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Sonne Wind & Wärme
Think Big!

erschienen in Sonne Wind & Wärme 05/2004 S.22-25

Wirkungs­voller Klima­schutz ist nur möglich, wenn die erneuer­baren Energien schneller als bisher ausge­baut werden, und zwar in großem Stil an optimalen Standorten - zum Beispiel in Nordafrika.

Mehr als die Hälfte aller Kraftwerke in der EU müssen in den nächsten 20 bis 30 Jahren ersetzt werden. Gleichzeitig sollen die CO2-Emission auf etwa die Hälfte sinken. Regenerative Kraftwerke können diese Deckungslücke vollständig zu konkurrenzfähigen Preisen schließen, wenn sie an optimalen Standorten eingesetzt und ihre Markteinführung im großen Stil konsequent umgesetzt wird.
In ferner Zukunft, in etwa 100 Jahren wird regenerativen Kraftwerken allgemein zugestanden, einen großen Beitrag zur Elektrizitätsversorgung liefern zu können. Heute, so meinen Kritiker, sprechen vor allem die noch zu hohen Kosten regenerativer Kraftwerke gegen eine schnelle Ablösung konventioneller Kraftwerke. Von vielen Interessensvertretern und Politikern wird deshalb der Neubau von effizienten Kohle- und Gaskraftwerken als Ersatz von ausgedienten Anlagen propagiert. Auch für die deutschen Kernkraftwerke, die nach dem Ausstiegsbeschluss sukzessive abgeschaltet werden, müssten dann neue fossile Kraftwerke errichtet werden. Dabei sollen Deutschland und andere Industrienationen nach Empfehlungen von Klimaschutzexperten ihre Kohlendioxidemissionen um etwa die Hälfte bis zum Jahr 2020 gegenüber 1990 senken, bis zum Jahr 2050 sogar um 80 %.
Jeder Neubau fossiler Kraftwerke, und seien sie auch noch so effektiv, torpediert somit zwangsläufig die Klimaschutzbemühungen. Als Allheilmittel angepriesene Verfahren zur Kohlendioxidabtrennung und Deponierung sind derzeit noch in der Entwicklung und werden die Kosten der fossilen Stromerzeugung fast verdoppeln. Neue Kernkraftwerke sind politisch nicht durchsetzbar. Funktionstüchtige Fusionskraftwerke werden - wenn überhaupt - erst in 50 Jahren zur Verfügung stehen und dann Strom zu deutlich höheren Kosten als heutige Kraftwerke liefern.
Angesichts unserer extrem angespannten wirtschaftlichen Lage wird dies mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu führen, dass die Klimaschutzziele nach und nach geopfert werden. Die einzige Möglichkeit, die Deckungslücke bei der Kraftwerksleistung in den nächsten Jahrzehnten dennoch klimaverträglich und zudem noch zu marktüblichen Kosten schließen zu können, bieten jedoch regenerative Energien.

Keine kleinen Brötchen backen

Selbst Lobbyisten aus der regenerativen Energieindustrie halten sich bei der Kostenfrage stets vornehm zurück. Es scheint nahezu unmöglich, dass regenerative Kraftwerke - mit Ausnahme der Wasserkraft - für Deutschland kurzfristig Strom zu marktüblichen Preise von 3 bis 5 Cent/kWh liefern können. Die Potenziale der Wasserkraft sind bekanntlich begrenzt. Rund 50 bis 60 Cent/kWh sind hierzulande für den wirtschaftlichen Betrieb einer Photovoltaikanlage und 6 bis 9 Cent/kWh für Windkraftanlagen nötig. Somit backt man lieber kleine Brötchen und feiert eine gesamte installierte Photovoltaikleistung von nicht einmal 400 MWp bereits als Erfolg. Verglichen mit dem Ersatzbedarf der nächsten zwei Jahrzehnte für die bisherigen 15 Mitgliedsstaaten der EU von mindestens 300.000 MW (300 GW) mit durchschnittlich rund 4000 Volllastbetriebsstunden pro Jahr ist diese PV-Leistung jedoch vollkommen irrelevant. Selbst der deutlich höhere Beitrag der Windenergie ist derzeit im europäischen Maßstab noch vernachlässigbar. Dabei bieten regenerative Energien durchaus die einzige Lösung, mittelfristig die Deckungslücke kostengünstig und kohlendioxidfrei zu schließen. Die regenerative Energieindustrie muss im Prinzip nur zwei Probleme lösen:
Einerseits müssen schnell energiewirtschaftlich relevante Installationszahlen im hohen Gigawattbereich erreicht werden, um die Kosten weiter deutlich zu senken. Andererseits müssen regenerative Anlagen dort eingesetzt werden, wo sie am kostengünstigsten produzieren können. Energieträger wie Erdöl, Erdgas, Kohle, Holz und Uran werden seit vielen Jahren global gehandelt. Nur bei der Elektrizitätsversorgung hält man zwanghaft an verhältnismäßig lokalen Versorgungslösungen fest und verzögert so die schnelle vollständige Markteinführung erneuerbarer Energien.

Von Hamburg nach Assuan

Die Photovoltaik soll hier als erstes Beispiel dienen. Sie wird in Hamburg auch langfristig keine energiewirtschaftlich relevanten Beiträge liefern können. Bei einer jährlichen Solarstrahlung von nicht einmal 1000 kWh/m² ist man dort mit einem spezifischen Ertrag von 800 kWh/kWp bereits gut bedient. In Südspanien beträgt die jährliche solare Einstrahlung bereits fast das Doppelte und im Süden von Ägypten sogar bis zu 2500 kWh/m². Auf einer zweiachsig nachgeführten Fläche steigt die jährliche Einstrahlung hier sogar auf gut 3500 kWh/m². Damit erhöht der mögliche Ertrag einer PV-Anlage auf etwa das Dreifache. Während man derzeit in Deutschland noch Vergütungen von rund 50 Cent/kWh für einen wirtschaftlichen Betrieb benötigt, sind an optimalen Standorten im Sonnengürtel der Erde heute bereits nur gut 15 Cent/kWh ausreichend.
PV-Strom für 4 Cent/kWh: Bemerkenswert sind die stark gesunkenen Kosten der Photovoltaik der vergangenen Jahrzehnte. Bei einer Verdopplung der weltweit installierten Leistung konnte jeweils eine Kostenreduktion von rund 20 % erreicht werden. Jeweils bei einer Verzehnfachung der installierten Leistung wurden also Kostensenkungen von gut 50 % erzielt. Lässt sich dieser Trend fortsetzen, sinken die PV-Kosten bei einer Steigerung der weltweit installierten Leistung von derzeit rund 2 GW auf 20 GW um mehr als 50 % und bei 200 GW sogar um über 75 %. Bleiben die jährlichen Zuwachsraten bei der PV-Produktion in der Größenordnung der letzten Jahre, wird diese Leistung in etwa 20 Jahren erreicht werden, aber auch kürzere Zeiträume dafür sind denkbar. Damit werden die Stromgestehungskosten an Top-Standorten auf unter 4 Cent/kWh fallen. Dies sind bereits Kosten, die mit herkömmlichen fossilen und nuklearen Kraftwerken konkurrieren können, jedoch ohne Kohlendioxid auszustoßen oder radioaktiven Müll zu erzeugen.
Windstrom für weniger als 3 Cent/kWh: Windstandorte in Deutschland mit einer jahresmittleren Windgeschwindigkeit von mehr als 5 m/s in 10 m Höhe gelten in Deutschland bereits als attraktiv. Verglichen mit dem Windangebot an der westafrikanischen Küste von Mauretanien und dem Wüstenstaat Westsahara herrscht in Deutschland lediglich ein laues Lüftchen. Deutlich über 8 m/s bieten Top-Standorte im relativ nahen Afrika [1]. Da der Anlagenertrag mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit steigt, liegt die Ausbeute von Windkraftanlagen hier mehr als das Doppelte über dem in Deutschland. Während man in Deutschland auch an sehr guten Standorten mit Erzeugungskosten von mehr als 6 Cent/kWh rechnen muss, sinken diese an den erwähnten Top-Standorten auf unter 3 Cent/kWh - bei Verwendung heutiger Anlagentechnik. Weitere Kostensenkungen durch technische Verbesserungen sind noch gar nicht berücksichtigt.

Niedrigere Kosten bei hoher Verfügbarkeit

Die mangelnde Verfügbarkeit ist ein Hauptargument, dass oft gegen regenerative Kraftwerke vorgebracht wird, und das zu Recht. Da Photovoltaik- und Windkraftanlagen in Deutschland in der Regel weniger als 2000 Vollaststunden pro Jahr erreichen und das Wetter die Betriebszeitpunkte verhältnismäßig zufällig bestimmt, sind stets Reservekraftwerke notwendig, die die Versorgung sicherstellen, wenn einmal keine Sonne scheint und kein Wind weht. Mit zunehmendem Angebot an Solarstrahlung und Windenergie steigt auch die Verfügbarkeit der regenerativen Kraftwerke. Bei extrem hohen solaren Einstrahlungen zum Beispiel im Süden Ägyptens gibt es faktisch keine Schlechtwetterperioden und auch Unterschiede zwischen Sommer und Winter sind dort sehr gering. Damit erreicht die Leistung einer PV-Anlage im sonnigen Afrika im Gegensatz zu Deutschland eine hohe Verfügbarkeit. Das bedeutet, sie kann fest in die Erzeugung eingeplant werden und nicht nur Brennstoff und Kohlendioxid, sondern tatsächlich herkömmliche Kraftwerke ersetzten. Ähnliches gilt für Windkraftanlagen an Top-Windstandorten.
Eine weitere Technik erlaubt es sogar, hundertprozentige Verfügbarkeit für Solarstrom zu garantieren. Solarthermische Kraftwerke konzentrieren das Sonnenlicht und erzeugen elektrischen Strom über Wärmekraftwerke [2]. Ein thermischer Speicher ist in diese Kraftwerke einfach und kostengünstig zu integrieren. Bereits heute können diese Kraftwerke Solarstrom zu relativ niedrigen Kosten produzieren. Während man in Südspanien derzeit noch mit solaren Stromgestehungskosten von 15 bis 18 Cent/kWh rechnen muss, liegen diese bei den hohen Einstrahlungen im Süden Ägyptens bereits zwischen 9 und 11 Cent/kWh.
Derzeit erreicht die weltweit installierte Leistung solarthermischer Kraftwerke nur 350 MW. Die Kostenreduktionspotenziale sind etwas geringer als bei der Photovoltaik. Bei einer Verdopplung der installierten Leistung kann mit Kostenreduktionen von 12 % gerechnet werden. Bei Erhöhung der weltweit installierten Leistung von weniger als 15 GW ist mit einer Halbierung der Kosten zu rechnen. Bereits bei einer installierten Leistung von 30 GW sind Stromgestehungskosten unter 4 Cent/kWh zu erwarten. Dies ließe sich problemlos in einem Zeitraum von gut 10 Jahren realisieren. Durch den thermischen Speicher können diese Kraftwerke dabei jede gewünschte Lastkurve abdecken und auch Schwankungen von Wind- und Photovoltaikanlagen ausgleichen. Die Potenziale für Kraftwerksstandorte in Afrika sind dabei gigantisch. Auf den in Abb.1 gezeigten verfügbaren Flächen könnten Solarkraftwerke mehr als das Hundertfache des weltweiten Strombedarfs erzeugen.


Nutzbare und nicht nutzbare Flächen mit Ausschlusskriterien zur Errichtung von Solarkraftwerken in Nordafrika
Abb.1: Nutzbare und nicht nutzbare Flächen mit Ausschlusskriterien zur Errichtung von Solarkraftwerken in Nordafrika
Transport frei Haus für 1 Cent

Bleibt die Frage offen, wie uns kostengünstiger Strom in Ägypten oder Mauretanien bei der Bewältigung unserer Energieproblematik helfen kann. Die Lösung dieser Frage ist einfach. Der billige Strom muss lediglich zu uns transportiert werden. Abb. 2 zeigt die Top-Standorte und die infrage kommenden Transportwege [3].
Sowohl technisch und finanziell ist der Transport bereits heute zu bewältigen [4,5]. Das Zauberwort heißt Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ). Bei einer 5000 km langen HGÜ-Leitung im 600 kV-Spannungsniveau ist mit rund 18 % Übertragungsverlusten, im 800 kV-Spannungsniveau sogar nur mit weniger als 14 % Übertragungsverlusten zu rechnen. Bezogen auf die möglichen Stromgestehungskosten von 3 bis 4 Cent/kWh schlagen diese Verluste mit rund 0,5 Cent/kWh zu Buche. Hinzu kommen die Kosten für die Leitung zwischen 0,5 und 1 Cent/kWh. Insgesamt lässt sich somit regenerativer Strom für 4 bis 5 Cent/kWh erzeugen, nach Deutschland transportieren und über eine Kombination aus Photovoltaik-, Windkraft- und solarthermischen Kraftwerken auch Leistung garantieren.
Diese niedrigen Kosten lassen sich nach der obigen Abschätzung bereits realisieren, wenn solarthermische Kraftwerke im Umfang von 30 GW oder Photovoltaikanlagen im Umfang von 200 GW errichtet werden. Die Windkraft ist bereits heute dazu in der Lage. Ergänzt werden könnte der regenerative Energiemix durch billige Wasserkraft aus Skandinavien oder Island, günstigen Windstrom aus Großbritannien und Geothermie. Biomassekraftwerke können zudem Leistungsreserven bilden und durch Kraft-Wärmekopplung auch zur Deckung des Wärmebedarfs beitragen.


Nutzbare und nicht nutzbare Flächen mit Ausschlusskriterien zur Errichtung von Solarkraftwerken in Nordafrika
Abb.2: Nutzbare und nicht nutzbare Flächen mit Ausschlusskriterien zur Errichtung von Solarkraftwerken in Nordafrika
Hightech aus Deutschland

Auch wenn es aus ökonomischen Gründen sinnvoll ist, große Mengen regenerativen Stroms zu importieren, bedeutet das nicht, dass Installationen in Deutschland absolut sinnlos sind. Um möglichst schnell die niedrigen Kosten zu erreichen, müssen die Produktionszahlen deutlich gesteigert werden. Dabei ist es unrelevant, wo die produzierten Anlagen letztendlich aufgebaut werden. Photovoltaik und Windkraft in Deutschland haben unter dem Gesichtspunkt der Markteinführung und der schnellen Erreichung konkurrenzfähiger Preise durchaus ihre Berechtigung. Wenn das Ziel jedoch sein soll, eine konkurrenzfähige regenerative Elektrizitätsversorgung in Deutschland selbst aufzubauen, wird dies einige Jahrzehnte länger dauern, als bei der Nutzung der Option des regenerativen Stromimports und damit letztendlich effektiven Klimaschutz erschweren.
Um die künftige Deckungslücke im europäischen Kraftwerkspark klimaverträglich zu schließen, müssen also schnell hohe Produktionskapazitäten speziell für Solarkraftwerke geschaffen werden. Gleichzeitig müssen Allianzen mit Ländern von Top-Standorten für regenerative Kraftwerke ins Leben gerufen und Pilotprojekte initiiert werden. Hiervon können beide Seiten profitieren: Deutschland und Europa, indem es High-Tech-Komponenten zur Erzeugung und Übertragung regenerativen Stroms entwickelt und produziert und die Standortländer, indem sie einen erheblichen Fortschritt bei ihrer wirtschaftlichen Weiterentwicklung erreichen und unzählige neue Arbeitsplätze beim Aufbau und Wartung der Anlagen geschaffen werden.
Die Errichtung konkurrenzfähiger regenerativer Kraftwerke zur Schließung der Deckungslücke im europäischen Kraftwerkspark ist in einem Zeitraum weniger als 20 Jahren durch sinnvollen Einsatz der Finanzmittel im Energiesektor prinzipiell zu realisieren. Hierzu dürfen regenerative Interessensvertreter jedoch nicht länger kleine Brötchen backen, sondern müssen auf die schnelle und konsequente Realisierung der Klimaschutzziele pochen und ihren Horizont um einige 1000 Kilometer erweitern - Think big!

Volker Quaschning
Literatur
[1] www.saharawind.com
[2] Quaschning, V. : Solarkraftwerke, Konzentration auf die Sonne. Sonne Wind & Wärme 10-11/2001, S.74-78
[3] Strom aus der Sahara. Sonne Wind & Wärme 6/2003.
[4] Czisch, Gregor: Potentiale der regenerativen Stromerzeugung in Nordafrika - Perspektiven ihrer Nutzung zur lokalen und großräumigen Stromversorgung. Kassel, ISET, 1999 ( http://www.iset.uni-kassel.de/abt/w3-w/projekte/Pot_Strom_Nordafrika.pdf)
[5] Dreier, Thomas; Wagner, Ulrich: Perspektiven einer Wasserstoff-Energiewirtschaft Teil 2. BWK Bd. 53 (2001) Nr. 3. pp. 47-54.


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