zur gesicherten Leistung.

Es fehlt nach wie vor ein schlüssiges Konzept

Nun kann man argumentieren, bei einer Verminderung des Stromverbrauchs um die Hälfte reduziere sich auch die gesicherte Leistung entsprechend. Dann und nur dann wäre es tatsächlich möglich, aus der Kernenergie und gleichzeitig in einem substantiellen Umfang auch aus der Kohleverstromung auszusteigen. Es existieren für diesen Weg aber nur die Zielvorgaben. Ein Konzept über die Art und Weise, wie er zurückgelegt werden könnte, fehlt nach wie vor.

Sollte man das Ziel tatsächlich erreichen, würden die für das Jahr 2050 vorgesehenen grundlastfähigen Kapazitäten immer noch die erforderliche gesicherte Leistung übersteigen. Der Ausbau volatiler Quellen erwiese sich auch dann auf Grund ihrer oben geschilderten Verhaltensauffälligkeiten als überflüssig und kontraproduktiv. Aber in Fragen der Integration hat unsere Regierung nicht nur in der Energiepolitik grundlegende Verständnisschwierigkeiten.

Den Text ergänzende Grafiken finden Sie hier auf Science Skeptical, wo dieser Beitrag auch zuerst erschien.

Nächste Folge morgen: Die technischen Grenzen von Wind und Sonne