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Version vom 8. März 2015, 18:21 Uhr

Als Energiewende wird der Übergang von der nicht-nachhaltigen Nutzung von fossilen Energieträgern sowie der Kernenergie zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbaren Energien bezeichnet.^[2] Ziel der Energiewende ist es, die von der Energiewirtschaft verursachten ökologischen und gesellschaftlichen Probleme zu minimieren und die dabei anfallenden, bisher im Energiemarkt kaum eingepreisten externen Kosten vollständig zu internalisieren. Von besonderer Bedeutung ist angesichts der maßgeblich vom Menschen verursachten Globalen Erwärmung heutzutage die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft durch Ende der Nutzung von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Kohle und Erdgas. Ebenso stellen die Endlichkeit der fossilen Energieträger sowie die Gefahren der Kernenergie wichtige Gründe für die Energiewende dar.^[3] Die Lösung des globalen Energieproblems gilt als zentrale Herausforderung des 21. Jahrhunderts.^[4]^[5]

Die Energiewende umfasst alle drei Sektoren Strom, Wärme und Mobilität, ferner auch die perspektivische Abkehr von den fossilen Rohstoffen bei deren stofflicher Nutzung etwa in der Kunststoff- oder Düngerproduktion. Ein mit der Energiewende verbundener Kohleausstieg und Ölausstieg muss auch bedeuten, dass wesentliche Mengen der vorhandenen Energieträger im Boden verbleiben müssen.^[6] Kernelemente der Wende sind der Ausbau der erneuerbaren Energien, die Steigerung der Energieeffizienz sowie die Realisierung von Energieeinsparmaßnahmen. Zu den Erneuerbaren Energien zählen Windenergie, Sonnenenergie (Solarthermie, Photovoltaik), Meeresenergie, Bioenergie, Wasserkraft und Erdwärme. Darüber hinaus kommt der Elektrifizierung des Wärmesektors und des Verkehrswesens mittels Wärmepumpen und Elektromobilität eine wichtige Rolle zu.^[7]

Der Übergang weg von konventionellen Brennstoffen und hin zu erneuerbaren Energien ist in vielen Staaten der Welt im Gang. Die Konzepte für die Energiewende wie auch die dafür erforderlichen Technologien sind bekannt^[8]; aus rein technischer Sicht wird eine vollständige weltweite Energiewende bis 2030 für realisierbar gehalten.^[9] Politische und praktische Probleme lassen jedoch erst eine Umsetzung bis 2050 möglich erscheinen, wobei das Fehlen politischen Willens als größte Hürde erachtet wird.^[10] Sowohl auf globaler Ebene als auch für Deutschland kamen Studien zu dem Ergebnis, dass die Energiekosten in einem regenerativen Energiesystem auf gleichem Niveau wie in einem konventionellen fossil-nuklearen Energiesystem liegen^[11]^[12] oder günstiger sein würden.^[13]^[14]

Als Pionier der Energiewende gilt Dänemark, das im Jahr 2012 bereits 30 % seines Strombedarfs mittels Windenergie deckte. Bis 2050 strebt Dänemark eine vollständig regenerative Energieversorgung in allen drei Sektoren an.^[15] Ebenfalls von Bedeutung ist die deutsche Energiewende, die weltweit Zustimmung und Nachahmer aber auch Kritik und Ablehnung erfahren hat. Obwohl sie in der Öffentlichkeit oft fälschlicherweise mit dem zweiten Atomausstieg 2011 verbunden wird, begann die Energiewende in Deutschland bereits in den 1980er Jahren mit der Förderung von Erneuerbaren Energien und Einstellung neuer Kernkraftwerksprojekte. Während über die grundsätzliche Notwendigkeit des Ausbau der Erneuerbaren Energien, der Steigerung der Energieeffizienz und der Einsparung von Energie weder in der Wissenschaft noch in der Politik Uneinigkeit herrscht, sind die konkreten Maßnahmen politisch oft umstritten. Die öffentliche Diskussion reduziert den Begriff der Energiewende häufig auf den Stromsektor, welcher in Deutschland nur rund 20% des Energieverbrauchs umfasst. Ebenso wird in der politischen und öffentlichen Debatte oft nicht beachtet, dass mit Energieeinsparung neben erneuerbaren Energien und Effizienz als technischen Strategien darauf verwiesen wird, dass zu einer gelingenden Energiewende auch Verhaltensänderungen im Sinne von Suffizienz, also mehr Genügsamkeit gehören könnten.^[16]

Geschichte

Vorgeschichte der Energiewende

Historisch sind bereits lange vor den modernen Bestrebungen dezentrale wie zentralistische Ansätze für eine aus verschiedenen Hintergründen propagierte Abkehr von fossilen Rohstoffen hin zu (aus moderner Sicht) alternativen Energiequellen vorgeschlagen worden. Die Erforschung früherer Transformationen des Energiesystems gewinnt vor dem Hintergrund der heutigen Umwälzungen zunehmend an Bedeutung.^[17]^[18]

Endlichkeit fossiler Energieträger und Grundlagen der Klimawissenschaft

Einzelne Dokumente weisen darauf hin, dass auch schon vor dem Zeitalter der Industrialisierung manchen die Endlichkeit fossiler Rohstoffe bekannt war oder von ihnen vermutet wurde. Zum Beispiel waren in Großbritannien im 16. Jahrhundert vereinzelt Befürchtungen laut geworden, die Steinkohle könne endlich sein. In dessen Folge wurde in den Parlamenten Exportverbote für Kohle debattiert (und in Schottland 1563 tatsächlich auch beschlossen), jedoch war noch bis zum 18. Jahrhundert die Auffassung verbreitet, dass die Kohlevorräte unerschöpflich seien. Ab dem späten 18. Jahrhundert kam es zu mehreren, z. T. auch öffentlich geführten Debatten über die Endlichkeit der Kohlevorräte und ihre Reichweite, wobei diese Debatten auch von Großbritannien auf den Kontinent ausstrahlten.^[19] Hinzu kam, dass noch die meisten Ökonomen des frühen 19. Jahrhunderts, wie z. B. Adam Smith, nicht von einem permanenten Wirtschaftswachstum ausgingen, sondern in der Zukunft wieder mit einem von den natürlichen Umständen aufgezwungenen stationären Zustand ausgingen.^[20]

Bedeutsam wurde schließlich der Beitrag des englischen Ökonomen William Stanley Jevons (1835–1882). Während zuvor angestellte Prognosen über den Kohleverbrauch entweder die zu dieser Zeit aktuellen jährlichen Kohleverbräuche unverändert in der Zukunft fortschrieben oder die absolute Steigerung linear fortsetzten, formulierte Jevons in einer 1865 erschienenen Schrift als Erster, dass der Kohleverbrauch exponentiell steigen würde, wobei er die Wachstumsrate mit 3,5 % jährlich ansetzte. Daraus folgerte er, dass dieses exponentielle Wachstum nach einer bestimmten Anzahl von Jahren zu derart gewaltigen Zahlen führen müsste, dass sich jede endliche Rohstoffquelle nach einer Weile erschöpfen würde, ganz gleich, wie groß die Vorräte tatsächlich wären.^[21]

In Deutschland gab es ab dem ausgehenden 19. Jahrhundert ebenfalls eine größere Debatte über einen möglichen Energiemangel, auch wurde über die Ressourcenkapazität der Erde diskutiert. Unter anderem äußerte sich beispielsweise der Physiker Rudolf Clausius in seiner 1885 erschienenen Schrift Ueber die Energievorräthe der Natur und ihre Verwerthung zum Nutzen der Menschheit besorgt über die Endlichkeit insbesondere der Kohlevorräte. Aus diesen Überlegungen heraus drängte er darauf, „eine weise Oekonomie einzuführen“ und mahnte „dasjenige, was wir als Hinterlassenschaft früherer Zeitepochen im Erdboden vorfinden, und was durch nichts wieder ersetzt werden kann, nicht verschwenderisch zu verschleudern.“ Je schneller eine Wendung einsetze, desto besser sei es für die Zukunft. Die These von dem verschwenderischen Umgang mit den Kohlevorräten wurde dabei weithin geteilt.^[22]

Svante Arrhenius wies 1896 in einer aufsehenerregenden Publikation nicht nur erstmals auf den klimatologisch relevanten Einfluss von Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre hin, sondern verstand überdies, dass eine Nutzung fossiler Brennstoffe aufgrund der damit verbundenen globalen Erwärmung nur vorübergehender Natur sein dürfe. Er erkannte die für die Globale Erwärmung relevanten physikalisch-chemischen Grundlagen und gleichzeitig die Notwendigkeit einer Energiewende, obwohl die globalen Emissionen seiner Zeit weniger als ein Zehntel der Emissionen des beginnenden 21. Jahrhunderts betrugen^[23] und eine dadurch verursachte Klimaveränderung Jahrhunderte weit weg erschien.^[24] Der dem zugrunde liegende Treibhauseffekt von Kohlenstoffdioxid war bereits Mitte des 19. Jahrhunderts durch John Tyndall entdeckt worden^[25]; mittlerweile wurden die theoretischen Vorhersagen zur Wirkung des Treibhauseffekts durch Langzeituntersuchungen direkt in der Natur auch experimentell bestätigt.^[26]

1909 sprach der Chemie-Nobelpreisträger Wilhelm Ostwald über den auf Kohle basierenden Anteil der Energiewirtschaft, „… der sich etwa wie eine unverhoffte Erbschaft verhält, welche den Erben veranlaßt, die Grundsätze einer dauerhaften Wirtschaft vorläufig aus den Augen zu setzen, und in den Tag hinein zu leben. … Die dauerhafte Wirtschaft muß ausschließlich auf die regelmäßige Benutzung der jährlichen Strahlungsenergie begründet werden.“^[27]

Das fossile Zeitalter: Regenerative Energien als Nischentechnologie

Mit der Industrialisierung im Laufe des 19. Jahrhunderts drängte die Kohle die zuvor genutzten regenerativen Energien (hauptsächlich Biomasse in Form von Brennholz und Tierfutter) zunehmend in eine Nischenposition. Dennoch wurden bereits im 19 Jahrhundert - parallel zum Ausbau der Kohlenutzung - von verschiedener Seite Anstrengungen unternommen, solare Energien als Kraftquelle zu nutzen. So reicht z.B. die Geschichte der Solarthermiekraftwerke bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts zurück, als Erfinder wie William Adams, Augustin Mouchot, Alessandro Battaglia oder John Ericsson verschiedene Anlagen zur Sonnenenergiekonversion wie Solarkocher, solarbetriebene Destillationapparate, Kältemaschinen und Kessel für solarbetriebene Dampfmaschinen bauten. Ein erstes Solarthermiekraftwerk wurde schließlich 1913 in Ägypten errichtet.^[28] Mouchot gelang es 1860 ebenfalls einen effizienten Solarofen zu bauen und konstruierte später eine funktionierende Solar-Dampfmaschine, die sich jedoch als zu unhandlich für den praktischen Einsatz erwies. Es dauerte bis 1945, bis von dem indischen Pionier Sri M.K. Ghosh erste kommerzielle Solarkocher gefertigt wurden.^[29]

Die Windenergie wurde deutlich schneller zur Stromerzeugung umfunktioniert. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts, nur wenige Jahre nach dem Bau des ersten damals noch als „Kraftzentrale“ bezeichneten Kohlekraftwerks wurden die ersten stromerzeugenden Windmühlen gebaut. Diese knüpften damit sowohl an die dezentrale Tradition der noch zu dieser Zeit weit verbreiteten Windmühlen als auch der Wassermühlen an, die während der Industrialisierung noch weit bis in die Zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts hinein und noch vor den teureren Dampfmaschinen die wichtigsten gewerblichen Kraftquellen waren. Tatsächlich wird der Höhepunkt der als mechanische Kraftquellen genutzten Wasserräder und Windmühlen von Historikern in Deutschland erst in die 1880er Jahre datiert. In Nischen, beispielsweise verkehrlich schlecht erschlossene Regionen, hielten sich diese dezentralen Energiequellen bis in die 1950er Jahre.^[30]

Die auf diesen mechanischen Vorgängern aufbauenden stromerzeugenden Windmühlen erfuhren schließlich im frühen 20. Jahrhundert insbesondere in ländlichen Gebieten, die bei der Elektrifizierung den Städten deutlich hinterher hinkten, eine z. T. relativ große Verbreitung. Vorreiter war Dänemark, aber auch in den USA und Deutschland fanden die Anlagen Absatz; bis in die 30er Jahre wurden etwa 3.600 Windmühlen in Deutschland gebaut, die die teils als Pumpen und teils der Stromerzeugung dienten.^[31] In Dänemark hingegen, wo Poul La Cour bereits seit dem späten 19. Jahrhundert die Windenergienutzung theoretisch wie praktisch entscheidend vorantrieb, lieferten Windkraftanlagen bereits 1918 circa 3 % des Strombedarfs.^[32] Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Elektrizitätsversorgung bis deutlich ins 20. Jahrhundert hinein dezentral geprägt war, erst mit den ersten Großkraftwerken im zweiten Drittel des 20. Jahrhunderts verschob sich die Balance in Richtung zentraler Energieversorgung.

In den 1920er und 30er Jahren wurden schließlich die technischen und physikalischen Grundlagen der modernen Windenergienutzung gelegt. Neben der Masse der dezentralen Kleinanlagen wurden dabei auch Großanlagen mit bis zu 20 MW Leistung angedacht. Von diesen selbst nach heutigen Maßstäben gewaltigen Anlagen wurde durch den Beginn des Zweiten Weltkrieges jedoch keine Prototypen gebaut. Allerdings ging in den USA 1941 mit der Smith-Pullman-Anlage eine Windkraftanlage mit bereits 1,25 MW in Betrieb, die zwar von großen technischen Problemen geplagt war, jedoch vier Jahre lang in Betrieb blieb. Parallel dazu gab es in Deutschland während des NS-Regimes Planungen, die Energieversorgung der sogenannten Wehrbauern u. a. dezentral mit Windenergie zu decken.^[31] Das hieran beteiligte Unternehmen Ventimotor, dessen Chefkonstrukteur Ulrich W. Hütter war, der später wichtige Beiträge zur Entwicklung der heutigen Windkraftanlagentechnik leistete, installierte jedoch nur 6 Prototypen in Weimar. Zu einer Serienfertigung kam es nicht mehr.^[34]

Auch in anderen Staaten wurden Forschung und Windanlagenbau vorangetrieben. In den USA konzentrierte man sich vor der flächendeckenden ländlichen Elektrifizierung auf den Bau von dezentralen Kleinanlagen, die zum Aufladen von Akkumulatoren dienten. Infolgedessen wurden ab 1920 und bis 1960 Zehntausende Kleinwindräder mit einer Leistung von 1,8–3 kW installiert. Nach der Elektrifizierung ging die Tendenz Richtung netzgekoppelter Großanlage. 1941 ging in Vermont eine Anlage mit 1,25 MW und einem Rotordurchmesser von 53,4 Metern in Betrieb, eine Serienfertigung dieser sowie noch größerer Nachfolgeanlagen unterblieb jedoch.^[35]

Der Beginn der Energiewende in den 1970er Jahren

Die Debatte um eine nachhaltige Energieversorgung begann 1973 während der ersten Ölkrise.^[36] Zuvor, in den 1950er und 1960er Jahren, war Energiepolitik vor allem unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit gesehen worden.^[37] Nach dem Zweiten Weltkrieg war es in Europa zu einem relativen Sinken der Energiepreise gekommen, die zu einem historisch beispiellosen Anstieg des Energieverbrauches führte.^[38] Zwischen 1950 und 1973 nahm der Energieverbrauch jährlich um 4,5 % zu, wobei insbesondere dem Erdöl die entscheidende Rolle zukam, das in dieser Periode wichtigster Energieträger wurde. Zwischen 1948 und 1972 stieg der Verbrauch von Erdöl in Westeuropa um Faktor 15 an. Gleichzeitig wurde der Energieverbrauch als zentraler Indikator für wirtschaftlichen Wohlstand wahrgenommen, was bis hin zu großen Ängsten vor wirtschaftlichem Verfall führte, da der Energieverbrauch in Westeuropa nicht so schnell wuchs wie in Osteuropa.^[38] Bis zur ersten Ölkrise war die Energiepolitik der Industriestaaten durch das von Leon N. Lindberg beschriebene Energiesyndrom geprägt; das zu einem Systemversagen im Energiesektor führte. Kennzeichnende Elemente des Energiesyndroms waren:^[39]

die Notwendigkeit einer stetig steigenden Energieversorgung
die Abwesenheit einer umfassenden staatlichen Energiepolitik bei parallel existierender Dominanz der Energieproduzenten
die Blockade von Alternativen durch Bürokratismus und Industrialismus

Dieses Syndrom begann sich in den 1970er Jahren aufzulösen. In den USA entstand vor dem Hintergrund der Ölkrise unter Präsident Jimmy Carter eine frühe Bewegung, die einen Wandel des Energiesystems und den Ausbau der erneuerbaren Energien zum Ziel hatte. 1976 prägte der US-amerikanische Physiker Amory Lovins den Ausdruck Soft Energy Path und beschrieb darin einen Weg von einem zentralisierten, auf fossilen und nuklearen Brennstoffen beruhenden Energiesystem allmählich durch Energieeffizienz und erneuerbare Energiequellen fort zu kommen und dieses schließlich völlig zu ersetzen. Ein Jahr später veröffentlichte er ein Buch mit dem Titel Soft Energy Paths. Toward a Durable Peace,^[40] das auch unter anderem Titel in Deutschland erschien und dort in der Anti-Atomkraft-Bewegung rezipiert wurde.^[41] Daraufhin erschien 1980 eine vom Öko-Institut 1980 erarbeitete wissenschaftliche Prognose zur vollständigen Abkehr von Kernenergie und Energie aus Erdöl, die Lovins theoretische Überlegungen aufgriff und auf deutsche Verhältnisse übertrug. Diese trug den Titel Energie-Wende. Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran,^[42] womit zum ersten Mal der Begriff Energiewende verwendet wurde.

In den 1980er Jahren wurde der Begriff dann von verschiedenen gesellschaftlichen Strömungen aufgegriffen und propagiert, so z. B. von den bundesdeutschen Grünen, linken Sozialdemokraten und der alternativen Presse. In den darauf folgenden Jahrzehnten erweiterte sich der Begriffsumfang; er geht in der heutigen Form wenigstens auf das Jahr 2002 zurück. In jenem Jahr fand am 16. Februar in Berlin die Fachtagung Energiewende – Atomausstieg und Klimaschutz statt, veranstaltet vom deutschen Bundesumweltministerium. Durch die rot-grüne Bundesregierung (1998–2005) wurde neben dem Begriff Energiewende auch der Ausdruck Agrarwende in der politischen und gesellschaftlichen Debatte verankert und geprägt.^[43] Noch zu dieser Zeit wurde die Energiewende von konservativer und liberaler Seite als kein erstrebenswertes Ziel angesehen,^[41] jedoch bröckelte in den 2000er Jahren auch in den bürgerlichen Parteien der grundsätzliche Widerstand gegen die Energiewende, wenn auch 2010 die Umsetzung durch die vom Kabinett Merkel II beschlossene Laufzeitverlängerung deutscher Kernkraftwerke in die Zukunft verschoben wurde. Mit der Nuklearkatastrophe von Fukushima und dem danach beschlossenen Atomausstieg bis 2022 befürworten nun alle bedeutenden deutschen Parteien die Energiewende, jedoch herrscht weiterhin Dissens über die Art und Weise der Umsetzung sowie die Geschwindigkeit des Prozesses. Dieser zweite Atomausstieg wurde international sehr beachtet, wodurch der Begriff oder seine Übersetzung international bekannt wurde.

Seit Beginn der 1990er Jahre ist sowohl in relativ als auch absoluten Zahlen ein exponentielles Wachstum der weltweiten wissenschaftlichen Forschung zu nachhaltigen Energiesystemen festzustellen. Lag die Zahl der wissenschaftlichen Publikationen zu Erneuerbaren Energien noch 1992 bei rund 500 Arbeiten jährlich, so wurden im Jahr 2011 im Web of Science bereits knapp 9.000 neue (englischsprachige) Publikationen registriert. Das am stärksten bearbeitete Forschungsgebiet war die Solarenergie.^[44]

Aktuelle Situation

Derzeit findet in vielen Industriestaaten und Schwellenländern ein massiver Ausbau Erneuerbarer Energien statt; wobei die Motivation in den einzelnen Staaten jedoch unterschiedlicher Natur ist. Während in den Industriestaaten das Hauptaugenmerk auf der Reduktion von Treibhausgasemissionen sowie der Abhängigkeit von Energieimporten aus politisch instabilen Regionen liegt, werden in den Schwellenländern aufgrund des starken Wirtschaftswachstums, das wiederum einen steigenden Strombedarf zur Folge hat, alle Arten der Energiegewinnung ausgebaut.^[45]

Die mit dem Bau von fossilen Kraftwerken einhergehenden gravierenden Umweltschädigungen haben jedoch in den letzten Jahren gerade in China zu einem Umdenken geführt, das sich in schärferen, staatlich verordneten Umweltschutzmaßnahmen und einem Vorantreiben von Erneuerbaren Energien und Energieeffizienz äußert. 2013 war China Weltmarktführer in der Herstellung und im Einsatz von Windkraftanlagen, Solarzellen und Smart-Grid-Technologien; zudem ist das Land sowohl der größte Investor in regenerative Energien als auch der weltweit bedeutendste Ökostromproduzent.^[46]

Insbesondere nach dem "Verschmutzungsschock" 2013 und 2014, als teilweise Hunderte Millionen Chinesen unter starkem Smog und Feinstaubbelastung litten und aufgrund dessen die Luftverschmutzung ein großes ökonomisches und soziales Thema in dem Staat war, wurden die Bemühungen intensiviert und eine Reihe von Maßnahmen hin zu einem umweltfreundlicheren Energiesystem eingeleitet. So wurde unter anderem ein Plan verabschiedet, die Feinstaub- und Smogbelastung zu reduzieren; zudem wurde in besonders schwer belasteten Regionen ein Neubauverbot für Kohlekraftwerke erlassen. Bis 2030 soll zudem der Anteil der Kohle am gesamten Energieverbrauch von 66,6 % auf unter 50 % fallen, während der Anteil der erneuerbaren Energien von knapp 10 % im Jahr 2012 auf 25 % im Jahr 2030 gesteigert werden soll. Obwohl die Maßnahmen vor allem zur Reduzierung der Umweltverschmutzung beschlossen wurden, hätte das Erreichen dieser Ziele zugleich auch deutlich rückläufigen Treibhausgasausstoß zur Folge.^[47]

Daneben spielt für viele Staaten weltweit die Einsparung fossiler Brennstoffe eine zentrale Rolle für den Umstieg auf Erneuerbare Energien, da sie so in der Lage sind Energieimporte zu reduzieren und parallel an Versorgungssicherheit zu gewinnen. Zugleich wird die Gefahr von militärischen Konflikten um Energieressourcen reduziert.^[48]

Die Umgestaltung der Energieversorgung wird auf supranationaler Ebene durch viele Institutionen befürwortet und unterstützt. Zur besseren Koordination der unterschiedlichen Wege wurde 2010 die Internationale Organisation für Erneuerbare Energien IRENA gegründet. Sie versteht sich als „treibende Kraft“ den großflächigen und verstärkten Einsatz und die nachhaltige Nutzung von Erneuerbaren Energien weltweit zu fördern.^[49] Das Generalsekretariat der Vereinten Nationen kündigte an, Fahrpläne für die Dekarbonisierung der globalen Ökonomie vorzulegen. Im Juli 2014 gab UN-Generalsekretär Ban Ki-moon hierzu einen Report mit dem Titel Pathways to Deep Decarbonization heraus, der unter anderem auch Pfade für nachhaltige Entwicklung und Dekarbonisierung von 12 Industriestaaten enthält.^[50]

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat zur Ermittlung, inwieweit die Energiewende in einzelnen Ländern bereits fortgeschritten ist, den sogenannten Energy Transformation Index (ETI) entwickelt. Dieser vergleicht sowohl die Etablierung erneuerbarer Formen der Stromerzeugung wie Photovoltaik als auch die effiziente Nutzung der Energie. Deutschland liegt dabei hinter den Ländern Schweden, Brasilien und Italien gleichauf mit Japan und Großbritannien auf Platz vier. Bei der Zuwachsrate seit dem Jahr 1990 liegt Deutschland jedoch zusammen mit Großbritannien an Platz 1.^[51]

Für die Mitgliedstaaten der Europäischen Union ist zu berücksichtigen, dass sie bei der Wahl des nationalen Energiemixes – und damit des nationalen Energiewendepfads – zwar souverän sind, über die Einbindung in grenzüberschreitende Strom- und Gasnetze sowie in Regulierungssysteme wie den Emissionshandel jedoch starke Wechselwirkungen mit der EU-Gesetzgebung und den Energiepolitiken der jeweiligen Nachbarländer bestehen.^[52]^[53]

Ziel der Energiewende

Ziel der Energiewende ist die Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung in den drei Sektoren Strom, Wärme und Mobilität. Nach Alfred Voß wird unter nachhaltiger Entwicklung eine Lebensweise verstanden, die es ermöglicht, „die Bedürfnisse der gegenwärtig lebenden Menschen zu befriedigen, ohne ähnliche Bedürfnisse in Zukunft lebender Menschen zu beeinträchtigen. […] Die Erhaltung der natürlichen Lebensgrundlagen, oder anders ausgedrückt, die Nichtüberschreitung der Regenerations- und Assimilationsfähigkeit der natürlichen Stoffkreisläufe ist somit eine wesentliche Bedingung für nachhaltige Entwicklung.“^[54] Die Definition des Begriffes Nachhaltigkeit geht hierbei auf die Brundtland-Kommission zurück, die diese Definition 1987 prägte und zur Lösung der dringlich gewordenen Umweltprobleme ein Wirtschaftswachstum forderte, bei dem „soziale und ökologische Aspekte räumlich und zeitlich in die ökonomische Betrachtung integriert“ werden müssen.^[55] Mit der Implementierung des Nachhaltigkeitsgedankens soll somit eine Verbesserung im Dreieck Ökonomie – Gesellschaft – Ökologie hergestellt werden und zugleich eine globale und generationenübergreifende Solidarität erreicht werden.^[55]

Carl-Jochen Winter nennt für die Transformation zu einem nachhaltigen Energiesystem folgende notwendige Bedingungen:^[56]

die Vermeidung einer nuklearen oder klimatischen Katastrophe
den Weg weg von der Nutzung von Energierohstoffen und hin zu den Wandlungstechniken
die Optimierung des Stoffwandlungssystems der Menschheit hin zu minimalem Stoffverbrauch und geschlossenen Stoffkreisläufen
die Nutzung solarer Energieformen

Motivation für die Transformation

Hintergrund und Motivation der Energiewende sind die immer stärker zu Tage tretenden ökologischen und sozialen Probleme, die mit der Nutzung fossiler und nuklearer Energieträger einhergehen. Mit dem Energiekonsum durch Industrie und Endverbraucher sind eine Reihe von negativen Begleiteffekten verbunden, deren Folgen seit den 1970er Jahren immer stärker ins gesellschaftliche und politische Bewusstsein rückten. Hierzu zählen u.a. der Ausstoß des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid, die Verschmutzung von Luft, Land und Wasser, die Produktion radioaktiven Abfalls, geopolitische Konflikte um Ressourcen, die Verknappung von Energieträgern und steigende Nahrungsmittelpreise.^[57]

Stand bis zu Beginn der 1970er Jahre die Versorgungssicherheit und der Preis von Energie im Vordergrund, so änderte sich ab den 1970er Jahren die Sichtweise. Mit den Ölkrisen, der Debatte um die Kernenergienutzung sowie der Umweltdebatte kam es in vielen Staaten zu heftigen gesellschaftlichen Auseinandersetzungen über Energie-, Umwelt- und Technologiepolitik und infolgedessen zu grundlegenden Veränderungen der energiepolitischen und energiewirtschaftlichen Realität.^[58] Wichtig hierbei war ebenfalls die 1971/72 vom Club of Rome veröffentlichte Studie Die Grenzen des Wachstums, deren Prognosen mit der 1973 eingetretenen ersten Ölkrise plötzlich akut wurden.^[59] Heute kommt insbesondere der Umweltbelastung durch die Verbrennung fossiler Energieträger eine große Bedeutung zu. Diese manifestiert sich einerseits in Umweltschäden durch Luftschadstoffe, die zugleich Krankheiten wie Haut- und Atemwegserkrankungen, Allergien und Krebs verursachen und große volkswirtschaftliche Kosten zur Folge haben,^[60] insbesondere aber durch die Emission von Treibhausgasen und der damit einhergehenden globalen Erwärmung.^[55]

Um die Zielsetzung einer nachhaltigeren Energieversorgung zu erreichen, wird die Abkehr vom fossil-nuklearen Energiesystem propagiert und ein Übergang hin zu einem neuen „solaren Zeitalter“ gefordert.^[61] Solare Energieformen kommt dabei die Rolle als Backstop-Technologie zu.^[62] Begründet wird dieser Umstieg – neben einer Reihe weiterer positiver Effekte – zumeist mit dem Umstand, dass von erneuerbaren Energieträgern geringere negative Umwelt- und Klimaeffekte ausgehen als von der konventionellen Energiewirtschaft.^[63] Neben dem viel geringeren Treibhausgasausstoß von regenerativen Energieträgern lassen sich durch den Umstieg auf Technologien wie Windkraft- und Solaranlagen auch Umweltbelastungen wie Gewässerverschmutzung, Eutrophierung und Feinstaubemissionen deutlich reduzieren. Zwar liegt der Materialbedarf für diese Technologien höher als beim Bau von konventionellen Kraftwerken, die Umweltbelastung durch den höheren Materialbedarf ist jedoch gering verglichen mit den direkten Emissionen von fossil befeuerten Kraftwerken.^[64] Parallel dazu wird auch die beim Abbau fossiler Energieträger wie z. B. bei der Erdölgewinnung, Erdgasförderung, dem Steinkohle und Braunkohlebergbau bzw. beim Fördern von Uran auftretende Umweltzerstörung bzw. Umweltverschmutzung deutlich verringert oder gar vermieden.^[65]^[66]

Globale Erwärmung

Die Globale Erwärmung sowie ihre Folgen sind eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.^[67]^[68] Hauptursache für die Globale Erwärmung ist die Freisetzung von Treibhausgasen durch die Verbrennung fossiler Energieträger. Etwa 80 % der anthropogenen Treibhausgasemissionen entfallen auf die Energienutzung.^[67] Damit einher gehen verschiedene negative Sekundäreffekte wie das Schmelzen der Eiskappen, der Anstieg des Meeresspiegels, die Versauerung der Meere, Veränderungen im Wasserkreislauf, das häufige Auftreten von Klimaextremen und unvorhersehbare Effekte auf die Biodiversität.^[69] Daher ist der Klimaschutz heute der wichtigste Aspekt für den Umbau der Energieversorgung.^[70] Um das international vereinbarte Zwei-Grad-Ziel zu erreichen, müssen in den Industriestaaten die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95 % gegenüber dem Stand von 1990 reduziert werden.^[71] Wichtigstes Treibhausgas ist Kohlenstoffdioxid, das vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger in großen Mengen freigesetzt wird.

Neben Kohlenstoffdioxid als Verbrennungsprodukt ist die Energiewirtschaft ebenfalls für die Emission großer Mengen an Methan verantwortlich. Methan ist das zweitwichtigste Treibhausgas. Es entweicht sowohl beim Kohlebergbau aus den Flözen als auch bei der Erdölförderung aus den Bohrlöchern und wird überdies auch beim Erdgastransport freigesetzt. Etwa 30 % der Methanemissionen in Deutschland stammen aus der Energiewirtschaft.^[60] Soll der Klimawandel auf ein erträgliches Maß begrenzt werden, muss der globale Einsatz fossiler Energieträger stark reduziert werden.^[72] So ist bei Fortschreibung des gegenwärtigen Emissionsniveaus bei Treibhausgasen nach dem Fünften Sachstandsberichtes des IPCC bis 2100 ein globaler Temperaturanstieg zwischen 3,7 bis 4,8 °C gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu erwarten.^[73]

Auch darf nur noch ein Teil der aktuell bekannten fossilen Energieträger genutzt werden, wie eine Anfang 2015 in Nature erschienene Studie ergab. Demnach dürfen im Zeitraum 2011 bis 2050 nach Daten des IPCC maximal zwischen 870 und 1.240 Gigatonnen (Mrd. Tonnen) Kohlenstoffdioxid freigesetzt werden, wenn das Zwei-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 50 % erreicht werden soll. Umgerechnet auf die Reserven bedeutet dies, dass im globalen Kontext etwa ein Drittel der Ölreserven, die Hälfte der Erdgasreserven und mehr als 80 % der Kohlereserven nicht verbrannt werden dürfen.^[6] Durch das Missverhältnis aus bekannten Reserven fossiler Energie und Kohlenstoff, der noch verbrannt werden darf, ergibt sich die Gefahr des Platzens der sog. Kohlenstoffblase, was einen großen Wertverlust für Energiekonzerne im Geschäftsfeld fossile Energien darstellen würde. Zugleich könnte sich die Exploration neuer Lagerstätten, die nicht mehr ausgebeutet werden können, langfristig als schwere Fehlinvestition erweisen. Der Wert an fossilen Energiereserven wird auf ca. 27 Billionen US-Dollar geschätzt.^[74]

Endlichkeit konventioneller Energieträger

Eine aus energiewirtschaftlicher Sicht ebenfalls zentrale Rolle für die Transformation des Energiesystems spielt die Begrenztheit der fossil-nuklearen Energieträger, die nur noch begrenzte Zeit (je nach Energieträger wenige Jahrzehnte bis Jahrhunderte) verfügbar sind.^[75]^[76] Fossile Energieträger basieren auf Solarenergie, die im Laufe von Jahrmillionen gespeichert wurde. Mit der Nutzung verbrauchen sich diese Vorräte, sodass das industriell-fossile Energiesystem grundsätzlich kein dauerhaftes System sein kann, sondern vielmehr ein „Phänomen des Übergangs“ darstellt.^[77]

Nach dem englischen Wirtschaftshistoriker Edward Anthony Wrigley befindet sich die Menschheit deshalb in einer Phase, in der neue Lösungen gefunden werden müssen. Der Zugang zu fossilen Energiequellen habe einen beispiellosen Wohlstand für drei Kontinente gebracht und verändere rasch zwei weitere. Da diese Verbrauchsgüter seien, würden sie erschöpft werden. Zwar sei das Ausmaß der Ressourcen an Kohle, Öl und Gas Gegenstand vieler Untersuchungen und bliebe vorerst unklar, allerdings sei es unwahrscheinlich, dass sie länger als zwei bis drei Generationen reichten, den zukünftigen Energiebedarf zu decken, besonders dann, wenn dieser weiter ansteige. Eine kontinuierliche Abhängigkeit von fossilen Energieträgern führe deshalb in eine Katastrophe.^[78]

Die Endlichkeit der fossilen Energieträger ist zugleich eng mit der langfristigen Energiesicherheit verknüpft, da fossile Energieträger schwerer zu finden und abzubauen sind und ihre Preise steigen. Energieunsicherheit wie auch der ansteigende Preistrend fossiler Energieträger gilt als große Bedrohung für die politische als auch die wirtschaftliche Stabilität von Staaten.^[79] Historisch zeigten insbesondere die OPEC-Staaten während der Ölkrise, dass Energieressourcen auch als politisches Machtmittel missbraucht werden können; heutzutage gilt vor allem Russland als Staat, der seine Marktmacht im Bereich der fossilen Energien zu geopolitschen Zielen missbrauchen könnte. Deshalb wird in der EU sowohl aus wirtschaftlichen, politischen und und geopolitischen Gründen eine größere Unabhängigkeit von Exporteuren fossiler Energieträger bzw. von Uranexporteuren angestrebt.^[80]

Beispielsweise betrug die Nettoimportabhängigkeit in Deutschland 2013 laut Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe bei der Kernenergie nahezu 100 %, bei Mineralöl 98 %, bei Naturgasen 88 % und bei der Steinkohle 87,0 %. Die Kosten für diese Energieimporte betrugen 99,4 Mrd. Euro, etwa 70 % der gesamten Rohstoffimportkosten. Russland lieferte 34,8 % des Erdöls, 34,1 % des Erdgases und 24,8 % der Steinkohleimporte.^[81] Im Jahr 2013 waren die Erneuerbaren Energien mit einem Anteil von 38,7 % an der heimischen Primärenergieerzeugung nach der Braunkohle mit 41 % Anteil und mit großem Abstand vor Erdgas mit 9,3 % der zweitwichtigste heimische Energieträger.^[82] Insgesamt importiert Deutschland pro Jahr fossile Energieträger mit ca. 2800 TWh, wofür ca. 90 Mrd. Euro aufgewandt werden müssen.^[83]

Kernenergieproblematik

Mit der nuklearen Energieerzeugung sind die Frage der Endlagerung abgebrannten Spaltmaterials sowie die Gefährdung der Bevölkerung bei Störfällen in Kernkraftwerken verbunden, während die Chancen auf eine Nutzung der Kernfusion sowohl aus technischer wie auch aus ökonomischer Sicht (hohe Stromgestehungskosten) fraglich sind.^[84] Durch eine Abkehr von der Kernenergie könnten zudem deren Risiken ausgeschlossen werden. Hierzu zählen z. B. die Umweltbelastungen beim Abbau von Uranerzen, der Transport und die (End)Lagerung von Radioaktivem Abfall, sowie die Gefahr von Kernschmelzen mit unkontrollierter Freisetzung von radioaktivem Material wie z. B. bei den Reaktorkatastrophen von Tschernobyl und Fukushima^[85] Zudem ist die Kernenergie durch eine Reihe großer Unsicherheiten und ungelöster Problem und Gefahren in bezüglich Gesundheit, Umweltverträglichkeit, Nachhaltigkeit, gesellschaftliche Stabilität und internationale Beziehungen gekennzeichnet.^[86] Daher gilt es als Forschungsstand, dass mittel- bis langfristig „neue Konzepte für eine sichere und nachhaltige Energieversorgung gefunden werden“ müssen.^[84]

Im Jahr 2013 lieferte die Kernenergie 10,8 % des Weltstrombedarfs.^[87] Nach einem starken Wachstum in den 1970er und 1980er Jahren, die zu einer Gesamtleistung von 330 GW im Jahr 1990 führte, nahm die weltweite Leistung der Kernenergie seit 1990 nur noch langsam auf 376 GW im Jahr 2010 zu, während der Anteil an der Stromerzeugung von 18 % im Jahr 1993 auf 13,5 % im Jahr 2009 sank. Der Anteil am globalen Endenergieverbrauch liegt bei unter 2,5 %.^[88] Die Gründe für das nur geringe Wachstum waren steigende Kosten, Energieeinsparmaßnahmen, die Begrenztheit des Brennmaterial, die Unfälle von Three Mile Island und Tschernobyl, Kritik der Umweltbewegung, Risiken aus der Proliferation von Nuklearmaterial und durch Terrorismus, technische und ökonomische Risiken aus dem Rückbau alter Kernkraftwerke und vor allem die nach wie vor ungelöste Endlagerung über einen Zeitraum von Zehntausenden bis Hunderttausenden von Jahren.^[88]

Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Kohlenstoffdioxidemissionen wird die Kernenergie von Befürwortern als Mittel gegen den Klimawandel propagiert, während Gegner sie aufgrund der oben genannten Risiken ablehnen. Mit 9-70 g CO₂/kWh liegen die CO₂-Emissionen von Kernkraftwerken höher als bei Windkraft-, Solarthermie- und Wasserkraftwerken, jedoch auf ähnlichem Niveau wie Photovoltaik-Anlagen und deutlich niedriger als bei allen fossilen Kraftwerken einschließlich Kohlekraftwerke mit CO2-Abscheidung und -Speicherung.^[89] Unter der hypothetischen Annahme, dass zwecks Dekarbonisierung des Energiewesens bis 2030 der gesamte erwartete Energiebedarf der Erde mittels Kernenergie gedeckt würde, müssten weltweit ca. 15.800 Reaktoren mit einer Leistung von jeweils 850 MW errichtet werden. Sollte hingegen nur 5 % des Weltenergiebedarfs durch Kernenergie geliefert werden, so müsste die Zahl der Reaktoren gegenüber dem Stand 2010 verdoppelt werden.^[90]

Nach der Katastrophe von Fukushima beschleunigten mehrere Staaten die Abschaltung ihrer ältesten Kernkraftwerke, während andere bestehende Ausbauplanungen überprüfen.^[88] Aufgrund des großen Kapitalbedarfs, langer Bauzeiten sowie einer Anti-Nuklear-Stimmung in vielen Staaten gilt es als unwahrscheinlich, dass die Kernenergie nennenswert zum Klimaschutz beitragen kann.^[86]

Weitere Aspekte

Darüber hinaus werden im wissenschaftlichen, öffentlichen und politischen Diskurs eine Reihe weitere Aspekte für die Durchführung der Energiewende genannt. Diese sind u.a. politischer, sozialer, wirtschaftlicher oder ökologischer Natur; einige Beispiele sind im Folgenden stichpunktartig aufgeführt.

Demokratisierung von Produktions- und Distributionsstrukturen, realisierbar z. B. in Form von Energiegenossenschaften oder Energieautonomen Regionen^[91]
Reduktion der der Verteilungsungerechtigkeit bei der fossilen Energienutzung^[92]: So waren die G8-Nationen, die 12 % der Weltbevölkerung stellen, um 2010 für ca. 50 % des weltweiten Primärenergieverbrauchs verantwortlich, während auf die ärmsten 25 % der Weltbevölkerung nur 3 % des Primärenergieverbrauchs entfallen.^[93]
Vermeidung von militärischen Konflikten um Energieressourcen^[48]
Verminderung der wirtschaftlichen Risiken einer Energieknappheit bzw. einer Energiekrise (z. B. Ölkrise) durch praktisch unbegrenzte Primärenergie
Volkswirtschaftliche Vorteile durch eine langfristig betrachtet günstigere Energieversorgung^[48]^[94]
Wirtschaftliche Wertschöpfung durch Produktion und Export von Klimaschutztechnologien^[95]
Schaffung neuer Arbeitsplätzen, da die Nutzung regenerativer Energien arbeitsintensiver ist als die konventionelle Energieerzeugung^[96]
Erhöhung der inländischen Wertschöpfung durch Verringerung von Energieimporten^[63]
Verringerung des Wasserverbrauchs durch Reduktion des Kühlwasserverbrauchs konventioneller Kraftwerke (aktuell in Deutschland etwa 0,9 bis 1,33 m³/MWh bei Kohlekraftwerken und 1,44 bis 2,12 m³/MWh bei Kernkraftwerken)^[97]
Energieeinsparung durch niedrigeren Kraftwerkseigenbedarf von regenerativen gegenüber fossilen Kraftwerken

Konzept

Kernelemente

Kernelemente der Energiewende sind der Ausbau der Erneuerbaren Energien, die Steigerung der Energieeffizienz sowie die Einsparung unnötiger Verbräuche.^[98] Auf diese Weise soll perspektivisch die heutige, zum größten Teil auf der Verbrennung fossiler Energieträger basierende Wirtschaftsweise transformiert werden. Der Kohleausstieg sowie der Ausstieg aus der Verbrennung von Öl- und Gas mit dem Zweck der Dekarbonisierung der Wirtschaft sind somit neben dem deutlich bekannteren Atomausstieg zentrale Elemente der Energiewende. Während der Ausbau der Erneuerbaren Energien, insbesondere von Wasserkraft und Windenergie, aber zunehmend auch von Solarenergie weltweit bereits zu deutlichen Zuwächsen bei der erbrachten Arbeit geführt hat, gelten gerade die Steigerung der Energieeffizienz und der Energieeinsparung als bisher vernachlässigte Aspekte der Energiewende. Darüber hinaus soll es durch einen Wechsel von einer nachfrageorientierten zu einer angebotsorientierten Energiepolitik (Laststeuerung) und einen Übergang von zentralistischer zu stärker dezentraler Energieerzeugung anstelle von Überproduktion und vermeidbarem Energiekonsum zu Energiesparmaßnahmen und höherer Effizienz kommen. Maßnahmen hierbei sind z. B. die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung (Kraft-Wärme-Kopplung) in Blockheizkraftwerken oder Heizkraftwerken, durch die sich die Energieverluste im Vergleich zu im Kondensationsbetrieb gefahrener Kraftwerke (reine Stromerzeugung) verringern lassen.

Aus rein technischer Sicht wäre eine vollständige weltweite Energiewende bis ca. 2030 möglich. Aus praktischen, ökonomischen und politischen Gründen ist jedoch ein länger Zeitraum nötig, wobei eine Umsetzung bis 2050 für möglich erachtet wird. Hierbei soll bis 2030 der Ausbau fossiler und nuklearer Energien gestoppt werden und anschließend sukzessive bis 2050 der Umstieg auf ein regeneratives Energiesystem erfolgen. Als Hauptargument gegen dieses Szenario einer schnelle Energiewende, das als enorme Herausforderung bezeichnet wird, wird jedoch ein Fehlen an politischem Willen betrachtet.^[9]^[99]

Erneuerbare Energien

Als Erneuerbare Energien werden Energieträger bezeichnet, die nach menschlichen Zeitmaßstäben praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen^[100] Daneben werden auch aus erneuerbaren Energien gewonnene Sekundärenergieträger wie Elektrizität, Wärme, Kraftstoff oft unpräzise als erneuerbare Energien bezeichnet.^[101] Energieträger sind die Sonnenenergie inklusive ihrer indirekten Formen wie z.B. der Windenergie, die Geothermie, die Strömungs- und die Gezeitenkraft. Wichtige Technologien zu ihrer Nutzung sind Photovoltaikanlagen und Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke, sowie Anlagen zur Nutzung von Bioenergie und geothermischer Energie. Als wichtigste Energielieferanten in einem weitgehend oder vollständig regenerativen Energiesystem gelten Wind- und Solarenergie.^[102]^[103]^[104]

Aufgrund der Knappheit von konventionellen Energieträgern sowie der durch deren Emissionen verursachten Umweltprobleme gibt es weltweit Bemühungen, den Anteil der Erneuerbaren Energien am Energiemix zu erhöhen.^[105] Erneuerbare Energien weisen deutlich niedrigere spezifische Schadstoff- und Treibhausgasemissionen auf als konventionelle Kraftwerke. So liegt das mittlere Kohlenstoffdioxidäquivalent von Windkraftanlagen pro Kilowattstunde bei 9,4 g CO₂, bei Wasserkraftwerken bei 11,6 g CO₂, bei Photovoltaikanlagen bei 29,2 g CO₂, bei Solarthermiekraftwerken bei 30,9 g CO₂ und bei Geothermiekraftwerken bei 33,6 g CO₂, während GuD-Gaskraftwerke ca. 350 bis 400 g CO₂ und Steinkohlekraftwerke etwa 750 bis 1050 g CO₂ pro kWh ausstoßen.^[106] Im Jahr 2012 deckten die Erneuerbaren Energien (EE) etwa 19 % des weltweiten Endenergiebedarfs. Im Stromsektor lag der Anteil 2013 bei 22,1 %. In mindestens 144 Staaten weltweit gibt es Ausbauziele für Erneuerbare Energien, in 138 Staaten existieren Fördermaßnahmen für ihre Verbreitung, darunter in 95 Entwicklungs- und Schwellenländern.^[107]

Energieeffizienz und Energieeinsparung

Unter Energieeffizienz wird die rationellere Verwendung von Energie verstanden. Durch optimierte Prozesse sollen „die quantitativen und qualitativen Verluste, die im Einzelnen bei der Wandlung, dem Transport und der Speicherung von Energie“ entstehen, minimiert werden „um den gleichen (energetischen) Nutzen bei sinkendem Primärenergieeinsatz zu erreichen“.^[108] Unter Energieeinsparung bzw. Energievermeidung werden dagegen Maßnahmen zusammengefasst, die durch individuelle Verhaltensänderungen oder nicht-notwendige Funktionen, beispielsweise eine Standby-Funktion eines Haushaltsgerätes, erzielt werden.^[109] Großes Einsparpotenzial besteht vor allem im Wärmebedarf im Gebäudesektor. Es wird davon ausgegangen, dass durch eine Steigerung der Gebäudesanierungsrate binnen etwa 30 Jahren der Heizwärmebedarf halbiert werden kann.^[110] Häufig tritt nach der Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen der sog. Rebound-Effekt ein, also eine Mehrproduktion, durch die die energiesparende Wirkung der Effizienzmaßnahmen etwas reduziert wird. In der Literatur wird davon ausgegangen, dass hierdurch die durch die Effizienzmaßnahme herrührende Energieeinsparung im Schnitt um 10 % geringer ausfällt, wobei die Werte einzelner Studien zwischen 0 und 30 % schwanken.^[111]

Elektrifizierung des Energiesystems

Großes Potential zur Energieeinsparung bietet zudem die Elektrifizierung von bisher nur in geringem Maße elektrifizierten Sektoren wie dem Wärme- und dem Verkehrssektor, wobei die tatsächlich erzielten Effekte stark von der richtigen Ausgestaltung dieser Elektrifizierung abhängen. Während beispielsweise Wärmepumpenheizungen und Elektrofahrzeuge in Verbindung mit regenerativ produziertem Strom große Effizienzvorteile ermöglichen, wirken sich elektrische Widerstandsheizungen kontraproduktiv aus.^[112]

Obwohl die Energiewende alle drei Bereiche Strom, Wärme und Verkehr umfasst, ebenso wie die Bereiche bisheriger stofflicher Nutzungen fossiler Energien (wie Kunstdünger und Kunststoffe), fokussiert sich die öffentliche Wahrnehmung nach wie vor jedoch vor allem auf den Strombereich, wo die bisher erfolgten Umwälzungen deutlich schneller von statten gingen und auch umfassender waren als in den anderen beiden Sektoren. Zudem ist der Stromsektor infolge des jahrzehntelangen, politisch hoch aufgeladenen Kampfes um die Kernenergie sowie der dezentral aufgestellten und damit auch für alle Menschen sichtbaren Erneuerbaren Energien in der öffentlichen Debatte deutlich präsenter als die eher unscheinbaren und vergleichsweise wenig ausgeprägten Veränderungen im Heizungskeller bzw. Verkehrsbereich.

Für die Zukunft wird eine deutlich stärkere Vernetzung der Sektoren als notwendig erachtet, wobei insbesondere der weitgehenden Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors eine entscheidende Rolle zukommt. Elektrische Energie wird in einem solchen System die dominante Energieform darstellen und für deutlich mehr Zwecke genutzt als bisher.^[113]^[114] Auch durch den stärkeren Einsatz der Kraft-Wärme-Kopplung entsteht eine stärkere Vernetzung des Strom- und Wärmesektors.^[115] Aufgrund dieser erweiterten Nachfrage ist in dem zukünftigen Energiesystem einerseits mit einem höheren Stromverbrauch zu rechnen als heute, während jedoch der Primärenergiebedarf durch den Einsatz regenerativer Quellen und die damit gesteigerte Energieeffizienz bei der Stromerzeugung zurückginge.^[116] Jacobson und Delucchi verweisen darauf, dass sich in einem vollständig regenerativen Energiesystem durch Umstieg von Verbrennungsmotoren auf Elektromotoren im Verkehrswesen sehr deutliche Effizienzvorteile erzielen ließen, während durch die Erzeugung von Wasserstoff aus Überschusselektrizität zusätzliche Verluste gegenüber dem status quo entstünden. Insgesamt kommen sie zu dem Ergebnis, dass sich in einem regenerativen Energiesystem gegenüber einem konventionellen Energiesystem 30 % des Energieverbrauchs einsparen ließen.^[117]

Wärmesektor

Bei der Raumwärme sollen insbesondere elektrisch betriebene Wärmepumpenheizungen eine wichtige Position einnehmen, die bezüglich Nachhaltigkeit als die „bei weitem die beste Heizung“ gelten.^[118] Wärmepumpenheizungen bieten ein großes Potenzial zur Effizienzsteigerung im Wärmesektor, das sie jedoch nur voll ausschöpfen können, wenn die für ihren Betrieb benötigte elektrische Energie aus regenerativen Energiequellen gewonnen wird.^[119]

Die Wärmepumpenheizung gilt von allen derzeit am Markt erhältlichen Einzeltechnologien als diejenige, die den möglicherweise größten Beitrag zur globalen Treibhausgasreduktion beisteuern könnte. Die IEA geht davon aus, dass alleine durch den Einsatz von Wärmepumpen die weltweiten Treibhausgasemissionen um 8 % reduziert werden können, wenn 30 % der Gebäude statt mit fossil befeuerten Heizungen mit Wärmepumpen beheizt werden.^[120] Mit dem großflächigen Ausbau von Erdwärmepumpen sowie der parallelen Dekarbonisierung der Energieversorgung ließen sich in der EU im Jahr 2050 verglichen mit Gasheizungen ca. 60 % der Primärenergie und 90 % der Treibhausgasemissionen des Heizsektors einsparen. Parallel dazu können Wärmepumpen durch Speicherung temporärer Sromüberschüsse als Wärmeenergie die Integration variabler Erneuerbarer Energien in das Energieversorgungssystem verbessern. Für diesen Zweck kommen sowohl in das Wärmepumpenheizung integrierte Wärmespeicher als auch das beheizte Gebäude selbst in Frage.^[121] Die Nutzung zukünftiger Ökostromüberschüsse zum Betrieb von Wärmepumpen (Power-to-Heat) hat von allen Power-to-X-Konzepten zugleich den größten Umweltnutzen in Bezug auf Treibhausgasreduktion und Einsparung fossiler Energieträger.^[122]

Ungeeignet für die Energiewende sind hingegen aufgrund ihrer Ineffizienz Elektrogebäudeheizungen wie Nachtspeicherheizungen oder Radiatoren, bei denen der Strom mittels Heizwiderständen direkt in Wärme verwandelt wird. Diese Heizungen weisen gegenüber fossil befeuerten Gebäudeheizungen einen deutlich höheren Primärenergieverbrauch auf. Stammt z.B. die zum Betrieb einer solchen Heizung benötigte elektrische Energie aus einem Kohlekraftwerk, dann liegt der Primärenergieverbrauch beim 2,4-fachen einer herkömmlichen fossil betriebenen Heizung. Bei vollkommen regenerativer Stromerzeugung, beispielsweise aus Wasserkraftwerken, ist der Primärenergieverbrauch gleich hoch wie bei fossilen Heizungen, aber ebenfalls deutlich höher als bei Wärmepumpenheizungen.^[123]

Verkehrssektor

Im Verkehrssektor kommt hingegen dem Ausbau der Elektromobilität in Form von Elektroautos, Pedelecs und dem Öffentlichen Personennahverkehr eine wichtige Funktion zu. Durch den Ausbau der Elektromobilität sollen insbesondere der Ölverbrauch sowie der Kohlenstoffdioxidausstoß gesenkt werden und somit der Verkehr insgesamt nachhaltiger gestaltet werden.^[124] Ebenfalls von Bedeutung sind jedoch auch Verhaltensänderungen wie der Kauf leichterer und schwächer motorisierterer Automobile oder eine Einschränkung von Flugreisen, die Implementierung neuer sanfterer Mobilitätskonzepte sowie die Nutzung elektrifizierter Nahverkehrsmittel wie z.B. Batteriebusse oder elektrisch betriebene Eisenbahnzüge.^[125]

Trotz höheren Energieaufwandes für die Herstellung der Batterien schneiden Elektroautos bei einer Betrachtung des gesamten Lebenszyklus sowohl beim Treibstoffverbrauch als auch beim Treibhausgasausstoß besser ab als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Nur unter der Annahme, dass ausschließlich Strom aus Kohlekraftwerken zum Betreiben des Elektrofahrzeuges verwendet wird und die Batterien zugleich in einer technologisch wenig fortschrittlichen Fabrik hergestellt werden, lag die Treibhausgasbilanz von Elektroautos höher als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.^[126]

Darüber hinaus bietet der Ausbau der Elektromobilität systemische Vorteile für die Elektrizitätserzeugung. Unter anderem könnten Elektrofahrzeuge mittels Smart Grids aktiv in das Stromsystem eingebunden werden und dort eine Rolle zur Ausbalancierung schwankender Einspeisung von Wind- und Photovoltaikanlagen liefern.^[127] Durch Bereitstellung von Systemdienstleitungen und Regelenergie ermöglichen Elektrofahrzeuge eine stärkere Einbindung dieser variablen Erneuerbaren Energien in das Stromsystem, womit sowohl die Treibhausgasbilanz des Elektrizitäts- als auch des Verkehrssektors verbessert werden kann. Allerdings werden durch die Einbindung von Elektroautos in das Stromsystem weitere Maßnahmen (wie z.B. der Netzausbau oder der Aufbau einer Energiespeicherstruktur) aller Wahrscheinlichkeit nach nicht überflüssig.^[128] Aus ökologischer Sicht weist die Nutzung zukünftiger Stromüberschüsse zum Betrieb batterieelektrischer Fahrzeuge nach der Nutzung in Wärmepumpen und noch vor der Stromspeicherung die zweitbeste Umweltbilanz auf.^[122]

Phasen der Energiewende

Die Transformation des Energiesystems im Rahmen der Energiewende ist ein Prozess, der sich über mehrere Jahrzehnte hinzieht. Nach Henning et al und Fischedick lässt sich die Energiewende in vier verschiedene Phasen untergliedern, in denen jeweils unterschiedliche Aufgaben zu bewältigen sind.^[129] Während zu Beginn vor allem die Bewusstseinsbildung, die Entwicklung und Markteinführung von notwendigen Technologien (Erneuerbare Energien, Energieeffizienztechnologien etc.) und die Senkung von deren Kosten im Vordergrund stehen, verschiebt sich der Fokus in späteren Phasen zunehmend in Richtung von Systemintegration im Stromsektor sowie der Verdrängung von fossilen Energien aus dem Wärme- und Verkehrssektor. Dabei kommt es zu einer immer stärkeren Auflösung der einzelnen Sektoren und stattdessen zu einer Integration in einem einzigen sektorübergreifenden vernetzten Energiesystem.^[130]

Wichtig wird ebenfalls eine Flexibilisierung von Stromproduktion und -nachfrage, wobei die ersten Maßnahmen die Optimierung der Fahrweise konventioneller Kraftwerke als auch der Ausbau der Stromnetze sind. Maßnahmen im weiteren Verlauf der Energiewende umfassen die Einführung von Demand-Side-Management und den Aufbau von Kurzfristspeicherkapazität, den Ausbau von elektrischen Wärmepumpenheizungen und in Kraft-Wärme-Kopplung betriebenen Nahwärmenetzen und langfristig die Herstellung synthetischer Kraftstoffe mittels chemischer Langfristspeicher. Parallel zu den vier Phasen wird über den gesamten Zeitraum eine Steigerung der Energieeffizienz sowohl in der Stromnutzung als auch im Heizwärmesektor notwendig.^[129]

Phase 1: Entwicklung Erneuerbarer Energien

In der ersten Phase der Energiewende, die bei etwa 25 % erneuerbare Energien am Strommix endet^[130], stehen Entwicklung und Markteinführung von Basistechnologien im Vordergrund. Hierzu zählen insbesondere erneuerbare Energien wie Photovoltaik- und Windkraftanlagen, deren Kapazitätsausbau in dieser Phase noch kaum Auswirkung auf das Stromversorgungssystem hat. Zudem werden in dieser Phase rasche Kostensenkungen durch Massenproduktion und Skaleneffekte erzielt. In Deutschland ist diese Phase mittlerweile abgeschlossen.^[129]

Phase 2: Systemintegration

Die zweite Phase der Energiewende beginnt ab ca. 25 % Anteil erneuerbarer Energien am Strommix und endet bei einem Anteil von ca. 60 %.^[130] In dieser Phase wird eine Systemintegration der erneuerbaren Energien notwendig. Bedeutung gewinnt in dieser Phase die flexiblere Betriebsweise von konventionellen Stromproduktionsanlagen, die Flexibilisierung des Stromverbrauchs mittels Smart Grids und Laststeuerungsmaßnahmen sowie eine stärkere Integration von Wärme- und Verkehrssystem durch Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge. Die für die Versorgungssicherheit notwendigen Lastverschiebungen bewegen sich im Bereich von Minuten bis zu mehreren Stunden, sodass der Einsatz von Kurzfristspeichern wie Batterie-Speicherkraftwerken oder Pumpspeicherkraftwerken in Kombination mit der Pufferung durch Elektrofahrzeugen ausreicht.^[129]

Phase 3: Synthetische Brennstoffe

Die Herstellung synthetischer Brennstoffe mittels Wasserelektrolyse wie hier im Kraftwerk Prenzlau zu Forschungszwecken realisiert wird erst ab einem Anteil von 60-70 % variabler erneuerbarer Energien notwendig.

Die dritte Phase beginnt bei ca. 60-70 % erneuerbare Energien am Strommix, wobei bei nennenswertem Stromimport aus solarthermischen Kraftwerken in Nordafrika auch ein späterer Beginn möglich ist. In dieser Phase wird es zunehmend zu stärkeren Überschüssen in der regenerativen Stromproduktion kommen, die den Einsatz chemischer Langfristspeicher (Power-to-Gas) notwendig machen.^[129] In Frage kommende Speichermedien sind beispielsweise Wasserstoff, Methan oder auch Methanol, die durch Elektrolyse von Wasser mit überschüssigem Ökostrom und ggf. anschließende Methanisierung bzw. Methanolisierung hergestellt werden können.^[131] Diese würden sinnvollerweise statt mit Wirkungsgradverlust rückverstromt zu werden zunächst im Verkehrswesen eingesetzt, wo sie direkt fossile Energieträger ersetzen würden. Hier sind sowohl Brennstoffzellenfahrzeuge als auch Gasfahrzeuge denkbar, die sowohl mit künstlichem Methan, Biomethan als auch fossilem Erdgas betankt werden können.^[129] Die Phase endet mit einer vollständigen Versorgung des Stromsektors mit Ökostrom.^[130]

Phase 4: Vollständige regenerative Energieversorgung

In der vierten Phase kommt es schließlich zu einer vollständigen Verdrängung fossiler Energieträger (insbesondere Erdgas) auch im Wärme- und Verkehrssektor. Für Deutschland ist derzeit noch nicht absehbar, ob diese vollständige Verdrängung ausschließlich durch heimische erneuerbare Energien erfolgen wird, oder ob zusätzlich auch Energieimporte, beispielsweise durch dort aus Ökostrom gewonnenen synthetischen Kraftstoffen, genutzt werden.^[129]

Dezentrale oder zentrale Energiewende?

Grundsätzlich lässt sich das primäre Ziel der Energiewende, die Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung ohne Abhängigkeit von fossilen und nuklearen Brennstoffen, sowohl dezentral als auch zentral erreichen.^[132] Eine klare Trennung in zentralistische Modelle und dezentralen Energiestrukturen ist zudem auch gar nicht möglich, da die Grenzen zwischen den Systemen fließend sind. Historisch begann die Energiewende sowohl in Dänemark als auch in Deutschland in den 1970er und 1980er Jahren als dezidiert dezentrales Konzept, das in bewusster Abgrenzung von der als Verursacher ökologischer Probleme wahrgenommenen und nahezu ausschließlich zentral geprägten konventionellen Energiewirtschaft vorangetrieben wurde. Betreiber kleiner und dezentraler Anlagen, insbesondere regenerativer Anlagen, erfuhren hingehen in Deutschland bis in die 1990er Jahre hinein starken Widerstand durch die etablierten Energieversorger, die zu diesem Zeitpunkt noch als regionale Monopolisten agierten, und (Wirtschafts)-Politik.^[133]

Infolgedessen erfolgte mit dem Zubau regenerativer Anlagen, der vor allem durch Privatpersonen, Bürgerenergiegenossenschaften usw. vorangetrieben wurde, ein starker Wandel des Strommarktes sowie dessen Dezentralisierung, zumal die vier großen deutschen Energieversorgungsunternehmen nur in geringem Maße in Erneuerbare Energien investiert hatten. 2010 betrug ihr Anteil an der installierten regenerativen Kapazität nur 6,5 %.^[134] Mit dem Voranschreiten der Technik und größeren Projekten insbesondere bei der Windenergie, die auch höhere Investitionssummen erforderlich machen, kam es seither zu einer stärkeren Vermischung von dezentralen und zentralen Strukturen. Heute gehen die meisten Konzepte sowohl von der Nutzung dezentraler als auch zentraler Strukturen aus,^[135] wobei möglichst die Vorteile beider Energiegewinnungsformen (wie niedrige Kosten, geringer Speicherbedarf und starke Bürgerbeteiligung) kombiniert werden sollen. So gilt z.B. die vollständige Dezentralisierung mitsamt regionaler Energieautarkie aufgrund des hohen Speicherbedarfs solcher Überlegungen als unrealistisch; rein ökonomisch-technisch optimierte Szenarien unterschätzen hingegen die soziale Komponenten der Energiewende sowie die Gefahr von Pfadabhängigkeiten, insbesondere durch den in diesen Szenarien starken Einfluss der ihre bisherige Marktposition verteidigenden Energieversorger.^[136]

Dezentrale Konzeptbestandteile

Generell kommen erneuerbare Energien im Gegensatz zu den punktuell in den Bergbaurevieren und an den Förderstellen vorhandenen fossilen Energieträgern flächig über das ganze Land verteilt vor und lassen sich so nahezu überall dezentral nutzen. Gerade bei Biomasseanlagen ergeben sich durch dezentrale Feuerungsanlagen wie Heizwerk und Heizkraftwerke Umweltvorteile gegenüber einer zentralen Nutzung, da auf diese Weise die Brennstoffe wie Holz und Stroh nicht über große Strecken transportiert werden müssen.^[137] Auch ist bei solchen Anlagen eine bessere Brennstoffausnutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung möglich als bei häufig außerhalb von Verbrauchzentren befindlichen Großkraftwerken, die oftmals gar keine oder nur geringe Mengen Fernwärme auskoppeln. Die dezentrale Photovoltaikeinspeisung wiederum ermöglicht die Entlastung von Übertragungs- und Verteilnetzen von fluktuierenden Nachfragern, wobei große installierte Photovoltaikleistungen in Gebieten mit nur schwach dimensionierten Netzen auch den gegenteiligen Effekt haben können.^[138]

Während die variable Einspeisung von Wind- und Sonne zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit ausgeglichen werden muss, wirkt sich die durch deren Ausbau der Erneuerbaren Energien zwangsläufig dezentralere Stromerzeugung positiv auf die Netzstabilität aus, womit die Versorgungssicherheit erhöht werden kann.^[139] Ursächlich hierfür ist, dass dezentrale Strukturen weniger anfällig für großflächige Ausfälle sind als von Großkraftwerken dominierte Strukturen.^[140] Da allerdings ein Teil der regenerativen Energieerzeuger fluktuierend ins Stromnetz einspeist, können Maßnahmen wie Freileitungs-Monitoring und die Einführung eines Smart Grids notwendig werden, um die Spannung des Stromnetzes stabil zu halten. Auch Virtuelle Kraftwerke, in denen verschiedene regenerative Energieerzeuger sowie gegebenenfalls Abnehmer intelligent vernetzt sind, tragen zur Versorgungssicherheit bei.^[141] Zudem können Erneuerbare Energien, insbesondere Photovoltaik, einspringen, wenn konventionelle Kraftwerke im Sommer aufgrund einer zu großen Flusserwärmung durch abgegebenes Kühlwasser gedrosselt bzw. ganz heruntergefahren werden müssen, ein seit längerem bekannter Effekt, der mit Verstärkung der Globalen Erwärmung immer häufiger auftreten wird.^[97] Da kleinere Kraftwerke ihre Leistung schnell dem Bedarf anpassen können, das Höchstspannungsnetz entlasten, den Abstand zwischen Verbraucher und Kraftwerk reduzieren und zwangsläufig eine höhere Anzahl von Kraftwerken bedingen, wird zudem die Netzsicherheit verbessert.^[142]

Neben diesen ökologischen und technischen Aspekten werden auch politische und wirtschaftliche Gründe für den Ausbau dezentraler Energiestrukturen genannt. Beispielsweise sieht Jürgen Karl in der geringen Investitionsbereitschaft zum Bau fossiler Großkraftwerke, resultierende aus der Liberalisierung des Strommarktes, der notwendigen Elektrifizierung in den Schwellenländern auch außerhalb der boomenden Zentren sowie der geringen Akzeptanz von Großkraftwerken in Industriestaaten die Hauptgründe für den zunehmenden Ausbau dezentraler Energiestrukturen.^[143] Dezentrale Konzepte werden darüber hinaus mehrheitlich von Vertretern des linken politischen Spektrums als wesentlicher Bestandteil einer umfassenderen sozialen Transformation hin zu einer gleicheren und demokratischeren Gesellschaft propagiert. Vertreter dieser Strömung betonen besonders die soziale Dimension der Nachhaltigkeit und sehen in der Energieautarkie und der Versorgung mittels vieler kleiner lokaler Genossenschaften eine Möglichkeit, große Infrastrukturen und damit auch Energiekonzerne überflüssig werden zu lassen.^[132] Zumeist streben Befürworter einer schnellen Energiewende einen eher dezentralen Ansatz an.^[135]

Befürworter des dezentralen Wegs betonen, dass über Beteiligungsmodelle wie Bürgerwindparks, Bürgersolarparks und Bürgerenergiegenossenschaften viele Bürger direkt an der Energieerzeugung beteiligt sein können^[144] während Photovoltaikanlagen sogar von Einzelpersonen errichtet werden können. Nicht zuletzt ermögliche die dezentrale Errichtung der Erneuerbaren Energien eine Wertschöpfung in der Region und eine Stärkung des ländlichen Raumes, so dass Kapitalabflüsse aus der Region minimiert werden können.^[145]^[146] Mit dieser Begründung spielen Erneuerbare Energien in der kommunalen Energiepolitik eine zunehmend große Rolle und werden von der Lokalpolitik häufig gefördert.

Zentrale Konzeptbestandteile

Eine andere Strömung sieht hingegen die Energiewende als rein technologisches Projekt, das durch Ausnutzung maximaler Skaleneffekte sowie hoch zentralisierter Strukturen möglichst effizient gestaltet werden sollte. Vertreter dieser Strömung sprechen sich für die Konzentration von Windparks in Küstennähe sowie die Errichtung von Offshore-Windpark, einen starken Stromnetzausbau inklusive leistungsfähiger transkontinentaler Leitungen sowie den Stromimport aus Nordafrika aus.^[136] Zugleich wird betont, dass eine Integration verschiedener Produktionsräume in einem großflächigen Verbundnetz Vorteile gegenüber einem rein dezentralen System bietet, da somit durch Stromaustausch über weiter entfernte Regionen die Fluktuationen in der Erzeugung von Wind- und Sonnenenergie reduziert und somit der Speicherbedarf verringert werden kann.^[147]

Darüber hinaus existieren großtechnische Visionen wie das Desertec-Projekt, bei dem erwogen wird, die Erzeugung von Strom aus regelbaren solarthermischen Kraftwerken in Südeuropa, Nordafrika und dem Nahen Osten massiv auszubauen. Durch eine Verknüpfung der Stromübertragungsnetze dieser Regionen soll sichergestellt werden, dass die lokal unstet verfügbare Energie (Wind- und Photovoltaikstrom) durch Windkraft-Überschüsse aus anderen Regionen und Strom aus regelbaren erneuerbaren Energien ergänzt wird. Die Realisierung ist über Vorstudien und eine aufgrund vorhandener Netzleitung an der Meerenge von Gibraltar bereits erfolgte Stromeinspeisung von Sonnen- und Windkraftproduktion aus Marokko nach Spanien im kleineren Maßstab bislang nicht herausgekommen. Bis 2014 sind die meisten der am Desertec-Projekt beteiligten Unternehmen ausgestiegen bzw. haben den Ausstieg beschlossen. Zumindest die Vision der großmaßstäblichen Stromübertragung nach Europa ist bis auf weiteres gescheitert.

Ökonomische Betrachtung

Ökonomische Prognosen zur Energiewende sind mit großen Unsicherheiten behaftet, da es sich bei der Energiewende um einen Prozess handelt, der sich über mehrere Jahrzehnte erstreckt, und zugleich bei der Prognose eine Reihe technologischer, ökonomischer und gesellschaftlicher Variablen betrachtet werden müssen, deren Entwicklung nur teilweise abschätzbar ist. Hierzu zählen beispielsweise die Entwicklung der Stromgestehungskosten konventioneller und regenerativer Erzeuger, die Preistendenz der Energierohstoffe und ggf. Verschmutzungsrechte, Veränderungen in der Demographie und dem Energieverbrauch oder die gewählte zukünftige Energieinfrastruktur (eher zentral oder eher dezentral?). Zusätzliche Kostenfaktoren gegenüber der konventionellen Energieversorgung ergeben sich durch den im Rahmen der Energiewende notwendigen Umbau der Energieinfrastruktur wie dem Netzausbau und der Integration von Energiespeichern, während die Vermeidung von Treibhausgasausstoß, Klimawandelfolgeeffekten und Gesundheitsschäden infolge von Schadstoffbelastung durch die Verbrennung fossiler Energieträger eine volkswirtschaftliche Kostenersparnis zur Folge hat. Je nach Gewichtung der unterschiedlichen Faktoren ergeben sich z.T. unterschiedliche Ergebnisse, die gerade in der öffentlichen Debatte in Deutschland bisweilen kontrovers diskutiert werden.

Volkswirtschaftliche Betrachtung

Externe Kosten nach Energieträger in Deutschland (2007)^[148]
Energieträger	ct/kWh
Braunkohle	8,7
Steinkohle	6,8
Heizöl	6,1
Erdgas	3,9
Photovoltaik	0,8
Wasserkraft	0,4
Windenergie	0,1
Strommix 2005	5,8

Bei der Energieerzeugung fallen sowohl innere (d.h. betriebswirtschaftliche) als auch äußere, volkswirtschaftliche Kosten an. Während die inneren Kosten im Wesentlichen aus Bau, Betrieb und Rückbau von Kraftwerken sowie der Brennstoffbeschaffung bestehen, die zumeist den Marktmechanismen unterliegen, äußern sich externe Kosten vor allem in Form von Umweltverschmutzung, Gesundheits- und Klimaschäden, die nicht von den Verursachern, sondern der Allgemeinheit getragen werden.^[149] Die tatsächlichen Vollkosten der Energieerzeugung sind daher nur schwierig zu bestimmen; in manchen Fällen übersteigen die sozialen und ökologischen Kosten der konventionellen Energiegewinnung sogar die Endkundenpreise der Stromverbraucher.^[150] Während Shindell beispielsweise die gesamten Umweltschäden aus der Elektrizitätsproduktion in den USA auf 330-970 Mrd. US-Dollar pro Jahr beziffert, die größtenteils der Verbrennung fossiler Energieträger zuzuschreiben sind^[151], kommen Machol und Rizk zu dem Ergebnis, dass alleine die durch Verbrennung fossiler Energieträger verursachten Gesundheitsschäden in den USA bei 14 bis 35 US-Cent/kWh liegen. Damit übersteigen diese die dortigen Endkundenpreise für Strom deutlich. Den ökonomischen Gesamtschaden aus diesen Effekten auf die Gesundheit der US-Bürger beziffern sie auf ca. 362 bis 887 Mrd. US-Dollar pro Jahr.^[152]

Wird eine Vollkostenrechnung angestellt, die auch externe Kosten mit einbezieht, sind viele Erneuerbare Energien bereits heute preiswerter als konventionell erzeugter Strom.^[153] Da die externen Kosten bei der konventionellen Energiegewinnung in den Preisen fossiler Energieträgern jedoch bisher nicht abgebildet werden, kommt es in der Praxis jedoch zu einem Marktversagen zugunsten der konventionellen Energiewirtschaft. Das Marktprinzip führt somit unter den aktuellen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu einer suboptimalen Nutzung von Energieressourcen: fossile Energieträger erscheinen aufgrund nicht berücksichtigter Externer Kosten günstiger, als sie volkswirtschaftlich sind.^[154] Soll jedoch, wie mit der Liberalisierung angestrebt, der Markt die volkswirtschaftlich effizienteste Produktionsweise finden, so müssen hierfür zwingend alle wettbewerbsverzerrenden Faktoren vermieden und eine Kostenwahrheit durch Internalisierung aller externen Faktoren hergestellt werden.^[155] Geschieht dies nicht, können die Effizenzvorteile eines liberalisierten Marktes durch negative Effekte auf die Umwelt zunichtegemacht werden. Möglichkeiten zur Herstellung dieser Kostenwahrheit im Bezug auf die Globale Erwärmung sind Lenkungsabgaben wie z. B. eine CO₂-Steuer oder ein funktionierender Emissionshandel.^[156]

Bisher (April 2014) ist eine Internalisierung dieser externen Effekte nur zu einem kleinen Teil erfolgt, eine vollständige Internalisierung ist nicht absehbar. So zieht z. B. der Jahresbericht Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2013 der AG Energiebilanzen das Fazit, dass „die mit dem Emissionshandel intendierten Anreize für ein emissionsminderndes Verhalten bei derartigen Zertifikatspreisen [von ca. 5 Euro/Tonne] nicht zu erwarten“ seien.^[157] Die fehlende Internalisierung Externer Kosten gilt als entscheidender Hemmschuh für das Vorankommen der Energiewende.^[158]

Dazu werden die Stromgestehungskosten stark durch Subventionen für einzelne Technologien verzerrt, wobei konventionelle Energieträger um ein Mehrfaches höhere Subventionen erhalten als regenerative Energien, die dadurch an Wettbewerbsfähigkeit verlieren. 2011 wurden fossile Energien weltweit mit 523 Mrd. US-Dollar subventioniert, während Erneuerbare Energien mit ca. 100 Mrd. Dollar gefördert wurden. Inklusive externer Kosten beliefen sich die Subventionen fossiler Energien in diesem Jahr auf ca. 1,9 Billionen US-Dollar.^[159]

Betriebswirtschaftliche Betrachtung

Energieträger	Stromgestehungskosten in €/MWh
Energieträger	Datenherkunft: Fraunhofer ISE 2013^[160]
Braunkohle	38–53
Steinkohle	63–80
Erdgas GuD	75–98
Wind Onshore	45–107
Wind Offshore	119–194
Biomasse	135–215
Photovoltaik Kleinanlage (DE)	98–142
Photovoltaik Großkraftwerk (DE)	79–116

Ignoriert man die externen Kosten der konventionellen Energiegewinnung und betrachtet nur die betriebswirtschaftlichen Kosten, dann sind die meisten alternativen Energieerzeugunge derzeit (2014) in Mitteleuropa noch teurer als konventionelle Energien. Eine Ausstellung der Stromgestehungskosten einzelner Technologie findet sich in der Tabelle rechts.

Insbesondere bei Photovoltaik und Onshore-Windenergie ist ein kontinuierliches Sinken der Stromgestehungskosten festzustellen. Ausgelöst wurde dies durch eine starke Ausweitung der Produktion und durch daraus resultierende Skaleneffekte, die starke Konkurrenz und technische Weiterentwicklungen (‚Lernkurve‘), z. B. durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades. Es wird mit weiter sinkenden Stromgestehungskosten gerechnet, während bei konventionellen Energien der gegenteilige Effekt beobachtet wird.^[161] Daher wird davon ausgegangen, dass langfristig betrachtet die Energiekosten in einem regenerativen Energiesystem auf gleichem Niveau wie in einem fossil-nuklearen Energiesystem liegen^[12]^[11] oder günstiger als in diesem sein werden.^[13]^[162]^[14]

Bereits seit Beginn der Stromproduktion ist die Wasserkraft aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten ein fester Bestandteil des Strommixes; seit wenigen Jahren sind auch Windkraftanlagen an guten Onshore-Standorten ohne Förderung mit konventionellen Kraftwerken konkurrenzfähig.^[163] Es wird erwartet, dass in Zukunft die Konkurrenzfähigkeit auch an schlechteren Standorten gegeben sein wird^[164] und sich die Windenergie zur günstigsten Form der Stromproduktion entwickeln wird.^[165] Zudem kommen immer mehr ältere Windkraftanlagen in ein Alter, in dem sie abgeschrieben sind bzw. aus der gesetzlichen Förderung fallen und dann aus diesem Grund günstiger Strom produzieren können. Diese Konstellation ist allerdings nur möglich, sofern die Lebensdauer einer Windkraftanlage den Förderungszeitraum übersteigt.

Auch weltweit sind die Stromgestehungskosten insbesondere von Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen stark gefallen; ein Trend der nach Walwyn und Brent bis mindestens 2030 anhalten soll. An den besten Standorten liegen die Stromgestehungskosten von Windkraftanlagen mittlerweile bei 40-50 US-Dollar/MWh (36,9-46,2 Euro/MWh), wenn diese auch stark abhängig sind von der Standortqualität und den Finanzierungsbedingungen. In den USA sind Onshore-Windkraftanlagen nach gasbefeuerten GuD-Anlagen bereits die zweitgünstigsten Kraftwerke. Ähnliches gilt für die Photovoltaik, bei der die Modulpreise zwischen Januar 2011 und Dezember 2012 um 60 % fielen, und für die ein weiterer Preisrückgang erwartet wird.^[166] Insgesamt sanken die Modulpreise von 6–7 US-Dollar/Watt im Jahr 2000 auf 0.5–0.6 $/Watt im Jahr 2013.^[167] Bei der Photovoltaik wird in der Industrie mittlerweile von Swanson's Gesetz gesprochen, wonach der Preis der Solarmodule mit der Verdopplung der verschifften Module um 20 % fällt.^[166]

Photovoltaikanlagen, Sonnenkollektoren und zum Teil auch Windkraftanlagen können als Kleinkraftwerke direkt beim Endverbraucher installiert werden. Wegen der dadurch entfallenden Transportkosten und Steuern müssen die Stromkosten dieser Kraftwerke nicht mit Großhandelsstrompreisen konkurrieren, sondern mit jenen für Endverbraucher. So wurde in einigen Staaten bei der Photovoltaik schon vor wenigen Jahren die Netzparität für Privathaushalte, Kommunen und die meisten Wirtschaftsunternehmen erreicht, auch wenn die Stromgestehungskosten weiterhin über denen konventioneller Kraftwerke liegen. In Deutschland wurde die Netzparität von Photovoltaik-Strom 2012 erreicht. Es wird davon ausgegangen, dass sich durch die fallenden Preise von Solarstrom in Zukunft starke Veränderungen im Stromsektor ergeben werden.^[168]

In vielen Staaten der Welt sind zudem in ländlichen Gegenden Photovoltaik-Insel-Systeme mit Batteriespeicher die günstigste Form der Elektrizitätsversorgung für einzelne Gebäude oder Siedlungen. Aus ökonomischer wie auch ökologischer Sicht schneiden solche Anlagen besser ab als die Alternativen Dieselgenerator oder Elektrifizierung durch Anschluss an ein Stromnetz.^[169]

Versorgungssicherheit

Integration regenerativer Erzeuger

Die Erzeugung von Strom durch Windkraft-, Solar- und in geringerem Maße von Wasserkraftanlagen ist durch das Wettergeschehen bestimmt und deshalb volatil, nur einige Stunden mit hoher Sicherheit im Voraus planbar und richtet sich nicht nach dem Bedarf. Hinzu kommt, dass Photovoltaikanlagen nur tagsüber Strom liefern können, da bei Dunkelheit keinerlei Strom erzeugt wird. Bei der Windenergie rechnet man mit einer gesicherten Leistung im Bereich von 5 bis 6 % der Nennleistung.^[170]

Grundsätzlich lässt sich die Integration regenerativer Energiequellen daher in zwei Phasen einteilen: Bei niedrigen Anteilen variabler Erneuerbarer Energien stellt deren Integration in das existierende Stromsystem kein Problem dar, da ihre schwankende Leistungsabgabe zunächst durch den bestehenden grundlastfähigen Kraftwerkspark ausgeglichen werden kann. Erst mit höheren Anteilen von Wind- und Solarstrom müssen zusätzlich weitere Maßnahmen wie ein Netzausbau, oder die Errichtung von Speicherkraftwerken ergriffen werden.^[102] Um die Schwankungen auszugleichen bzw. zu reduzieren, existieren eine Reihe von Möglichkeiten, die einzeln oder gemeinsam zum Einsatz kommen können: Hierzu zählen z.B^[171]^[172]:

Die Verknüpfung variabler Erzeuger in geographisch entfernten Regionen durch Netzausbau
Die Kombination verschiedener regenerativer Energien zum Glätten der Einspeisung
Die Ergänzung variabler Erzeuger mit grundlastfähigen Kraftwerken (beispielsweise Biomasse- oder Geothermiekraftwerk)
Die Implementation von Smart Grids, um die Nachfrage durch Laststeuerung an die schwankende Erzeugung anzupassen
Der Ausbau von Stromspeichern im Energiesystem oder direkt am Ort der Erzeugung
Der Einsatz thermischer Speicher zur Wärmegewinnung (Power-to-Heat)
Das Überdimensionieren von regenerativen Kraftwerken kombiniert mit der Produktion von Wasserstoff aus temporärer Überschussproduktion
Die Speicherung von elektrischer Energie in Elektrofahrzeugen
Die Planung der Energieproduktion nach Solar- und Windleistungsvorhersage

Netzausbau

Vor dem Ausbau der erneuerbaren Energien war das Stromnetz auf den Betrieb relativ weniger großer Wärmekraftwerke zugeschnitten. Die Elektrizität wurde in großen Kraftwerksblöcken produziert, in Höchstspannungsleitungen zu den Verbrauchszentren transportiert, in Umspannwerken in Hochspannung herabtransformiert und regional verteilt. Die Verteilung zum Endkunden fand schließlich in der Mittel- und Niederspannungsebene statt. Strom floss dabei fast nur von hohen Spannungsebenen in niedrigere, wo er genutzt wurde. Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien wurden die ehemals als (fast) reine Verteilnetze konzipierten unteren Netzebenen immer mehr auch zu Einspeisenetzen und müssen damit mittlerweile auch teilweise Aufgaben übernehmen, für die sie nicht konstruiert wurden. Damit diese Netze auch weiterhin in der Lage sind, gestiegene Stromflüsse ohne Spannungsanstieg zu bewältigen, sind lokal oder regional Netzverstärkungen oder der Einbau von regelbaren Transformatoren notwendig.

Weiterer Netzausbaubedarf ergibt sich insbesondere aus dem Ausbau der Windenergie. Windparks werden häufig in Regionen errichtet, in denen ursprünglich kein hoher Strombedarf herrschte und dementsprechend die Verteilnetze nur schwach dimensioniert waren, beispielsweise in den vorwiegend ländlich geprägten Küstengebieten Norddeutschlands, fern der Verbrauchszentren im Ruhrgebiet und Süddeutschland. Dort müssen entsprechend die Netze verstärkt werden, um die steigende Windstromeinspeisung aufnehmen zu können. Selbiges trifft auf die Übertragungsnetze zu, wobei hier neben dem Ausbau von Windenergie auch das bereits mit der Strommarktliberalisierung angestrebte europäische Stromhandel für Ausbaubedarf sorgt.^[173]

Eine wichtige Rolle beim Netzausbau im Rahmen der Energiewende spielen aber regionale Ausgleichseffekte, die insbesondere bei der Windenergie, in geringerem Maße aber ebenso bei der Solarenergie auftreten. Verglichen mit einer einzigen Windkraftanlage ist bereits die Einspeisung eines Windparks stetiger; große Ausgleichseffekte ergeben sich jedoch erst durch die Verknüpfung weiter entfernter Regionen in unterschiedlichen Staaten mit verschiedenen Wetterzonen.^[174] Durch den Netzausbau lässt sich somit die Einspeisung von erneuerbaren Energien verstetigen und damit der Speicherbedarf bzw. der Bedarf an Regel- und Ausgleichsenergie deutlich senken.^[175] Zudem lässt sich die Notwendigkeit für die teurere und verlustbehaftetere Energiespeicherung hinauszögern, jedoch nicht überflüssig werden. Um noch stärkere Ausgleichseffekte zu erzielen werden bisweilen sogar globale Stromnetze vorgeschlagen, die mittels HGÜ-Technik arbeiten sollen.^[176] Bei einer solchen Stromübertragung treten laut Quaschning bei Transportentfernungen von 5.000 km und einer Spannung von 800 kV Verluste von weniger als 14 % auf. Die Investitionskosten für die Stromleitungen selbst werden mit 0,5 bis 1 ct/kWh prognostiziert.^[177] Chatzivasileiadis et al geben Transportverluste von 3 % pro 1000 km an, womit bei heutiger Technik selbst bei 6.000 km Übertragungsdistanz niedrigere Verluste aufträten als bei Speicherung in Pump- oder Druckluftspeicherkraftwerken.^[178]

Einsatz von Speicherkraftwerken

Die Fachliteratur geht davon aus, dass erst ab einem Anteil von etwa 40 % regenerativer Energien an der Stromerzeugung ein größerer Neubedarf an Speichern besteht; vereinzelt wird auch ein Anteil von 70 % genannt.^[179]

Unterhalb von 40 % Erneuerbaren Energien stellt eine Ausregelung durch Wärmekraftwerke sowie eine geringfügige Abregelung von Erzeugungsspitzen der Erneuerbaren Energien (erwartet werden circa 260 GWh pro Jahr bzw. 1 Promille der bei einem 40-%-Anteil prognostizierten Ökostromerzeugung) eine volkswirtschaftlich effizientere Möglichkeit zum Ausgleich dar. Ursächlich hierfür ist, dass Speicher in diesem Fall größtenteils zur besseren Auslastung von in Grundlast betriebenen Braunkohlekraftwerken zulasten von weniger emissionsintensiven Kraftwerke eingesetzt würden und zugleich die Kosten für den Neubau von Speichern den Nutzen durch eine gleichmäßigere Kraftwerksfahrweise deutlich überstiegen. Daher werden zusätzliche Speicher in Deutschland frühestens ab dem Jahr 2020 für notwendig gehalten.^[180]

Bei Existenz eines flexiblen Kraftwerksparks sowie eines günstigen Mix aus Wind- und Photovoltaikanlagen werden in Deutschland erst (Tages)-Speicher benötigt, wenn der Anteil dieser beiden Energieträger etwa 50 % erreicht. Saisonale Langfristspeicher auf Basis der Power-to-Gas-Technologie werden ab etwa 80 % notwendig.^[181]

Als Tages- bzw. Kurzfristspeicher kommen sowohl Pumpspeicherkraftwerke, Batterie-Speicherkraftwerk als auch Druckluftspeicherkraftwerke in Frage. Während Pumpspeicher eine seit Jahrzehnten erprobte Technologie darstellen, existieren weltweit noch relativ wenige Batterie- und nur zwei Druckluftspeicherkraftwerke. Als Langfrist- bzw. Saisonspeicher sind hingegen chemische Speicher in Form der Wasserstoff- oder Methanspeicherung vorgesehen, von denen bisher nur eine Reihe von Prototypen und Testanlagen existieren. Die hierfür notwendige Technik ist im Grundsatz längst bekannt: So nahm z. B. der dänische Windkraftpionier Poul la Cour bereits 1895 eine Windkraftanlage mit angeschlossenem Elektrolyseur in Betrieb, die Knallgas zur Beleuchtung der Schule in Askov lieferte.^[182] Allerdings steht die für die Energiewende notwendige großtechnische Wasserstofferzeugung mittels Hydrolyse durch Wind oder Solarenergie und die ggf. daran anschließende Methanisierung des Wasserstoffs derzeit noch am Beginn ihrer Erprobung, sodass dieses Verfahren erst noch zur Serienreife gebracht werden muss. Deshalb bestehen derzeit bei diesem Speicherverfahren noch technische und ökonomische Risiken, die erst durch weitere Erforschung und Serienfertigung abgebaut werden können.^[183]

Funktionsweise eines regenerativen Energiesystems

Während in einem herkömmlichen Energiesystem die Energieproduktion der Energienachfrage kontinuierlich angepasst werden und somit ein Gleichgewicht zwischen Produktion und Verbrauch hergestellt werden kann, wird es in einem regenerativen Energiesystem durch die Variabilität der wichtigsten Produzenten Windenergie und Solarenergie abwechselnd sowohl zu Überdeckung als auch zu Unterdeckung der Stromnachfrage kommen. Eine regenerative Vollversorgung erfordert dementsprechend eine andere Herangehensweise, um die Versorgungssicherheit jederzeit gewährleisten zu können. In der wissenschaftlichen Literatur existiert eine Vielzahl von Publikationen, die sich mit dem Ausgleich der Schwankungen auseinandersetzen. 2014 wurde von Palzer und Henning eine Arbeit veröffentlicht, die die Bedingungen einer regenerativen Vollversorgung im deutschen Strom- und Wärmesektor des Jahres 2015 anhand einer stündlichen Zeitreihe modeliert. Ziel war es u.a. die Wechselwirkungen der einzelnen Systembestandteile wie Produzenten, Konsumenten und Speicher im Laufe des Jahres zu untersuchen und besser zu verstehen. Je nach Jahreszeit ergeben sich dabei unterschiedliche optimale Handlungsstrategien.^[184]

Im Winter kommt es während Zeiten hoher Windstromeinspeisung zu einer Überdeckung an Strom. Die Heizenergie wird weitgehend durch elektrische Wärmepumpenheizungen bereitgestellt. Die auftretenden Stromüberschüsse werden aus Effizienzgründen zunächst in den Pumpspeicher- und Batteriespeicherkraftwerken gespeichert, die hohe Wirkungsgrade aufweisen. Sind diese vollständig geladen, wird die Überschussproduktion in Power-to-Anlagen geleitet, die Mittels Elektrolyse synthetische Brennstoffe herstellen. Weitere Überschüsse werden mittels Power-to-Heat in Nah- und Fernwärmenetze eingespeist. Während Zeiten niedriger Ökostromproduktion, bei denen die Produktion die Stromnachfrage alleine nicht decken kann, werden zunächst die Kurzfristspeicher (Pumpspeicher und Batterien) entladen. Reicht deren Kapazität nicht aus, kommen zusätzlich in Kraft-Wärme-Kopplung betriebene GuD-Kraftwerke und Blockheizkraftwerke zum Einsatz, die mit zuvor erzeugtem Wind- bzw. Solargas befeuert werden. Bei wieder steigender Einspeisung aus erneuerbaren Energien werden anschließend wieder zunächst die Kurzfristspeicher geladen.^[185]

Im Frühling übersteigt tagsüber die Stromproduktion durch hohe Photovoltaikeinspeisung meistens die Nachfrage, sodass während dieser Zeit keine gespeicherte elektrische Energie benötigt wird. Zugleich ist während des Tages der Heizbedarf gering, sodass im Gegensatz zum Winter elektrische Wärmepumpen nicht bzw. nur wenig zum Einsatz kommen müssen. Die tagsüber auftretende Überschussproduktion wird wie im Winter zunächst in Kurzfristspeichern gespeichert, anschließend in Power-to-Gas-Anlagen sowie in thermischen Speichern. Nachts kommen zur Deckung des Strombedarfs vorwiegend mit EE-Gas befeuerte GuD-Kraftwerke und BHKWs zum Einsatz, zudem werden die Kurzfristspeicher entladen, während Wärmespeicher den in der Nacht höheren Wärmebedarf decken.^[185]

Im Sommer kommt es gelegentlich zu sehr starken Stromüberschüssen während des Tages, die dazu genutzt werden Kurz- und Langfristspeicher zu laden. Zusätzlich fließen sie in thermische Langfristspeicher, die zur Deckung des Wärmebedarfs während des Winters dienen. Wenn diese nach einiger Zeit gegen Herbst ebenfalls geladen sind, kann es während Zeiten hoher Stromproduktion zu Abregelung von regenerativen Erzeugern kommen; Henning und Palzer gehen davon aus, dass in Deutschland auf diese Weise ca. 5,3 TWh bzw. 1 % der Ökostromproduktion nicht genutzt werden kann. Nicht berücksichtigt sind hierbei mögliche Kapazitätsengpässe in der innerdeutschen Verteilung, die den Autoren zufolge vermutlich einen Anstieg dieses Wertes zur Folge haben können.^[185]

Flächenbedarf

Die Ablösung fossiler und nuklearer Stromerzeugungstechnologien durch Erneuerbare Energien führt zu einer umfassenden Wandlung der Flächennutzung. Zur Bereitstellung fossiler Energieträger wird eine große Fläche benötigt, insbesondere Braunkohle, in vielen Teilen der Welt aber auch Steinkohle werden im Tagebau oder dem gerade in den USA häufig praktizierten Mountaintop removal mining gewonnen. Dabei kommt es zu gravierenden Eingriffen in Umwelt und Natur, die nur teilweise wieder rückgängig gemacht werden können.^[186] Auch das Landschaftsbild wird massiv und dauerhaft verändert. Häufig müssen auch Menschen umgesiedelt werden. In Deutschland wurden z. B. alleine in Braunkohletagebauten rund 2.300 km² Fläche bewegt und verbraucht.^[187]

Wind- und Solarenergie

Verglichen dazu ist der Eingriff durch Windkraft- und Solaranlagen, die in einem regenerativen Energiesystem die Hauptlast tragen werden, deutlich geringer. Allerdings findet er im Gegensatz zur konventionellen Energienutzung nicht punktuell oder regional statt, sondern ist durch den dezentralen Charakter der regenerativen Energien für viel größere Bevölkerungsschichten vor Ort sichtbar.

Beispielsweise betrug der Flächenverbrauch von Windkraftanlagen in Deutschland im Jahr 2011 mit rund 100 km²^[188] nur ein Bruchteil des Flächenverbrauchs der Braunkohletagebauten, allerdings sind die flächig über ganz Deutschland verteilten Windkraftanlagen im Gegensatz zu diesen viel präsenter in der visuellen Wahrnehmung. Auch verglichen mit konventionellen Formen der Energieerzeugung weist die Windenergienutzung einen vergleichsweise niedrigen Flächenbedarf auf.^[189] Dennoch werden Windkraftanlagen bzw. Windparks vielfach als landschaftszerstörend empfunden. Ihr Ausbau führt daher zunehmend zu gesellschaftlichen Konflikten, auch innerhalb der Umweltbewegung. Es entstehen neue Konfliktlinien zwischen Umwelt- und Naturschutz auf der einen und Landschaftsschutz auf der anderen Seite.

Photovoltaikanlagen werden üblicherweise auf Gebäuden errichtet und haben damit keinen zusätzlichen Flächenbedarf zur Folge. Zusätzlicher Flächenverbrauch tritt aber bei Photovoltaik-Freiflächenanlage auf, auch wenn dort unter Umständen eine Parallelnutzung als Weidefläche möglich ist. Dazu kommt der bei diesen Energiegewinnungsformen notwendige Ausbau von Stromnetzen und Energiespeichern, der ebenfalls berücksichtigt werden muss. So haben z.B. Pumpspeicherkraftwerke einen großen Flächenverbrauch, während Druckluftspeicher deutlich weniger Fläche als Pumpspeicher benötigen und zugleich weniger Ansprüche an die Topographie stellen, jedoch auch einen niedrigeren Wirkungsgrad haben.

Insgesamt würden nach Jacobson und Delucchi bei einer vollständig regenerativen Energieversorgung der gesamten Weltwirtschaft, die vollständig auf Windkraft, Solarenergie und Wasserkraft sowie geringen Anteilen von Geothermie basiert, zwischen 0,41 und 0,74 % der Erdoberfläche dauerhaft benötigt. Zusätzliche 0,59 bis 1,18 % würden als Abstandsflächen von Windkraftanlagen benötigt, könnten aber weiter landwirtschaftlich genutzt werden.^[190] Der Flächenbedarf gilt daher nicht als Hindernis für eine globale Energiewende.^[191]

Biomasseanbau

Mais ist wichtiger Rohstoff für die Biogas- und die Bioethanolherstellung

Im Gegensatz zu den Standflächen von Windkraftanlagen und ggf. Freiflächensolaranlagen wird beim Biomasseanbau für die Energiegewinnung mit Ausnahme der Kraftwerke und Fermente selbst keine Fläche versiegelt, sondern nur anderweitig agrarisch genutzt. Berücksichtigt werden muss hierbei jedoch die Flächen- und Nutzungskonkurrenz zwischen Nahrungsmittelproduktion, Energiepflanzenanbau und der Gewinnung nachwachsender Rohstoffe für die stoffliche Nutzung.^[192] Deswegen ist der Anbau von Energiepflanzen z. T. umstritten.^[193] Als sinnvoller als eine direkte Biomassenutzung zur Energieproduktion wird daher eine sog. Kaskadennutzung gehalten, bei der zunächst die stoffliche Nutzung pflanzlicher Rohstoffe im Vordergrund steht und erst nach Ende dieser Nutzung die energetische Verwertung.^[192]

Der spezifische Flächenbedarf für die Erzeugung von Bioenergieträgern ist, verglichen mit anderen Energiegewinnungsformen, vergleichsweise hoch. Im Jahr 2009 wurden weltweit auf einer Ackerfläche von rund 14 Mio. ha Bioenergieträger angebaut, was etwa 1 % der weltweiten Ackerfläche entsprach.^[194] Während die Nutzung von landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffen wie z.B. Stroh als ökologisch und sozialpolitisch als unproblematisch gesehen wird, ist hingegen insbesondere die Herstellung von Biotreibstoffen umstritten. Darüber hinaus kann eine zu starke Nutzung von Biotreibstoffen kann nicht nur die Ernährungssicherheit gerade in wenig entwickelten Staaten beeinträchtigen, sondern zusätzlich stark negative Auswirkungen auf die Ökologie, Biodiversität und naturnahe Lebensräume haben.

Aufgrund dessen wird das Potential der Bioenergie insgesamt in aktuelleren Studien deutlich geringer geschätzt als in älteren Studien. Ging z.B. die IEA in der Vergangenheit davon aus, dass die Bioenergie im Optimalfall 700 EJ/a an Energie liefern könnte, was 60 % des geschätzten Weltenergiebedarfs im Jahr 2050 entspräche, beziffern neuere Studien das Biomasspotenzial nur noch auf etwa 180 EJ/a bzw. 15 % des Weltenergiebedarfs 2050.^[195] Aufgrund der genannten Nachteile können Bioenergieträger nur einen begrenzten Beitrag zur Energiewende liefern. Beispielsweise wäre Deutschland nach Volker Quaschning selbst bei vollständiger Nutzung der inländischen Ackerfläche für den Rapsanbau zur Biodieselproduktion gerade einmal in der Lage, ein Drittel des deutschen Dieselverbrauchs mittels Biodiesel zu decken. Die Nutzung der Elektromobilität gilt daher als deutlich vielversprechender als die Nutzung von Biotreibstoffen. Das Potenzial der Biotreibstoffe wird hingegen vor allem in Bereichen gesehen, wo der Einsatz von Elektrofahrzeugen auch längerfristig nicht praktikabel ist.^[196] Hierzu zählen z.B. der Flugverkehr, der Schwerlastverkehr sowie der Schiffstransport. Für diese kommt neben dem Einsatz von Biomasse aber ebenfalls die Nutzung synthetischer Kraftstoffe wie Methanol, Dimethylether oder Methan in Frage, die zuvor mittels Power-to-Liquid- bzw. Power-to-Gas-Technologien aus regenerativ produzierter Elektrizität hergestellt wurden.^[131]

Filme

Die 4. Revolution – EnergyAutonomy (2010), Der Filmtitel bezeichnet nach der Agrarrevolution, der industriellen Revolution und der digitalen Revolution die Energiewende als vierte Revolution.

Literatur

Fachbücher

Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Powering Planet Earth – Energy Solutions for the Future, Wiley-VCH 2013, ISBN 978-3-527-33409-4.
Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Energy for a Sustainable World – From the Oil Age to a Sun-Powered Future, Wiley-VCH 2011, ISBN 978-3-527-32540-5.
Achim Brunnengräber, Maria Rosaria du Nucci (Hrsg), Im Hürdenlauf zur Energiewende. Von Transformationen, Reformen und Innovationen. Zum 70. Geburtstag von Lutz Mez, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-658-06787-8.
Felix Ekardt, Jahrhundertaufgabe Energiewende: Ein Handbuch, Berlin 2014, ISBN 978-3-86153-791-5.
Matthias Günther, Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-06753-3.
Peter Hennicke, Susanne Bodach: Energierevolution: Effizienzsteigerung und erneuerbare Energien als neue globale Herausforderung, herausgegeben vom Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, Oekom, München 2010, ISBN 978-3-86581-205-6.
Peter Hennicke, Paul J. J. Welfens: Energiewende nach Fukushima: Deutscher Sonderweg oder weltweites Vorbild? Oekom, München 2012, ISBN 978-3-86581-318-3.
Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6.
Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 3. Auflage. Hanser, München 2013, ISBN 978-3-446-43809-5.
Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. 8. Auflage. Hanser, München 2013, ISBN 978-3-446-43526-1.
Hermann Scheer: Der energethische Imperativ: 100 Prozent jetzt. Wie der vollständige Wechsel zu erneuerbaren Energien zu realisieren ist. Kunstmann, München 2010, ISBN 978-3-88897-683-4.
Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, 2. erweiterte und vollständig neu bearbeitete Auflage, Berlin/Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-24165-9.

Fachaufsätze

Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3203 doi:10.1039/c1ee01249e.
Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies—Part I: Methodology. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, (2014), 1003–1018, S. 1004, doi:10.1016/j.rser.2013.09.012.
Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies—Part II: Results. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, (2014), 1019–1034, S. 1027, doi:10.1016/j.rser.2013.11.032.
Olav Hohmeyer, Sönke Bohm, Trends toward 100% renewable electricity supply in Germany and Europe: a paradigm shift in energy policies. In: Wiley International Reviews Energy and Environment 4, (2015), 74-97, S. 91f, doi:10.1002/wene.128.
Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, S. 1159, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.
Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, system and transmission costs, and policies. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1170–1190, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.045.

Weblinks

Wiktionary: Energiewende – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Homepage des Bundeswirtschaft- und Energieministeriums
Energy Transition – The German Energiewende – Informationen über die Energiewende in englischer Sprache
Energiewende auf dem Informationsportal zur politischen Bildung
Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen: Welt im Wandel. Energiewende zur Nachhaltigkeit. Springer, Berlin 2003, ISBN 3-540-40160-1 (online, PDF, 3,84 MB).
Energiekonzept des Forschungsverbands Erneuerbare Energien FVEE (PDF-Datei; 4,35 MB) Eine Vision für ein nachhaltiges Energiekonzept auf Basis von Energieeffizienz und 100 % erneuerbaren Energien
Energiesystem Deutschland 2050 – Studie des Fraunhofer Instituts 2013
GEA: Global Energy Assessment – Toward a Sustainable Future. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA and the International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria, 2012, ISBN 978-1-107-00519-8.
Agora Energiewende: 12 Thesen zur Energiewende. Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Herausforderungen im Strommarkt. Berlin 2013. (online, PDF, 2,97 MB).
Agentur für Erneuerbare Energie: ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 – Potenzialatlas Deutschland, vom 14. Januar 2010, als pdf
Agora Energiewende, dort auch tagesaktuelle Stromdaten zu Stromerzeugung-/verbrauch und Import/Export

Einzelnachweise

↑ Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3203 doi:10.1039/c1ee01249e.
↑ Aviel Verbruggen, Could it be that Stock-Stake Holders Rule Transition Arenas? in: Achim Brunnengräber, Maria Rosaria du Nucci (Hrsg), Im Hürdenlauf zur Energiewende. Von Transformationen, Reformen und Innovationen. Zum 70. Geburtstag von Lutz Mez, Wiesbaden 2014, 119-133, S. 120.
↑ Florian Lüdecke-Freund, Oliver Opel, Energie, in: Harald Heinrichs, Gerd Michelsen (Hrsg.), Nachhaltigkeitswissenschaften, Berlin – Heidelberg 2014, S. 429.
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[1] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3203 doi:10.1039/c1ee01249e.

[2] Aviel Verbruggen, Could it be that Stock-Stake Holders Rule Transition Arenas? in: Achim Brunnengräber, Maria Rosaria du Nucci (Hrsg), Im Hürdenlauf zur Energiewende. Von Transformationen, Reformen und Innovationen. Zum 70. Geburtstag von Lutz Mez, Wiesbaden 2014, 119-133, S. 120.

[3] Florian Lüdecke-Freund, Oliver Opel, Energie, in: Harald Heinrichs, Gerd Michelsen (Hrsg.), Nachhaltigkeitswissenschaften, Berlin – Heidelberg 2014, S. 429.

[4] Philippe Poizot, Franck Dolhem, Clean energy new deal for a sustainable world: from non-CO2 generating energy sources to greener electrochemical storage devices. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 2003-2019, S. 2003, doi:10.1039/c0ee00731e.

[5] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, The Future of Energy Supply: Challenges and Opportunities. In: Angewandte Chemie International Edition 46, (2007), 52-66, S. 52, doi:10.1002/anie.200602373.

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[8] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 53.

[Jacobson_Part_I-9] Mark Z. Jacobson; Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.

[10] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3216, doi:10.1039/c1ee01249e.

[Jacobson_Part_II-11] Mark Z. Jacobson; Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, system and transmission costs, and policies. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1170–1190, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.045.

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[16] Vgl. Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 37f.; Felix Ekardt: Jahrhundertaufgabe Energiewende: Ein Handbuch. Berlin 2014, S. 50-52.

[17] Arnulf Grübler, Energy transitions research: Insights and cautionary tales. In: Energy Policy 50, (2012), 8-16, doi:10.1016/j.enpol.2012.02.070.

[18] Robert C. Allen, Backward into the future. The shift to coal and implications for the next energy transition. In: Energy Policy 50, (2012), 17-23, S. 17, doi:10.1016/j.enpol.2012.03.020.

[19] Rolf Peter Sieferle: Der unterirdische Wald. Energiekrise und Industrielle Revolution. München 1982, Kap. V, insb, S. 240–249.

[Hans-Werner_Hahn-20] Hans-Werner Hahn: Die Industrielle Revolution in Deutschland. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2005, ISBN 978-3-486-59831-5, S. 117.

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[22] Franz-Josef Brüggemeier, Michael Toyka-Seid (Hrsg.): Industrie-Natur. Lesebuch zur Geschichte der Umwelt im 19. Jahrhundert. Frankfurt New York 1995, S. 255–257.

[23] Carbon Dioxide Information Analysis Center (cdiac.ornl.gov): Gemäß der dort verfügbaren Datenreihe beliefen sich die globalen Emissionen des Jahre 1896 auf 419 Mio. Tonnen CO2, wohingegen sie im Jahr 2000 bei 6765 Mio. Tonnen lagen und bis zum Jahr 2010 auf 9167 Mio. Tonnen anstiegen.

[24] "… the comparison instituted is of very great interest, as it proves that the most important of all the processes by means of which carbonic acid has been removed from the atmosphere in all times – namely, the chemical weathering of siliceous minerals, – is of the same order of magnitude as a process of contrary effect which is caused by the development of our time, and which must be conceived of as being of a temporary nature." – aus Svante Arrhenius (1896), „On the Influence of Carbonic Acid in The Air Upon The Temperature of The Earth“ Seite 19 unten und 20 oben online, pdf

[25] Naomi Oreskes, Erik M. Conway, Merchants of Doubt. How a handful of Scientists obsured the truth on issues from tobacco smoke to Global Warming. Bloomsbury Press, New York 2010, S. 170.

[26] Feldman et al, Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010. In: Nature (2015), doi:10.1038/nature14240.

[27] Wilhelm Ostwald: Energetische Grundlagen der Kulturwissenschaft, Dr. Werner Klinkhardt, Verlag, Leipzig 1909, Seite 44. In: archive.org. Abgerufen am 5. Oktober 2014.

[28] Garcia et al, Performance model for parabolic trough solar thermal power plants with thermal storage: Comparison to operating plant data. In: Solar Energy 85, (2011), 2443–2460, S. 2443, doi:10.1016/j.solener.2011.07.002.

[29] Erdem Cuce, Pinar Mert Cuce, A comprehensive review on solar cookers. In: Applied Energy 102, (2013), 1399–1421, S. 1400 doi:10.1016/j.apenergy.2012.09.002.

[30] Michael Mende: Frühindustrielle Antriebstechnik – Wind- und Wasserkraft. In: Ulrich Wengenroth (Hrsg.) Technik und Wirtschaft. VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, S. 289–304, S. 291.

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[33] Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. München 2012, S. 37.

[34] Matthias Heymann: Die Geschichte der Windenergienutzung 1890–1990. Frankfurt am Main – New York 1995, S. 268.

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[61] Hans Günter Brauch: Energiepolitik im Zeichen der Klimapolitik beim Übergang zum 21. Jahrhundert. In: Ders.: Energiepolitik. Technische Entwicklung, politische Strategien, Handlungskonzepte zu erneuerbaren Energien und zur rationellen Energienutzung, Berlin/Heidelberg 1997, 1–24, S. 2.

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[64] Edgar G. Hertwich et al, Integrated life-cycle assessment of electricity-supply scenarios confirms global environmental benefit of low-carbon-technologies. In: Proceedings of the National Academy of Sciences, 6. Oktober 2014, doi:10.1073/pnas.1312753111

[65] Vgl. Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. München 2011, S. 31.

[66] Umweltveränderungen in Bergbauregionen (PDF-Datei; 247 kB). Abgerufen am 1. März 2012.

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[Crastan_11-70] Vgl. Valentin Crastan, Elektrische Energieversorgung 2, Berlin – Heidelberg 2012, S. 11.

[71] Florian Lüdecke-Freund, Oliver Opel, Energie, in: Harald Heinrichs, Gerd Michelsen (Hrsg.), Nachhaltigkeitswissenschaften, Berlin – Heidelberg 2014, S. 430.

[72] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 43.

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[80] Vgl. Stefan Lars, Thoren Reun, Friederike Anna Dratwa, In varietate concordia - Strategien und Ziele der "neuen" EU-Energie und Klimapolitik, in: Friederike Anna Dratwa et al (Hrsg.), Energiewirtschaft in Europa. Im Spannungsfeld zwischen Klimapolitik, Wettbewerb und Versorgungssicherheit, Berlin Heidelberg 2010, S. 101-130, insb. 105-108.

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[Heuck_60f-84] Klaus Heuck/Klaus-Dieter Dettmann/Detlef Schulz, Elektrische Energieversorgung. Erzeugung, Übertragung und elektrischer Energie für Studium und Praxis, 8. überarbeitete und aktualisierte Auflage. Wiesbaden 2010, S. 60f.

[85] Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. München 2013, S. 30–33.

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[87] The World Nuclear Industry Status Report 2014. Abgerufen am 4. März 2015.

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[89] Mark Z. Jacobson, Review of solutions to global warming, air pollution, and energy security. In: Energy and Environmental Science 2, (2009), 148-173, S. 155, doi:10.1039/b809990c.

[90] Mark Z. Jacobson; Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, S. 1156, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.

[91] Conrad Kunze: Soziologie der Energiewende. Stuttgart 2012, Ibidem, ISBN 978-3-8382-0347-8.

[92] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 8.

[93] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Energy for a Sustainable World: From the Oil Age to a Sun-Powered Future, Weinheim 2011, S. 315.

[94] Istemi Berk, Hakan Yetkiner: Energy prices and economic growth in the long run: Theory and evidence. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 36, (2014) 228–235. doi:10.1016/j.rser.2014.04.051

[95] Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher (Hrsgs.), Regenerative Energien in Österreich. Grundlagen, Systemtechnik, Umweltaspekte, Kostenanalysen, Potentiale, Nutzung, Wiesbaden 2009, S. 616.

[96] Robert Gasch, Jochen Twele (Hrsg.): Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Springer, Wiesbaden 2013, S. 8.

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[99] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3216, doi:10.1039/c1ee01249e.

[Quaschning_Energiesysteme-100] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 34.

[101] Vgl. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsgs.), Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, Berlin Heidelberg 2013, S. 5.

[Weitemeyer_S.14-102] Stefan Weitemeyer, David Kleinhans, Thomas Vogt, Carsten Agert, Integration of Renewable Energy Sources in future power systems: The role of storage. In: Renewable Energy 75, (2015), 14–20, S. 14, doi:10.1016/j.renene.2014.09.028.

[103] Sarah Becker et al, Features of a fully renewable US electricity system: Optimized mixes of wind and solar PV and transmission grid extensions. In: Energy 72, (2014), 443-458, S. 443, doi:10.1016/j.energy.2014.05.067.

[104] Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies,energy resources,quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, (2011), 1154–1169, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.

[105] Omar Ellabban, Haitham Abu-Rub, Frede Blaabjerg, Renewable energy resources: Current status, future prospects and their enabling technology. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 39, (2014), 748–764, S. 763, doi:10.1016/j.rser.2014.07.113.

[106] Francesco Asdrubali, Giorgio Baldinelli, Francesco D’Alessandro, Flavio Scrucca, Life cycle assessment of electricity production from renewable energies: Review and results harmonization. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 42, (2015), 1113-1122, doi:10.1016/j.rser.2014.10.082.

[REN21_2014-107] Global Status Report 2014. Internetseite von REN21. Abgerufen am 8. August 2014.

[108] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach: Regenerative Energietechnik. Berlin/ Heidelberg 2009, S. 33.

[109] Vgl. Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 36-38.; Felix Ekardt: Jahrhundertaufgabe Energiewende: Ein Handbuch. Berlin 2014, Kap. II.

[110] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 52.

[111] Martin Pehnt (Hrsg.), Energieeffizienz. Ein Lehr- und Handbuch. Berlin Heidelberg 2010, S. 6.

[112] Mathias Günther, Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme, Wiesbaden 2014, S. 103-113, insb. 103.

[113] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, doi:10.1039/c1ee01249e.

[114] James H. Williams et al, The Technology Path to Deep Greenhouse Gas Emissions Cuts by 2050: The Pivotal Role of Electricity. In: Science 335, 53 (2012), 53–59, doi:10.1126/science.1208365.

[115] Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies—Part I: Methodology. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, (2014), 1003–1018, S. 1004, doi:10.1016/j.rser.2013.09.012

[116] Vgl. Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 49.

[117] Mark Z. Jacobson, Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, S. 1159, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.

[118] Valentin Crastan, Elektrische Energieversorgung 2, Berlin – Heidelberg 2012, S. 359.

[119] Mathias Günther, Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme, Wiesbaden 2014, S. 111.

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[123] Mathias Günther, Energieeffizienz durch Erneuerbare Energien. Möglichkeiten, Potenziale, Systeme, Wiesbaden 2014, S. 103; Ebd. S. 110.

[124] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, 3214, doi:10.1039/c1ee01249e.

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[126] Dunn et al, The significance of Li-ion batteries in electric vehicle life-cycle energy and emissions and recycling's role in its reduction. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 158-168, 166f, doi:10.1039/c4ee03029j.

[127] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3215, doi:10.1039/c1ee01249e.

[128] David B. Richardson, Electric vehicles and the electric grid: A review of modeling approaches, Impacts, and renewable energy integration. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 19, (2013), 247-254, 252f, doi:10.1016/j.rser.2012.11.042.

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[137] Volker Quaschning, Systemtechnik einer klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung in Deutschland für das 21. Jahrhundert. Düsseldorf 2000, S. 39.

[138] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Regenerative Energietechnik, Berlin Heidelberg 2009, S. 419f.

[139] Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. München 2012, S. 135.

[140] Vgl. Peter Hennicke, Manfred Fischedick, Erneuerbare Energien. Mit Energieeffizienz zur Energiewende, München 2007, S. 17.

[141] Omid Palizban, Kimmo Kauhaniemi, Josep M. Guerrero, Micro grids in active network management – Part I: Hierarchical control, energy storage, virtual power plants, and market participation. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 36, (2014), 428–439, doi:10.1016/j.rser.2014.01.016.

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[145] Peter Hennicke, Manfred Fischedick, Erneuerbare Energien. Mit Energieeffizienz zur Energiewende, München 2007, S. 16.

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[147] Vgl. Alois Schaffarczyk (Hrsg.): Einführung in die Windenergietechnik. München 2012, S. 69–72.

[148] Umweltbundesamt 2007, zit. nach: Viktor Wesselak, Thomas Schabbach: Regenerative Energietechnik. Berlin/Heidelberg 2009, S. 27.

[149] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer, Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2013, S. 26

[150] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3195, doi:10.1039/c1ee01249e.

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[182] Matthias Heymann: Die Geschichte der Windenergienutzung 1890–1990. Frankfurt am Main/ New York 1995, S. 64–66.

[183] Vgl. Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife.. Internetseite der dena. Abgerufen am 15. April 2014.

[184] Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies—Part II: Results. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, (2014), 1019–1034, doi:10.1016/j.rser.2013.11.032.

[Henning_1026f-185] Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, A comprehensive model for the German electricity and heat sector in a future energy system with a dominant contribution from renewable energy technologies—Part II: Results. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, (2014), 1019–1034, doi:10.1016/j.rser.2013.11.032.

[186] Martin Kaltschmitt/Wolfgang Streicher (Hrsgs.), Regenerative Energien in Österreich. Grundlagen, Systemtechnik, Umweltaspekte, Kostenanalysen, Potentiale, Nutzung. Wiesbaden 2009, S. 41.

[187] Braunkohle im Visier der Umweltschützer. Goethe-Institut. Abgerufen am 15. April 2014.

[188] Auswirkungen von erneuerbaren Energien auf den Boden (PDF; 11,8 MB). Bayerisches Landesamt für Umwelt. Abgerufen am 15. April 2013.

[189] Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/ Heidelberg 2006, S. 337.

[190] Mark Z. Jacobson; Mark A. Delucchi, Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. In: Energy Policy 39, Vol. 3, (2011), 1154–1169, S. 1161, doi:10.1016/j.enpol.2010.11.040.

[191] Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani, Towards an electricity-powered world. In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, S. 3216, doi:10.1039/c1ee01249e.

[Türk_S._15-192] Oliver Türk, Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe: Grundlagen - Werkstoffe - Anwendungen, Wiesbaden 2014, S. 15.

[193] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 349.

[194] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Regenerative Energietechnik, Berlin Heidelberg 2009, S. 107f.

[Wesselak_108f-195] Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Regenerative Energietechnik, Berlin Heidelberg 2009, S. 108f.

[196] Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 358f.

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-Bei der Energieerzeugung fallen sowohl innere (d.h. [[Betriebswirtschaftslehre|betriebswirtschaftliche]]) als auch äußere, [[Volkswirtschaftslehre|volkswirtschaftliche]] Kosten an. Während die inneren Kosten im Wesentlichen aus Bau, Betrieb und Rückbau von [[Kraftwerk]]en sowie der Brennstoffbeschaffung bestehen, die zumeist den Marktmechanismen unterliegen, äußern sich [[Externer Effekt|externe Kosten]] vor allem in Form von [[Umweltverschmutzung]], [[Gesundheit]]s- und [[Folgen der globalen Erwärmung|Klimaschäden]], die nicht von den Verursachern, sondern der Allgemeinheit getragen werden.<ref>[[Viktor Wesselak]], [[Thomas Schabbach]], Thomas Link, Joachim Fischer, ''Regenerative Energietechnik'', Berlin/Heidelberg 2013, S. 26</ref>. Die tatsächlichen Vollkosten der Energieerzeugung sind daher nur schwierig zu bestimmen; in manchen Fällen übersteigen die sozialen und ökologischen Kosten der konventionellen Energiegewinnung sogar die Endkundenpreise der Stromverbraucher.<ref>[[Nicola Armaroli]], [[Vincenzo Balzani]], ''Towards an electricity-powered world''. In: ''[[Energy and Environmental Science]] 4, (2011), 3193-3222, S. 3195, {{DOI|10.1039/c1ee01249e}}.</ref> Machol und Rizk kommen beispielsweise zu dem Ergebnis, dass alleine die durch Verbrennung fossiler Energieträger verursachten Gesundheitsschäden in den USA bei 14 bis 35 US-Cent/kWh liegen und damit die dortigen Endkundenpreise für Strom deutlich übersteigen. Den ökonomischen Gesamtschaden aus diesen Effekten auf die Gesundheit der US-Bürger beziffern sie auf ca. 362 bis 887 Mrd. US-Dollar pro Jahr.<ref>Ben Machol, Sarah Rizk, ''Economic value of U.S. fossil fuel electricity health impacts''. In: ''[[Environment International]]'' 52, (2013), 75–80, S. 78, {{DOI|10.1016/j.envint.2012.03.003}}.</ref>
+Bei der Energieerzeugung fallen sowohl innere (d.h. [[Betriebswirtschaftslehre|betriebswirtschaftliche]]) als auch äußere, [[Volkswirtschaftslehre|volkswirtschaftliche]] Kosten an. Während die inneren Kosten im Wesentlichen aus Bau, Betrieb und Rückbau von [[Kraftwerk]]en sowie der Brennstoffbeschaffung bestehen, die zumeist den Marktmechanismen unterliegen, äußern sich [[Externer Effekt|externe Kosten]] vor allem in Form von [[Umweltverschmutzung]], [[Gesundheit]]s- und [[Folgen der globalen Erwärmung|Klimaschäden]], die nicht von den Verursachern, sondern der Allgemeinheit getragen werden.<ref>[[Viktor Wesselak]], [[Thomas Schabbach]], Thomas Link, Joachim Fischer, ''Regenerative Energietechnik'', Berlin/Heidelberg 2013, S. 26</ref> Die tatsächlichen Vollkosten der Energieerzeugung sind daher nur schwierig zu bestimmen; in manchen Fällen übersteigen die sozialen und ökologischen Kosten der konventionellen Energiegewinnung sogar die Endkundenpreise der Stromverbraucher.<ref>[[Nicola Armaroli]], [[Vincenzo Balzani]], ''Towards an electricity-powered world''. In: ''[[Energy and Environmental Science]] 4, (2011), 3193-3222, S. 3195, {{DOI|10.1039/c1ee01249e}}.</ref> Während Shindell beispielsweise die gesamten Umweltschäden aus der [[Elektrizität]]sproduktion in den [[Vereinigte Staaten|USA]] auf 330-970 Mrd. US-Dollar pro Jahr beziffert, die größtenteils der Verbrennung fossiler Energieträger zuzuschreiben sind<ref name="Shindell Social Cost">Drew T. Shindell, ''The social cost of atmospheric release''. In: ''[[Climatic Change]]'' (2015), {{DOI|10.1007/s10584-015-1343-0}}.</ref>, kommen Machol und Rizk zu dem Ergebnis, dass alleine die durch Verbrennung fossiler Energieträger verursachten [[Gesundheit]]sschäden in den USA bei 14 bis 35 US-Cent/kWh liegen. Damit übersteigen diese die dortigen Endkundenpreise für Strom deutlich. Den ökonomischen Gesamtschaden aus diesen Effekten auf die Gesundheit der US-Bürger beziffern sie auf ca. 362 bis 887 Mrd. US-Dollar pro Jahr.<ref>Ben Machol, Sarah Rizk, ''Economic value of U.S. fossil fuel electricity health impacts''. In: ''[[Environment International]]'' 52, (2013), 75–80, S. 78, {{DOI|10.1016/j.envint.2012.03.003}}.</ref>
 Wird eine [[Vollkosten]]rechnung angestellt, die auch externe Kosten mit einbezieht, sind viele Erneuerbare Energien bereits heute preiswerter als konventionell erzeugter Strom.<ref>Kirsten Selder, ''Renewable Energy Sources Act and Trading of Emission Certificates: A national and a supranational tool direct energy turnover to renewable electricity-supply in Germany''. In: ''[[Energy Policy]]'' 64, 2014, 302–312, S. 305, {{DOI|10.1016/j.enpol.2013.08.030}}.</ref> Da die externen Kosten bei der konventionellen Energiegewinnung in den Preisen fossiler Energieträgern jedoch bisher nicht abgebildet werden, kommt es in der Praxis jedoch zu einem [[Marktversagen]] zugunsten der konventionellen Energiewirtschaft. Das Marktprinzip führt somit unter den aktuellen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen zu einer suboptimalen Nutzung von Energieressourcen: fossile Energieträger erscheinen aufgrund nicht berücksichtigter Externer Kosten günstiger, als sie volkswirtschaftlich sind.<ref>Florian Lüdecke-Freund, Oliver Opel, ''Energie'', in: [[Harald Heinrichs]], [[Gerd Michelsen]] (Hrsg.), ''Nachhaltigkeitswissenschaften'', Berlin – Heidelberg 2014, S. 442.</ref> Soll jedoch, wie mit der [[Strommarkt|Liberalisierung]] angestrebt, der Markt die volkswirtschaftlich effizienteste Produktionsweise finden, so müssen hierfür zwingend alle wettbewerbsverzerrenden Faktoren vermieden und eine Kostenwahrheit durch [[Internalisierung (Wirtschaft)|Internalisierung]] aller externen Faktoren hergestellt werden.<ref>[[Valentin Crastan]]: ''Elektrische Energieversorgung 2.'' Berlin/ Heidelberg 2012, S. 87.</ref> Geschieht dies nicht, können die Effizenzvorteile eines liberalisierten Marktes durch negative Effekte auf die Umwelt zunichtegemacht werden. Möglichkeiten zur Herstellung dieser [[Verursachungsgerechtigkeit|Kostenwahrheit]] im Bezug auf die Globale Erwärmung sind Lenkungsabgaben wie z.&nbsp;B. eine [[CO2-Steuer|CO<sub>2</sub>-Steuer]] oder ein funktionierender [[Emissionshandel]].<ref>[[Valentin Crastan]], ''Elektrische Energieversorgung 2'', Berlin – Heidelberg 2012, S. 88.</ref>