{"id":4997,"date":"2014-08-27T11:16:32","date_gmt":"2014-08-27T11:16:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.windland.ch\/wordpress\/?p=4997"},"modified":"2014-08-28T07:44:05","modified_gmt":"2014-08-28T07:44:05","slug":"warum-windkraftwerke-unwirtschaftlich-sind","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.windland.ch\/wordpress\/?p=4997","title":{"rendered":"Warum Windkraftwerke unwirtschaftlich sind"},"content":{"rendered":"

(Original: „The catch-22 of energy storage<\/a>“ des Blogs „Brave New Climate“, Autor John Morgan, Erstpublikation in der Zeitschrift „Chemistry in Australia<\/a>„, \u00dcbersetzung ins Deutsche durch Christof Merkli)<\/em><\/p>\n

Der Autor<\/h3>\n

John Morgan ist Wissenschaftler in einem australischen Unternehmen, welches intelligente Stromnetze (Smart Grids) und deren Technologie entwickelt.\u00a0 Er ist Lehrbeauftragter in der „School of Electrical and Computer Engineering at RMIT<\/a>„, besitzt den wissenschaftlichen Titel als PhD <\/a>in physikalischer Chemie und ist ein erfahrener Leiter f\u00fcr industrielle Forschung und Entwicklung.\u00a0 Sie k\u00f6nnen John auf twitter folgen \u00fcber @JohnDPMorgan<\/a>.\u00a0First published in Chemistry in Australia<\/a>.<\/em><\/p>\n

\n

\"1\"Man kann praktisch jeden Forschungsbericht \u00fcber Batterietechnologie, Brennstoffzellen, Energiespeicher-Technologie oder irgendeine andere Quelle \u00fcber Hochtechnologie in Betracht ziehen. Meist findet sich in der Einf\u00fchrung der Hinweis, dass diese Technik zur Speicherung der „Erneuerbaren Energie“ beitragen kann. Die Speicherung von Energie ist sinnvoll, um den \u00dcbergang von der Versorgung durch fossile Energietr\u00e4ger zu unbest\u00e4ndigen Energiequellen wie Wind und Sonne zu erm\u00f6glichen. Das Problem der Speicherung von Energie ist eine entscheidende Herausforderung f\u00fcr Chemiker und Materialwissenschaftler… Oder etwa nicht?<\/p>\n

Energie kann nicht „so einfach<\/em>“ gespeichert werden<\/h3>\n

Verschiedene aktuelle Analysen der Stromversorgung zeigen, dass gegen die landl\u00e4ufigen Erwartungen der Gesellschaft, die Speicherung der Erneuerbaren Energie aus Wind und Sonne das Problems der unzuverl\u00e4ssigen Produktion nicht l\u00f6sen kann. Nicht aus Gr\u00fcnden der technischen Leistung, der Kosten oder der Speicherkapazit\u00e4t, sondern wegen etwas wesentlich Widerspenstigerem:<\/p>\n

Es bleibt nicht genug nutzbare Energie f\u00fcr die Gesellschaft nach Abzug f\u00fcr den Aufwand f\u00fcr Konstruktion der Generatoren und der gesamten Verteilung.
<\/strong><\/em><\/p>\n

Dieses Problem wurde durch das wissenschaftliche Papier von Wei\u00dfbach et al.<\/em>1<\/sup><\/a>\u00a0 analysiert. Weissbach und seine Wissenschaftler beurteilen die Erzeugung und Verteilung unserer Energie mittels einem Faktor namens „energy returned on energy invested“ (Erntefaktor), oder EROEI <\/a>\u2013 das Verh\u00e4ltnis der produzierten Energie \u00fcber die gesamte Lebenszeit eines Kraftwerks zum Energieaufwand, um dieses Kraftwerk zu bauen und zu betreiben. Es braucht Energie, um die Komponenten des Kraftwerks zu bauen. Es braucht weitere Energie, um den Treibstoff zu gewinnen. Viele Komponenten sind notwendig, um ein Kraftwerk betreiben zu k\u00f6nnen. Sie alle ben\u00f6tigen f\u00fcr sich alleine betrachtet Energie, damit sie funktionieren. Ein Kraftwerk ben\u00f6tigt demnach mindestens diese Gestehungsenergie, um eine ausgeglichene Energiebilanz vorweisen zu k\u00f6nnen (break even). So ein perfekt ausgeglichenes Kraftwerk w\u00fcrde einen EROEI mit dem Wert „1“ aufweisen.\u00a0 Aber solch ein Kraftwerk w\u00e4re sinnlos, weil es keinerlei dar\u00fcber hinaus nutzbare Energie produzieren w\u00fcrde.<\/p>\n

Es braucht einen minimalen EROEI-Faktor gr\u00f6sser als 1 f\u00fcr jedes Kraftwerk, damit es mit seiner produzierten Energie die Gesellschaft unterst\u00fctzen kann. Ein Energiesystem muss nach allen energetischen Aufwendungen einen \u00dcberschuss erzeugen, der gross genug ist, um damit Dinge produzieren zu k\u00f6nnen wie Nahrung, der Betrieb von Spit\u00e4lern und Universit\u00e4ten, wo die Ingenieure ausgebildet werden, die solche Kraftwerke sp\u00e4ter bauen und betreiben k\u00f6nnen. Diese \u00fcbersch\u00fcssige Energie wird zus\u00e4tzlich ben\u00f6tigt, um unsere H\u00e4user zu bauen, Menschen und Material transportieren und die Elemente unserer Zivilisation betreiben zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

\"2\"Mindestens EROEI „7“<\/h3>\n

F\u00fcr L\u00e4nder wie die USA und Deutschland sch\u00e4tzen Wei\u00dfbach et al.<\/em> dieses \u00f6konomische Minimum des EROEI-Faktors auf den Wert 7. Eine Energiequelle mit tieferem EROEI kann keine Gesellschaft auf dieser Stufe der Komplexit\u00e4t (USA oder Deutschland, Anm. \u00dcbers.<\/em>) erhalten. Wenn wir unsere Energieversorgung transformieren und dabei auch noch die Klimawirkung ber\u00fccksichtigen wollen, tun wir gut daran, den EROEI-Faktor der „Erneuerbaren“ genauestens und umfassend zu beachten.<\/p>\n

Die <\/span>EROEI Werte f\u00fcr verschiedenen Kraftwerke sind in der Grafik zusammengefasst. Die mit fossilem Treibstoff betriebenen Kraftwerke weisen einen durchwegs hohen EROEI-Faktor von 30 aus. Das liegt wesentlich \u00fcber dem ben\u00f6tigten Minimum von 7. Die Nutzung von Windkraft liegt bei einem Wert von 16 und die Solarthermie (W\u00e4rmegewinnung aus Sonne, nicht zu verwechseln mit Photovoltaik, Anm. \u00dcbers.<\/em>) bei 19. Sie weisen zwar einen tieferen Wert aus als die fossil betriebenen Kraftwerke. Aber der energetische \u00dcberschuss reicht im Prinzip aus, um eine Industriegesellschaft zu betreiben. Biomassenkraftwerke und die Photovoltaik (Photozellen) k\u00f6nnen das zumindest in Deutschland nicht. Mit einem EROEI von lediglich 3.9 oder 3.5 k\u00f6nnen diese Energiequellen ihren eigenen Produktionsaufwand und die Bed\u00fcrfnisse einer 1.-Welt Gesellschaft nicht unterst\u00fctzen.<\/p>\n

\"3\"<\/p>\n

Diese EROEI Werte entsprechen der Betrachtung bei Lieferung direkt ins Stromnetz oder an den Verbraucher (die Werte f\u00fcr \u201cunbuffered\u201d in der Grafik).\u00a0 Aber das gute Bild \u00e4ndert sich schnell, wenn wir diese Energie zwischenspeichern m\u00fcssen. Wenn wir diese Energie in Batterien speichern wollen, m\u00fcssen wir zuerst die dazu ben\u00f6tigten Resourcen sch\u00fcrfen und die Batterien irgendwie herstellen. Es wird mehr Energie daf\u00fcr investiert und der EROEI-Faktor sinkt konsequenterweise.<\/p>\n

Wei\u00dfbach et al.<\/em> berechneten die EROEI-Faktoren unter Annahme der Speicherung mittels Pumpspeicherkraftwerken. Das ist die am wenigsten energieintensive Speichertechnologie, die wir heute kennen.\u00a0 Der Aufwand f\u00fcr den Bau von Pumpspeicherkraftwerken ist im Wesentlichen die Erdbewegung und die Konstruktion. Es ist deshalb eine konservative und vorsichtige Methode f\u00fcr die Berechnung; denn die chemische Speicherung ben\u00f6tigt wesentlich gr\u00f6ssere Mengen von speziell bearbeiteten Materialien und ist deshalb auch wesentlich energieintensiver in der Anwendung. Carbajales-Dale et al.<\/em>2<\/sup> best\u00e4tigen, dass Batterien bis zum 10-fachen energieaufwendiger sind, als Pumpspeicherkraftwerke.<\/p>\n

Ber\u00fccksichtigen wir demnach die Speicherung f\u00fcr die Berechnung des EROEI (die Werte f\u00fcr \u201cbuffered\u201d in der Grafik) \u00e4nders sich das Bild entscheidend. Die Produktion mittels Nutzung der Windkraft mit Speicherung in einem daf\u00fcr optimal geeigneten Pumpspeicherkraftwerk reduziert den EROEI der Windkraftnutzung auf 3.9. Sie trifft damit auf die Photovoltaik und die Biomassennutzung, die f\u00fcr die Gesellschaft ebenfalls unrentabel werden. CSP (Solarthermie in der W\u00fcste, Produktion von Strom, Anm. d. \u00dcbers.<\/em>) erh\u00e4lt eine nur noch marginale Bedeutung von EROEI ~9.\u00a0 Auch mttels Anwendung der Fl\u00fcssigsalzspeicherung bei Solarthermie ist diese Technologie nicht wirklich rentabel.\u00a0 Der EROEI-Faktor von Photovoltaik sinkt dabei auf kaum mehr bemerkbare 1.6 und mit einer Batteriespeicherung besteht sogar ein Defizit. Speicherung von PV mittels Batterien ben\u00f6tigt mehr Energie f\u00fcr Produktion und Betrieb, als die Anlage w\u00e4hrend ihres Lebens erzeugen kann.<\/p>\n

Dies ist eine eher<\/span> beunruhigende<\/span> Schlussfolgerung<\/span>, wenn wir auf erneuerbare Energien<\/span> f\u00fcr den<\/span> \u00dcbergang zu einem<\/span> kohlenstoffarmen Energiesystem<\/span> setzen:<\/span> Wir k\u00f6nnen keine <\/span>Energiespeicher verwenden<\/span><\/span><\/span>, um die Variabilit\u00e4t der Sonnenstrahlung und<\/span> Windkraft<\/span> zu \u00fcberwinden.<\/span><\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

Ganz eindeutig k\u00f6nnen wir weder Batterien noch irgendwelche chemische Speicher daf\u00fcr benutzen, weil das zu noch wesentlich schlechteren Werten f\u00fcr die Erneuerbaren f\u00fchren w\u00fcrde, als sie uns Wei\u00dfbach et al<\/em>. hier pr\u00e4sentieren. Wasserkraft ist die einzig verf\u00fcgbare erneuerbare Energie, die wirklich \u00f6konomisch funktioniert. Aber Wasserkraft ist nicht einfach skalierbar, sie ist abh\u00e4ngig von einer passenden Geographie. Das gilt auch f\u00fcr jedes Pumpspeicherkraftwerk.<\/p>\n

Diese Studie steht l\u00e4ngst nicht alleine da. Springer hat ein Buch ver\u00f6ffentlicht, Energy in Australia<\/em>,3<\/sup> welches eine vertiefte Diskussion der Energiesysteme unter Ber\u00fccksichtigung des EROEI. Sie ziehen die gleichen Schl\u00fcsse wie Wei\u00dfbach et al. Eine weitere Studie einer Guppe der Stanford University2<\/sup> ist etwas optimistischer f\u00fcr die meisten Formen der Speicherung von Sonnenenergie und Windkraft. Aber diese Studie ber\u00fccksichtigt einen minimal ben\u00f6tigten EROEI von lediglich >1, was die Bed\u00fcrfnisse der Versorgung einer Gesellschaft (EROEI~7), den Transportverlust, den Lebenszyklus der Anlagen und die energetischen Kosten des Ersatzes nicht ber\u00fccksichtigt. W\u00fcrden diese Werte in die Berechnung des EROEI einfliessen, w\u00fcrde die Nutzung von Windenergie mit Sicherheit unter den ben\u00f6tigten Wert fallen.<\/p>\n

\"4\"Es ist wichtig, die Natur des EROEI zu verstehen. Es ist keine Frage der unpassenden Speicherkapazit\u00e4t\u00a0\u2013<\/span> wir k\u00f6nnten einfach mehr Speicher kaufen oder bauen, damit es funktioniert. Es ist auch keine Frage von Energieverlusten w\u00e4hrend des Lade- oder Entladevorgangs f\u00fcr Batterien. Die Anzahl m\u00f6glicher Ladezyklen einer Batterie ist hier nicht entscheidend.\u00a0 Wir betrachten hier keine neuen Materialien oder den technischen Fortschritt, weil die Limite durch die zuk\u00fcnftige Entwicklung der Welt und die zukunftsweisenden Technologien definiert werden muss. Das Problem kann nicht durch Marktmechanismen, Kohlenstoffsteuern oder Preisreduktionen gel\u00f6st werden. Es handelt sich hier um fundamentale energetische Grenzen, die sich nur verschieben lassen, wenn wir weniger material- und energieintensive Methoden zur Konstruktion der Speicher finden.\u00a0<\/p>\n

Man kann auch nicht sagen, dass Wind- und Sonnenkraft keine Rolle spielen k\u00f6nnen. Sie k\u00f6nnen ein System von fossiler Energie erg\u00e4nzen und damit verg\u00e4ngliche Resourcen einsparen.\u00a0 Aber ohne \u00f6konomische Speicherung der Wind- und Sonnenkraft ist ihre Integration in das Stromnetz limitiert durch die variable Menge an zuf\u00e4llig produziertem Strom.\u00a0 Wir k\u00f6nnten nat\u00fcrlich versuchen, das Problem mit einer Generation von dicht gebauten Windkraft- und Solarkraftwerken zu l\u00f6sen, deren Stromproduktion in massenhaft gebauten Stromspeichern jedwelcher Art gefasst w\u00fcrde.\u00a0 Aber das m\u00fcssten wir mit dem Ausbau der Nutzung von fossiler Energie erg\u00e4nzen, was nicht nachhaltig w\u00e4re. Ohne Speicherung k\u00f6nnten wir die Variabilit\u00e4t dieses Netzes gl\u00e4tten, indem wir \u00fcberfl\u00fcssige Kapazit\u00e4ten \u00fcber weite Distanzen verbinden. Aber die zus\u00e4tzliche Infrastruktur dr\u00fcckt den EROEI-Faktor in den unrentablen Bereich. Die beste M\u00f6glichkeit von Windkraft und Sonnenkraft liegt im Bereich der Emissionsbegrenzung von fossiler Energie. Aber Wind und Solar k\u00f6nnen sie nicht vollst\u00e4ndig verhindern. Sie offerieren uns lediglich eine Linderung aber niemals den Ersatz konventioneller Kraftwerke.<\/p>\n

Wir k\u00f6nnen nicht sagen, dass die Speicherung von Energie keinen Wert hat. Batterien in Elektromobilen offerieren ein Potenzial zur Reduktion der Abh\u00e4ngigkeit von \u00d6l, wenn sichergestellt ist, dass der daf\u00fcr ben\u00f6tigte Strom aus sauberen Quellen stammt. Eine auf dem Hausdach montierte Photovoltaikanlage kombiniert mit einer Batterie kann den Stromverbrauch in Spitzenzeiten mittragen helfen3<\/sup>, reduziert den Bedarf an konventionellen Kraftwerken und den Ausbau des Stromnetzes. Die Entwicklung der Batterietechnik erm\u00f6glicht die Ben\u00fctzung netzunabh\u00e4ngiger Konsumelektronik.\u00a0 Aber was die Stromspeicherung nicht kann, ist der komplette Ersatz fossiler Eergie durch erneuerbare Energie.<\/p>\n

Die L\u00f6sung heisst Wasserkraft und Kernenergie<\/h3>\n

Wenn wir Emissionen beschr\u00e4nken und fossile Resourcen schonen wollen, k\u00f6nnen wir das machen: Die Antwort findet sich am oberen rechten Rand der Grafik. Frankreich und Ontario, zwei moderne, weitentwickelte Gesellschaften, haben fossile Energietr\u00e4ger aus ihren Stromnetzen verbannt. Sie benutzen hochwertige EROEI-Resourcen wie Wasserkraft und Kernkraft. Ontario hat erst k\u00fcrzlich seine letzte Tonne Kohle verbrannt. Einige wenige Prozent der Stromversorgung wird durch Gaskraftwerke erzeugt. Das ist erwiesenermassen ein funktionierender Weg, seine Stromversorgung zu „dekarbonisieren“.<\/p>\n

Die Idee, dass ein Fortschritt in der Entwicklung der Speichertechnologie die Erneuerbaren funktionieren l\u00e4sst, ist ein Trugbild\u00a0\u2013<\/span> ja sogar eine Falle, welche uns suggerieren soll, dass Speicherung von unzuverl\u00e4ssiger erneuerbarer Energie eine L\u00f6sung darstellt. Was wir damit erreichen, ist der Effekt, dass wir weniger Nettoenergie zur Verf\u00fcgung haben und diese nicht mehr ausreicht, um eine Zivilisation westlicher Bauart betreiben zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Nachtrag<\/h3>\n

Als dieser Artikel erstmals in CiA publiziert wurde, bekundeten einige Leser M\u00fche mit der Idee eines minimalen gesellschaftlichen EROI-Faktors. Warum sollten wir nicht in der Lage sein, mit dem Bau von mehr erneuerbaren Kraftwerken das Versorgungsproblem zu l\u00f6sen?\u00a0 Hall4<\/sup> erkl\u00e4rt das gut mit dem Beispiel der Nutzung von \u00d6l:<\/p>\n

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„Denk an eine Gesellschaft, die abh\u00e4ngig ist von einer Resource: Haupts\u00e4chlich \u00d6l. Wenn der EROI-Faktor f\u00fcr dieses \u00d6l 1.1:1 betr\u00e4gt, dann kann einer dieses \u00d6l aus dem Boden pumpen und in F\u00e4sser abf\u00fcllen. Wenn der EROI-Faktor bei 1.2:1 liegt, kann man dieses \u00d6l raffinieren (in seine Produktbestandteile zerlegen). Mit einem EROI von 1.3:1 kann man den gewonnen Treibstoff dorthin transportieren, wo er gebraucht wird.“<\/em><\/p>\n

„Hall et al. 2008 bestimmten den ben\u00f6tigten EROI-Faktor von \u00d6l um einen Lastwagen zu betreiben auf 3:1 am Bohrloch. Dieser EROI-Faktor wird ben\u00f6tigt, um den Lastwagen zu bauen, zu warten und die notwendigen Strassen und Br\u00fccken f\u00fcr ihn zu bauen.<\/p>\n

„Wenn man nun die Absicht hat, mit dem Lastwagen Getreide zu transportieren, ben\u00f6tigen wir schon einen EROI von 5:1, nur um das Getreide wachsen zu lassen. Will man die Aufw\u00e4nde der Arbeiter auf dem \u00d6lfeld, den Raffinerieangestellten, den Lastwagenfahrer und den Bauern mit einrechnen, brauchen wir einen EROI-Faktor von 7 oder 8:1. um ihre Familien zu unterst\u00fctzen. Um ihre Kinder richtig ausbilden zu k\u00f6nnen, ben\u00f6tigen wir noch mehr EROI-Faktoren, n\u00e4mlich 9 bis 10:1. Ben\u00f6tigen sie alle eine medizinische Versorgung sind es schon 12 EROI-Faktoren, die wir daf\u00fcr ben\u00f6tigen. Geben wir diesen Menschen noch etwas Kunst und Kultur, werden 14 EROI-Faktoren ben\u00f6tigt. Offensichtlich\u00a0 ben\u00f6tigt man in einer modernen Zivilisation nicht nur ein wenig mehr Energie, als f\u00fcr die Energieversorgung investiert werden muss, sondern wesentlich mehr. Und das braucht nun mal entweder einen hohen EROI-Faktor von Wasserkraft oder Kernkraft f\u00fcr die \u00f6konomische Energieproduktion oder eine wesentlich massivere Quelle von un\u00f6konomischen Quellen mit kleinem EROI-Faktor wie Sonne und Wind.“<\/em><\/p>\n<\/blockquote>\n

Diese Punkte werden auch durch die EROI-Pyramide gut dargestellt (blaue Werte sind ver\u00f6ffentlicht, gelbe Werte sind zunehmend spekulativ).<\/p>\n

\"5\"<\/p>\n

 <\/p>\n

Referenzen<\/h3>\n
    \n
  1. Wei\u00dfbach et al.<\/em>, Energy<\/em> 52<\/strong> (2013) 210. Preprint available here.<\/a><\/li>\n
  2. Carbajales-Dale et al., Energy Environ. <\/em>Sci.<\/em> DOI: 10.1039\/c3ee42125b<\/li>\n
  3. Graham Palmer, Energy in Australia: Peak Oil, Solar Power, and Asia\u2019s Economic Growth;<\/em> Springer 2014.<\/li>\n
  4. Pedro Prieto and Charles Hall, Spain\u2019s Photovoltaic Revolution<\/em>, Springer 2013.<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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