Prof. Dr. Horst-Joachim Lüdecke
Die Energiewende ist in Deutschland primäres Zukunftsprojekt. Nach dem Ausstieg aus der Kernenergie und der Nutzung von Stein- und Braunkohle wird ein weiterer forcierter Ausbau von Sonnen- und Windenergie angestrebt. Ist dies realistisch? Der Beitrag geht auf die beiden naturgesetzlich bedingten Fundamentalmängel der „Erneuerbaren“ ein.
Vorbemerkung
Jede rationale Berichterstattung über die Energiewende – befürwortend oder ablehnend – kommt an technischen Details nicht vorbei. Nur Grünsprech setzt auf puren Glauben und punktet damit bei schlichten Gemütern. Technische Details Laien zu vermitteln ist aber mühsam und oft erfolglos. Mein diese Problematik umgehender neuer Ansatz besteht darin, ausschließlich die grundsätzlichen, naturgesetzlich bedingten Schwächen der Energiewende zu beleuchten, welche diese Aktion früher oder später unabdingbar scheitern lassen. Ziele sind bessere Verständlichkeit für Laien und die erkennbare Unwiderlegbarkeit der Argumentation.
Der vorliegende Beitrag wurde durch die positive Resonanz meines Vortrags „Klimaschutz und Energiewende: vereinbar mit Naturgesetzen und Wirtschaftlichkeit?“ an der sächsischen Akademie für Wissenschaften (SAW) in Leipzig am 13.10.2017 vor einem hochrangigen naturwissenschaftlichen Fachpublikum angeregt. Die schriftliche Ausarbeitung des Vortrags erschien dann in der „Naturwissenschaftlichen Rundschau“, dem Organ der Gesellschaft Deutscher Naturforscher und Ärzte, im Juni-Heft 2018, 71. Jahrgang. Hier in den EIKE-News nun die eigene Form mit sachlich unverändertem Inhalt.
1. Die deutsche Energiewende
Die Bundesregierung plante ursprünglich, bis zum Jahr 2050 gegenüber 2008 den Stromverbrauch um 25% zu senken, den Anteil an erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch auf 80% zu erhöhen, die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95% zu verringern und die Zahl der Elektroautos auf 6 Millionen zu steigern. Aktuell sind diese Zielstellungen verändert und unverbindlicher im Koalitionsvertrag festgehalten [1].
Das Vorhaben, als „Energiewende“ bezeichnet, soll mit Strom aus Wind, Sonne und Biomasse realisiert werden, im Folgenden kurz „Erneuerbare“ genannt (die Bezeichnung ist sachlich falsch, hat sich aber durchgesetzt). Die Energiewende betrifft praktisch nur elektrischen Strom. Elektrische Energie macht aktuell (2017) etwa 1/6 der deutschen Primärenergie aus [2]. Sie ist die wichtigste, weil unverzichtbare Energieform für jede moderne Industriegesellschaft. Strom ist nur ein Medium, um Energie zu transportieren. Er wird aus einer anderen Energieform erzeugt und beim Verbraucher in die jeweils benötigte Energieform umgewandelt. Elektrische Energie kann man in größerem Umfang nur über verlustreiche und kostspielige Umwege speichern, etwa mit Pumpspeicherwerken oder Batterien. Das Stromnetz selber ist kein Speichermedium. Ohne Speicherung muss Strom zum Zeitpunkt seiner Erzeugung sofort verbraucht werden.
Die Energiewende hat mit erheblichen Problemen zu kämpfen. Trotz im Jahre 2017 über 28.000 installierter Windturbinen, deren Nennleistung bereits alle ehemaligen deutschen Kernkraftwerke übertrifft [3], macht verbrauchter Windstrom dennoch nur etwa 3% der deutschen Primärenergie aus, Sonnenstrom und Strom aus Biomasse jeweils etwa 1% [2}. Mehr als 1000 Bürgerinitiativen wenden sich gegen die Beeinträchtigung ihrer Naturumgebung durch Windturbinen sowie gegen gesundheitsschädlichen Windrad-Infraschall. Weiterer Windrad-Ausbau lässt daher zunehmenden gesellschaftlichen Widerstand erwarten.
Deutschland hat heute die höchsten Strompreise Europas [4]. Behörden ergreifen inzwischen Maßnahmen gegen großräumige Stromausfälle, weil die Wahrscheinlichkeit gefährlicher Blackout-Ereignisse [5] infolge des zunehmenden Fluktuationsstroms aus Wind und Sonne ansteigt. Dem Fluktuationsproblem von Wind- und Sonnenstrom wird mit aufwendigem Zu- und Abschalten von schnell reagierenden Gaskraftwerken begegnet (GuD Backupkraftwerke). Das für die Netzstabilität notwendige Vorhalten von fossilen Backupkraftwerken, deren Leistung der Gesamtleistung der fluktuierenden Erneuerbaren entspricht, ist zu einem maßgebenden Kostenfaktor der Energiewende geworden.
Sind die Gründe für die Energiewendeprobleme falsches Management, unzureichende Planung oder technische Unzulänglichkeiten? Zu diesen Fragen gibt es bereits reichhaltige Literatur. Der renommierte Ökonom Prof. Hans-Werner Sinn hat erst jüngst wieder eine kritische Studie zur Energiewende vorgelegt [6]. Grundsätzlich unterliegen die „Erneuerbaren“ und damit die Energiewende zwei naturgesetzlich bedingten Fundamentalmängeln. Der wichtigste wird dabei oft unterschätzt, den Medien ist er so gut wie unbekannt. Mit ihm wird sich der vorliegende Beitrag vorwiegend befassen. Ein naturgesetzlich bedingter Mangel ist durch keine technische Maßnahme zu beseitigen. Der Versuch, dies dennoch zu erzwingen, führt zu extremen Kosten und oft auch hohen Umweltbelastungen.
Energie ist der maßgebende Kostenfaktor industrieller Produktion, und alle Industrienationen befinden sich im globalen Wettbewerb. Nicht einmal ein momentan auf ersten Plätzen dieses Wettbewerbs stehendes Land hat die Garantie, nach nachhaltigen Fehlentscheidungen in seiner Energiepolitik auch dort zu verbleiben. Im Folgenden wird dargelegt, warum die beiden Fundamentalmängel der „Erneuerbaren“ eine unvermeidbare Konsequenz elementarer Naturgesetzlichkeiten sind. Die beiden Fundamentalmängel und ihre naturgesetzlichen Gründe sind zwar den Fachleuten geläufig, nicht aber in erkennbarer Weise den politischen Verantwortlichen.
2. Energiebedarf im Verlauf der Menschheitsgeschichte
Der tägliche Energiebedarf eines Erwachsenen hat sich im Laufe der Menschheitsgeschichte laufend erhöht. Er betrug um die 8 kWh bei Jägern und Sammlern der Steinzeit, etwa 30 kWh im Mittelalter und ist auf über 200 kWh in modernen Industriegesellschaften angestiegen [7]. Jäger und Sammler deckten ihn noch mit Feuerholz, im Mittelalter kamen Landwirtschaft, Zugtiere sowie Wasserräder und Windmühlen hinzu.
Heute (2015) wird der Energiebedarf der Menschheit zu insgesamt 81,4% von Kohle, Erdöl und Gas gedeckt (s. Bild 1).
Bild 1: Weltenergieverbrauch in Methoden-Anteilen im Jahre 2015, erstellt nach den Daten der IEA [11]. Holz- und Holzkohle (hier unter Biobrennstoffe) stellen mit dem 3,75-fachen der Windenergie zumindest in der EU den größten Anteil an den „Erneuerbaren“ [8]. Da insbesondere die erhältlichen globalen Werte in der Regel nur Schätzungen sind, können unterschiedliche Quellen voneinander abweichende Werte in den Methoden-Anteilen angeben.
Der Rest kommt aus Uran 4,9%, Wasserkraft 2,5%, Biobrennstoffen 9,7% und den „Erneuerbaren“ Wind, Sonne, Geothermie, Gezeitenergie etc. 1,5%. An dieser Zusammensetzung wird sich auch in den nächsten Jahren kaum Wesentliches ändern [8]. Wind- und Sonnen-Energie spielen weltweit nur eine verschwindende Rolle. In Deutschland würden sie bei freien Marktverhältnissen (keine Subventionen, keine gesetzliche Zwangseinspeisung von Sonnen- und Windstrom etc.) wegen ihrer zu hohen Kosten, verglichen mit Kohle oder Uran, nicht vorkommen (s. auch Bild 2 im Abschnitt 5.).
Allein die Umlagen zur Förderung der „Erneuerbaren“ gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) belasten die deutsche Volkswirtschaft und Verbraucher heute mit 30 Milliarden Euro pro Jahr [9]. Bei der Nutzung der „Erneuerbaren“ Wind, Sonne und Biomasse kommt zumindest in Windturbinen und Photovoltaik modernste Technik zum Einsatz. Diese Modernität verstellt freilich den Blick auf die naturgesetzlichen Schwächen dieser Stromerzeugungsmethoden. Die Energieversorgung im Mittelalter liefert für diese Schwächen ein Anschauungsbeispiel.
Die ab etwa 700 n.Chr. einsetzende Klimaerwärmung mit ihrem Höhepunkt um das Jahr 1000 ließ Ernteerträge und Bevölkerungszahlen ansteigen. Es wurden riesige Waldflächen für den benötigten Ackerboden gerodet, bis 1400 verschwanden dadurch zwei Drittel des deutschen Waldes. Die erfor-derliche Ackerfläche zur Ernährung einer Person war um ein Vielfaches größer als heute. 90% der gesamten Bevölkerung waren Bauern oder anderweitig in der Landwirtschaft beschäftigte Menschen [10]. Der Aufwand an menschlicher Arbeit, Zugtieren und Ackerflächen für die Landwirtschaft war kaum noch zu steigern. Daher war es im Spätmittelalter bei einsetzender Klima-Abkühlung und schlechteren Ernten nicht mehr möglich, die stark angewachsene Bevölkerung noch ausreichend zu ernähren. Es begann die Zeit der Hungersnöte, verstärkt durch Seuchen und Pest. Zwischen dem Jahre 1000 und Ende des 19. Jahrhunderts wurden in Westeuropa 400 Hungersnöte registriert.
Erst der dank neuzeitlicher Chemie mögliche Einsatz von Düngern und Schädlingsbekämpfungsmitteln und die Mechanisierung der Agrarwirtschaft durch Verbrennungsmaschinen konnte die Nahrungsversorgung der Bevölkerung auf eine sichere Basis stellen. Heute ernährt ein Landwirt in Deutschland etwa 130 Mitbürger. Der Anteil der Landwirtschaft am Energieverbrauch der deutschen Gesamtwirtschaft beträgt heute nur noch 1,3% [12].
Um die mittelalterliche Energieerzeugung mit Hilfe riesiger Ackerflächen und einem extrem hohen menschlichen Arbeitsaufwand zu verstehen, sind die physikalischen Größen Energiedichte und Leistungsdichte geeignet. Die zentrale Bedeutung dieser beiden Größen auch für die heutigen Verhältnisse wird im folgenden Abschnitt an Hand von Beispielen verdeutlicht.
3. Das Problem der Leistungsdichte
Der russische Eisbrecher Arktika wird von zwei kleinen Kernreaktoren an Bord mit einer Gesamtleistung von 55 MW angetrieben [13]. Wollte man die Arktika mit Photovoltaik anstatt mit Uran betreiben, wären rechnerisch 5,5 Quadratkilometer Photovoltaik-Fläche erforderlich, die etwa 10 W Leistung pro m2 Solarpanelenfläche liefert. Mit Windstrom an Stelle von Uran wären 42 Windturbinen des Typs Enercon E 126 erforderlich, jede 198 m hoch und mit einer realen Leistung von 1,3 MW (den fiktiven Antrieben der Arktika liegen die deutschen Jahresmittelwerte von Wind- und Sonnenstrom zugrunde). Eine wind- oder sonnenbetriebene Arktika wäre zudem bei Flaute oder Wolkenbedeckung nicht fahrtüchtig, aber dies soll hier keine Rolle spielen. Die Frage nach den Gründen für den extrem hohen Aufwand der beiden „Erneuerbaren“ Wind und Sonne für den Antrieb der Arktika beantwortet die Leistungsdichte
Leistungsdichte = Leistung / Fläche (1)
oder
Leistung = Leistungsdichte x Fläche (2)
Auf der linken Seite von Gleichung (2) steht für alle drei Antriebsarten der Arktika der gleiche Wert von 55 MW. Die Faktoren der rechten Seite der Gleichung zeigen dagegen entscheidende Unterschiede zwischen Uran, Wind und Sonne. Kernreaktoren haben eine sehr hohe Leistungsdichte, sie bringen höchste Leistung auf minimaler Fläche. Man baut sie sogar seit Jahrzehnten in U-Boote ein. Sonne und Wind haben dagegen, naturgesetzlich bedingt, nur minimale Leistungsdichten. Entsprechend muss die Photovoltaik-Fläche beim Solarantrieb oder die von den Windradpropellern überstrichene Fläche beim Windradantrieb extrem groß sein, damit das Produkt in Gleichung (2) noch die hier benötigten 55 MW ergibt. Die folgende Tabelle 1 zeigt Grobwerte von Leistungsdichten.
Tabelle 1: Leistungsdichten unterschiedlicher Methoden zur Erzeugung von elektrischem Strom, angegeben in W/m2 des Endprodukts „elektrische Energie“ unter Einbeziehung der jeweiligen Methoden-Wirkungsgrade.
Die in Tab. 1 zu erkennenden Unterschiede der Leistungsdichten von Wind, strömendem Wasser und Kohle sind unschwer zu veranschaulichen: So kann man sich noch gegen einen Sturm von 20 m/s (72 km/h) Windgeschwindigkeit stemmen, dagegen in einen reißenden Wildfluss von weit weniger als 20 m/s Fließgeschwindigkeit zu geraten, endet oft tödlich. Auch der Unterschied zwischen der in unsere Haut eindringenden Leistung beim Sonnenbad und der in ein Steak eindringenden Leistung auf einem glühenden Holzkohlengrill ist anschaulich. Letztere ist tausendfach höher als die auf der Schwimmbadwiese.
Der Schwachpunkt der mittelalterlichen Energieversorgung wird nun deutlich. Es handelt sich um Methoden kleinster Leistungsdichten, die mit riesigen, ertragsschwachen Ackerflächen und hohem Aufwand an menschlicher Arbeitskraft und Zugtieren einen bei günstigem Klima gerade noch ausreichenden Ertrag lieferten. Eine Windturbine, obwohl ausgestattet mit modernster Technik, ist wegen der minimalen Leistungsdichte des Windes dennoch nichts anderes als ein Rückschritt zu den mittelalterlichen Methoden der Windmühle und des Segelschiffs. Um strömender Luft ausreichend Energie zu entnehmen, benötigen Windräder riesige Propeller. Zu geringe Leistungsdichte des Windes ist der Grund für die Mammut-Ausmaße dieser Anlagen, wenn man davon absieht, dass Windgeschwindigkeiten mit zunehmender Höhe etwas ansteigen. Nicht umsonst haben unsere Vorfahren Segelschiffe zugunsten des Dampf- und späteren Dieselantriebs freudig aufgegeben.
Das hier betonte „naturgesetzlich“ bedeutet, dass wir auf die Leistungsdichten von Wind und Sonneneinstrahlung keinen Einfluss haben. Lediglich die Ernteerträge von Energiemais lassen sich mit moderner Gentechnik und Düngung geringfügig erhöhen. Die Natur selber setzt die Grenzen, auch beste Technik ist gegen zu geringe Leistungsdichten machtlos. Aus einer Pferdekutsche wird auch mit heutiger Computersteuerung und modernster Mechanik kein leistungsstarkes Motorfahrzeug.
Erstaunlich erscheinen in Tabelle 1 die grob 10 W/m2 gemittelte Leistungsdichte aus Photovoltaik in Deutschland. Am oberen Rand der Erdatmosphäre kommen schließlich 1367 W/m2 an. Verantwortlich für den kleinen Wert am Boden ist vor allem der durch Wolken unterbrochene und bei Nacht völlig fehlende Strahlungsfluss. Hinzu kommt, dass die Wirkungsgrade kommerzieller Photovoltaik nur bei grob 10% liegen [14], die Oberflächen der meist fest installierten Solarpanelen nicht dauernd optimal auf die Sonne ausgerichtet sind und vor allem der Wirkungsgrad von Photovoltaikzellen mit steigender Temperatur abnimmt [15].
Neben der Leistungsdichte ist auch die Energiedichte als Energie pro Volumen oder pro Gewicht eine maßgebende Größe. Das Reichweiteproblem von Elektroautos wird mit ihr verständlich. Benzin hat nach Abzug der Wirkungsgradverluste eine Energiedichte von rund 4 kWh/kg, ein Lithium-Ionen-Akku (pur betrachtet) dagegen von 0,18 kWh/kg [16]. Ein Elektroauto muss daher grob das 4/0,18 = 22-fache Treibstoffgewicht eines Benziners mit sich führen. Da heute etwa 71% der Güter in Deutschland (oft über weite Strecken und mit engen Zeitvorgaben) auf der Straße transportiert werden [17], ist zumindest eine Umwandlung von LkW-Antrieben auf Strom unrealistisch. Hier sind nicht nur das zusätzlich zu transportierende Treibstoffgewicht in Form von Akkus sondern auch die langen Ladezeiten der Batterien die maßgeblichen Hinderungsgründe. Elektroautos sind nur für die Stadt eine sinnvolle Option.
4. Leistungsdichte und Wirkfläche
Bei zu kleiner Leistungsdichte sind sehr große Wirkflächen der betreffenden Methoden erforderlich. Dementsprechend steigt der Aufwand an Energie, Material und Kosten bei Bau und Betrieb. Die folgenden Daten der Großwindanlage Enercon E 126 liefern ein stellvertretendes Beispiel: 198 m Gesamthöhe, überstrichene Propellerfläche 12470 m2 = 1,247 ha, Gewicht 3460 t plus 3500 t Stahlbetonfundament [18]. Drei E 126 haben somit das Gesamtgewicht aller 300 Leopard2 – Panzer von je 68 t der deutschen Bundeswehr [19]. Trotz 7,5 MW Nennleistung liefert die E 126 im bundesdeutschen Orts- und Jahres-Mittel nur 1,3 MW elektrische Leistung. Dies entspricht grob 7 Automotoren von je 200 kW.
Neben der geringen Leistungsdichte des Windes gibt es weitere methodenspezifische Gründe für die erstaunlich geringe Leistungsausbeute aus Wind, die im Abschnitt 9. näher erläutert werden. Man müsste schon mehr als 100 km Windturbinen in den strömungstechnisch erforderlichen Mindestabständen hintereinanderstellen, um die gleiche jahresgemittelte Leistung wie ein einziges großes Kohle- oder Kernkraftwerk zu erzielen. Zudem fluktuiert die aus Wind gewonnene Leistung, die von fossilen Kraftwerken ist dagegen konstant. Windturbinen, inzwischen höher als der Kölner Dom, erweisen sich wegen ihrer zu geringen Leistungsdichte und der sich daraus ergebenden gigantischen Abmessungen als schädlich für die Umwelt. Landschaftsentstellungen, mögliche gesundheitliche Schädigung von Windrad-Anrainern durch Infraschall [20] und das jährlich hunderttausendfache Töten von Vögeln und Fledermäusen sind zu nennen. Fledermäuse können zwar durch ihre Ultraschallortung den hohen Tangentialgeschwindigkeiten der Rotorblätter entkommen, die Luft-Druckstöße zerreißen ihnen aber die Lungen.
Nicht thematisiert und daher der Öffentlichkeit völlig unbekannt sind die bei intensivem Einsatz von Windturbinen erzeugten schädlichen Klimaveränderungen der tiefen Atmosphäre [21]. Die oft auf Hausdächern installierte Photovoltaik ist dagegen umweltneutral, sieht man von Umweltproblemen durch giftige Metalle (Cadmium) bei der Entsorgung von Solarzellen ab [22]. Beim Energiemais gibt es das Problem der zerstörten Artenvielfalt auf Energiemaisfeldern [23]. Zusammengefasst gilt die Regel:
Je kleiner die Leistungsdichte einer Methode zur Stromerzeugung ist, umso größer müssen die Wirkflächen der Methode sein und umso aufwendiger und kostspieliger ist die Methode.
Die Stromerzeugung mit Hilfe von Windturbinen und Energiepflanzen ist wegen deren extrem großen Wirkflächen zudem mit hohen Umweltschäden verbunden.
Physikalische Überlegungen zeigen, dass technischer Fortschritt bei gleichzeitigem Umweltschutz nur mit immer größeren Leistungsdichten in Stromerzeugung, Produktion, Verkehr etc. zu erreichen ist, was sich an den technikgeschichtlichen Entwicklungen belegen lässt. Die benötigte Energie für eine anwachsende Bevölkerung bei gleichzeitig zunehmendem Lebensstandard kann wirtschaftlich und umweltschonend nur mit den jeweils verfügbaren Methoden höchster Leistungsdichte bereitgestellt werden. „Erneuerbare“ sind für moderne Industrienationen ungeeignet, können aber vorübergehend in Ländern der Dritten Welt durchaus sinnvoll sein. Die größten Umweltschäden sind heute in Entwicklungsländern zu finden, die den Weg zu höheren Leistungsdichten noch nicht beschreiten können. Das oft in den Medien betonte „sanft“, mit dem „Erneuerbare“ als vorteilhaft und umweltschonend dargestellt werden sollen, stellt die Fakten komplett auf den Kopf. Es verhält sich genau umgekehrt: Je „sanfter“ eine Methode zur Erzeugung von elektrischer Energie ist, umso kostspieliger und oft umweltschädlicher ist ihre Anwendung.
5. Erntefaktor – ein Maß für Energieeffizienz
Der Erntefaktor, englisch ERoEI (Energy Returned on Energy Invested), ist eine Größe, die es erlaubt, die Energieeffizienz unterschiedlicher Methoden zur Stromerzeugung zu quantifizieren. Vereinfacht ausgedrückt ist er das Verhältnis der gesamten, während der Lebenszeit einer Methode zur Stromerzeugung erzeugten elektrischen Energie zur derjenigen Energie, die für ihren Betrieb selber aufgewendet werden musste, inklusive des erforderlichen Energieaufwands, um die benötigen Brennstoffe zu fördern und bereitzustellen und die nötigen Anlagen zu errichten.
Bild 2: Erntefaktoren für Methoden der Stromerzeugung gepuffert, d.h. der Fluktuationsausgleich von Sonne und Wind ist berücksichtigt [24]. Sonne, Energiemais (Biomasse) und Wind liegen unter der ökonomischen Schwelle von OECD-Ländern.
Der ERoEI ist ein Energiemultiplikator. Man investiert eine Kilowattstunde und erhält ein Vielfaches zurück, natürlich nur bei ERoEI > 1, sonst wäre es ein Verlustgeschäft. Im Jahre 2012 wurde über den ERoEI eine grundlegende Studie publiziert, auf die sich die Aussagen des vorliegenden Beitrags stützen [24]. Neben der Bedingung ERoEI > 1 gibt es noch die Forderung ERoEI > 7, denn unterhalb von 7 ist eine Methode volkswirtschaftlich nicht mehr sinnvoll. Zur Begründung des Faktors 7 wird auf die Originalarbeit verwiesen. Das Bruttosozialprodukt sowie eine Energieverbrauchs-Technologie nach Kriterien der OECD gehen dort in die wissenschaftliche Herleitung ein.
Bei der Berechnung des ERoEI für Wind- und Sonnenstrom wird auch der Energieaufwand zur Pufferung des fluktuierenden Zufallsstroms berücksichtigt, weil fluktuierender Strom zur direkten Einspeisung in ein Stromnetz ungeeignet ist. Auf diesen zweiten Fundamentalmangel der „Erneuerbaren“ Wind und Sonne wird in Abschnitt 9. eingegangen. Bild 2 zeigt den ERoEI für die wichtigsten Methoden zur Erzeugung von elektrischem Strom.
6. Leistungsdichte bezogen auf Landschaftsfläche
Zur Angabe einer Leistungsdichte gehört die Spezifizierung der Fläche. An Stelle der in Tabelle 1 in Abschnitt 3 für Leistungsdichten angegebenen Wirkflächen sind Landschaftsflächen oft aussagekräftiger. Wählt man Landschaftsfläche, ändert sich bei der Photovoltaik nur wenig. Wenn sich Photovoltaik auf Hausdächern befindet, verbraucht sie sogar überhaupt keine Landschaftsfläche. Für Energiemais beträgt die Leistungsdichte, bezogen auf die Anbaufläche [25], grob 0,2 W/m2.
Dieser extrem kleine Wert lässt fragen, wie viel Anbaufläche rechnerisch benötigt würde, um ausschließlich mit Energiemais den gesamten Inlandsstrom Deutschlands (in 2016) zu erzeugen: Pro Quadratmeter beträgt die Jahresenergiedichte von Energiemais 0,2 W/m2 · 8760 h = 1752 Wh/m2. Der Inlandsstromverbrauch Deutschlands in 2016 betrug [4] 593 TWh = 593 · 1012 Wh. Daher wären (593 · 1012 Wh)/(1752 Wh/m2) = 3,1 · 1011 m2 oder 310.000 km2 Anbaufläche für Vollversorgung nötig. Das ist fast die Gesamtfläche Deutschlands.
Für Windturbinen im deutschen Jahres- und Ortsschnitt und ihre Installation in „Windparks“ („Park“ in diesem Zusammenhang ist ein bereits als unerträglich zu bezeichnender Euphemismus) beträgt die Leistungsdichte bezogen auf Landschaftsfläche etwa 1 W/m2. Sie ist daher sehr viel kleiner als bezogen auf die Propellerfläche (vergl. Tab. 1 unter Abschnitt 3), denn Windturbinen werden in der Regel nicht einzeln, sondern in Ansammlungen aufgestellt. Hier müssen Mindestabstände eingehalten werden, um Leistungsminderungen durch gegenseitige strömungstechnische Beeinflussung zu vermeiden. Der Wert von 1,1 W/m2 wurde in einer internationalen Fachpublikation für ein Gebiet der USA ermittelt, dessen Windverhältnisse mit Deutschland vergleichbar sind [26]. Eine Abschätzung mit den verfügbaren deutschen Windstromdaten bestätigt ihn: in 2016 waren in Deutschland 27.000 Windräder installiert, meist in „Windparks“ mit Mindestabständen. Eine moderne Windturbine nimmt in „Windparks“ grob 0,3 km2 Bodenfläche in Anspruch. Damit ergibt sich die erzeugte Jahresenergie zu 27.000 · 0,3 · 106 m2 · 1,1 W/m2 · 8760 h = 78 TWh. Das passt zu der erzeugten Inlandsstromenergie von etwa 80 TWh [2]. Für eine Stromvollversorgung Deutschlands nur mit Windrädern ergeben sich 0,2/1,1 der Fläche von Energiemais. Dies entspricht etwa der Fläche Bayerns.
In diesem Zusammenhang ist von Interesse, wie weit ein zukünftiger Windradausbau überhaupt noch gesetzlich zulässig ist. Die entscheidende Größe ist hier der minimale zulässige Abstand eines Windrads zur nächsten Wohnsiedlung. Windräder erzeugen Infraschall, dessen möglichen gesundheitsschädigenden Wirkungen durch wissenschaftliche Untersuchungen belegt sind und dringend weiter zu untersuchen sind. Die heute gründlichste Studie über gesundheitsschädliche Auswirkungen von Infraschall auf den Menschen wurde in Zusammenarbeit der Charité Berlin mit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt Braunschweig (PPT) und zwei Hamburger Universitätskliniken erstellt [20]. Die Quellenangaben dieser Studie liefern überdies einen guten Überblick zum heutigen wissenschaftlichen Kenntnisstand.
Wegen Infraschall ist inzwischen in Bayern der Mindestabstand 10 H vorgeschrieben, das bedeutet die zehnfache Gesamthöhe des betreffenden Windrads. Aus der Grafik Abb. 12 auf S. 38 einer Studie des Bundesumweltamts [27] geht hervor, dass bei 2000 m Mindestabstand (dies entspricht 10 H bei 200 m hohen Windrädern) nur noch maximal 0,4% der bundesdeutschen Fläche für den weiteren Windradausbau nutzbar ist. Ausgeschlossene Sondergebiete sind dabei nicht berücksichtig, so dass sich der reale Wert noch etwas verringert. Der Ausbauplan der Bundesregierung für Windenergie [1] erscheint daher unrealistisch.
7. Das Problem der Fluktuation von Wind- und Sonnenstrom
Der zweite Fundamentalmangel von Wind- und Sonnenstrom, seine Wetterabhängigkeit, ist besser bekannt und wird bereits von den Medien thematisiert. Unvorhersehbar anfallender Strom kann ohne weitere Maßnahmen nicht in das Stromnetz eingespeist werden. Die gelegentlich geäußerte Annahme, dass ein europaweiter Windradverbund für Glättung sorgen würde, hat eine ausführliche Studie des VGB Powertech (kurz VGB, ein internationaler Interessenverband von Unternehmen der Elektrizitäts- und Wärmeversorgungsbranche) widerlegt [28]. Das gemessene Minimum dieser Studie an geliefertem Windstrom beträgt nur 4% der europaweit installierten Windrad-Nennleistung. Wörtlich heißt es in der VGB-Studie: „Windenergie trägt damit praktisch nicht zur Versorgungssicherheit bei und erfordert 100 % planbare Backup-Systeme nach heutigem Stand der Technik.“
Diese Backup-Systeme sind heute schnell reagierende Gaskraftwerke (GuD). Diskussionswürdige Stromspeicherlösungen sind nicht in Sicht. Man muss daher für Wind- und Sonnenstrom ein gleichstarkes fossiles Backup-System installieren, welches die Gesamtkosten dieser „Erneuerbaren“ zumindest verdoppelt. Bild 3 zeigt die stündliche Einspeisung von Wind- und Sonnenstrom über das Jahr 2015.
Bild 3: Stündliche Einspeisung des gesamten bundesdeutschen Wind- und Sonnenstroms [29] im Jahre 2015.
Das Einspeiseproblem von Zufallsstrom wird von den Medien inzwischen als eines der dringendsten Probleme der Energiewende wahrgenommen. Die Soll-Netzfrequenz von 50 Hertz ist in engen Grenzen stabil zu halten, bereits bei Abweichungen von 0,2 Hertz besteht die Gefahr eines großflächigen Netz-Blackouts [5]. So etwas war von den früheren Kohle-, Gas- und Kernkraftwerken mit ihrem stetigen Grundlaststrom unbekannt.
Wetterabhängiger Zufallsstrom ist bis heute ohne Ersatzkraftwerke nicht in der Lage, den Strombedarf jederzeit zu decken. Ersatzkraftwerke sind aber infolge Teilbetriebs und hoher Lastwechselfrequenz schnellem Verschleiß unterworfen und wirtschaftlich unrentabel. Auf Profit angewiesene Unternehmen haben daher kein Interesse, sie zu bauen. Pumpspeicherwerke als bislang einzige Alternative zu Backup-Kraftwerken, wie sie zum Beispiel in Norwegen eingesetzt werden, sind hierzulande aus topogeografischen Gründen nicht möglich, von Einzelanlagen abgesehen.
8. Photovoltaik in Ländern starker Insolation
Für Entwicklungsländer mit hoher Sonneneinstrahlung und fehlender Strom-Infrastruktur sind kleinste Photovoltaik-Anlagen eine interessante und offenbar auch vielgenutzte Option. Hier reichen für eine Familie bereits wenige Quadratmeter Solarzellen und wenige Autobatterien als Stromspeicher aus, um den Fernseher zu betreiben, nachts elektrisch zu beleuchten und das SmartPhone aufzuladen. Betrachtet man dagegen die Stromgewinnung aus großen Photovoltaik- oder Sonnenspiegel-Anlagen, ergibt sich ein anderes Bild. Trotz, verglichen mit Deutschland, etwa doppelt so starker Insolation in afrikanischen Ländern, in Australien oder in den Südstaaten der USA konnte sich dort die Nutzung von Solarstrom nicht durchsetzen. Solarstrom hat, wie Bild 2 zeigt, den kleinsten Erntefaktor aller Verfahren.
Insbesondere von deutscher Seite wurden zahlreiche Solarstromprojekte in Ländern mit hoher Insolation angestoßen. In solche Projekte flossen zum Teil erhebliche Mittel, zwei stellvertretende Beispiele wurden in den EIKE-News näher beschrieben [30]. Ein langfristiger Erfolg irgendeines Großprojekts zur Deckung des überregionalen Bedarfs ist bislang nicht bekannt. Es gibt kaum eine Weltgegend, die besser als die kanarischen Inseln mit Wind und Sonne gesegnet ist, dennoch haben sich selbst hier und trotz hoher finanzieller Anschub-Unterstützung Wind- und Sonnenenergie nicht durchsetzen können. Die Energienutzungs-Statistik von Marokko bestätigt das kanarische Beispiel [31]. 2012 lieferten in Marokko Geothermie, Solar und Wind zusammen 0,3% der Primärenergie.
Der Grund für die Misserfolge liegt auf der Hand. Sieht man von den eingangs beschriebenen Vorteilen einer Nutzung in sehr kleinen Einheiten ab, verbessert sich in Großanlagen sonnenstarker Länder als einziges Kriterium nur die Insolation. Dieser Vorteil reicht aber bei weitem nicht aus, um die bereits geschilderten Nachteile der Photovoltaik wieder wettzumachen.
9. Leistung von Windrädern und Photovoltaik
Die geringe Leistungsausbeute von Photovoltaik ist mit den Schwankungen sowie nächstens völligem Fehlen des solaren Strahlungsflusses und den sehr kleinen Wirkungsgraden von Photozellen um die 10% im Wesentlichen erklärt. Für Windräder muss dagegen neben der Windfluktuation auch noch die typische Kennlinie einer Windturbine (Bild 4) beachtet werden. Erst damit ist die, verglichen mit Sonnenstrom, noch heftigere Schwankung der Stromleistung (Bild 3 oben) und die extrem ungünstige Leistungsernte von Windturbinen zu verstehen.
Bild 4: Beispiel einer Windradkennlinie (blau), erstellt aus den Daten [18]. Das v3 Gesetz und die Betz-Joukowsky-Grenze [32] werden prinzipiell von einem Windrad nicht erreicht. Die mittleren Windgeschwindigkeiten an der Nordseeküste [33] liegen bei 5,8 bis 5,9 m/s, für den Offshorebereich der Nordsee [34] um die 9 m/s. Selbst Offshore-Windgeschwindigkeiten lassen daher die Nutzung des sinnvollen Betriebsbereichs von Windturbinen (grau) nur eingeschränkt in dessen linken Randbereich zu.
Alle Strömungsmaschinen unterliegen dem physikalischen Gesetz „Leistung gleich proportional zur dritten Potenz der Strömungsgeschwindigkeit“ (s. grüne Kurve in Bild 4). Gemäß diesem v3-Gesetz führt Verdoppelung der Windgeschwindigkeit zur Verachtfachung der Stromleistung, Halbierung aber umgekehrt zu ihrer Verringerung auf ein Achtel. Schwankungen von v wirken sich daher mit dritter Potenz verstärkt auf die Schwankungen der Windrad-Leistung aus.
Die in Deutschland vorherrschenden Windgeschwindigkeiten, im Binnenland grob zwischen 0 bis etwa 6 m/s, sind für eine vernünftige Stromausbeute viel zu klein. Offshore und an Meeresküsten ist der Wind zwar wesentlich stärker, man muss aber schon ab etwa v = 8 m/s beginnen, die Windrad-Leistung wegen zu großer mechanischer Belastung zu drosseln. Ab etwa v = 13 m/s muss ein Windrad auf die zulässige Maximalleistung (Nennleistung) begrenzt und ab etwa 25 m/s abgeschaltet werden. Damit ist gerade der Bereich von sehr hohen Windgeschwindigkeiten nur stark gedrosselt nutzbar.
10. Sicherheitsgrenze für wetterabhängigen Fluktuationsstrom
Die bisher geschilderten technischen und wirtschaftlichen Begrenzungen für die „Erneuerbaren“ Wind und Sonne sind zwar prinzipiell keine unüberwindbaren Hürden für ihren weiteren Ausbau, falls man auf Kosten, Naturschutz, Landschaftsschutz und den Gesundheitsschutz von Windradanrainern (Infraschall) keine Rücksichten nimmt. Es gibt allerdings eine Grenze seitens der Netzsicherheit. Grund dafür sind schnelle Netzstörungen im Bereich von Sekundenbruchteilen bis zu wenigen Sekunden, etwa Netz-Abtrennungen durch den plötzlichen Ausfall eines großen Umspanntransformators o.ä., die zum Zusammenbruch des gesamten Netzes führen können. Um die Auswirkungen dieser kurzfristigen Störungen auf die Stabilität des Netzes im zulässigen Bereich der Frequenzstabilität zu halten, muss ein ausreichend hoher Prozentsatz der elektrischen Gesamtleistung von Synchrongeneratoren mit großen Schwungmassen geliefert werden [35], also von den klassischen Dampfkraftwerken mit Kohle (Gas ist allerdings, verglichen mit Kohle, zu teuer) oder – wie in anderen europäischen Ländern – von Kernkraftwerken.
Leistungsungleichgewichte in Folge von Störungen werden hier durch Abbremsen (Ausspeicherung kinetischer Energie) bzw. Beschleunigen (Einspeicherung kinetischer Energie) der Schwungmassen verzögerungsfrei ausgeglichen. Der erforderliche Anteil von Grundlastkraftwerken hängt von der aktuellen Netzstruktur und ferner davon ab, welches Blackout-Risiko man noch toleriert. Eine Untersuchung der vier großen Netzbetreiber 50Hertz, Amprion, Tennet und TransnetBW geht auf diese Zusammenhänge ein [36] und kommt zu dem Ergebnis, dass für Deutschland die Grundkraftwerks-Mindestleistung von 20 GW nicht unterschritten werden darf. Mit den momentan noch vorhandenen Grundlastkraftwerken wäre damit die erforderliche Sicherheit gegeben. Dies wird sich aber mit zunehmendem Windradausbau, dem gesetzlichen Abschalten weiterer Kernkraftwerke sowie durch die aktuell diskutierte Abschaltung von Kohlekraftwerken in Richtung gefährlicher Instabilität ändern.
Quellen
[1] „Kurzinfo Energieeffizienz“ des BMU; Koalitionsvertrag 2018
[2] BDEW, Quartalsbericht 2017, ferner AGEB Energiebilanzen
[3] DAtF Deutsches Atomforum: Kernenergie in Zahlen, 2016
[4] BMWI, Energiedaten: Gesamtausgabe, Stand Januar 2018, S. 41, 42
[5] Drucksache 17/5672 des deutschen Bundestags,
[6] Hans Werner Sinn (Energiewende)
[7] Geschichte des Energieverbrauchs
[9] BMWI
[10] Der Wald im Mittelalter sowie Leben im Mittelalter
[11] International Energy Agency IEA
[12] VTI Bundesinstitut
[13] Arktika (Schiff)
[14] Solarzelle
[15] Solarzellen bei Erhitzung
[16] Energiedichte
[17] Güterverkehr in Deutschland
[18] Datenblatt Enercon E-126 6.000 sowie Bürgerinitiative Berken
[19] Leopard 2
[20] M. Weichenberger et al.: PlOS One, April 2017, p. 1-19, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0174420
[21] L.M. Miller et al., Earth System Dynamics, 2, S. 1-12, 2011, sowie Gans et al., Earth System Dynamics, 3, S. 79-86, 2012
[22] Giftiges Cadmium
[23] Rapswüsten sowie „auf dem Weg in die Maiswüste„?
[24] D. Weißbach et al., Energy, 52, p. 210-221, 2012
[25] A. Hartmann, Statistisches Monatsheft Baden Württemberg 7/2008
[26] L. M. Miller et al., PNAS, 2015
[27] Potenzial der Windenergie an Land, Bundesumweltamt 2013, Abb. 12 auf S. 38
[28] VGB Studie: Windenergie in Deutschland und Europa
[29] R. Schuster, aus den Daten von EEX, Amprion, TenneT, 50Hertz, TransnetBW
[30] EIKE-News vom 7.Sept.20117, EIKE-News vom 7.März 2016
[32] Betz-Gesetz
[33] Mittlere Windgeschwindigkeiten Nordseeküste
[34] Mittlere Windgeschwindigkeiten Offshore Nordsee
[35] Der Stromverbraucherschutz e.V. NEAB gibt als Faustformel permanente 45% an.
[36] 50Hertz, Amprion, Tennet, Transnet BW, Auswirkungen reduzierter Schwungmasse auf einen stabilen Netzbetrieb
@H.j.Lüdecke
„…die Lust haben sich an einer kindgerechten Darstellung versuchen zu wollen….“
Sehr geehrter Herr Prof. Lüdecke,
Ihre Anregung hat mich motiviert, den anliegenden Artikel – zwar nicht für Kleinkinder – zu schreiben. Die um einen im Vorlauf korrigierten Druckfehler bereinigte Anlage darf gern bei EIKE eigestellt werden!
MfG
https://de.scribd.com/document/387757613/Der-Gro%C3%9Fversuch- Energiewende-in-Deutschland
@ H.j. Lüdecke
„… die Lust haben sich an einer kindgerechte Darstellung versuchen wollen…. “
Ihre Anregung hat mich angeregt, den anliegenden Artikel und der Anlage
– zwar nicht für Kleinkinder – zu schreiben. Der Artikel darf gern
bei EIKE eingestellt werden:
„Der Großversuch Energiewende in Deutschland“ Staus 2018
Mit freundlichen Grüßen
https://de.scribd.com/document/387746126/Der-Gro%C3%9Fversuch-Energiewende-in- Deutschland-Status-2018
Feiner Artikel von Prof. Dr. Horst-Joachim Lüdecke, auch wenn der eine oder andere Pkt. zur Diskussion anregt, insgesamt eine Arbeit die in naja, sagen wir 20 Jahren whl. als Lehrstoff im Schulbuch Klasse 9 / 10 zu finden sein wird.
Evtl. mit dem Hinweis, dass es auch einmal eine Zeit in der jüngeren Geschichte gab, in der der Glaube die Realität überwog.
Erinnern wir uns an das Zitat von Abraham Lincoln.
Einen noch nicht angesprochenen Pkt. möchte ich jedoch noch erwähnen:
„Pumpspeicherwerke als bislang einzige Alternative zu Backup-Kraftwerken, wie sie zum Beispiel in Norwegen eingesetzt werden, sind hierzulande aus topogeografischen Gründen nicht möglich.“
Obwohl man es immer wieder hört, ist es nicht korrekt.
Norwegen hat keine nennenswerten Pumpspeicherwerke. Meines Wissens nur 3.
Die Norweger erzeugen ihren Strom aus Laufwasserkraftwerken und kommen damit ganz gut zurecht.
Hier noch eine interessante Rechnung: Der jährliche Primärenergiebedarf von Deutschland beträgt 13,5 EJ (10^18 Ws). Bezogen auf die Fläche von 357.386 km2 sind das 1,2 W/m2. Bei Deckung durch einen riesigen Windpark mit z.B. 0,0045 W/m2 wäre also die 267fache (!!) Fläche Deutschlands erforderlich – angenommen, das saisonale Speicherproblem sei gelöst. Dazu wären – soweit für den Sektor Strom, der etwa 20% ausmacht, ungefähr 4000 Pumpspeicherwerke der Größe Goldisthals benötigt werden – dann wohl etwa 20.000 Goldisthals nötig.
Mit PV wäre der Flächenbedarf bei einem Stromertrag, der bei 10 W/m2 um den Faktor 2200 höher ist, deutlich geringer. Immerhin brauchen wir uns um die Erwärmung, welche durch die 1,2 W/m2 entsteht, keine Sorge zu machen. Das sind nach Stefan-Boltzmann nur etwa 0,2 Grad.
Hallo Herr Dietze,
auch wenn ich Ihnen insgesamt zustimme, muß ich bei einem Punkt um Klärung bitten:
„Immerhin brauchen wir uns um die Erwärmung, welche durch die 1,2 W/m2 entsteht, keine Sorge zu machen. Das sind nach Stefan-Boltzmann nur etwa 0,2 Grad.“
Wie meinen Sie das?
Herr Keks, die zusätzliche Emission von 1,2 W/m2 hat, wenn man mit der differentiellen Form des S-B-Gesetzes, die sich aus der Differentiation von S=Sigma*T^4 nach S zu deltaT=deltaS/S/4*T ergibt, eine Temperaturerhöhung von 0,22 Grad am (Schwarzkörper-)Boden zur Folge. Setzen Sie da S=391 W/m2 und T=288 K ein.
Herr Dietze,
jetzt verstehe ich was Sie meinen.
Sie gehen davon aus, daß der komplette Primärenergieverbrauch in den Boden übergeht.
O.k., kann ich mir so nicht ganz vorstellen, ist aber eh egal…
MfG
Wünschenwert wäre es, dass die gezeigte Tabelle nicht nur um eine Zeile für Biomassekraftwerke ergänzt wird, sondern auch für Windkraft Hessen um eine Zeile für Windpark/m2 Bodenfläche. Angenommen, eine WKA benötigt die 10000fache Bodenfläche wie die Flügelkreisfläche, so wird der Stromertrag 0,0045 W/m2. Das verdeutlicht noch viel besser wie wenig sinnvoll diese Art der Stromerzeugung ist.
Sorry, da ist mir versehentlich ein grosser Fehler unterlaufen. Das Verhältnis Bodenfläche zu Propellerkreisfläche dürfte im Windpark wohl eher bei 10 liegen so dass die mittlere Stromerzeugung 4,5 W/m2 wird und damit zur Versorgung mit der Primärenergie von 1,2 W/m2 in D 27% der Landesfläche nötig wäre.
Mir erscheint rätselhaft wie man mit Erdwärme 0,03 W/m2 Strom erzeugen kann wenn der Wärmeflluss doch nur etwa 50 mW/m2 ist und der thermodynamische Wirkungsgrad mit 1-T2/T1 z.B. bei 20/100 °C allenfalls um 20% liegt. Damit käme 0,01 W/m2 heraus.
Damit sollte auch jeder, der die Nutzung von Erdwärme aus Tiefsonden für die Beheizung seines Hauses plant, beachten dass er z.B. auf Dauer für eine mittlere Heizleistung von 5 kW über jeweils 1/2 Jahr im Prinzip ein Grundstück von 50.000 m2 benötigt und weder die vielen Bohrungen noch das Grundstück bezahlen kann. Die einzige Lösung des Problems ist, das Erdreich als Wärmespeicher zu nutzen und im Sommer Wärme von einen Dachabsorber einzuspeichern.
Herr Dietze, habe zufällig ihren Beitrag jetzt gelesen:
Wenn Sie versuchen würden, die mickrige Erdwärme direkt zum Heizen zu nutzen, dann hätten Sie Recht. Habe aber das Gefühl, dass Sie das Prinzip der Wärmepumpe nicht verinnerlicht haben. Es ist ein Kühlschrank, der das konstant 10 Grad warmes Tiefenwasser auf 5-6 Grad abkühlt, mit der dem Erdwasser entzogene Wärmeenergie zuzüglich elektrischen Strom kann locker jedes Haus beheizt werden. Zwei mal 75 m reicht locker aus, um jedes EFH konstant mit der Leistungszahl 4 zu beheizen, d.h. von 4 KWh Wärme für die Heizung kommen 3 aus der Erde und 1 vom Stromanbieter. Werden die Tiefenbohrungen zu gering dimensioniert friert man trotzdem nicht, sondern die Leistungszahl, also das Verhältnis Heizungswärme zum el. Strom verschlechtert sich, man muss ein wenig mehr für den Strom zahlen.
Es ist die einzig sinnvolle EE-Heizungsart nach meinem Wissen, da die Energiequelle konstant ist. Luftwärmepumpen sind wesentlich preiswerter, arbeiten aber im strengen Winter nahe der Leistungszahl 1, d.h. fast die gesamte Wärmeenergie kommt aus dem Stromnetz.
PG
Die Medien binden uns auch einen Bären auf, wenn sie behaupten, Windkraft wäre billiger als Kohle und Co. oder wird immer billiger. Schon, wenn man berücksichtigt, dass eine WKA nur 15-18 Jahre läuft bis zum Abriss, Erneuerung der Gondel usw., wird klar, dass konvent. Kraftwerke 2, 3 oder 4 Mal länger laufen und sich daher die Invest- bzw. Baukosten über einen viel längeren Zeitraum verteilen.
Sehr geehrter Herr Hans Graaf,
ganz frischt die Fangmenge für das 1. Halbjahr 2018 aus der Nordsee in Deutschland an gelandet:
9.045.941 Megawattstunden bis zum 30. Juni 2018 8 Uhr (da waren es gerade mal 786 MW Leistung)
das sind bei 5000 MW installierter Leistung in der Nordsee xxxxxxxx Euronen pro MW.
Der aktuelle Preis ist 190 Euro pro Megawattstunde.
Da werden im ersten Jahr gerade mal die Provisionen der Entwickler bezahlbar.
Da braucht man keinen Link mit wissenschaftlicher Begutachtung.Das ist ehrliches Milchmädchen!!!
Und die fetten Ratten verlassen bereits das Schiff.
Es wird Zeit zu gehn
Mit herzlichem Glückauf
Sehr geehrter Herr Stemmer,
unter den vielen inhaltsschweren Aussagen, die Sie zum Beweis der Überlegenheit der Windenergie angeführt haben, befindet sich ein interessanter Satz: „Entscheiden(d) ist nicht der Erntefaktor oder der Wirkungsgrad, sondern die Brennstoffkosten.“ Nun sind in den Herstellkosten von 0,03 €/kWh Braunkohlestrom die Brennstoffkosten schon enthalten. Windstrom, der nach Ihrem Glauben keine Brennstoffkosten enthält, hat durchschnittliche Herstellkosten von 0,10 €/kWh und muss deshalb auf Kosten der Verbraucher subventioniert werden, um am Markt bestehen zu können. Dieser marktwirtschaftliche Irrsinn wird mit dem grünen Argument gerechtfertigt, dass Windstrom keine CO2-Emissionen erzeuge.
Kosten werden in Euro gemessen und sind untereinander nicht unterscheidbar, sodass die Kosten für Wind- und Braunkohlestrom folgerichtig aus der gleichen Quelle resultieren und qualitativ völlig identisch sind. Kosten resultieren quantitativ aus dem Einsatz von Primärenergie und entsprachen 2017 0,93 kWh Kohle, Öl und Gas (PE) pro Euro. Für Braunkohlestrom mit Herstellkosten von 0,03 €/kWh ergibt sich damit ein PE-Einsatz von 0,028 kWh/kWh Strom. Daraus errechnet sich ein EROI = 35,7. Der entsprechende Wert für Wind ergibt einen EROI = 10,8. Da sowohl die Kosten für Braunkohlestrom als auch Windstrom aus PE entstehen, emittieren die Windmühlen die 3-fache CO2-Menge des Braunkohlestroms. Der Erntefaktor ist offensichtlich doch das richtige Maß zur Beurteilung von Stromerzeugungsverfahren.
Aus Ihrer Argumentationsweise geht hervor, dass Ihnen diese Zusammenhänge nicht bekannt sind. Unter http://www.kosten-energie-aequivalenzgesetz.com können Sie sich informieren.
Dr. Heinz Schütte
Deutschland hat eine vorbildliche Aufgabe in Rahmen Energiewende übernommen. Das kostet zwar viel Geld, das ist aber ein Segen für die ganze Welt.
Das sichere, unabwendbare Scheitern des Experiments wird allen Ländern der Welt unmissverständlich zeigen, dass sich Wind- und Sonnenenergie als ungeeignet zur nationalen Energieproduktion erweisen.
Bitte den Stemmer Troll nicht füttern. Da hat ein Frührentner zu viel Zeit, um die Kommentarbereiche von Blogs mit falschen Statistiken zu fluten.
Sehr geehrter Herr Prof. Dr. Horst-Joachim Lüdecke
Sicher wird Ihnen der Satz
„Um die Auswirkungen dieser kurzfristigen Störungen auf die Stabilität des
Netzes im zulässigen Bereich der Frequenzstabilität zu halten, muss ein
ausreichend hoher Prozentsatz der elektrischen Gesamtleistung von
Synchrongeneratoren mit großen Schwungmassen geliefert werden [35],
also von den klassischen Dampfkraftwerken mit Kohle (Gas ist allerdings,
verglichen mit Kohle, zu teuer) oder – wie in anderen europäischen
Ländern – von Kernkraftwerken.“
Ihres Aufsatzes keine Kopfschmerzen bereitet haben. Es ist aber etwas anders.
Die Rotationsenergie sitzt ja nicht in der kompletten Maschine sondern nur
im drehenden Läufer. Dazu ist die Rotationsenergie quadratisch abhängig
von der Drehzahl.
Erot= 0,5 * n2
Bei einer Abweichung von ca. 0,2 Hz von 50 Hz greift sofort die Primärregelung
ein und steuert gegen die Störung durch Veränderung der Arbeitmittel-
durchströmung. Bei Unterfrequenz hätte die Rotationsenergie der Turbosätze,
bis zum Ansprechen der Primärregelung, um 0.8 % ihres Gesamtwertes abgenommen.
Das ist ja sehr wenig, faßt nichts.
Der Selbstregeleffekt des Netzes ist aber viel größer. Er wird hervorgerufen
durch die Drehzahländerung von Millionen frequenzabhängiger Elektromotoren und
deren Nutzmaschinen, deren Leistung von der Drehzahl abhängig ist. Dies bedeutet,
bei Unterdrehzahl, eine Entlastung des Netzes und damit eine Frequenzstützung.
Das die rotierenden Massen der Turbogeneratoren einen nennenswerten Speichereffekt
haben sollen ist eine Behauptung, die nicht aus der Welt zu schaffen ist.
Ihre Quelle [36] sollten sie auch mal prüfen. Da steht etwas über die Frequenz-
regelfähigkeit von Windmühlen, man kann es nicht glauben.
„Bei Erzeugungsanlagen wie Windkraftanlagen ist hingegen die
Leistungsänderungsgeschwindigkeit insbesondere für große Leistungsänderungen begrenzt.
Das zeitliche Verhalten der ÜF-LR von heutigen Windkraftanlagen ist damit bei heutigen
Regelkonzepten träger als hier angenommen.“
Mit freundlichen Grüßen
Michael Treml, Bremen
@Werner Moß u. andere: was Sie ansprechen, ist Arbeit für [freie] Journalisten. Diese wird nach Anzahl der produzierten Wörter (z.B. 3000 u. ~1€/Zeile, bei Seitenhonoraren 150€ … 500€) vergütet und muss „es“ dem Leser rüberbringen, denn erfahrene Journalisten (siehe Artikel hier bei EIKE) sind dafür fachlich qualifiziert.
Erwägen Sie doch evtl. eine Spende an EIKE e.V. (Button rechts oben), damit das Anliegen „in Arbeit“ gehen kann.
Sehr informativer und eigentlich auch sehr gut verständlicher Artikel. Vielen Dank dafür!
Meiner Meinung nach wurde aber ein wichtiger Aspekt der volatilen Stromerzeugung total vergessen. Um eine 80%ige Stromversorgung wie geplant mit Sonne und Wind sicher zu stellen, müsste rein rechnerisch der bestehende „Park“ etwa vervier- oder verfünffacht werden.
Das heisst, wenn heute Wind und Sonne 30 GW liefern, wären es dann 120 – 150 GW. Und das kommt sehr oft vor, auch mit Leistungen von über 40 GW.
Die könnten natürlich weder eingespeist noch gespeichert werden. Oder mit anderen Wörtern, – weg damit.
Da der sogenannte Überschussstrom genau soviel kostet wie eingespeister Strom würde das den eingespeisten Strom entsprechend verteuern. Ausserdem müssten für diesen weggeworfenen Strom natürlich weitere EE-Anlagen in Betrieb genommen werden. Mit entsprechend noch gravierenderen Folgen.
Von Wind- und Solaranlagen sind bereits 104 GW an Nennleistung aufzuweisen. Ihr Beitrag zur Primärenergie ist minimal ca. 4 %
Es geht nicht um die Nennleistung sondern um das, was Wind und Sonne so volatil zur Zeit liefern. Eben bei den 104 GWp Nennleistung. Das sind oft über 30 GW, von denen dann im Norden heute schon ein Teil abgeregelt werden muss.
Bei einer installierten Nennleistung von 400 GWp, die unbedingt nötig wären, um eine 80%ige EE-Versorgung sicherzustellen, hätten wir dann oft Bringleistungen von weit über 100 GW, die weder eingespeist noch verschenkt noch gespeichert werden könnten. Aber bares Geld kosten. Und das notwendige Backup bei Dunkelflaute besteht natürlich weiterhin.
So ist es. Genau auf diesen Unterschied wollte ich aufmerksam machen. Konventionelle Kraftwerke erreichen ihre Nennleistung nach Belieben, sie kann jederzeit abgerufen und damit verlässlich geplant und eingespeist werden. Wind und Sonne können nicht nur das nciht, sondern erreichen maximal eben nur rund 30 %. D.h. im Umkehrschluss, wenn Sie die Installationsmenge weiter und weiter erhöhen, erhöhen sie die Nennleistung adäquat, die Spitzen (ca. 1/3 davon) überschießen regelmäßig, müssen also abgeregelt werden um die Leitungen nicht zu zerstören, oder mit noch mehr Geld über irgendeinen Unfug (Power to Heat, Power to gas) vor Ort umgewandelt werden, während die unterversorgten Täler weiter bestehen und von konventionellen Beritschaftskraftwerken ausgefüllt werden müssen.
wer solch Technik fördert sollte, nein muss zum Arzt geschickt werden.
Sind dann so ca. 11.000.000 kWh die das Windrad macht im Jahr, also in 20 Jahre ca. 220.000.000 kWh in den 20 Jahren.
Die 7 „Automotoren“ verbrauchen ca. 44.000.000 bis 50.000.000 Liter Diesel oder Heizöl um die 220.000.000 kWh Strom herzustellen.
Bei einen aktuellen Literpreis von ca. 74 Cent sind das ca. 32.500.000 € an Brennstoffkosten.
Was kostet jetzt die E 126 mit 4 MW?
Das kW soll aktuell 1.100 € kosten, noch die MwSt drauf, sind dann ca. 10.000.000 € für die E-126.
Da ist das mit den 7 „Automotoren“ ca. 3 mal so teuer als mit der Windkraftanlage.
Sind dann so ca. 11.000.000 kWh die das m²Windrad macht im Jahr, also in 20 Jahre ca. 220.000.000 kWh in den 20 Jahren.
Die 7 „Automotoren“ verbrauchen ca. 67.000.000 Liter Diesel oder Heizöl um die 220.000.000 kWh Strom herzustellen.
Bei einen aktuellen Literpreis von ca. 74,4 Cent sind das ca. 50.000.000 € an Brennstoffkosten.
Was kostet jetzt die E 126 mit 4 MW?
Das kW soll aktuell 1.100 € kosten, noch die MwSt drauf, sind dann ca. 10.000.000 € für die E-126.
Da ist das mit den 7 „Automotoren“ ca. 5 mal so teuer als mit der Windkraftanlage.
Kraftstoffverbrauch ist ja 0,305 Liter/kWh.
https://static.esska.de/shop/pdfdat/lpdf/72100460_1486128379.pdf
Dann soll doch einfach jedwede Subvention eingestellt werden.
Sie machen hier eine Milchmädchenrechnung auf!
„Sie machen hier eine Milchmädchenrechnung auf!“
Dafür ist Udo Stemmer bekannt.
meine Antwort war auch an Herrn Stemmer gerichtet. Das hätte ich deutlicher machen sollen.
Sie haben Recht
„Da ist das mit den 7 „Automotoren“ ca. 3 mal so teuer als mit der Windkraftanlage.“
Das Problem mit den Kosten der Stromerzeugung mit den Windmühlen ist deren tatsächliche Leistung in % der Nennleistung. Bei 8760 Jahresstunden erreicht eine Windmühle je nach Standort 1500 bis 2000 Vollaststunden. Also nur 1/4 bis 1/6 der Nennleistung. Und damit stimmt die Kostenrechnung für die Windmühle nicht. Der Wert ist um den Faktor 4 bis 6 zu hoch. Windmühlenstrom ist damit bereits teurer als „Automotorstrom“.
Macht nix: Von irgendwelchen Dummen müssen die Windmühlenhersteller und Betreiber ja leben. Und es gibt sehr, sehr viele Dumme in Deutschland.
Bringen Sie doch einfach mal eine Berechnung wie das dann gehen soll mit den „7 Automotoren von je 200 kW“ und zu einem günstiger kWh Preis als vom Windrad ?
1,3 MW * 8760 Stunden = 11.388.000 kWh im Jahr die vom Windrad kommen.
11.388.000 kWh * 20 Jahre = ca. 227.000.000 kWh insgesamt.
Das Windrad kostet ca. 10.000.000 €.
Nur für den Kraftstoff müssen Sie bereits über 50.000.000 € bei den 7 Motoren, a‘200kWe einkaufen um ca. 220.000.000 kWh zu bekommen.
Also ist der kWh Preis mit den Motoren über das 5 fache als beim Windrad.
Bei uns liegt jedes Jahr eine Enercon unter dem Weihnachtsbaum. Das ist ganz praktisch, man muss nur noch die Flügels ausklappen.
Sehr geehrter Herr Udo Stemmer,
das hört sich noch besser an,als der Auftritt von dem Klimafolgenforscher Latif bei 3 nach 9 im Fernsehen.am letzten Freitag.
Die wahre Aussage in Ihrem Kommentar ist:
Zitat: „[…] Was kostet jetzt die E 126 mit 4 MW?
Das kW soll aktuell 1.100 € kosten, noch die MwSt drauf, sind dann ca. 10.000.000 € für die E-126. […].“
Wenn im Europäischen Verbundnetz zu einem beliebigen Zeitpunkt diese Leistung gebraucht wird,dann kostet das gar nichts,wenn es keine Juristen,Controller und Kaufleute gäbe.
Und die Kilowatt-Stunde wäre sogar noch 0,04 Eurocent/kWh billiger.
Aber so haben Sie die Sicht während Ihrer wissenschaftlichen Ausbildung nicht gelernt,oder nicht begriffen.
Dann würden wir uns heute über die sinnlos ausgebildete Fachkräfte unterhalten,und müsste kein importieren,die dringend gebraucht werden.
Mit herzlichem Glückauf
Sie haben den Kontext des Beitrags nicht verstanden, macht aber nichts. Es geht sich nicht um Kosten sondern um den Vergleich der Leistungsdichte der Windräder! Niemand der seinen Verstand beisammen hat will mit Automotoren Strom erzeugen, aber der Vergleich der Leistungsdichten zeigt wie bekloppt das Aufstellen von Windrädern zur Stromerzeugung eigentlich ist. Haben Sie nicht verstanden, macht aber nichts, Sie gehören damit zur politisch relevanten Mehrheit im Lande. Wir schaffen das.
Herr Stemmer,
dann versuchen Sie doch mal, mit einem Auto zu fahren, das windabhängig betrieben wird.
Diese Dinger nennen sich Strandsegler.
Spätestens dann wird Ihnen klar, wie unsinnig Ihre Rechnung ist.
Entscheiden ist aber welche Menge an Energie muss der Mensch in das jeweilige Kraftwerk reinstecken, zukaufen.
Und da ist es bei z.B. der Kohlekraft so das ein Kohlekraftwerk niemals mehr Energie als Strom den Menschen geben kann als der Mensch an Energie eingekaufen muss für das Kohlekraftwerk.
Entscheiden ist nicht der Erntefaktor oder Wirkungsgrad, sondern die Brennstoffkosten.
Hab ich ein Kraftwerk wo die Brennstoffkosten 0,00 €/kWh sind ist auch der Wirkungsgrad oder der Erntefaktor nebensächlich, nur der kWh preis vom Endprodukt zählt.
Was heißt das nun in Zahlen ?
Steinkohle (ohne Wärmekopplung):
Kraftstoffkosten: 323 g/kWh * €89,88/SKE* = ca. 2,9 ct/kWh
Zertifikatskosten: €21,3/t * 969g/kWh = ca. 2,1 ct/kWh
Variable Kosten (ohne Abschiebung, Zinsen, Betriebskosten, Wartung) = ca. 5,0 ct/kWh
PV
Vollkosten laut EEG-Ausschreibung = ca. 3,9 bis 4,6 ct/kWh.
* http://www.bafa.de/DE/Energie/Rohstoffe/Drittlandskohlepreis/drittlandskohlepreis_node.html
„Zertifikatkosten“ = externe Kosten ! Es bleiben betriebswirtschaftlich 2.9 €ct/kWh. Regelbar, nicht witterungsabhängig. Immer billiger als jede EE-Anlage!
Zumal man für jedes installierte MW an PV bzw. WKA die genau identische back-up Leistng hinzu addieren muss. Dazu noch Leitungsausbau. EE-Strom ist nicht unter 12 ct/kWh zu haben….
„Brennstoffkosten“ gibt es auch beim Windrad, wie aus diesem Bericht hervorgeht.
Herr Stemmer, da Sie so genial Kosten vorrechnen, habe ich kleine Kostenaufgabe auf Realschulniveau:
Ich erfinde ein Perpetuum Mobile, ein Auto, welches seiner gesamten Lebensdauer keine Energiezufuhr benötigt. Es ist aber logischerweise teuer in der Herstellung, 100.000 Euro. Und hat einen kleinen Haken, nach 20.000 km ist Schluss, einfach nur noch Schrott. Frage: kostet der Kilometer 0,0 Euro, weil man keinen Brennstoff braucht, oder 5 Euro, 100.000 durch 20.000.
Wenn Sie in der Lage sind die Aufgabe zu lösen, verstehen Sie auch den Erntefaktor und den Sinn der Energiewende.
Einfache Sache Herr Peter Georgiev,
ein kW Leistung von einer Windkraftanlage kostet so ca. 1.100 €/kW.
Ein kW Leistung von einer PV-Anlage kostet so ca. 1.000 €/kW.
Ein kW Leistung von einen Steinkohlekraftwerk kostet so ca. 1.800 €/kW (z.B. Moorburg).
Ein kW Leistung von einen AKW kostet so ca. 6.800 €/kW (z.B. Flamanville-3).
„Pro Quadratmeter beträgt die Jahresenergiedichte von Energiemais 0,2 W/m2“
Dazu meine Frage, ob das für den Brennwert oder mitsamt Stromerzeugung gilt. Ich habe mal die Effizienz der Biomasse Wald untersucht, also die Umwandlung von jaehrlicher Sonnenstrahlung in Heizwert, und bin auf 0,3% gekommen – allerdings ohne den Energieaufwand für Bearbeitung und Transport. Nimmt man mal 33% Wirkungsgrad für die Stromerzeugung mit Hackschnitzeln an, so kommt man auf 0,1%. Da liefert eine PV-Anlage mit 10% um den Faktor 100 mehr Strom. In der gezeigten Tabelle wäre somit eine Zeile Biomassekraftwerk mit 0,1 W/m2 Bodenfläche zu ergänzen.
Ich habe nachgerechnet. Bei der Verwendung von überwiegend Energiemais in einer Biogasanlage kann man Elektroenergie von ca. 0,12 W/m2 Landwirtschaftsfläche gewinnen. Ein sehr hoher Flächenbedarf für die Elektroenergieerzeugung.
Heutige PV-Module haben ca. 190 Watt/m² das sind dann ca. 21W/m²
Über das Doppelte was EIKE erzählt.
H.j. Lüdecke veröfendlicht am 1.8.2018 bei EIKE:
Heutige Standard PV-Module haben so ca. 17% bis 20%
https://www.photovoltaik4all.de/pv4all-netz/solarmodule/benq-solar/970/auo-benq-solar-sunforte-pm096b00-330-watt
Da ich gerade etwas Zeit habe….
17 – 20% Ha,ha… Sie müssen Ihren Link auch komplett lesen! Angaben unter Laborbedingungen (STC conditions). Strahlungsleistung 1000 W/m² , AM 1.5, Temperatur 25°C +/- 2°C. (AM 1.5 entspricht dem Sonnenhöchstsand in Karlsruhe). Der tatsächliche Wirkungsgrad über das Jahr gerechnet liegt dann entsprechend niedriger! Sind Sie ein PV-Verkäufer dass Sie versuche ihre Mitbürger mit geschönten Laborzahlen zu betrügen?
Das Solarmodul hat eine Fläche von ca. 1,63m² und eine Leistung von 330 Wp, Modulwirkungsgrad STC: 20,3%.
https://www.photovoltaik4all.de/pv4all-netz/solarmodule/benq-solar/970/auo-benq-solar-sunforte-pm096b00-330-watt
Also hat 1m² PV-Modul ca. 200Wp.
Nun macht ein kWp in Deutschland 900 bis 1000 kWh im Jahr.
Bei ca. 0,2kWp/m² sind das dann 190 kWh im Jahr.
Nun hat das Jahr 8760 Stunden sind doch dann ca. 21,7 Watt/m²
Leistungsdichte wird bei EIKE bei PV mit ca. 10 W/m² angegeben das ist aber nicht korrekt.
„Die beiden Fundamentalmängel und ihre naturgesetzlichen Gründe sind zwar den Fachleuten geläufig, nicht aber in erkennbarer Weise den politischen Verantwortlichen.“
Selbstverständlich sind sie allen Verantwortlichen bekannt. Denen, insbesondere aus der Politik, geht es nicht um Umweltschutz, sondern um Macht und Geldverdienen. Alles was von denen, nicht nur bei der Windmühlenenergie, kommt hat nur diese Ziele. Daß der größte Teil der Abgeordneten incl. derer in den Gemeinde- und Stadträten nachweislich inkompetent, wenig naturwissenschaftlich und ökonomisch gebildet ist, steht ja auch fest. Und daran wird sich nichts ändern. Man muß sich nur die jetzige SPD-Vorsitzende anschauen. Die Frau hat Germanistik und Politikwissenschaft studiert. Und dann schaue man sich an, was die über Energie weiß: NIX!!
Der ‘Bonus‘ eines Energiemix, der die Erneuerbaren soweit ausbaut, daß er mit den
unverzichtbaren Grundlasterzeugern immerhin noch knapp die Selbsterhaltungsschwelle für den EORI von 7 überstiege, wäre, daß wir endlich von der Plage des Staatsfunks befreit
wären.
Bildungswesen erfordert einen mindest-EORI von 8-9, Gesundheitswesen von >12
und Kultur, Zerstreuung von >14. Damit soll natürlich nicht der Verdacht erzeugt werden,
diese Medien trügen zu Bildung und Kultur bei, ungeachtet ihres proklamierten Anspruchs – von Kultur ganz zu schweigen.
Rainer Facius
Die Dreiblattwindmühlen mit angeschlossenem Drehstromdynamo als „Windturbinen“ zu bezeichnen ist schlichtweg Unfug und Propaganda für deren kriminelle Nutznießer. Desweiteren fehlt der Hinweis, daß die Stromerzeugung mit diesen Windmühlen umso teurer wird, je größer der Radius der Flügelspitzenkreise.
Und es fehlt der Hinweis, daß Infraschall von Windmühlen im Abstand bis zu 10 km gesundheitsschädlich ist. Je niedriger die Schallfrequenz, desto geringer ist dessen Energieabnahme.
Im ehemaligen Kernkraftwerk Biblis, läuft im Dauerbetrieb ein 4 (?) MW Generator als Phasenschieber. Ohne konventionelle Kraftwerke funktionieren die „Erneuerbaren“ nicht!
Biblis A hat (hatte) eine Leistung von 1200MW.
Nach Umrüstung zum Phasenschieber hat er jetzt eine Blindleistungsbereitstellung zwischen -400MVAR (untererregt = induktiv) und +900MVAR (übererregt = kapazitiv).
Andere Netzbetreiber bauen entsprechende Induktivitäten und Kapazitäten ins Netz ein.
Viel zu viel Text, viel zu viele Fachbegriffe, viel zu viele Diagramme! Wie soll das ein Grüner Politiker alles verstehen? Der ganze Beitrag muss mit kindergartengerechten bunten Bildchen versehen und in einer kindgerechten Sprache umgewandelt werden, so wie auch der Treibhauseffekt und die Klimawandel erklärt wird. — Ich kenne KEINEN Politiker bei den Grünen, der diesen Beitrag verstehen könnte. — Merkel kann den Beitrag verstehen, aber für sie ist Politik wichtiger, als Physik. Ihren Doktortitel in Physik hat sie längst schon in den Biomüll geschmissen. — Man kann die Perlen noch so schön polieren, den Säuen ist das egal.
Lieber Herr Moß,
Sie haben völlig recht, der Beitrag ist aber auch nicht für Grüne geschrieben – Gläubige sind nicht zu überzeugen. Ihre Idee einer kindgerechten Darstellung ist gut. Wie wäre es, wenn Sie diese konkretisieren könnten und uns Ihre Ausarbeitung schicken würden? Wenn es gelungen ist, bringen wir es in den EIKE-News. Dabei sind natürlich auch alle weiteren Leser angesprochen, die Lust haben sich an einer kindgerechte Darstellung versuchen wollen. Machen Sie einen bereits weitgehend ausgearbeiteten Entwurf und setzen Sie sich dann mit uns in Verbindung.
Viele Grüße
Horst-Joachim Lüdecke
Sehr geehrter Herr Lüdecke,
folgendes Gedankenexperiment:
Auf einem Topf mit kochendes Wasser einen Deckel so darauf stellen, dass ein kleiner Spalt mit strömenden Dampf offen bleibt. Im Dampfstrahl eine Weihnachtspyramide o.ä. stellen, die sich wie wild dreht. Da die Energie im Topf „konzentriert“ ist, lässt sie sich kinderleicht in Drehewegung zu Stromerzeugung umwandeln.
Wird das kochende Wasser in die Badewanne geschüttet, geht kein Joule Energie verloren, sie ist aber nicht mehr „konzentriert“, sondern „verwässert“. Es steigt wärmere Luft langsam auf, aber langsam und auf der Fläche der ganzen Wanne. Anstatt ein einfaches Drehding, müsste etwas so großes wie die Wanne konsruiert werden, um die Energie „einzufangen“, aber a) es wäre zig mal teurer und b) aufgrund Größe und damit Gewicht würde es sich kaum drehen.
Verbrennungsenergie wandelt man wie am Topf einfach und billig in Bewegung/Strom, EE ist immer mühsehlig wie aus der Badewanne.
Wie Gläubige überflüssig, aber für neugierige denkende Menschen könnte es einen Denkanstoß bewirken.
MfG
Peter Georgiev
Vielleicht könnte man auch ein kleines Filmchen machen (Bilder sagen mehr als Worte), dann müssten sich die Grünen nicht die Mühe machen, zu lesen. Man nehme eine Dampfmaschine, die einen Verbraucher versorgt, beispielsweise eine elektrische Eisenbahn. Dann kann man zeigen: Je schneller man die Eisenbahn fahren lässt, desto stärker arbeitet die Dampfmaschine. Das Angebot passt sich der Nachfrage an. Dann kann man versuchen, die Dampfmaschine beispielsweise durch PV zu ersetzen. Dann kann man zum einen zeigen, welche Fläche benötigt wird, um die Eisenbahn überhaupt zum Fahren zu bringen. Und zum anderen wird keine Geschwindigkeitsregelung mehr möglich sein.
Wahrscheinlich habe ich ein wenig Talent zum Erklärbar, bin aber ein zu schlechter Schreiber um einen grösseren Beitrag zusammenzustellen. Hier noch eine kindgerechte Erklärung, warum Windmühlen nicht lohnen:
Das Problem der Windmühlen ist, dass sie sehr groß sind, wobei xx Tonnen teures Material verbaut wird, dabei drehen sie sich nur langsam. Also aus viel Material wird durch die langsame Drehung wenig Energie rausgeholt. Ist mal ein richtig stärker Wind, schalten Sie ab, weil die riesigen Propeller keine hohe Umdrehungszahl erlauben.
Man könnte den Windstrom 2 Mal billiger machen, indem man den Durchmesser der Mühle halbiert und dafür doppelt so schnell drehen lässt (stark vereinfacht). Dadurch, dass man nur noch halb soviel Material braucht, aber durch doppelte Umdrehungszahl genau so viel Strom raus kommt, wie bei der langsamen grossen Mühle, halbiert sich der Preis. Man braucht nur genügend starken Wind.
Diese Halbierung kann man zig Mal machen, bis eine kleine Mühle hat, die sich im thermodynamischen Optimum von rund 3.000 Umdrehungen pro Minute macht, also 50 pro Sekunde (50 Herz) und genau so aussieht wie die Turbinen im Kraftwerk. Die Verbilligung durch die Materialeinsparung und Drehzahlerhöhung ist derart hoch, dass man noch Geld ausgeben kann für Kohle oder Gas, um künstlichen Wind zu erzeugen, und ist in der Summe immer noch billiger, als die langsame Riesenmühle.
Beide Geschichten handeln von Energiedichte, aber ohne Physik, so dass sie jeder ohne Scheuklappen verstehen müsste.
Das haben die Jungs aus den USA und auch die Jungs von SIEMENS unabhängig voneinander herausgefunden, das nach ca. ½ Jahr sich die Windkraftanlage komplett energetisch „refinanziert“ hat.
https://www.windbranche.de/news/nachrichten/artikel-27684-wie-schnell-sich-siemens-windkraftanlagen-energetisch-amortisieren
Energetische Amortisation für Onshore-Windparks nach ca. 4,5 und 5,5 Monaten, auch wenn das 1 Jahr ist spielt das auch keine Rolle.
Ein Kohlekraftwerk kann niemals mehr Energie den Menschen zur Verfügung stellen als der Mensch für das Kohlekraftwerk einkaufen muss.
oder
https://www.wiwo.de/technologie/green/studie-zeigt-windraeder-sind-wahre-effizienzwunder/13549604.html
Wenn Sie andere Zahlen und Quellen haben, dann bringen Sie die doch bitte Herr Peter Georgiev.
Dann rechnen Sie doch einfach mal durch, was allein die Zementherstellung für das Fundament an Energie benötigt. Dann wissen Sie, daas an Ihrer Anmerkung irgend etwas falsch ist
Vom Stahl gar nicht zu reden.
Herr Stemmer, zu jede im Internet veröffentlicht Behauptung findet man zig, die das Gegenteil behaupten. Wenn Sie diese Berechnung gefunden haben, bedeutet nur, dass sie jemand reingestellt hat, nicht dass sie stimmt.
Ob Ihre Jungs aus den USA im Auftrag der Windinustrie geschrieben haben, oder ihre bahnbrechende Rechenmethoden aus dem ostfriesischen Milchmädchengymnasium haben, urteilen Sie selbst.
„Das haben die Jungs aus den USA und auch die Jungs von SIEMENS unabhängig voneinander herausgefunden, das nach ca. ½ Jahr sich die Windkraftanlage komplett energetisch „refinanziert“ hat.“
Sie brauchen ja auch noch kontinuierlich die selbe Leistung um die Prozesse zur Herstellung aufrecht zu erhalten, also den Zement und den Stahl herzustellen. Diese Kontinuität liefern die Windkraftanlagen aber nicht und alleine nur die Energiemenge gegen zu rechnen ist dazu der falsche physikalische Ansatz, Herr Stemmer!
Wahre Effizienzwunder….
https://www.dropbox.com/s/d2nmrq9j3ph19qt/Die%20Windstromillusion.pdf?dl=0
Nun die Windkraftanlage E126 hat so ca. 1400 m³ an Beton im Fundament.
https://www.youtube.com/watch?v=kAw1gBShEog
Bei einen Zementanteil von ca. 300 kg/m³ bis 500 kg/m3 sind das dann ca. 560 Tonnen Zement.
Welche Energiemenge steckt jetzt in den 560 Tonnen Zement, wir nehme aber 600 Tonnen Zement dann sind die „Nebenkriegsschauplätze“ auch erschlagen.
Im Jahr 2014 wurden durchschnittlich 110 kWh Strom je Tonne Zement benötigt, das sind so ca. 66.000 kWh Strom die in 1400m³ Beton stecken.
Und für eine Tonne Zement wird noch zusätzlich ca. 780 kWh Wärme benötigt in Form von z.B. Kohle.
Nun hat man das Problem das beim Windrad ja keine Kohle oder Wärme raus kommt und der Mensch aber Strom haben möchte.
Also muss man schauen welche Menge an Strom man den aus den ca. 780 kWh Wärme bekommt.
Das sind dann nochmal ca. 320 kWh Strom die man aus den ca. 780 kWh Wärmeenergie rausholen kann.
Also entsprechen die ca. 1400m³ Beton ca. 192.000 kWh Strom, aus der eingesetzten Wärme bei der Zementherstellung.
Zusammen sind das dann ca. 258.00 kWh Strom die das Windrad erzeugen muss um die Menge an Strom auszugleichen die in dem Fundamentbau steckt.
Das Windrad macht im Jahr so ca. 11.000.000 kWh Strom, also am Tag ca. 30.000 kWh.
Da sind die ca. 258.00 kWh Strom die im Fundament stecken, in ca. 9 Tagen bereits wieder den Menschen zurückgegeben als Strom und wir haben noch weitere ca. 173 Tage bis das erste ½ Jahr vorbei ist.
So, nun hat man für die restlichen Komponenten der E126 noch ca. 173 Tage das man auf das ca. ½ Jahr kommt das die SIEMENS Leute und die Jungs aus den USA so errechnet haben.
PS
Aus 30 Tonnen Kohle kommen so 80 Tonnen Stahl und aus 30 Tonnen Steinkohle kommen ca. 100.000 kWh Strom, das ist dann in ca. 3 bis 4 Tagen durch, wenn man so 80 Tonnen Stall braucht, sind natürlich bei der E-126 ein mehrfaches von den 80 Tonnen.
Glückwunsch zur Erfindung des Perpetuum mobile. Denken Sie nochmal darüber nach, was Sie geschrieben haben oder lassen Sie die Finger von allem, was mit Energie zu tun hat; das kann nur schief gehen.
Oder ist Ihr Beitrag Satire?
@Dietmar Schubert
V³-Diagramm nicht verstanden??
Mein lieber Herr Schubert,
In diesem Lande haben die Hälfte Physik abgewählt, die andere Hälfte die Physik nicht verstanden. Also muss man Beispiele finden um den Unsinn der Energiewende zu erklären, die ohne Physik auskommen.
Der überwiegende Teil der Kosten für den Windstrom sind die Materialkosten für die Mühle. Wenn man mit halb so viel Material eine kleinere Mühle baut, die mit schnelleren Drehen genau so viel Strom liefert, dann hat man überschlagsmässig den Preis halbiert. Den Satz „Man braucht dazu nur genügend starken Wind“ haben Sie wahrscheinlich überlesen. Ob die Halbierung bei Halbierung des Durchmessers kommt, habe ich nicht nachgerechnet, sondern „stark vereinfacht“ geschrieben.
Entscheidend ist die simple Schlusdfolgerung: Wenn man anstatt von Windmühle(n) eine Turbine baut, hat man so viel Material gespart, dass man dafür Kohle kaufen kann um einen “ künstlichen Wind“ zu erzeugen, der die Turbine antreibt, und ist immer noch billiger
Ich glaube, Herr Georgiev wollte als „Erklärbär“ leicht verständlich darauf hinaus, eine Windmühle immer weiter zu verkleinern (auch mit mehr Flügeln), bis sie aussieht wie eine Turbine, sie auch als solche zu verwenden, nachdem durch Kohle oder Gas ein genügend starker „Wind“ (Dampf) erzeugt wird, um diese Turbine anzutreiben.
Das ist eine geniale Idee! Warum ist da noch keiner darauf gekommen? Mein Sohn, als Dampflokfan, kam, bevor er in der Schule Physik hatte, auf die geniale Idee, auf den Achsen der Lok Generatoren zu installieren und dann das Wasser elektrisch zu heizen. Man könnte doch dann Kohle und Heizer einsparen. Er hat sehr schnell seinen Denkfehler erkannt.
Zu welcher Hälfte gehören Sie?
Sie haben es erfasst, Herr Pecka!
Kann aber meine Behauptungen auch mit Physik untermauern. Die Leistung von Motoren oder Turbinen werden mit Drehmoment x Drehzahl berechnet, das Drehmoment = Kraft mal Kraftarm (als ich noch Student war). Also wenn bei konstanter Kraft (Wind) der Kraftarm (Radius) halbiert wird, halbiert sich die Leistung, verdoppelt man die Umdrehungszahl, verdoppelt sich die Leistung. Also ganz aus der Luft gegriffen waren meine Zahlen nicht.
Aus dieser einfachen Zusammenhang ergibt sich, dass je grösser die Mühle/Turbine und je höher die Umdrehungszahl, um so höher die Leistung und damit der Stromertrag. Die Grösse bezahlt man mit Material, die Drehzahl ist kostenlos, also je schneller, desto besser.
Eine andere physikalische Eigenschaft wirkt aber entgegen. Mit Gewicht und Drehzahl steigen die Fliehkräfte, die die Mühle zerstören können. Offensichtlich hat sich die Drehzahl von 3000 U/Min als ein Optimum herausgestellt, bei der noch ziemlich grosse Turbinen gebaut werden können mit noch beherrschbare Fliekräfte. Daher bekam unser Stromnetz 50 Hz, so schnell drehen sich optimalerweise Turbinen.
Das bedeutet im Umkehrschluss, dass alles was sich deutlich unter 3000 dreht grundsätzlich eine Materialverschwendung bedeutet, da man die gleiche Leistung mit wesentlich kleineren und schneller drehenden Turbinen erreichen kann.
Ob man es als Erklärbar einfach oder mit Energiedichte begründet, es kommt aus das Gleiche.
Unsere Landsleute verstehen aber eher „Die Sonne schickt keine Rechnung“ als fundierte Ausarbeitungen über Energiedichte. Daher könnte man manchmal auf das Erklärbär-Niveau gehen.
Freut mich, dass ich Sie richtig interpretiert habe, Herr Georgiev.
Gut auch, dass Sie Sich zu einer ausführlichen und doch leicht verständlichen Erklärung hinreissen haben lassen. So mancher wird diese auch dringend brauchen!
Mir sind diese Zusammenhänge nur allzu gut bekannt.
Mit Windmühlen habe ich zwar noch nie zu tun gehabt, meine ersten Erfahrungen stammen eher vom Donaukraftwerk Altenwörth (1973-76).
Die Größe der Windmühlen wird halt auch durch Sachzwänge bestimmt. Wie Sie beschrieben haben, geht es um die Energiedichte. Und die ist halt bei Wasser ca. um den Faktor 770 (spez. Masse) größer. (Ich stelle mir gerade eine kleine Windmühle mit einem riesen Tricher als Düse vor (ob 4000 m/s Windgeschwindigkeit ein Erlebnis wäre?). Ich wollte jetzt eigentlich Spaß-Ende schreiben, aber eigentlich wäre damit das Problem der großen rotierenden Massen gelöst. Und die Landschaft wäre noch um Größenordnungen besser verschandelt. Aber jetzt /IronieOff).
Nur mit Ihren 3000 min-1 als „Optimum“ kann ich mich nicht unbedingt anfreunden. Passt natürlich für eine zweipolige Maschine um Strom mit 50 Hz zu erzeugen, aber z.B. die Turbinen in Altenwörth haben eine Nenndrehzahl von 103,45 min-1 (Durchmesser 6m), was auf eine direkt gekoppelte 58-polige Maschine schließen lässt.
Als Beispiel für Luft, klein und hohe Drehzahl: PKW-Turolader. Drehzahl locker bei 100.000 min-1.
@Herr Georgiev
Der Ansatz mit dem Hebelgesetz ist schon richtig, aber eben nicht konsequent zu Ende gedachte. Beim Hebelgesetz geht man davon aus, dass die Kraft auf einen Punkt wirkt. Beim Rotor wirkt die Kraft aber auf das gesamte Rotorblatt, da die Energie aus einer Kreisfläche gewonnen wird. Die Winkelgeschwindigkeit (omega) des Rotorblatts ist bei jedem beliebigen Radius r gleich, aber die Bahngeschwindigkeit ändert sich in Abhängigkeit von r.
Bahngeschwindigkeit beim Radius r des Rotorblattes: v=2*pi*r*omega (r in Meter und omega in 1/s) [1]
kinetische Energie beim Radius r des Rotorblattes: E(kin) =0.5*m*v² = 0.5*m*(2*pi*r*omega)² [2]
Die Masse m ist der Masseanteil des Rotorblattes, bei der die Kraftwirkung noch als punktuell angesehen werden kann. In [2] könne wir jetzt 2*m*pi²*omega² als Konstante k definieren und [2] wird zu [2.1] mit E(kin) = k*r². Das heißt, die Energie, die der Kreisfläche entnommen werden kann, ist das Integral über r von r=0 bis r=r(max) und r geht qudratisch(!), und nicht wie Sie vermuten, linear, ein. Da der Zusammenhang zwischen Leistung und Energie linear ist, ist also auch der Zusammenhang zwischen r und Leistung quadratisch.
Ganz einfach ausgedrückt, wenn der Radius verdoppelt wird, vervierfacht sich die Kreisfläche, da gilt A~r².
Entscheidend ist nicht die Erhöhung des Materialpreises des Rotors, der theoretisch maximal kubisch steigen kann, sondern der Preis der WKA pro installiertem kW Nennleistung. Dieser darf maximal quadratisch mit der Länge der Rotorblätter steigen. In der Realität steigt er weniger. Insofern ist eine Rotorvergrößerung effizent.
Jedenfalls stammen die 3000 pro Minute aus der Konstruktion des Antriebstrang. Damals war die Festigkeit der Turbinenschaufeln für diese Hausnummer ausschlaggebend für die maximal vorkommende Fliehkraft bei kleinstem Drehmoment.
„Das ist eine geniale Idee! Warum ist da noch keiner darauf gekommen?“
Herr Schubert, bei Ihnen sind es keine Scheuklappen mehr sondern akute Wahrnehmungsstörung:
Die ganze Welt hat es begriffen, hat die ineffiziente Energienutzung aus dem kostenlosen Wind begraben und begann mittels Kohleverbrennung einen „künstlichen Wind“ zu preiswerter Energieerzeugung zu nutzen. Damit wurde die Industrialisierung und damit wesentlich gehobenere Lebensniveau im Vergleich zum Mittelalter eingeleitet. Es ist schon schlimm genug das viele glauben, man kann das Niveau mit der Windenergie halten. Aber Sie glauben wohl, das Industriezeitalter ist durch die Idee entstanden, die teure Verbrennung zu begraben und den kostenlosen Wind zu nutzen? Alle andere Menschen auf der Erde behaupten nun mal das Gegenteil!
Und Sie fragen „warum ist noch keiner darauf gekommen“? Auf meiner Behauptung es ist billiger nicht den kostenlosen Wind zu nutzen, sondern mittels Verbrennung letztendlich mittels Dampf Energie zu erzeugen.
Sie müssen ja nicht die teure Erdölenergie nutzen. Kaufen Sie sich ein Pferd, da brauchen Sie nicht mal ein KfZ und eine KfZ-Versicherung, Sprit schon gar nicht, die Natur stellt alles kostenlos bereit. Und reiten Sie mal 100.000 km. Und rechnen Sie dann mal aus, wie viel mehr Sie pro km bezahlen müssen, abgesehen von der Zeit….
„Man könnte den Windstrom 2 Mal billiger machen, indem man den Durchmesser der Mühle halbiert und dafür doppelt so schnell drehen lässt (stark vereinfacht).“
Eine besondere Intelligenz gepaart mit Wissen scheinen Sie nicht zu haben. Der Umfang ist 2*Pi* r . Wird die Umdrehungszahl verdoppelt und der Radius halbiert ist 1*2*Pi*r = 2*2*Pi*r/2.
Aber ich geh mal davon aus, daß Sie die Kenntnisbefähigung der Schreiber hier testen wollen. Oder Sie betreiben Satire …
Hallo Herr Heinzow,
Es wurde eune bildliche Erklärung der Sinnlosigkeit der Energiewende auf Kinderniveau gewünscht. Da habe ich innerhalb Sekunden etwas geschrieben, dazu noch “ stark vereinfacht“. Ich bedaure schon lange, dass ich verdoppeln und halbieren anstatt vergrössern und verkleinern geschrieben habe.
Es ist aber nicht nur auf Kinderniveau, sondern auf dem Niveau von deutschen Bildubgsdurchschnitt. Der sehr lesenwerte Beitrag von Herrn Lüdecke überfordert die Mehrheit.
Leider läuft es in der Realität in die umgekehrte Richtung. In Bremerhaven läuft derzeit das Windrad mit dem größten Rotor der Welt (180 m Durchmesser) und einem 8 MW Generator im Testbetrieb.
https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/groesstes-windrad-welt-herz-nieren-getestet/
Bei der angegebenen Stromproduktion von 40.000 MWh/a wären dies 5.000 Volllaststunden pro Jahr oder eine Auslastung von 57 %.
Anhand solcher Zahlen wird dann sehr schnell das Argument kommen, dass die Fluktuation nur noch gering und die Windenergie grundlastfähig sei.
Merkels & Co. Handeln wird von der Maxime bestimmt (sinngemäße Wiedergabe ihrer Stellungnahmen):
„Wir lassen uns unseren politischen Willen doch nicht durch Sachzwänge beschränken!“
Das trifft nicht nur auf die Energiepolitik zu.
Rainer Facius
„Merkel kann den Beitrag verstehen, ….“
Wirklich? – Sie war von 1978 bis 1990 immerhin 11 Jahre lang als wissenschaftliche Mitarbeiterin am „Zentralinstitut für physikalische Chemie der Akademie der Wissenschaften der DDR“ tätig. Auf vergeblicher Spurensuche bin ich lediglich auf ihre gewerkschaftlichen Aktivitäten gestoßen! – Weiß jemand mehr?
Alles was die Dame geschrieben hat, inklusive Ihrer Dissertation ist im Nirwana der Sicherung verschwunden. Hatte mal einen Kollegen, der mit ihr in Ost-Berlin zusammengearbeitet hat. Der konnte mir nicht sagen was die Dame veröffentlicht hat.
Der eigentliche Skandal ist aber dass sich die GEZ Medien diesen Realitäten komplett verweigern! Dort wird nur Öko-Propaganda im Stil von „100 % EE ist möglich“ verbreitet. Atomausstieg und Kohleausstieg werden als Zukunftsprojekte hochstilisiert, die physikalisch-technischen Grundlagenprobleme hingegen komplett verschwiegen. Die ahnungslosen grünen Schlümpfe glauben Kleber und Co, sie folgen fröhlich dem Flötenspiel der grünen Rattenfänger. Die GEZ Medien sind heute so grün-verlogen wie sie einst braun bzw. rot waren. Gut dass es heute das Internet gibt, man kann dagegen halten und ist nicht mehr wehrlos der grünen GEZ Propaganda ausgeliefert.
„Die GEZ Medien sind heute so grün-verlogen wie sie einst braun bzw. rot waren. Gut dass es heute das Internet gibt, man kann dagegen halten und ist nicht mehr wehrlos der grünen GEZ Propaganda ausgeliefert.“
Das Merkel ist SCHWARZ…
AfD wählen!
Nur so Oberflächlich bitte! Wenn Sie sagen es spielt keine Rolle ob etwas Einsatzfähig ist oder nicht….das ist doch genau der Punkt einer funktionierenden Stromversorgung für eine Gesellschaft und recht für eine industrie- und digital basierende Wohlstandsgesellschaft. Mit Wind und Sonne funktioniert weder ein Eisbrecher noch eine moderne Gesellschaft. Und an diesen Punkt „ob etwas einsatzfähig ist oder nicht“ treffe ich schon meine Entscheidung…und wie ich, so trifft diese Entscheidung jeder in einer freien Marktgesellschaft…durch die Nachfrage! Wenn etwas nicht funktioniert, dann wird es auch nicht nachgefragt…so einfach ist das. Wind und Sonne stellen somit keinen Mehrwert für die Gesellschaft da. PUNKT!
„Elektroautos sind nur für die Stadt eine sinnvolle Option.“ Wieso? Sind die Stromversorgungssysteme dafür ausgelegt? Und wenn schon Stadt – der Smart, dieses unfallbezogen hoechst unsichere Auto, treibt sich auch auf Autobahnen rum. Also: werden E-Mobile auch außerhalb der Städte fahren – viel Vergnügen im Winter und bei Staus in Regionen, in denen täglich an die 500 000 Menschen 80 km und mehr zur Arbeitsstelle auf völlig überlasteten Strassen fahren müssen. Radio an, um mind. Staunachrichten zu hören, Heizung, stop and go – a brave new electrical world. Und was ist mit der Gefahr der Selbstentzuendungen? Was ist mit der katastrophalen „Förderung“ von Kobalt (höchst giftig, wird abgelagert in Salzbergwerken! Da geht es, sogar mit oberstem Segen von „unserem“ Joschka.), Nickel (dito), Seltenen Erden oder Lithium (dito). Ist je egal – da schaffen ja nur schwarze Kinder oder Chinesen oder Indios. Was juckt das einen welcome refugees jubler, denn was da kommt, ist „Gold“, was da im Kongo, in China, in Peru … rumwerkelt, hat es doch nicht anders verdient.
Meine Frage ist: Wie können Sie nur einen solchen Text verantworten, ohne auf diese Basisfragen zu schauen? Abgehobene Physiker/ Ingenieure? Dann stehen Sie mit diesen inhumanen Grünen in allen Blockparteien auf derselben Ebene.