Erneuerbare Energien

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Beispiele der Nutzung erneuerbarer Energieträger: Biogas, Photovoltaik und Windenergie

Als erneuerbare Energien (auch großgeschrieben: Erneuerbare Energien) oder regenerative Energien werden Energiequellen bezeichnet, die im menschlichen Zeithorizont für nachhaltige Energieversorgung praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen[1][2] oder sich verhältnismäßig schnell erneuern. Damit grenzen sie sich von fossilen Energiequellen ab, die endlich sind oder sich erst über den Zeitraum von Millionen Jahren regenerieren. Erneuerbare Energiequellen gelten, neben höherer Energieeffizienz, als wichtigste Säule einer nachhaltigen Energiepolitik (englisch sustainable energy) und der Energiewende.[3] Zu ihnen zählen Bioenergie (Biomassepotenzial), Geothermie, Wasserkraft, Meeresenergie, Sonnenenergie und Windenergie.[4] Die bei weitem wichtigste Energiequelle ist die Sonne.

Der Begriff „erneuerbare Energien“ ist nicht im streng physikalischen Sinne zu verstehen, denn Energie lässt sich nach dem Energieerhaltungssatz weder vernichten noch erschaffen, sondern lediglich in verschiedene Formen überführen. Auch aus erneuerbaren Energien gewonnene sekundäre Energieträger (Elektrizität, Wärme, Kraftstoff) werden oft unpräzise als erneuerbare Energien bezeichnet.[5] Als Bezeichnung für thermische Energie, die aus Geothermie, Solarthermie oder Bioenergie gewonnen wird, und für die indirekte Nutzung von Sonnenenergie durch Solararchitektur wird auch der Begriff erneuerbare Wärme verwendet. Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen wird auch als Grünstrom und Ökostrom bezeichnet.

2017 deckten erneuerbare Energien 18,1 % des weltweiten Endenergieverbrauchs. Daran hatte traditionelle Biomasse, in Entwicklungsländern zum Kochen und Heizen genutzt, mit 7,5 % den größten Anteil, moderne Biomasse und Solar- und Geothermie (4,2 %), gefolgt von Wasserkraft (3,6 %), andere moderne erneuerbare Energien wie vor allem Windkraft und Photovoltaik (zusammen 2 %) und Biokraftstoffe (1 %).[6] Der Ausbau der erneuerbaren Energien wird in vielen Staaten weltweit vorangetrieben.[7][8] Der Anteil am weltweiten Endenergieverbrauch steigt nur langsam und das Wachstum lag von 2006 bis 2016 durchschnittlich bei 0,8 % pro Jahr.[6]

Im Stromsektor lag der Anteil 2018 weltweit bei 26,2 % wobei die Wasserkraft mit 15,8 % deutlich den größten Anteil hatte.[9] Der Anteil der erneuerbaren Energien am Verbrauch an Primärenergie, bei dem erneuerbare Energien aufgrund der angewandten Berechnungsmethode tendenziell unterrepräsentiert sind[10], lag 2016 bei 13,7 %.[11] 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.[12] Besonders ehrgeizige Ziele hat sich Volksrepublik China gesetzt, wo der Anteil Erneuerbarer Energien von 2013 bis 2017 um 50 % gesteigert werden soll. Zugleich übertrafen 2013 die Investitionen in erneuerbare Energien erstmals die Investitionen in konventionelle Kraftwerke.[13] Der Anteil der erneuerbaren Energien ist in China von 1999 (20,2 %) bis 2011 (7,5 %) kontinuierlich gefallen. Seit 2011 steigt der Anteil dort wieder und lag 2016 bei 9 %.[11]

Beitrag erneuerbarer Energien zum Primärenergieverbrauch in Deutschland (2000 – 2018)[14]
Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland (2017)

Erneuerbare Energiequellen

Anteil von Windkraft und Photovoltaik an der deutschen Stromerzeugung (logarithmisch)
Holz ist der wohl am längsten genutzte Träger erneuerbarer Energie
Nutzung der Windenergie durch Windkraftanlagen

Die Basis für die erneuerbaren Energien bilden die drei Energiequellen Kernfusion der Sonne, Gezeitenkraft aufgrund der Planetenbewegung und Geothermie des Erdinneren. Die mit Abstand ergiebigste Form ist dabei die Sonnenenergie, deren jährliches Energieangebot auf der Erde 3.900.000.000 PJ (Petajoule) beträgt. Geothermie stellt 996.000 PJ bereit, während die Gravitation 94.000 PJ liefert.[1]

Sonnenenergie (Strahlungsenergie)

Die Sonne emittiert große Mengen Energie, die als Solarstrahlung (elektromagnetische Welle) die Erde erreichen. Die von der Sonne auf die Erde abgestrahlte Leistung beträgt circa 174 PW (Petawatt). Etwa 30 % der Strahlung wird reflektiert, sodass circa 122 PW die Erde (Erdhülle und Erdoberfläche) erreichen. Das sind etwa 1.070 EWh (Exawattstunden) im Jahr und damit derzeit circa das 7.500 fache des Weltjahresenergiebedarfs.

Sonnenenergie lässt sich direkt oder indirekt vielfältig nutzen. Die direkte Nutzung erfolgt mit Photovoltaikanlagen sowie als Sonnenwärme. Daneben „liefert“ die von der Atmosphäre und von der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie mechanische, kinetische und potentielle Energie. Potentielle Energie entsteht, indem durch atmosphärische Prozesse Wasser in höhere Lagen transportiert wird. Die Sonnenenergie erzeugt zudem in der Atmosphäre durch meteorologische Prozesse Winde. Diese Winde (= bewegte Luftmassen) enthalten kinetische Energie (Windenergie); sie erzeugen auf den Meeren Wellen (Wellenenergie). Pflanzen absorbieren die Strahlung im Zuge der Photosynthese und fixieren sie in Biomasse, die zur Energiewandlung genutzt werden kann. Auch die Nutzung der Umgebungswärme mittels Wärmepumpen mit oberflächennahen Erdwärmekollektoren oder von Luft-Luft-Wärmepumpen zählt zur Solarenergie.

Grundsätzlich kann die Energie der Sonne neben der direkten Nutzung auch in Form von Bioenergie, Windenergie und Wasserkraft indirekt verwertet werden. Mögliche Nutzungsformen sind:

Geothermie (Erdwärme)

Geothermisches Kraftwerk im Isländischen Krafla

Die im Erdinneren gespeicherte Wärme stammt zum einen von Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung. Zum anderen erzeugen dort nukleare Zerfallsprozesse primordialer Radionuklide und die durch Gezeitenkräfte verursachte Reibung zwischen fester Erdkruste und flüssigem Erdkern laufend weitere Wärme. Sie kann für Heizzwecke (vor allem oberflächennahe Geothermie) oder auch zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie) genutzt werden.

In Deutschland, Österreich und der Schweiz finden sich hauptsächlich Niederenthalpie-Lagerstätten. In diesen Lagerstätten strömt die Wärme aus den tieferen Schichten aber nicht in dem Maße nach, wie sie durch eine geothermische Anlage entnommen wird, so dass sich der Bereich der Entnahmestelle abkühlt und die Entnahme nur über einen begrenzten Zeitraum von einigen Jahrzehnten möglich ist, nach der eine Regeneration des Wärmereservoirs notwendig wird. Oberflächennahe Anlagen können allerdings im Sommer mit Wärmeenergie aus Kühlprozessen aufgefüllt werden, indem die Transportrichtung der Energie umgekehrt wird. Geothermieprojekte erfordern eine sorgfältige Erkundung und Analyse der geologischen Gegebenheiten, da Eingriffe in den Schichtenaufbau schwerwiegende Folgen haben können.

Wechselwirkung der Erde mit Sonne und Mond

Die Anziehungskraft (Schwerkraft) von Sonne und Mond (und anderen Himmelskörpern) verursacht in und auf der rotierenden Erde die Gezeiten, wobei die Drehgeschwindigkeit der Erde durch diese Energieumwandlung allmählich abgebremst wird. Die dadurch induzierten Strömungen können als mechanische Energie in Gezeitenkraftwerken und Meeresströmungskraftwerken genutzt werden. Diese Anziehungskräfte führen außerdem zu Deformationen des Erdkörpers und dadurch in der festen Erde und im flüssigen Erdkern zu Reibung, die dem Erdinneren weitere Wärme zuführt. Die Reibungsenergie beträgt ca. 2,5 TW (Terawatt), das wirtschaftlich nutzbare Potenzial wird auf etwa 9 % dieser Energie geschätzt.[15] Mechanische Energie entsteht in diesem Zusammenhang aber auch durch Wechselwirkung mit dem Wetter, dessen Energie indirekt durch Wasser- und Windkraftwerke genutzt wird.

Potentiale

Globale Potentiale

Theoretischer Platzbedarf für Solarkollektoren, um in Solarthermischen Kraftwerken den Strombedarf der Welt, Europas (EU-25) oder Deutschlands zu erzeugen[16]

Die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie entspricht mehr als dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs.[17] Erdwärme und Gezeitenkraft liefern deutlich geringere, aber im Vergleich zum menschlichen Bedarf hohe Beiträge. Rein physikalisch betrachtet, steht damit ein Vielfaches der Energie zur Verfügung, die in absehbarer Zukunft gebraucht werden wird, auch wenn sich das hier genannte theoretische Potential u. a. durch technische und ökologische Belange reduziert. Auch die notwendigen Technologien sowie die Konzepte zur Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung gelten als vorhanden.[18]

Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass weltweit bis 2040 ein Fünftel des Primärenergieverbrauchs sowie ein Drittel der Elektrizität durch erneuerbare Energien gedeckt werden.[19] Laut IPCC könnten unter optimistischen Annahmen bis 2050 sogar 77 % des weltweiten Energieverbrauches aus erneuerbaren Energien stammen.[20]

Wissenschaftler der Universitäten Stanford und Davis haben in einem Plan für eine emissionsfreie Welt bis 2030 errechnet, dass die weltweite Umstellung auf Wind-, Wasser- und Sonnenenergie rund 100.000 Milliarden US-Dollar kosten würde, wobei Geothermie- und Gezeitenkraftwerke unter Wasserenergie und Wellenkraftwerke unter Windenergie aufgeführt werden. Diese Berechnung beinhaltet Kosten für Speicherkraftwerke und Maßnahmen für einen intelligenten Stromverbrauch, nicht aber die Infrastruktur zur Verteilung des Stroms.[21] Deutlich höher wären die Kosten für das Festhalten an den fossil-atomaren Energien, wie Berechnungen der Energy Watch Group ergaben. Demnach wurden weltweit im Jahr 2008 zwischen 5500 und 7750 Milliarden Dollar für fossile und atomare Energien ausgegeben; bereits ein Anstieg der Energiepreise um 20 % würde die Ausgaben auf fast 10.000 Milliarden Dollar pro Jahr ansteigen lassen.[22]

Potentiale in Deutschland

Jedes Jahr wird mittels des Sonnenlichts etwa das Hundertfache des deutschen Primärenergieverbrauchs auf Deutschland eingestrahlt.[23] Dazu muss noch das Potential der Geothermie sowie der Windenergie gerechnet werden, wobei alleine die Windenergie an Land über ein nutzbares Potential von ca. 2400 TWh/a (Terawattstunde pro Jahr), ca. das Vierfache der deutschen Stromerzeugung, verfügt.[24] Prinzipiell ist deshalb eine autarke Komplettversorgung Deutschlands mit erneuerbaren Energien alleine mit heimischen Quellen möglich, auch wenn die meisten 100-%-Szenarien einen Import aus Nachbarstaaten vorsehen, da sich auf diese Weise die Versorgungssicherheit erhöht sowie der notwendige Speicherbedarf infolge von Ausgleichseffekten reduzieren lässt.[25]

Im Jahr 2008 ging das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) in seiner Leitstudie davon aus, dass die erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2020 einen Anteil von 30 % an der Stromversorgung erreichen würden.[26] Damit sollte der ursprünglich bis zu diesem Zeitpunkt geplante Wegfall an Kernenergiekapazitäten (Atomausstieg) vollständig ersetzt werden. 2012 wurde von einem deutlich stärkeren Ausbau ausgegangen. Laut Branchenprognose der Erneuerbare-Energien-Industrie könnten die erneuerbaren Energien in Deutschland bereits im Jahr 2020 mit 48 % knapp die Hälfte des gesamten deutschen Strombedarfs decken. Nach Beschluss der schwarz-roten Bundesregierung aus dem Jahr 2014 sollte der Ökostromanteil bis 2020 auf 40–45 % und bis 2035 auf 55 bis 60 % gesteigert werden.[27] Im Jahr 2016 konnten bereits 29,2 % des Stromverbrauchs in Deutschland durch erneuerbare Energieträger gedeckt werden.[28] Zielvorhaben aus dem Jahr 2017 sind, bis 2025 40–45 % des Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien bereitzustellen und bis 2022 die letzten Kernkraftwerke abzuschalten.[29]

Laut dem im Januar 2010 von der Agentur für Erneuerbare Energien vorgelegten Potenzialatlas sind die technischen Potenziale in Deutschland zur Nutzung regenerativer Energien noch größtenteils unerschlossen. Der Potenzialatlas berechnet den Flächenverbrauch von heute bis zum Jahre 2020, der für erneuerbare Energien bei deren weiterem Ausbau benötigt wird. Demnach könne beispielsweise die Windenergie an Land bis 2020 ein Fünftel des deutschen Strombedarfs decken. Dafür benötige sie etwa 0,75 % der Landesfläche. Die Bioenergie stelle demnach im Jahr 2020 einen Anteil von 15 % an der gesamten Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung, wofür eine Fläche von 3,7 Millionen Hektar (heute: 1,6 Millionen Hektar) notwendig sei. Eine Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung (Flächenkonkurrenz) sei aufgrund der EU-weiten Getreideüberschüsse nicht zu befürchten. Auch das Potenzial der Solarenergie sei noch weitgehend unerschlossen. Nur 2,5 % der geeigneten Gebäudeflächen würden bisher für Strom oder Wärme aus der Sonne genutzt.[30]

Ein Gutachten des Sachverständigenrats für Umweltfragen kam 2010 zu dem Ergebnis, dass Deutschland im Jahr 2050 seine Stromversorgung vollständig aus erneuerbaren Energien decken könne. Laut Olav Hohmeyer, Hauptautor des Gutachtens, ist bereits 2030 eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich, wenn die konventionellen Kraftwerke frühzeitig abgeschaltet sowie die Netz- und Speicherinfrastruktur angepasst würden. Die Studie enthält eine Reihe von Szenarien, denen zufolge selbst eine rein nationale Vollversorgung mit erneuerbaren Energien möglich sei. Einfacher und kostengünstiger sei jedoch ein Stromaustausch mit Nachbarländern und Regionen. So könne beispielsweise Norwegen zeitweise Stromüberschüsse aus Windenergie aufnehmen und dann Strom aus Wasserkraft zur Verfügung stellen, wenn in Deutschland wenig Wind weht.[31]

Auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kam zu dem Ergebnis, dass die deutsche Energieversorgung (Strom- und Wärmesektor) mit einer Vollversorgung mit erneuerbaren Energien bis 2050 technisch möglich sei und sich finanziell nicht belastend auswirke. Für das Gelingen müssten demnach jedoch vor allem im Wärmesektor noch einige Weichen gestellt werden. So müsse der Heizwärmebedarf für Gebäude durch energetische Gebäudesanierung auf rund 50 Prozent des Wertes aus dem Jahr 2010 sinken.[32]

Ausbau der erneuerbaren Energien

Weltweite Lage

Installierte Leistung der erneuerbaren Energien[33]
Bereich [Einheit] 2003 2013 2017
Stromsektor [GW]
Wasserkraft 715 1.000 1114
EEs gesamt ohne Wasserkraft 85 560 1081
davon Bioenergie <36 88 122
Geothermiekraftwerke 8,9 12 12,8
Photovoltaik 2,6 139 402
Solarthermiekraftwerke 0,4 3,4 4,9
Windenergie 48 318 539
Wärmesektor [GWth]
Solarthermie (Warmwasser) 98 326 472
Verkehrssektor [Mio. m³/a]
Bioethanol 28,5 87,2 106
Biodiesel 2,4 26,3 31
Weltweit installierte Leistung von Solar- und Windenergie

In vielen Ländern findet derzeit ein starker Ausbau der erneuerbaren Energien statt. Neben den klassischen Bereichen Wasserkraft und Bioenergie betrifft dies insbesondere die im 20. Jahrhundert noch unbedeutenden Bereiche Windenergie und Sonnenenergie.

In der internationalen Berichterstattung über Rolle und Potenzial der erneuerbaren Energien haben die beiden Institutionen IEA und IRENA eine herausgehobene Stellung inne. Während die Gründung der IEA im Jahr 1973 eine Reaktion auf die Ölkrise war, fand die Gründungskonferenz der IRENA erst Anfang 2009 in Bonn statt, wobei jedoch ihre Geschichte bereits mit dem 1980 erschienenen Brandt-Bericht beginnt.[34] Neben diesen Publikationen veröffentlicht das Regierungsforum REN21 regelmäßig Statusberichte zum weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien. Der jährlich erscheinende „Global Status Report“ gilt als Standardwerk der Erneuerbare-Energien-Branche.[35]

Nach diesem Bericht verfügten Anfang 2014 mindestens 138 Staaten über politische Ziele zum Ausbau der erneuerbaren Energien oder ähnliche Regelungen, davon waren 95 Schwellen- oder Entwicklungsländer.[12] 2005 waren es 55 Staaten. Während Windenergie derzeit in mindestens 83 Staaten der Erde zum Einsatz kommt, sind Photovoltaikanlagen in über 100 Staaten installiert. Bestimmte erneuerbare Energien sind in manchen Regionen bereits seit spätestens 2012 wettbewerbsfähig und können dort günstiger Strom produzieren als fossile Anlagen.[36]

Insgesamt lag der Anteil der erneuerbaren Energien am globalen Endenergiebedarf 2012 bei 19 %. Davon entfiel mit 9 % knapp die Hälfte auf die traditionelle Biomassenutzung, während moderne erneuerbare Energien 10 % lieferten. 78,4 % der Endenergie wurde von fossilen Energieträgern gedeckt, weitere 2,6 % entfielen auf die Kernenergie.[12]

Im Stromsektor wird der Anteil der erneuerbaren Energien weltweit im Jahr 2013 auf 22,1 % geschätzt, während 77,9 % der elektrischen Energie durch fossile Energien sowie durch die Kernenergie produziert wurden. Wichtigste regenerative Energiequelle war demnach die Wasserkraft, die 16,4 % des weltweiten Strombedarfs deckte. Die Windenergie lieferte 2,9 % des Stroms, Biomasse 1,8 % und die Photovoltaik 0,7 %, sonstige Erneuerbare erreichten 0,4 %.[12] In absoluten Zahlen lag die regenerative Stromerzeugung bei ca. 5.070 TWh.[37]

Insgesamt betrug die Installierte Leistung der erneuerbaren Energien Ende 2013 rund 1.550 Gigawatt und damit acht Prozent mehr als im Vorjahr. Im Jahr 2004 waren es noch 800 GW. Während die Leistung von Wasserkraftwerken in dem genannten Zeitraum von 715 GW auf 1000 GW zulegte, stieg die Leistung der anderen erneuerbaren Energien von 85 auf 560 GW, wobei die Windenergie mit einer installierten Leistung von 318 GW den größten Anteil an diesem Anstieg hatte. Ebenfalls sehr stark wuchs die Photovoltaik, die von 2,6 auf 139 GW zulegte. Biomasse stieg von unter 36 GW auf 88 GW, während geothermische und solarthermische Kraftwerke mit 12 bzw. 3,4 GW vergleichsweise unbedeutend blieben.[12]

Auch im Jahr 2013 beschränkte sich der Zubau an regenerativer Kraftwerkskapazität vorwiegend auf Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik. Ein Drittel des Zubaus ging auf die Wasserkraft zurück (40 GW), ein weiteres Drittel auf Photovoltaik (39 GW), die damit zum ersten Mal einen höheren Kapazitätszuwachs verzeichnete als die Windkraft (35 GW). Die Länder mit der höchsten installierten Leistung von Stromerzeugungsanlagen sind China, die Vereinigten Staaten, Brasilien, Kanada und Deutschland. Zum ersten Mal überstieg 2013 in China die neu installierte Leistung von Erneuerbare-Energien-Anlagen die von Kernkraftwerken und fossilen Kraftwerken. In der EU überstieg 2013 die neu installierte Leistung der Erneuerbaren erneut die von konventionellen Kraftwerken.[12]

Die Stromgestehungskosten der erneuerbaren Energien wie Onshore-Windkraft und insbesondere der Photovoltaik sind in den letzten beiden Dekaden stark gefallen (siehe unten). Seit 2009 sind die Kosten von Windkraft um etwa ein Drittel und für Photovoltaik um 80 % gesunken.[38] Mittlerweile können in verschiedenen Staaten unter günstigen Bedingungen Windkraftanlagen und Solarprojekte ohne finanzielle Beihilfen realisiert werden. Dadurch stieg die Zahl von Investitionen in erneuerbare Energien deutlich an. Die Preise für erneuerbare Energien sind in den vergangenen Jahren schneller und stärker gefallen als erwartet, insbesondere für Photovoltaik. 56 Prozent der neuen Kapazitäten zur weltweiten Stromerzeugung 2013 waren erneuerbare Energien. Die Investitionen stammten dabei etwa zur Hälfte aus Schwellen- und Entwicklungsländern. China hat 2014 erstmals mehr Kapazitäten im Erneuerbare-Energien-Sektor neu errichtet als im Kohlesektor. In Indien haben sich die Windkraft-Kapazitäten in den vergangenen zehn Jahren verzehnfacht, angetrieben von stark gesunkenen Kosten.[12][39]

Die Investitionen in erneuerbare Energien steigen seit Jahren mit zunehmender Geschwindigkeit. Im Jahr 2015 wurden weltweit 329,3 Milliarden US-Dollar in erneuerbare Energien investiert. Damit stiegen die Investitionen, trotz gesunkener Öl- und Gaspreise sowie ebenfalls gesunkener Kosten für erneuerbare Energien, gegenüber dem Vorjahr um 4 % an. Zudem wurde 30 Prozent mehr Wind- und Solarleistung installiert als 2014. 65 % aller global getätigten Investitionen in der Energiewirtschaft gingen in Erneuerbare Energien.[40] Nur in Europa sind die Investitionen zuletzt 2015 wieder eingebrochen.[41] Die weltweiten Neuinvestitionen in erneuerbare Energien übertrafen bereits im Jahr 2014 die Investitionen im konventionellen Sektor. Allein im Strombereich wurde im vergangenen Jahr doppelt so viel in Solar-, Wind- und Wasserkraft investiert (etwa 265 Milliarden US-Dollar) wie in neue Kohle- und Gaskraftwerke zusammen (etwa 130 Milliarden US-Dollar). Zugleich trugen sie mit 7,7 Millionen Arbeitsplätzen mehr zur weltweiten Beschäftigung bei als konventionelle Energien.[42] Deutschland lag bei den Investitionen auf Rang 5 (2014). China und Japan investierten überwiegend in Solaranlagen, Europa in Offshore-Windparks.[43] Im Jahr 2013 wurden im Energiesektor insgesamt weltweit 1,6 Billionen Dollar investiert, hiervon mehr als 1 Billion für fossile Energieträger und Kraftwerke und 250 Mrd. für erneuerbare Energien.[44] Im gesamten Zeitraum 2000–2013 entfielen weltweit etwa 57 % der Investitionen im Sektor der erneuerbaren Energien getätigt, während 40 % auf fossile Kraftwerke und 3 % auf Kernkraftwerke entfielen.[45] Nach Angaben des Allianz Climate & Energy Monitor 2016 benötigen die G20-Länder Investitionen in Höhe von rund 710 Milliarden US-Dollar jährlich bis 2035, um die UN-Klimaziele von Paris zu halten. Die für Investoren attraktivsten Länder sind Deutschland, Großbritannien, Frankreich und China.[46]

Etwa 147 Gigawatt (GW) aus erneuerbaren Energien wurden im Jahr 2015 neu installiert – der bis dahin größte Anstieg innerhalb eines Jahres – und decken insgesamt 19 Prozent des Weltenergiebedarfs. Der größte Zuwachs an Kapazität wurde bei Windenergie (63 GW), Photovoltaik (50 GW) und Wasserkraft (28 GW) verzeichnet.[47]

Die weltweiten staatlichen Subventionen für erneuerbare Energie betrugen im Jahr 2012 rund 100 Mrd. Dollar. Zum Vergleich: Im selben Zeitraum wurden fossile Energieträger direkt mit 544 Mrd. Dollar und indirekt mit der Nichtbepreisung entstehender Umwelt- und Gesundheitsschäden gefördert, so die Internationale Energieagentur (IEA).[48]

Die folgende Grafik gibt eine Übersicht über die Top-10-Investoren in erneuerbare Energien weltweit:[49]

Investitionen in erneuerbare Energien nach Staat:

BrasilienSüdafrikaIndienVereinigtes KönigreichItalienJapanDeutschlandVereinigte StaatenVolksrepublik China

Anmerkung: Rest der EU-27 umfasst Belgien, Bulgarien, Dänemark, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Rumänien, Schweden, Slowakei, Slowenien, Spanien, die Tschechische Republik, Ungarn und Zypern.

Die Studie „Energy [r]evolution“ von Greenpeace International, dem Global Wind Energy Council (GWEC) und SolarPower Europe, die zusammen mit dem Deutschen Luft- und Raumfahrt Zentrums (DLR) erarbeitet wurde, geht davon aus, dass es technisch möglich und finanziell attraktiv ist sowie Millionen neuer Arbeitsplätze schaffen kann, die globale Energieversorgung bis 2050 vollständig auf Erneuerbare umzustellen.[50] Die im April 2019 veröffentlichte Modellierungsstudie der Energy Watch Group und der Gruppe um Christian Breyer an der Technischen Universität Lappeenranta skizziert ein 1,5 °C Szenario mit einem kostengünstigen, sektorenübergreifenden und auf hoher Technologievielfalt beruhenden globalen 100% Erneuerbare-Energien-System, welches ohne negative CO2-Emissionstechnologien auskommt. Dabei werden die Bereiche Strom, Wärme, Verkehr und Meerwasserentsalzung bis 2050 betrachtet.[51]

In vielen Entwicklungsländern sind erneuerbare Energien im Wachstum begriffen. In Sierra Leone beispielsweise soll bis Ende 2016 etwa ein Viertel des erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien stammen. In der Nähe der Hauptstadt Freetown soll mit 6 MW Leistung Westafrikas größter Solarpark entstehen.[52] Solarenergie spielt auch zur Beleuchtung von Straßen, zum Beispiel in Koindu,[53] eine zunehmend größere Rolle in einem Staat mit jahrzehntelanger Unterversorgung.

Situation in der Europäischen Union

Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoenergieverbrauch in den EU-28-Staaten in Prozent[54]
Land 2004 2017 EU-Ziel
2020
Europaische Union Europäische Union 8,5 17,5 20,0
Belgien Belgien 1,9 9,1 13,0
Bulgarien Bulgarien 9,6 18,7 16,0
Danemark Dänemark 14,5 35,8 30,0
Deutschland Deutschland 5,8 15,5 18,0
Estland Estland 18,4 29,2 25,0
Finnland Finnland 29,2 41,0 38,0
Frankreich Frankreich 9,4 16,3 23,0
Griechenland Griechenland 6,9 16,3 18,0
Irland Irland 2,4 10,7 16,0
Italien Italien 6,3 18,3 17,0
Kroatien Kroatien 23,5 27,3 –(*)
Lettland Lettland 32,8 39,0 40,0
Litauen Litauen 17,2 25,8 23,0
Luxemburg Luxemburg 0,9 6,4 11,0
Malta Malta 0,1 7,2 10,0
Niederlande Niederlande 2,1 6,6 14,0
Osterreich Österreich 23,3 32,6 34,0
Polen Polen 6,9 10,9 15,0
Portugal Portugal 19,2 28,1 31,0
Rumänien Rumänien 17,0 24,5 24,0
Schweden Schweden 38,7 54,5 49,0
Slowakei Slowakei 6,4 11,5 14,0
Slowenien Slowenien 16,1 21,6 25,0
Spanien Spanien 8,3 17,5 20,0
Tschechien Tschechien 5,9 14,8 13,0
Ungarn Ungarn 4,4 13,3 13,0
Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich 1,2 10,2 15,0
Zypern Republik Zypern 3,1 9,9 13,0
(*)Kroatien trat erst 2013 der EU bei.

Im Jahr 2013 lag der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch in den EU-28-Staaten bei 15,0 %. Seit 2004, dem ersten Jahr, für das europaweit Daten vorliegen, ist der Anteil in allen EU-Staaten im Steigen begriffen. Der höchste Anteil wurde mit 52 % in Schweden erreicht, es folgen Lettland (37,1 %), Finnland (36,8 %) und Österreich (32,6 %). Das größte Wachstum wiesen Schweden, Dänemark, Österreich, Bulgarien und Italien auf.[54] Im Zeitraum 1999 bis 2009 war der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoinlandsenergieverbrauch in den EU-27-Staaten bereits von 5 % auf 9,0 % angestiegen.[55]

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch[54]
2004 (EU-Durchschnitt: 8,5 %)
2010 (EU-Durchschnitt: 12,9 %)
2017 (EU-Durchschnitt: 17,0 %)
  •  n.a.
  •  < 5 %
  •  5–10 %
  •  10–20 %
  •  20–30 %
  •  30–40 %
  •  40–50 %
  •  50–60 %
  •  > 60 %

    • Die Europäische Union verpflichtete sich am 9. März 2007 verbindlich, den Ausstoß von Treibhausgasen bis 2020 um ein Fünftel im Vergleich zu 1990 zu verringern und den Anteil erneuerbarer Energien im Durchschnitt auf 20 % bis 2020 zu erhöhen.[56] Im Januar 2008 beschloss die Europäische Kommission verbindliche Vorgaben für die einzelnen Mitgliedsstaaten.[57] Die Richtlinie 2009/28/EG (Nachfolger der Richtlinie 2001/77/EG) verpflichtet die Mitgliedstaaten zur Festlegung nationaler Richtziele für den Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch, wobei den einzelnen Staaten hinsichtlich der Fördersysteme im Einzelnen ausdrücklich freie Hand gelassen wird.[58] Der nationale Zielwert bis zum Jahr 2020 nach der EU-Richtlinie 2009/28/EG ist demnach für Deutschland 18 % und für Österreich 34 % des Endenergieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu erzielen.

    Im Januar 2014 gab die EU-Kommission ein Ziel von 27 Prozent für den Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch der EU im Jahr 2030 an.[59] Nach Prognosen des Ölkonzerns BP werden erneuerbaren Energien zwischen 2013 und 2035 um 136 % zunehmen und damit der am schnellsten wachsende Energieträger in Europa sein (gefolgt von Erdgas mit einem Zuwachs von 15 %).[60]

    Europaweit übersteigt die Stromproduktion aus erneuerbaren Energien mittlerweile sowohl die Stromproduktion aus Kernenergie als auch die Stromerzeugung aus Kohle (Stand 2017).[61]

    Prognosen

    Im Rückblick betrachtet wurden durch die in den letzten Jahrzehnten gemachten Prognosen und Szenarien die Potentiale der erneuerbaren Energien systematisch unterschätzt, oft sogar sehr stark. Neben Kritikern der Energiewende unterschätzten jedoch häufig auch Befürworter das Wachstum der erneuerbaren Energien.[62]

    Die Prognosen der Europäischen Union (EU) und der Internationalen Energieagentur (IEA) weichen dabei besonders stark von der tatsächlichen Entwicklung ab. So wurden die in der 1994 vorgelegten „Primes“-Studie der EU[63] für 2020 angenommenen Werte bereits 2008 deutlich überschritten. Die IEA erwartete in ihrem World Energy Outlook 2002 für 2020 einen Anstieg der Kapazitäten zur Windenergieproduktion auf 100 GW.[64] Dieser Wert wurde 2008, wenige Jahre nach der Veröffentlichung der Prognose, von der tatsächlichen installierten Leistung um mehr als 20 % übertroffen und lag Ende 2014 bereits bei 369 GW.[65][66] Eine 2015 publizierte Studie der Energy Watch Group und der Lappeenranta University of Technology urteilte, dass die IEA zwischen 1994 und 2014 regelmäßig das Wachstum von Photovoltaik und Windenergie unterschätzt hat. Die von der IEA im Jahr 2010 gegebenen Projektionen für Photovoltaik für das Jahr 2024 wurden demnach bereits im Januar 2015 erreicht (180 GW), was die IEA-Prognose für 2015 um den Faktor 3 übersteigt. Ähnlich habe die IEA die Bedeutung von Kohle, Öl und Atomkraft regelmäßig überschätzt. So gehe die IEA trotz eines Rückgangs der Atomkraft unverändert von einem jährlichen Wachstum von ca. 10 GW im kommenden Jahrzehnt aus.[67]

    Die größten Unterschiede zwischen Prognose und Realität des Ausbaus der erneuerbaren Energien in Deutschland ergeben sich für die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) in Auftrag gegebenen Studien der Prognos AG. Zum Beispiel war die reale Nutzung erneuerbarer Energien im Jahr 2000 fast dreimal so hoch wie die Prognose von 1998. Die für das Jahr 2020 erwartete Stromproduktion erreichten die erneuerbaren Energien bereits 2007.[68] Der Prognos-Studie von 1984 zufolge hätten Windenergie, Photovoltaik, Biogas, Geothermie, Solarthermie und Biokraftstoffe im Jahr 2000 keinen maßgeblichen Beitrag zur Energieversorgung geleistet.[69] Die in der Prognos-Studie von 2005 für 2030 vorhergesagten Werte für Strom aus Bioenergie und Photovoltaik und für Wärme aus erneuerbaren Energien wurden bereits 2007, nur zwei Jahre nach Veröffentlichung der Studie, erreicht. Die prognostizierte Biokraftstoffmenge für 2020 wurde ebenfalls schon 2007 übertroffen.[70]

    In Deutschland wird das Ausbauziel bis zum Jahr 2020, zu dem sich Deutschland bei der EU verpflichtet hat, laut Bundesumweltministerium voraussichtlich übertroffen. Statt 18 % Anteil am Endenergieverbrauch würden dann 19,6 % regenerativ erzeugt. Im Stromsektor erwartet das Ministerium einen Beitrag der erneuerbaren Energien von 38,6 %.[71]

    Global erwartet die Internationale Organisation für erneuerbare Energien (IRENA) eine Verdoppelung des Erneuerbare-Energien-Anteils bis 2030.[72] Der Finanzanalyst Bloomberg New Energy Finance sieht einen sogenannten tipping point bei Wind- und Solarenergie: Die Preise für Wind- und Solarstrom seien in den letzten Jahren stark gefallen und lagen im Januar 2014 in einigen Bereichen bzw. Teilen der Welt bereits unter den Preisen der konventionellen Stromerzeugung. Die Preise würden weiter fallen. Die Stromnetze seien weltweit stark ausgebaut worden, so dass diese nun auch Strom aus erneuerbaren Energien aufnehmen und verteilen könnten. Auch hätten die erneuerbaren Energien weltweit dafür gesorgt, dass die Strompreise stark unter Druck geraten seien. Zudem würden die erneuerbaren Energien enthusiastisch von den Verbrauchern aufgenommen. Bereits im Jahr 2014 soll dieser Systemwechsel für sehr viele Menschen offensichtlich werden.[73]

    Die Deutsche Bank prognostizierte im Januar 2014 bei der Photovoltaik ein starkes Wachstum. In mindestens 19 Märkten weltweit sei Netzparität erreicht. Die Preise für Photovoltaik würden weiter sinken. Es würden sich zunehmend Geschäftsmodelle jenseits von Einspeisetarifen durchsetzen. Das weitere Wachstum sei darin begründet, dass Photovoltaik immer wettbewerbsfähiger werde.[74]

    Wandel des Energiesystems

    Beispiel für dezentrale Strom- und Wärmeversorgung: Das Biomasseheizkraftwerk Mödling in Niederösterreich

    Der Wandel von der konventionellen Energiebereitstellung zu erneuerbaren Energien verändert die Struktur der Energiewirtschaft massiv. Die Stromerzeugung in Großkraftwerken (Kernkraft-, Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke) stagniert oder nimmt ab; die Erzeugung in Anlagen mit wenigen Kilowatt (beispielsweise Photovoltaik) bis wenige Megawatt hat zugenommen. Zudem bildete sich binnen kurzer Zeit (seit ca. 2012) eine in der öffentlichen Debatte sehr einflussreiche Divestment-Bewegung, die den Umstieg auf klimaneutrale Energiequellen durch den Verkauf von Beteiligungen an Fossilenergiekonzernen und damit durch einen fundamentalen Bruch des konventionellen Energiesystems zu erreichen versucht.[75]

    Ein weiterer wichtiger Aspekt der dezentralen Energieversorgung ist die Verkürzung der Transportwege bzw. der Vermeidung von Transporten (von Brennstoffen wie Heizöl, Erdgas, Kohle). Auch verschiedene Infrastrukturen wie Öl- und Gaspipelines sind nicht bzw. in geringerem Umfang notwendig. Dies gilt insbesondere bei der Nutzung von Biomasse die jeweils vor Ort bzw. lokal bereitgestellt werden kann. Zudem erleichtern Kleinkraftwerke die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Erzeugung von Strom mit der Nutzung von Abwärme, beispielsweise für Heizzwecke, kombiniert wird und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Bei Großkraftwerken dagegen wird die Abwärme häufig nicht genutzt. Die dezentrale Energieversorgung stärkt zudem die regionale Wirtschaft durch Schaffung von Arbeitsplätzen in Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen.

    Als großer Vorteil der dezentralen Energiewende gilt ihre schnellere Umsetzbarkeit. Dadurch, dass die Anlagen kleiner sind und damit auch keine großen Investitionen benötigen, sei ihren Befürwortern zufolge ein schnellerer Ausbau der erneuerbaren Energien als mit einer auf Großstrukturen basierenden Energiewende möglich. Zugleich käme es durch viele unterschiedliche Akteure zu mehr Wettbewerb am Energiemarkt. Da Großprojekte hingegen vor allem durch kapitalkräftige Unternehmen wie den etablierten Energiekonzernen gebaut werden müssten, die aufgrund der Konkurrenzsituation zu bestehenden Kraftwerken kein Interesse an einem schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien hätten, sei von dieser Seite kein schneller Umbau der Energieversorgung zu erwarten.[76]

    Allerdings hat nicht jede Region die Potentiale für eine Selbstversorgung mit Energie. Zum anderen überwiegt in manchen Regionen die Produktion, beispielsweise von Strom mit Windkraftanlagen in Norddeutschland, zeitweise oder häufig den lokalen Bedarf, so dass die Stromnetze zu den Verbrauchern ausgebaut werden müssen.

    Kritik finden vor allem Konzepte für eine vollständig autarke Energieversorgung. Betont wird hierbei insbesondere die Versorgungssicherheit durch weitgespannte Netzwerke, durch die sich Überangebot und Mangel in verschiedenen Regionen ausgleichen können. Zum Beispiel würde im Sommer ein Überschuss von Solarstrom aus den Mittelmeerländern geliefert, während im Winter Windstrom aus Nord- und Westeuropa genutzt werden könnte. Auch viele Befürworter einer dezentralen Energieversorgung wie beispielsweise Canzler und Knie gehen davon aus, dass Eigenverbrauch und dezentrale Lösungen in Zukunft zwar eine wichtige Rolle spielen werden, Autarkie jedoch nur in den seltensten Fällen erreicht werde.[77]

    DESERTEC

    DESERTEC: Skizze einer möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Stromversorgung in Europa, dem Nahen Osten und Nord-Afrika

    Der Umbau der Energieversorgung auf Nachhaltigkeit bedeutet jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich dezentrale Versorgung. Einige Konzepte, wie beispielsweise Offshore-Windparks und Solarfarmkraftwerke, oder auch die Studien von TREC, setzen auch bei erneuerbaren Energien auf zentrale Gewinnung und großräumige Verteilung. Ein Beispiel für ein solches Großprojekt ist das Mitte 2009 in Planung gegangene DESERTEC-Projekt. Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergaben, dass mit weniger als 0,3 % der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Solarthermische Kraftwerke genügend Strom und Trinkwasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann. Alleine in den Mittelmeeranrainerstaaten könnten auf 500.000 km², was 6 % der Fläche dieser Staaten entspricht, das Vierfache der Weltstromerzeugung Ende der 1990er Jahre produziert werden.[78] Die DESERTEC Foundation und die Industrieinitiative Dii GmbH setzen sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein. Eine Nutzung der Passatwinde im Süden Marokkos soll die solare Stromerzeugung ergänzen. Nach Pressemeldungen ist die Initiative gescheitert[79].

    Es sind derzeit noch weitere Projekte in Planung, die einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Beispiele hierfür sind Gobitec, wo Solar- und Windstrom aus der Mongolei in die dicht besiedelten und industriell hoch entwickelten Räume Ostchinas, Koreas und Japans geliefert werden soll, sowie der Vorschlag der Australian National University in Canberra, Südostasien mit nordaustralischem Solarstrom zu versorgen. Es werden ebenfalls Konzepte zur Errichtung eines globalen Stromnetzes (Global Grid) evaluiert, mit dem das Ziel verfolgt wird, die fluktuierende Erzeugung von erneuerbaren Energien sowie die unterschiedliche Stromnachfrage zu glätten und somit den notwendigen Speicherbedarf zu minimieren.[80] Bei einer Stromübertragung mittels HGÜ-Technik und einer Spannung von 800 kV treten bei Transportentfernungen von 5.000 km Verluste von weniger als 14 % auf. Die Investitionskosten für die Stromleitungen selbst werden mit 0,5 bis 1 ct/kWh prognostiziert.[81]

    Heute wird davon ausgegangen, dass die zukünftige Energieversorgung vermutlich aus einer Mischung von dezentralen und zentralen Konzepten bestehen wird.[76] Es gilt als gesichert, dass der Umbau der Energieversorgung weder ausschließlich durch lokale Kleinsysteme noch durch Großstrukturen erfolgen kann, sondern ein Mix aus beiden Varianten erforderlich ist.[82]

    Sektorkopplung

    Die Verknüpfung der verschiedenen Bereiche der Energieversorgung (Strom, Wärme und Verkehr) eröffnen weitere Gestaltungsmöglichkeiten der Energiegewinnung und -versorgung.[83]

    Dafür ist statt dem Abbremsen des Ausbaus der Erneuerbaren Energien ein beschleunigter Ausbau erforderlich, um zusätzliche Strommengen auch für den Verkehrs- und Wärmebereich bereitstellen zu können, obwohl Sektorkopplung nicht mit einer 100% Elektrifizierung gleichzusetzen ist. Beispielsweise können Wärmespeicher und ein zeitlich intelligenter Verbrauch erneuerbarer Wärmeenergien (Solarthermie, Geothermie, Bioenergien) zur zeitlichen Anpassung des Strombedarf an die fluktuierende Erzeugung beitragen.[84]

    Für die Sektoren Strom- und Wärmeversorgung hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Jahr 2012 in einem Szenario für etwa das Jahr 2050 berechnet, dass die Gesamtkosten für den Bau, den Erhalt und die Finanzierung einer auf 100 % erneuerbaren Energien basierende Strom- und Wärmeversorgung in Deutschlands nicht höher sind, als die Kosten der heutigen Versorgung.[85]

    Gründe für den Umstieg auf erneuerbare Energien

    Klimaschutz

    Verstromung von Braunkohle im Kraftwerk Jänschwalde

    Bei der energetischen Nutzung fossiler Energieträger werden große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2) ausgestoßen. Der menschengemachte Treibhauseffekt ist maßgeblich durch die Zunahme des Verbrauchs fossiler Energieträger verursacht.[86] Da erneuerbare Energien in der Regel deutlich geringere Mengen an Treibhausgasen emittieren, treiben viele Staaten weltweit den Ausbau der erneuerbaren Energien mit ehrgeizigen Zielen voran.[87] Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien und dem damit eingesparten fossilen Brennstoff soll somit der durch die menschliche Wirtschaftsweise verursachte Kohlendioxidausstoß verringert werden.[88] 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.[89]

    Die Freisetzung von Treibhausgasen erfolgt dabei hauptsächlich bei der Herstellung sowie in geringerem Ausmaß beim Transport der Anlagen, da beim heutigen Energiemix hierfür noch überwiegend auf Energie aus fossilen Energieträgern zurückgegriffen wird, der Betrieb selbst ist emissionsfrei. Diese Emissionen werden jedoch in der Lebenszeit mehrfach amortisiert, so dass netto eine deutliche Einsparung an Klimagasen zu bilanzieren ist. Im Jahr 2015 haben die erneuerbaren Energien in Deutschland 156,1 Mio. Tonnen CO2 eingespart.[90]

    Ein spezieller Fall ist Bioenergie, bei deren Nutzung in Biomasseheizkraftwerken, Biogasanlagen oder als Biokraftstoff in Verbrennungsmotoren CO2 freigesetzt wird. Dieses wurde jedoch zuvor beim Wachstum der verwendeten Pflanzen im Zuge der Photosynthese gebunden, weshalb die Bioenergie prinzipiell klimaneutral ist.[91] Netto beschränkt sich die tatsächliche CO2-Emission also auf den Aufwand an fossiler Energie für land- und forstwirtschaftliche Maschinen (Dieselkraftstoff), Mineraldüngerherstellung und anderes. Zu beachten sind allerdings auch die Emissionen der starken Klimagase Lachgas und Methan, die bei bestimmten Anbau- und Nutzungsarten von Biomasse freigesetzt werden können und die Gesamtbilanz der Bioenergien in diesem Fall verschlechtern.[92]

    Ob die erhofften ökologischen Vorteile im Einzelfall zutreffen, kann durch eine Ökobilanz festgestellt werden.[93] So müssen beispielsweise bei der Bioenergie auch negative Auswirkungen wie Landverbrauch, Abbrennen von Urwald für Anbauflächen von Sojabohnen oder Ölpalmen (und speziell damit verbundene Reduzierung der Artenvielfalt), energieintensive Produktion von künstlichen Düngemitteln, Einsatz von Herbiziden und Pestiziden, sowie der verstärke Anbau von Monokulturen wie beispielsweise Mais, den positiven Effekten gegenübergestellt werden.

    Endlichkeit fossiler und nuklearer Brennstoffe

    Die Vorkommen fossiler Energieträger sind endlich. Einen ersten Vorgeschmack auf diese Begrenztheit lieferte die Ölkrise (Ölpreisschock) 1973, wodurch Pioniere für alternative Energiequellen wie Amory Lovins überraschende Aufmerksamkeit bekamen. Weil das fossile Energiesystem auf dem Verbrauch begrenzter Bestände von Energierohstoffen basiert, kann es somit nicht von Dauer sein, da die Energierohstoffe nach einer gewissen Zeitspanne verbraucht sein werden.[94] Die Reichweite der fossilen Energieträger wurde im Jahr 2009 auf 41 Jahre bei Erdöl, 62 Jahre bei Erdgas und 124 Jahre bei Steinkohle geschätzt.[95] Das globale Ölfördermaximum (Peak Oil) wird von der Internationalen Energieagentur (IEA) etwa auf das Jahr 2020 datiert, was auf die zunehmende Förderung von unkonventionellem Erdöl zurückzuführen ist. Das Fördermaximum bei konventionellem Erdöl wurde bereits 2006 erreicht.[96]

    Gemäß Förderanalyse der ökologisch ausgerichteten Energy Watch Group ist es wahrscheinlich, dass um das Jahr 2030 die weltweite Erdölförderung um etwa 40 Prozent gegenüber 2012 zurückgehen wird. Die europäische Gasförderung befindet sich seit dem Jahr 2000 im Förderrückgang.[97] Nach dem Fördermaximum wird mit sinkenden Fördermengen bei gleichzeitig steigendem Weltenergiebedarf gerechnet. Dies schlägt sich in steigenden Preisen nieder. Nach einem Bericht der Landesregierung Schleswig-Holstein zur Energiepreisentwicklung sind beispielsweise von 1998 bis 2012 die Heizölpreise um ca. 290 % und die Erdgaspreise um 110 % gestiegen. Die Strompreise erhöhten sich im selben Zeitraum um 50 %.[98]

    Auch Uran und andere Kernbrennstoffe sind begrenzt, weshalb die Kernenergie aufgrund der begrenzten Ressourcen keine Alternative zu den fossilen Energieträgern darstellt.[95] Man geht davon aus, dass die Uranreserven bei gleichbleibendem Verbrauch heutiger Kernkraftwerke noch bis ca. 2070 ausreichen.[99] Aufgrund dieser Begrenztheit der fossilen und nuklearen Ressourcen sind mittelfristig Alternativen notwendig. Durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen werden diese Ressourcen geschont. Ein frühzeitiger Ausbau der erneuerbaren Energien verlängert die Übergangsphase und könnte so eine wirtschaftliche Abwärtsspirale und Verteilungskonflikte vermeiden.[100] Da die chemische Industrie stark vom Rohstoff Erdöl abhängt, sichert die Ressourcenschonung langfristig die Rohstoffzufuhr.

    Aus umwelthistorischer Sicht betrachtet stellt die mit der Industriellen Revolution begonnene industrielle Epoche ein instabiles System dar, das im physisch-energetischen Sinn nicht nachhaltig ist.[101] Phasen mit exponentiellem (materiellem) Wachstum, wie sie seit Beginn der Industrialisierung auftreten, sind grundsätzlich nur temporär möglich, da die Welt physische Grenzen besitzt; ein permanentes Wachstum ist deshalb physikalisch unmöglich.[102] Das fossilenergetische Wirtschaftssystem befindet sich deshalb aktuell in einer „Pioniersituation“ des relativen Energieüberflusses, die nach Ablauf dieser Ausnahmesituation wiederum von der Energieknappheit abgelöst wird.[94] Auf diese aus historischer Sicht kurze Ausnahmesituation weist auch der englische Wirtschaftshistoriker Edward Anthony Wrigley hin, der in der fortgesetzten Abhängigkeit von fossilen Energieträgern vor dem Hintergrund der Endlichkeit der fossilen Energieträgern sowie der durch ihre Verbrennung mitausgelösten globalen Erwärmung einen „Weg in die Katastrophe“[103] sieht.[104]

    Ökonomische Bewertung

    Importabhängigkeit

    Der Ausbau der erneuerbaren Energien wird überdies mit einer reduzierten Importabhängigkeit und damit einer erhöhten Versorgungssicherheit begründet, mit denen auch eine Erhöhung der inländischen Wertschöpfung einhergeht.[105] Auch politische Abhängigkeiten von einzelnen Staaten (z. B. Russland), instabilen Regionen (z. B. dem Mittleren Osten) oder einzelnen Konzernen bzw. Kartellen mit großer Machtfülle (Gazprom, OPEC), sollen durch höhere Energieautonomie mittels erneuerbarer Energien und der damit einhergehenden Diversifizierung der Ressourcenbasis verringert werden.[106] Gemäß World Trade Organisation (WTO) bezifferte sich im Jahr 2014 der Import von Brennstoffen auf weltweit 3.150 Milliarden US-Dollar. Dies schlägt sich insbesondere in den Handelsbilanzen von Schwellen- und Entwicklungsländern nieder. So verwendete Indien 2014 circa ein Viertel seiner Importausgaben für fossile Brennstoffe. Bei Pakistan belief sich der Anteil auf 30 Prozent, bei China auf 14 Prozent, bei Deutschland auf 9 Prozent.[107]

    Wirtschaftswachstum und Wertschöpfung

    Eine Studie der Vereinten Nationen unter Leitung von Caio Koch-Weser, ehem. Vizepräsident der Weltbank gelangte 2014 zu dem Ergebnis, dass der schnelle Ausbau der erneuerbaren Energien und andere Klimaschutzmaßnahmen wirtschaftlich sinnvoll sind und das Wirtschaftswachstum beleben.[108] Für Deutschland belegte das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), dass der Ausbau der erneuerbaren Energien netto zu einem kräftigeren Wirtschaftswachstum und einem anziehenden Konsum führt.[109] Demnach werde das Bruttoinlandsprodukt im Jahr 2030 um rund 3 % über dem Niveau liegen, das ohne einen Ausbau erneuerbarer Energien erreicht würde. Der private Konsum solle um 3,5 %, die privaten Anlageinvestitionen gar um 6,7 % über dem Niveau liegen, das sich ergeben würde, wenn kein Ausbau erneuerbarer Energien stattfände. Diesen Berechnungen liegt jedoch die Annahme zugrunde, dass es durch den Umstieg auf erneuerbare Energien zu keiner Verschlechterung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit durch steigende Energiepreise kommt. In einem weiteren Szenario, in dem eine beeinträchtigte internationale Wettbewerbsfähigkeit angenommen wurde, liegt das BIP im Jahr 2030 um 1,0 % über dem Nullszenario, wobei die Studie über das angenommene Ausmaß der Wettbewerbsbeeinträchtigung, unter der es zu diesem Ergebnis kommt, keine Auskunft gibt. Das DIW hat die volkswirtschaftliche Nettobilanz mit einem Modell untersucht, das auch die gesamtwirtschaftlichen Wechselwirkungen und die internationalen Verflechtungen abbildet. Berechnungsbasis der angenommenen Ausbauzahlen war das Leitszenario 2009 des Bundesumweltministeriums, das einen Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Endenergieverbrauch von 32 % im Jahr 2030 prognostiziert.

    Ähnliche Ergebnisse liefert eine Studie der Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung (gws) und des Instituts für Energie- und Umweltforschung Heidelberg: Mehr Erneuerbare und mehr Energieeffizienz bewirken demnach eine höhere Wirtschaftsleistung, zusätzliche Investitionen und Arbeitsplätze sowie langfristig geringere Energiekosten. Da auch andere Staaten künftig ihre Energiesysteme umbauen werden, eröffnen sich Exportmöglichkeiten für deutsche Unternehmen.[110]

    Die vermiedenen Kosten durch erneuerbare Energien aufgrund gesunkener Strombörsenpreise und anderer volkswirtschaftlicher Effekte wurde von der Universität Nürnberg in einer Studie für Siemens im Jahr 2015 auf 11 Mrd. Euro geschätzt.[111] Andere Untersuchungen konzentrieren sich auf die Wertschöpfung durch erneuerbare Energien und veranschlagen diese für das Jahr 2012 auf 17 Milliarden Euro (direkt) plus 9,5 Milliarden Euro (indirekt über Zulieferer und Vorleistungen) veranschlagt. Zwei Drittel der Wertschöpfung komme dabei Städten und Gemeinden zugute und leiste einen Beitrag zur Entwicklung strukturschwacher Räume.[112] Wie das Statistische Bundesamt mitteilte, wurden in Deutschland mit klimaschutzrelevanten Waren und Dienstleistungen 2011 mehr als 45 Milliarden Euro Umsatz erwirtschaftet. Dies entspricht knapp zwei Prozent des gesamten Bruttoinlandsproduktes (BIP). In Sachsen-Anhalt wurden vier Prozent des BIP durch klimaschutzbezogene Umsätze erwirtschaftet, in Bayern 3,5 Prozent. Den größten Anteil am Gesamtumsatz hatte die Solarenergiebranche mit einem Umsatz von 14,3 Milliarden Euro, aber auch der Wind- (8,3 Milliarden Euro) und der Bioenergiesektor (2,2 Milliarden Euro) konnten zum BIP beitragen.[113] Nach Analysen der zur Weltbank gehörenden International Finance Corporation und der Unternehmensberatung A.T. Kearney ist in Osteuropa, Zentralasien, dem Mittleren Osten und Nordafrika bis 2020 ein Investitionspotenzial von rund 640 Milliarden Dollar für Klimaschutztechniken vorhanden. Der größte Posten entfällt mit 52 Milliarden Dollar auf die Windenergie.[114]

    Neben dem Heimatmarkt sorgt aber auch die steigende Nachfrage nach EE-Anlagen aus dem Ausland in der deutschen Industrie für Wachstum. So betrug beispielsweise die Exportquote der deutschen Windenergiebranche im Jahr 2011 rund 66 %.[115]

    Arbeitsmarkt

    Weltweit waren im Jahr 2015 rund 9,4 Millionen Menschen in der Branche der erneuerbaren Energien beschäftigt (ca. 1,3 Millionen mehr als 2016 und ca. 2,9 Millionen mehr als 2013). Bis 2030 werden 24,4 Millionen Arbeitsplätze erwartet.[116] Etwa 40 % dieser Arbeitsplätze entfielen auf China, Brasilien, Deutschland, die USA und Indien. Wichtigster Teilsektor war die Photovoltaikindustrie.[117]

    Laut Erhebungen der Bundesregierung waren in Deutschland im Jahr 2013 ca. 371.400 Menschen durch den Ausbau der erneuerbaren Energien beschäftigt.[118] Dies ist ein deutlicher Rückgang gegenüber 2012 von über sieben Prozent. Wichtigste Branche war die Windenergie mit 138.000 Beschäftigten, die 2013 einen Beschäftigtenzuwachs von über 13 Prozent verzeichnen konnte. Während die Bioenergie als zweitwichtigster Arbeitgeber mit rund 126.000 Beschäftigten ungefähr auf dem Niveau des Vorjahres verblieb, gab es in der Solarenergie-Sparte, insbesondere bei der Photovoltaik, gegenüber dem Vorjahr einen starken Einbruch: Waren dort 2012 aufgrund des Booms der Branche mit 114.000 ähnlich viele Menschen beschäftigt gewesen wie in der Wind- und Bioenergiebranche, reduzierten sich die Beschäftigtenzahlen innerhalb eines Jahres auf nunmehr 68.500 Beschäftigte. Damit waren dort jedoch weiterhin mehr Menschen beschäftigt als noch 2011 (49.200). Dieser Rückgang ist vor allem auf den deutlich gebremsten Photovoltaik-Ausbau in Deutschland zurückzuführen, der einen Beschäftigungsabbau sowohl bei der Produktion als auch bei der Installation der Anlagen zur Folge hatte.[119][120]

    Obwohl der Anteil der erneuerbaren Energien am Energiebedarf erst bei rund 12 % liegt, sind Deutschlandweit mittlerweile deutlich mehr Menschen in der Erneuerbare-Energien-Branche beschäftigt als in der konventionellen Energiebranche. 2003 belief sich die Gesamtzahl der Arbeitsplätze in der konventionellen Energiewirtschaft auf 260.000; eine Zahl, die von der Regenerativbranche bereits im Jahr 2007 mit rund 250.000 Stellen fast erreicht wurde.[121] Im Kohlebergbau waren 2013 deutschlandweit ca. 31.000 Menschen beschäftigt, von denen bis Ende 2018 etwa die Hälfte der Arbeitsplätze durch die dann auslaufende Steinkohlesubvention wegfallen wird.[122] Im Jahr 2014 waren rund 123.000 Arbeitsplätze dem Export von erneuerbaren Energien zuzuschreiben, was 44 % der Beschäftigten bei Anlagen und Komponenten entspricht.[119]

    Demokratisierung der Energieversorgung

    Der Umstieg auf erneuerbare Energien soll zudem auch die Demokratisierung der Energieversorgung fördern. Eine Möglichkeit, die gesellschaftliche Partizipation an der Energieversorgung zu erhöhen, ist die Gründung von Bürgerenergiegenossenschaften, wie in einigen Staaten weltweit der Fall. In den letzten Jahren wurden in einer Reihe von Staaten Bürgerenergiegenossenschaften gegründet, besonders in Kanada, den USA, im Vereinigten Königreich, Dänemark und Deutschland. Typischerweise folgen Bürgerenergiegenossenschaften weltweit den sieben Grundsätzen, die 1995 von der International Co-operative Alliance verabschiedet wurden: Freiwillige und offene Mitgliedschaft, demokratische Mitgliederkontrolle, ökonomische Partizipation der Mitglieder, Autonomie und Unabhängigkeit, Ausbildung, Fortbildung und Information, Kooperation mit anderen Genossenschaften und Vorsorge für die Gemeinschaft.[123]

    2013 existierten in Deutschland 718 seit 2008 gegründete Energiegenossenschaften, die zusammen rund 145.000 Mitglieder, größtenteils Privatpersonen, hatten. Diese können sich zumeist bereits mit Beiträgen ab 500 Euro beteiligen. Zusammen haben diese Genossenschaften bisher ca. 1,35 Mrd. Euro in erneuerbare Energien investiert. Durch die EEG-Novelle 2014 wird jedoch infolge verschlechterter Investitionsbedingungen insbesondere für Bürgerprojekte ein starker Rückgang der Neuinvestitionen erwartet.[124]

    Bürgerengagement in der Energieversorgung besitzt in Deutschland eine lange Tradition. Bereits im ausgehenden 19. Jahrhundert wurden in ländlichen Gegenden mehrere Energiegenossenschaften gegründet, um elektrische Energie zu produzieren oder ein Verteilnetz zu bauen und zu betreiben. Hintergrund war, dass von Seiten größerer Energieunternehmen zumeist kein wirtschaftliches Interesse bestand, in dünnbesiedelten Regionen ein Stromnetz aufzubauen, da sich dieses dort aufgrund der geringen Stromabnahme nicht gerechnet hätte.[125]

    Beitrag zur Friedenssicherung

    Das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie und Adelphi Consult gehen in einer Studie[126] im Auftrag des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB)[127] aus dem Jahr 2007 davon aus, dass die Erneuerbaren Energien die Entwicklung zum Frieden unterstützen. Diese Auffassung vertritt auch das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ).[128]

    Ökologische Bewertung

    Die unterschiedlichen Technologien zur Nutzung jeder Form von Energie, also auch erneuerbarer Energien, haben grundsätzlich immer Auswirkungen auf die Biosphäre, also auch auf Menschen und das ihr Leben ermöglichende Ökosystem. Neben direkten Emissionen, der Klimabilanz und dem Ressourcenverbrauch müssen für eine ganzheitliche Betrachtungsweise auch Aufbau und Abbau der Anlagen (Warenlebenszyklus), Herstellung, Betrieb, Entsorgung etc. betrachtet werden. Diese Auswirkungen müssen verstanden, quantitativ dargestellt und mit den Alternativen verglichen werden. Erst dann werden Nutzen und Schaden in der Energie- und Entropiebilanz, für die Artenvielfalt und soziale Folgen deutlich. Naturschutzverbände setzen sich für den stärkeren Ausbau erneuerbarer Energien ein.[129]

    Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass erneuerbare Energien verglichen mit konventionellen Energienutzungsformen eine bessere Umweltbilanz aufweisen.[130][131] Diese äußert sich nicht zuletzt in den deutlich geringeren externen Kosten von erneuerbaren Energien, die im Energiesektor vor allem durch Umwelt-, Gesundheits- und Klimafolgeschäden verursacht werden (s. u.).[132] Erneuerbare Energien werden daher oft auch als saubere Energie bezeichnet. Bei den nicht-erneuerbaren Energien ist hingegen insbesondere die Verbrennung fossiler Energieträger durch die dabei entstehenden Verbrennungsrückstände und Treibhausgase lokal wie auch global hochgradig umweltbelastend.[133] Durch Umstellung der Energieversorgung auf ein regeneratives Energiesystem lässt sich somit die durch den Energiesektor verursachte Umweltbelastung reduzieren.[134]

    Solarenergie

    Photovoltaik

    Die energetische Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen beträgt derzeit (Stand 2013) nach einer Studie von Peng et al. global betrachtet zwischen 0,75 und 3,5 Jahren, je nach Standort und verwendeter Photovoltaiktechnologie. Der Mittelwert schwankt im Bereich von ca. 1,5 bis 2,5 Jahren. Dies bedeutet, in diesem Zeitraum hat die Photovoltaikanlage wieder die Energie hereingespielt, die insgesamt während ihres gesamten Lebenszyklus verbraucht wurde. Berücksichtigt sind also die Herstellung der Anlagen, ihr Transport, die Errichtung, Betrieb und der Rückbau bzw. Recycling. Die rechnerischen CO2-Emissionen von Photovoltaikanlagen betragen je nach Technik und Standort zwischen 10,5 und 50 g CO2/kWh, mit Durchschnitten im Bereich 35 bis 45 g CO2/kWh. Als Lebensdauer wurde in der Studie 30 Jahre für Module auf Basis kristalliner Siliciumzellen und 20–25 Jahren für Dünnschichtmodule angenommen, für Lebensdauer der Wechselrichter wurden 15 Jahre angenommen.[135] Nicht berücksichtigt sind der in gesamtsystemischer Sicht evtl. nötige Betrieb von Energiespeichern oder Backupkraftwerken.[136]

    Es werden etwa fünf Kilogramm Silizium pro Kilowatt installierter Leistung (mono- und polykristalline Zellen) benötigt.[137] Hinzu kommen wie bei allen elektronischen Bauteilen zum Teil giftige Schwermetalle. Diese Stoffe verbleiben bei Silizium- und CIGS-Technologien jedoch weitgehend in der Fabrik. Hier enthält das fertige Solarmodul selbst keine giftigen oder gefährlichen Stoffe und stellt einen recycelbaren Wertstoff dar. Module auf Cadmium-Tellurid-Basis enthalten giftige Schwermetalle, sind jedoch auch recycelbar.

    Sonnenkollektoren

    Bei solarthermischen Sonnenkollektoren werden Metalle wie Kupfer und Aluminium verwendet. Die energetische Amortisationszeit eines Solarthermiesystems beträgt 12 bis 24 Monate, d. h., in dieser Zeit haben die Kollektoren die gleiche Menge an Energie der Heizung zugeführt, die für die Produktion usw. der Anlage aufgewendet werden musste. Die Lebensdauer der Kollektoren liegt bei mindestens 30 Jahren.[138]

    Wasserkraft

    Die Errichtung von Talsperren und Staumauern ist ein massiver Eingriff in die Umwelt. Das aufgestaute Wasser überflutet Landflächen, die vorher anderweitig genutzt werden konnten. Wenn dort Menschen lebten, müssen sie wegziehen.[139] Bei vielen Stauseeprojekten kam es zu Veränderungen im Ökosystem, da in die saisonalen Wasserstandschwankungen der Flüsse und den Schwemmstofftransport der Flüsse eingegriffen wurde. Als besonders bekanntes Beispiel gilt der Nassersee (Nil / Ägypten).

    In Regionen mit Wassermangel kommt es zu Nutzungskonflikten zwischen Oberliegern und Unterliegern. So staut zum Beispiel Tadschikistan den Syrdarja (und Nebenflüsse) im Sommer auf, um im Winter Strom zu erzeugen. Das flussabwärts gelegene Kasachstan benötigt das Wasser aber im Sommer für seine Landwirtschaft. Ein weiteres Beispiel ist das Südostanatolien-Projekt (22 Staudämme, 19 Wasserkraftwerke und Bewässerungsanlagen entlang der beiden Flüsse Euphrat und Tigris), siehe Südostanatolien-Projekt#Probleme mit den Anrainerstaaten.

    Auch Laufwasserkraftwerke greifen in „ihren“ Fluss ein. Allerdings werden die meisten europäischen Flüsse ohnehin für Binnenschifffahrt und für andere Zwecke aufgestaut (Vermeidung von Hochwasser und Niedrigwasser, Sicherstellung genügender Kühlwassermengen für große Kraftwerke, z. B. Kernkraftwerke und fossile Kraftwerke etc.).

    Windenergie

    Windparks werden vom Landschaftsschutz und Naturschutz kritisch gesehen. An bestimmten Standorten besteht unter Umständen eine Gefahr für Vögel oder Fledermäuse (Vogel- und Fledermausschlag). Laut NABU sterben in Deutschland jährlich etwa eintausend Vögel durch Kollision mit einer Windkraftanlage, was ca. 0,5 Vögeln pro Anlage und Jahr entspricht. Dem gegenüber stehen etwa fünf bis zehn Millionen getöteter Vögel durch Straßenverkehr und Stromleitungen.[140] Belastbare Datenreihen für gefährdete Vogelarten wie den Rotmilan und den Weißstorch zeigen stabile Bestände seit den 1990er Jahren, trotz erheblichem Windkraftzubau.[141]

    Lärm- und Infraschallentwicklung können prinzipiell belastend sein; in den gesetzlich vorgegebenen größeren Entfernungen gehen die Schallemissionen jedoch normalerweise im Hintergrundrauschen unter, das im Wesentlichen von Verkehr und Industrie sowie dem lokalen Wind geprägt wird.[142] Der „Disco-Effekt“ durch Reflexion der Sonne an den Windkraftanlagen wird inzwischen durch Auftragung matter Farben auf den Windflügeln vollständig vermieden,[143] jedoch kann auch der Schattenschlag der Rotorblätter negativ wahrgenommen werden. Zur Minimierung des Schattenschlages werden zeit- und sonnengesteuerte Abschaltsysteme eingesetzt, die den Schattenschlag auf die per Immissionsschutzgesetz maximal zulässige Schattenwurfdauer von theoretisch 30 Stunden pro Jahr (entsprechend etwa 8 Stunden real) und 30 Minuten pro Tag begrenzen.[144][145]

    Bei bestimmten Typen von Windkraftanlagen wird Neodym als Baumaterial für den Generator eingesetzt. Der Abbau dieses seltenen Metalles geschieht überwiegend in China und erfolgt dort mit Methoden, die sowohl die Umwelt als auch die Arbeiter schädigen.[146] Die deutschen Windkraftanlagenhersteller REpower Systems und Enercon betonen, kein Neodym in ihren Windkraftanlagen zu verbauen.[147]

    Bioenergie

    Bioenergie umfasst die Nutzung von festen, flüssigen und gasförmigen biogenen Energieträgern, vor allem von Holz, landwirtschaftlichen Produkten (Energiepflanzen) und organischen Abfällen.

    Die Verbrennung von Biomasse kann mit Gefahren für die menschliche Gesundheit einhergehen, wenn sie an offenen Feuerstellen oder in Öfen ohne Filtersysteme erfolgt, da Luftschadstoffe wie Stickoxide, Schwefeldioxid und Feinstaub entstehen. In Deutschland ist die Nutzung in Öfen, Kaminen und anderen Anlagen in der Verordnung über kleine und mittlere Feuerungsanlagen (1. BImSchV) geregelt und schreibt Grenzwerte und verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise Filtersystem, vor. (siehe auch Artikel Holzheizung)

    Die verfügbare Fläche für den Anbau der Biomasse ist begrenzt. Gleichzeitig ist die Flächeneffizienz von Biomasse äußerst niedrig (weniger als ein Zehntel von Photovoltaik). Das führt zu einem Spannungsverhältnis zum Nahrungsmittelanbau und zum Natur- und Landschaftsschutz (beispielsweise Schutz der Biodiversität).[148] Während beispielsweise die Nutzung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe zumeist als unproblematisch gilt, ist der intensive Anbau von Nahrungspflanzen oder die Reservierung von Anbauflächen für geeignete Pflanzen (beispielsweise Mais und Zuckerrohr) zur Herstellung von Treibstoffen in die Kritik geraten. Insbesondere Palmöl steht in der Kritik, da häufig artenreiche und als Kohlenstoffspeicher fungierende tropische Regenwälder für Ölpalmenplantagen gerodet werden und dabei der gespeicherte Kohlenstoff beim Brandroden wieder als CO2 freigesetzt wird. (siehe Artikel Flächen- bzw. Nutzungskonkurrenz und Nahrungsmittelkonkurrenz)

    Diskutiert wird auch der Nutzen von Biokraftstoffen. Für die Erzeugung beispielsweise von Rapsöl werden große Mengen an synthetischen Düngemitteln (Mineraldünger) und Pestiziden eingesetzt, die Mensch und Umwelt belasten. Strittig ist bisher auch, wie groß der Beitrag zum Klimaschutz ist, da beispielsweise durch Stickstoffdüngung verursachte Emissionen des sehr starken Treibhausgases Lachgas (rund 300-fach stärkeres Treibhausgas als CO2) schwer zu quantifizieren sind. Die Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina bescheinigt Biokraftstoffen aus Ackerpflanzen keinen Vorteil bei CO2-Emissionen gegenüber fossilem Kraftstoff.[149] Mit gesetzlichen Vorgaben (EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien-Richtlinie) und deren Umsetzung in deutsches Recht mit der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung) soll die nachhaltigere Erzeugung von Biokraftstoffen sichergestellt werden.

    Von noch in der Entwicklung befindlichen Biokraftstoffen der zweiten Generation, wie Cellulose-Ethanol und BtL-Kraftstoffe erhofft man sich bessere ökologische Bilanzen, da diese Ganzpflanzen und Reststoffe nutzen und so höhere Erträge pro Fläche liefern können als die derzeit dominierenden Ölpflanzen. Jedoch ist der Herstellungsprozess deutlich aufwendiger als bei den Biokraftstoffen der ersten Generation.

    Biomasse eignet sich auch zur Herstellung von Wasserstoff in einer Wasserstoffwirtschaft.

    Geothermie

    Auch bei der Geothermie können negative Umwelteinwirkungen eintreten. Bei der Stimulation von untertägigen Wärmeübertragern können seismische Ereignisse auftreten, die jedoch meist unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze liegen (Dezember 2006, Basel, Magnitude 3,4). Bisher wurden weltweit weder Personenschäden noch strukturelle Gebäudeschäden verursacht. In Basel wurden jedoch Bagatellschäden mit einer Gesamtsumme von 3 und 5 Millionen Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Millionen Euro) auf dem Kulanzwege durch Versicherungen entschädigt.[150] Das Projekt wurde eingestellt. Der verantwortliche Ingenieur wurde zunächst zwar angeklagt, dann aber freigesprochen.
    Unter bestimmten geologischen Bedingungen, die Anhydrit-haltige Gesteinsschichten beinhalten, und vermutlich unsachgemäßer Ausführung der Bohrarbeiten bei oberflächennahen Geothermieprojekten können auch erhebliche kleinräumige Hebungen der Erdoberfläche auftreten, wie im Jahr 2007 in Staufen geschehen.

    Wirtschaftlichkeit und Kosten

    Direkte Kosten

    Die Wettbewerbsfähigkeit der einzelnen Energiewandlungstechnologien hängt in großem Maße von den Energiegestehungskosten ab, die sich aus den bei der Errichtung anfallenden Investitions- und Finanzierungskosten sowie den Betriebskosten inklusive Wartungs- und ggf. Brennstoffkosten ergeben. Nicht bei der Berechnung der Stromgestehungskosten berücksichtigt werden externe Kosten (s. u.), da es sich bei der Ermittlung von Energiegestehungskosten um betriebswirtschaftliche, nicht um volkswirtschaftliche Kosten handelt. Während die externen Kosten konventioneller Kraftwerke vergleichsweise hoch sind, zeichnen sich erneuerbare Energien durch niedrige externe Kosten aus.[151] Mit Ausnahme der Biomassenutzung weisen die meisten erneuerbaren Energien eher hohe Investitionskosten und niedrige Betriebskosten auf.

    Stromgestehungskosten und Wettbewerbsfähigkeit

    Energieträger Stromgestehungskosten in ct/kWh
    Datenherkunft: Fraunhofer ISE 2018[152]
    Braunkohle 4,59–7,98
    Steinkohle 6,27–9,86
    Erdgas-GuD 7,78–9,96
    Erdgas-Gasturbinenkraftwerk 11,03–21,94
    Wind/Onshore 3,99–8,23
    Wind/Offshore 7,49–13,79
    Biogas (ohne Wärmeauskopplung) 10,14–14,74
    Photovoltaik-Kleinanlage Dach 7,23–11,54
    Photovoltaik-Großanlage Dach 4,95–8,46
    Photovoltaik-Großkraftwerk Freifläche 3,71–6,77

    Erneuerbare Energien galten lange Zeit als deutlich teurer als konventionelle Energien. Gerade die Photovoltaik galt lange als die teuerste Form der Stromerzeugung mittels erneuerbaren Energien; eine Sicht, die mittlerweile durch die starken Kostensenkungen der Anlagenkomponenten jedoch überholt ist.[153]

    Mit Stand 2018 sind sowohl Onshore-Windkraft als auch Photovoltaikgroßanlagen ähnlich günstig oder günstiger als Braunkohle- bzw. Steinkohlekraftwerke und GuD-Gaskraftwerke, während Photovoltaik-Kleinanlagen und Offshore-Windparks noch etwas teuerer sind. Es wird erwartet, dass die Kosten der meisten erneuerbaren Energien mit Ausnahme von Biogas weiter sinken werden[152] und dass fossile und atomare Energiegewinnung tendenziell immer teurer wird.[154] Gerade Windkraftanlagen an Land kommt daher eine wichtige Rolle zur Dämpfung des Strompreisanstiegs zu.[155] Die Bandbreite der Stromgestehungskosten erneuerbarer Energien ist relativ hoch: Die günstigste Form der Stromerzeugung ist häufig die Energiewandlung aus Wasserkraft, die daher bereits seit langem etabliert ist. Aktuelle Neubauten liegen bei Stromgestehungskosten von 2 bis 8,3 ct/kWh, wobei der untere Bereich nur von Großkraftwerken erreicht wird.[156]

    Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme veröffentlichte im März 2018 eine aktualisierte Studie zu den Stromgestehungskosten von regenerativen und konventionellen Kraftwerken.[152] Demnach belaufen sich die Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Kleinanlagen in Deutschland auf 7,23 bis 11,54 ct/kWh und von große Dachanlagen auf 4,95 bis 8,46 ct/kWh. Freiflächenanlagen kommen auf 3,71 bis 6,77 ct/kWh, womit sie günstiger sind als konventionelle fossile Kraftwerke. In Regionen mit höherer Sonneneinstrahlung als in Deutschland werden auch günstigere Werte erreicht. Damit liegen die Stromgestehungskosten von PV-Anlagen deutlich unter dem Endkundenstrompreis, der in Deutschland Stand 2017 durchschnittlich 29,23 ct/kWh betrug, womit die Netzparität erreicht ist. Die Wettbewerbsfähigkeit von Onshore-Windkraftanlagen verglichen mit konventionellen Kraftwerken ist laut Gutachten an guten Standorten bereits erreicht. So liegen die Stromgestehungskosten an Land zwischen 3,99 ct/kWh und 8,23 ct/kWh und damit im Bereich von Braunkohlekraftwerke und unterhalb der Stromgestehungskosten von Gaskraftwerken. Offshore-Anlagen sind dagegen aufgrund höherer Finanzierungs- und Betriebskosten trotz mehr Volllaststunden deutlich teurer, ihre Stromgestehungskosten liegen 2018 bei 7,49 bis 13,79 ct/kWh. Solarthermische Kraftwerke mit integriertem Wärmespeicher zur Verstetigung der Stromproduktion können im Sonnengürtel der Erde für 8,09 bis 10,12 ct/kWh Strom produzieren und sind damit derzeit teurer als Photovoltaikanlagen. Die Stromgestehungskosten von Biogasanlagen liegen zwischen 10,14 und 14,74 ct/kWh. Die Studie geht davon aus, dass bis 2035 die Kosten der meisten erneuerbaren Energien weiter sinken werden, wobei insbesondere der Photovoltaik und der Offshore-Windenergie noch großes Kostensenkungspotential eingeräumt wird. Auch für die Onshore-Windenergie werden Kostensenkungen durch höhere Volllaststundenzahlen und Schwachwindanlagen erwartet, während für Biogas nur geringe Kostensenkungspotentiale erwartet werden. Bei konventionellen Kraftwerken gehen die Autoren u. a. durch sinkende Auslastung bis 2035 von einem deutlichen Ansteigen der Stromgestehungskosten aus.

    Eine Prognos-Studie im Auftrag der Agora Energiewende zum Kostenvergleich kohlendioxidarmer Technologien ermittelte Anfang 2014, dass Strom aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen inzwischen um bis zu 50 % günstiger ist als aus neuen Kernkraftwerken. Ausschlaggebend dafür seien die hohen Kostensenkungen bei erneuerbaren Energien von bis zu 80 % seit 2009. Die Analysen basieren auf den Vergütungssätzen für neue Kernkraftwerke in England sowie auf den Vergütungssätzen für Ökostrom gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz in Deutschland. Auch die Stromerzeugung aus neuen Kohlekraftwerken mit CO2-Abscheidung und -Speicherung ist demnach erheblich teurer als Investitionen in erneuerbare Energien und auf ähnlichem Niveau wie Kernkraftwerke. Neben den Kosten der Stromerzeugung wurden in der Studie auch die Kosten für ein Stromerzeugungssystem abgeschätzt, in dem die wetterabhängige Einspeisung aus Wind- und Sonne durch gasbefeuerte Reservekraftwerke ausgeglichen wird. Nach diesem Szenario ist eine Stromversorgung durch Wind- und Sonnenkraftwerke kombiniert mit Gaskraftwerken um 20 % günstiger als eine Stromversorgung, die auf Kernenergie basiert.[157]

    Die Kosten für erneuerbare Energien wurden laut DIW in der Vergangenheit häufig überschätzt und sanken weit schneller als in der Vergangenheit erwartet. Beispielsweise sei die EU-Kommission in einem 2013 erschienenen Bericht von Kapitalkosten im Jahre 2050 ausgegangen, die bereits heute zum Teil unterschritten würden.[158]

    Strom (staatliche Förderung)

    Hinsichtlich der Förderung erneuerbarer Energien in Deutschland spielt das im April 2000 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine besondere Rolle. Dieses regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Die Kosten dafür werden über die EEG-Umlage auf den allgemeinen Strompreis umgelegt und damit von den Stromverbrauchern getragen. Aus Wettbewerbsgründen sind dabei jedoch gewerbliche Verbraucher mit einem Stromverbrauch über 1 GWh/a (Stand 2013) mit dem 1 GWh übersteigenden Stromverbrauch weitgehend von der EEG-Umlage befreit. Insbesondere diese Ausnahmeregelungen sind Gegenstand der politischen Diskussion.

    Trotz erheblicher Kürzungen der Vergütungssätze pro Kilowattstunde ist die EEG-Umlage in den letzten Jahren aufgrund des starken Ausbaus der erneuerbaren Energien, des Merit-Order-Effekts sowie weiterer verzerrender Sondereinflüsse, stark angestiegen. Seit 2015 hat sich die EEG-Umlage uneinheitlich entwickelt. Im Jahr 2019 beträgt sie 6,405€ct.[159]

    Aufgrund zahlreicher verzerrender Effekte gilt die EEG-Umlage nicht als valider Indikator für die Kosten der erneuerbaren Energien.[160] Insbesondere führen erneuerbare Energien zu sinkenden Börsenstrompreisen (Merit-Order-Effekt), während die EEG-Umlage aber als Differenz zwischen dem Börsenstrompreis und den gesetzlichen Einspeisetarifen gemessen wird. Je niedriger also der Börsenstrompreis, desto höher bei sonst gleichen Bedingungen die Umlage für erneuerbare Energien. Einen Vergleichsmaßstab ermöglicht der so genannte „Energiewende-Kosten-Index“ (EKX), der die EEG-Umlage um die verzerrenden Effekte (u. a. Ausnahmetatbestände für die Industrie) bereinigt und im Gegenzug weitere Kostenfaktoren (wie beispielsweise die Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung) miteinbezieht, ohne jedoch die Kosten für den Bau und Betrieb der zusätzlich benötigten Netze sowie der Speicher und/oder Schattenkraftwerke zu berücksichtigen. Demnach beruht der Zuwachs der Stromkosten zwischen 2003 und 2012 zu über 50 % auf höheren Brennstoffpreisen und industriepolitischen Umverteilungseffekten.[161]

    Laut dem ehemaligen Bundesumweltminister Peter Altmaier könnte die Energiewende insgesamt bis zu einer Billion Euro bis zum Jahr 2040 kosten (einschließlich Wärme und Verkehr).[162] Gegenüber dem Bundestag konnte das Bundesumweltministerium jedoch nicht schriftlich erläutern, wie diese Zahl berechnet wurde.[163] Der Bundesverband Erneuerbare Energie wies die Zahl als „unseriös“ zurück, da diese den Eindruck erwecke, dass der Gesellschaft keinerlei zusätzliche Kosten entstünden, wenn der Ausbau erneuerbarer Energien gebremst würde.[164] Das Forum Ökologisch-Soziale Marktwirtschaft legte indes eine Analyse vor, welche die Förderkosten für erneuerbare Energien, die vermiedenen Kosten für fossile Energien, die Kostendämpfung an der Strombörse und vermiedene Umweltschadenskosten gegenüberstellt. Demzufolge generiert die Energiewende eine volkswirtschaftlich positive Bilanz ab 2030.[165] Nach dem Subventionsbericht der EU-Kommission erhalten Atom- und Kohlekraftwerke mehr Subventionen als alle erneuerbaren Energien insgesamt.[166]

    Die Internationale Energieagentur (IEA) urteilte in ihrem Länderbericht 2013 zu Deutschland: „Die Kostenauswirkungen des EEG müssen im Kontext der allgemeinen Entwicklungen im Energiesektor bewertet werden. Der jüngste Strompreisanstieg bereitet vor allem Haushalten mit geringem Einkommen Schwierigkeiten, wohingegen Großverbraucher von der Umlage weniger betroffen sind und zugleich in den Genuss der durch die erneuerbaren Energien herbeigeführten Senkung der Großhandelstarife kommen. Zudem erhöht sich die Energiearmut auch durch den starken Anstieg der Kosten fossiler Brennstoffe. Kosten und Nutzen der erneuerbaren Energien müssen fair und transparent verteilt werden.“[167]

    Wärme

    Verlegung eines Erdwärmekollektors für eine Wärmepumpenheizung
    Solarkollektoren auf einem Hausdach

    Nach einer Studie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) können Privathaushalte durch den Einsatz von regenerativer Wärme im Vergleich zu Ölheizungen Betriebskosten sparen. Demnach sparten die 4,3 Millionen deutschen Privathaushalte, die erneuerbare Energien zur Wärmeversorgung einsetzen, im Jahr 2009 verbrauchsgebundene Heizkosten in Höhe von durchschnittlich 595 Euro pro Haushalt. Trotz des verhältnismäßig niedrigen Preisniveaus von konventionellem Heizöl und Erdgas wären diesen Haushalten Mehrkosten von insgesamt 2,56 Milliarden Euro entstanden, wenn sie ihren Wärmebedarf nur mit fossilen Brennstoffen gedeckt hätten. Die Investitionskosten in eine neue Heizanlage sind bei diesem Wert allerdings nicht berücksichtigt.[168]

    Für Eigenheimbesitzer ist der Austausch alter Öl- oder Gasheizungen durch Heizsysteme auf Basis erneuerbarer Energien finanziell attraktiv, wie Berechnungen von ZDF Wiso sowie der Agentur für erneuerbare Energien übereinstimmend zeigen.[169][170] Das Marktanreizprogramm des Bundesumweltministeriums vergibt Zuschüsse für Heizungen auf Basis von Solar-, Umwelt- oder Bioenergie; die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergibt zinsgünstige Darlehen.[171] Gefördert werden regenerative Wärmeerzeuger mit dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz.

    Darüber hinaus liegt bei den meisten Gebäuden in der Wärmedämmung ein erhebliches Einsparpotential.

    Vermeidung externer Kosten

    Externe Kosten in der Stromerzeugung nach Energieträger in Deutschland bei 180 €/tCO2 äq (2019)[172]
    Energieträger ct/kWh
    Braunkohle 20,81
    Steinkohle 18,79
    Erdgas 8,59
    Erdöl 20,06
    Wasserkraft 0,30
    Windenergie 0,28
    Photovoltaik 1,64
    Biomasse 7,71

    Bei externen Kosten handelt es sich um Beeinträchtigungen, „die durch ein Vorhaben einem Dritten, häufig der Allgemeinheit, zugefügt werden, ohne dass der Betroffene entschädigt wird.“[173] In die Volkswirtschaftslehre eingeführt wurde dieser Begriff vor rund 100 Jahren von Arthur Cecil Pigou.[174] Im Energiebereich wurden erste umfassende Untersuchungen um 1990 durch Olav Hohmeyer vorgenommen;[175] seit diesem Zeitpunkt ist die Berücksichtigung externer Kosten bei der Energiewandlung Kernbestandteil umwelt- und energiepolitischer Betrachtungen. Probleme verursacht hingegen noch ihre genaue Quantifizierung.[176]

    Aus theoretisch-volkswirtschaftlicher Sicht sind bei einer Bewertung unterschiedlicher Techniken alle Kosten und Nutzen zu berücksichtigen, die der Gesellschaft aus der Nutzung entstehen.[177] Auch bei der Energiegewinnung entstehen neben den direkten Erzeugungskosten externe Kosten, also Kosten, die nicht über den Energiepreis abgewickelt werden, sondern vom Steuerzahler oder anderen Teilen der Gesellschaft übernommen werden müssen. Hierzu zählen beispielsweise die durch Schadstoff- und Kohlenstoffdioxidausstoß verursachten oder die sich aus den Risiken der Kernenergienutzung ergebende Kosten. Im Energiesektor werden externe Kosten hauptsächlich durch Umwelt-, Gesundheits- und Klimaschäden verursacht.[132] Grundsätzlich gilt, dass die Kosten der konventionellen Energieversorgung nicht die tatsächlich bei dieser Form der Energienutzung verursachten externen Kosten widerspiegeln.[178] Zwar treten auch bei der Nutzung von erneuerbaren Energien externe Kosten auf, diese sind jedoch deutlich geringer als bei der Nutzung konventioneller Energieträger.[175][179] Dadurch wird der wirtschaftliche Wettbewerb zwischen erneuerbaren Energien und herkömmlichen Energieträgern zu Lasten der regenerativen Energien verzerrt.[180]

    Soll, wie mit der Liberalisierung angestrebt, der Markt die volkswirtschaftlich effizienteste Produktionsweise finden, so müssen deshalb zwingend alle wettbewerbsverzerrenden Faktoren vermieden und eine Kostenwahrheit durch Internalisierung aller externen Faktoren hergestellt werden.[181] Geschieht dies nicht, können die Effizienzvorteile eines liberalisierten Marktes durch negative Effekte auf die Umwelt zunichtegemacht werden. Möglichkeiten zur Herstellung dieser Kostenwahrheit sind Lenkungsabgaben wie z. B. eine CO2-Steuer oder ein funktionierender Emissionshandel. Einem völlig freien Energiemarkt sind durch diese notwendigen Mechanismen Grenzen gesetzt.[182] 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.[183] Da es sich um ein Marktversagen handelt, sind für eine Internalisierung üblicherweise staatliche Eingriffe notwendig, wobei sowohl marktwirtschaftliche als auch ordnungspolitische Maßnahmen in Frage kommen.[179]

    Laut Ecofys-Studie im Auftrag von EU-Energiekommissar Günther Oettinger belaufen sich die externen Kosten der Energieversorgung in der EU auf 150 bis 310 Mrd. Euro im Jahr 2012, darunter Deutschland mit 42 Mrd. Euro, was maßgeblich (zu 45 %) auf die hohe Kohleverstromung zurückzuführen ist. Kohle weist externe Folgekosten von 140 Euro je Megawattstunde auf, Erdgas 60 Euro, Solarenergie 20 Euro, Biomasse 25 Euro, Windkraft nahe null.[184]

    Im Jahr 2011 vermieden die erneuerbaren Energien in den Sektoren Strom, Kraftstoffe und Wärme externe Kosten in Höhe von etwa 8,9 Mrd. Euro, zudem wurden Brennstoffimporte von 2,9 Mrd. Euro vermieden.[185] Mit rund 8 Mrd. Euro fand im Strombereich die größte Vermeidung von externen Kosten statt.[186]

    Kosten für Unternehmen

    Die Energiekosten für die deutsche Industrie sind von 2010 bis 2017 stetig gesunken.[187] Aufgrund der verschiedenen steuer- und abgabenrechtlicher Privilegierungen sowie infolge des Merit-Order-Effekts erneuerbarer Energien sinkender Großhandelspreise bezieht die energieintensive Industrie in Deutschland im Vergleich zu den Vorjahren sowie im Vergleich zu anderen Industrieländern relativ günstig Strom.[188]

    Die Energiekosten und damit die EEG-Umlage haben im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland nur einen geringen Anteil am Bruttoproduktionswert, verglichen etwa mit den Material- und Personalkosten. Nach Angaben des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung machten die gesamten Stromkosten im Schnitt ca. 3 % des Umsatzes eines Unternehmens aus, wovon die EEG-Umlage nur gering beitrage. Bei stromintensiven Unternehmen liegen die Kosten höher, allerdings seien diese von EEG-Umlage und Ökosteuer (Deutschland) größtenteils ausgenommen, um Wettbewerbsnachteile zu vermeiden. Energieintensive Branchen profitierten zudem derzeit von historisch niedrigen Preisen an der Strombörse.[189]

    Laut Bundesnetzagentur verbrauchten im Jahr 2012 einige hundert Firmen rund 18 % des Stroms, zahlten aber nur 0,3 % der EEG-Umlage, da viele Großverbraucher von der EEG-Umlage befreit sind.[190] Mit Inkrafttreten der EEG-Novelle 2012 wurden die Ausnahmetatbestände für die Industrie erheblich ausgeweitet, was die EEG-Umlage zusätzlich steigen ließ, da diese Kosten auf die übrigen Umlagezahler umgelegt werden. Diese Umverteilung stößt aufgrund von Wettbewerbsverzerrungen, Mehrbelastungen für Privatverbraucher und ökologisch fraglichen Entlastungseffekten auf Kritik. Die Zahl der befreiten Unternehmen stieg daraufhin auf 2098 im Jahr 2013. Da mit dieser Entlastung zugleich eine Wettbewerbsverzerrung auftritt, wurde durch die EU-Kommission im Juni 2012 ein Beihilfeverfahren gegen Deutschland eingeleitet.[191] Nach Schätzungen betragen die Ausnahmeregelungen im Jahr 2012 auf 2,7 Mrd. Euro, im Jahr 2013 etwa 5,0 Mrd. Euro und 2014 rund 7,0 Mrd. Euro.[192]

    Aufgrund des Merit-Order-Effekts sanken die Strompreise an der Strombörse durch die Einführung der durch die EEG-Umlage finanzierten erneuerbaren Energien.[193] Da industrielle Großverbraucher fast vollständig von der EEG-Umlage ausgenommen sind, zugleich aber von den gefallenen Börsenstrompreisen profitieren, könne die EEG-Umlage laut Erik Gawel kaum für eine etwaige Abwanderung von Betrieben ins Ausland verantwortlich gemacht werden.[194]

    Laut dem Netzbetreiber Tennet TSO ist in Deutschland 2014 der Spotmarktpreis für den Folgetag um 13 % gesunken; die deutsche Industrie bezahle die niedrigsten Strompreise in Europa.[195] Auch die Strompreise im außerbörslichen Handel werden in Deutschland günstiger. Für die Jahre 2015 bis 2017 kostet der Strom bei direkten Lieferverträgen laut dem Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft (VIK) zwischen 2,68 und 4,28 Cent pro Kilowattstunde.[196]

    Preissenkender Effekt an der Strombörse

    Die Preisbildung an der Strombörse orientiert sich nicht an den Stromgestehungskosten, sondern an den Grenzkosten der anbietenden Kraftwerke, d. h. an den jeweiligen variablen Kosten. Als Grenzkosten werden die zusätzlichen Kosten bezeichnet, die durch eine Erhöhung der Produktion entstehen. Sie ergeben sich zum größten Teil aus den Brennstoffkosten eines Kraftwerks sowie aus den Kosten für Emissionsrechte.[197] Der Begriff der Grenzkosten kommt aus der Betriebswirtschaftslehre und spielt im Zusammenhang mit der als Merit-Order (englisch für Reihenfolge der Leistung/des Verdienstes) bezeichneten Einsatzreihenfolge der Kraftwerke zur Stromerzeugung für die erneuerbaren Energien, eine wesentliche Rolle.[198] Die genaue Höhe der Grenzkosten eines Kraftwerk zu bestimmen ist problematisch, da die Grenzkosten ganz erheblich vom Auslastungsgrad eines Kraftwerkes abhängen.

    Beginnend mit den niedrigsten Grenzkosten werden am Strommarkt solange Kraftwerke mit höheren Grenzkosten zugeschaltet, bis die Nachfrage gedeckt ist. Zusätzlich aber hängen die Grenzkosten auch davon ab, mit welcher Dauer der bevorstehenden Zuschaltung oder Abschaltung der Betreiber rechnen muss. Die Einsatzreihenfolge wird jedoch für einen Großteil der Grundlastkraftwerke nicht am Spotmarkt ermittelt, sondern am Terminmarkt vorweggenommen, so dass Grundlastkraftwerke trotz ihrer höheren Grenzkosten auch an Tagen mit hoher Solar- und Windstromeinspeisung weiterhin vergleichsweise hohe Leistungen einspeisen. An sonnig-windigen Tagen steht dann am Spotmarkt dem Angebot von Solar- und Windstrom keine ausreichende Stromnachfrage gegenüber (denn die wurde bereits am Terminmarkt weitgehend befriedigt). Das Stromüberangebot am Spotmarkt kann dann zu negativen Börsenpreisen führen. Diese treffen nahezu ausschließlich den Strom aus erneuerbaren Energien, nicht aber den am Terminmarkt vorher verkauften Strom aus Grundlastkraftwerken.

    Da bei der Gewinnung von erneuerbaren Energien keine Brennstoffkosten anfallen und die Wartungskosten bei einer „zusätzlichen“ Nutzung der Energieerzeugungsanlage kaum ansteigen, tendieren die Grenzkosten der erneuerbaren Energien gegen Null. Lediglich die Verbrennung oder Vergasung von Biomasse bzw. Speichergas[199] verursacht Brennstoffkosten.

    So führen die steigenden Einspeisungen von erneuerbaren Energien in Deutschland seit der Novellierung des EEG-Wälzungsmechanismus im Jahr 2009 über die Merit-Order an sonnigen und windreichen Tagen dazu, dass der Börsenstrompreis stark sinkt – in Einzelfällen (Situationen mit starker Produktion von erneuerbaren Energien bei zugleich niedriger Stromnachfrage) sogar auf negative Werte. Dies ist ein wesentlicher Grund, der die EEG-Umlage in den letzten Jahren hat deutlich ansteigen lassen.[200] Dieser preissenkende Effekt kommt durch die fehlerhafte Konstruktion des EEG-Ausgleichsmechanismus jedoch nicht beim Privatkunden an, sondern verteuert paradoxerweise die Stromkosten von Privatkunden, während hingegen die Industrie von den gesunkenen Beschaffungskosten an der Strombörse profitiert.[201]

    Laut einer Studie des Instituts für ZukunftsEnergiesysteme, die Uwe Leprich im Januar 2012 vorstellte, senkte im Jahr 2011 alleine die Photovoltaik den durchschnittlichen Börsenpreis um bis zu 10 %, während der Mittagsstunde um bis zu 40 %. Im Tagesschnitt entspräche dies einem Rückgang der Börsenstrompreise zwischen 0,4 und 0,6 ct/kWh. Daraus ergäbe sich für 2011 ein preissenkender Effekt zwischen 520 und 840 Mio. Euro. Allerdings komme dies vor allem der stromintensiven Industrie zugute, da diese teilweise von der EEG-Umlage befreit ist, zugleich aber durch den Stromkauf an der Börse von der dortigen Preissenkung profitiere, während andere Kunden an ihre Stromverträge gebunden seien. Würde dieser Effekt korrigiert, würden die Haushaltsstrompreise um 0,11 bis 0,175 ct/kWh gesenkt werden können.[202]

    Der Strompreis an der Strombörse war bis zum Jahr 2008 kontinuierlich gestiegen und erreichte im Jahr 2008 das Maximum von 8,279 Cent/kWh. Unter anderem durch das vermehrte Auftreten der erneuerbaren Energien ist der Strompreis deutlich gefallen.[203]

    In einer Studie im Auftrag von Siemens stellten Wissenschaftler der Universität Erlangen fest, dass die Stromkosten in Deutschland ohne erneuerbare Energien deutlich höher lägen. So sparten nach der Studie die deutschen Stromverbraucher im Jahr 2013 insgesamt 11,2 Milliarden Euro. Zwar erhöhe die EEG-Umlage den Strompreis. Die erneuerbaren Energien würden aber auch den Strompreis an der Strombörse durch größere Konkurrenz deutlich senken, so dass die deutschen Stromverbraucher unter dem Strich günstiger wegkämen als ohne erneuerbare Energien.[204][205][206]

    Einbindung von erneuerbaren Energien in das Energiesystem

    Im Stromnetz entspricht zu jedem Zeitpunkt die Erzeugung dem Verbrauch, da das Netz elektrische Energie nicht speichert. Lokale Ungleichgewichte führen zunächst zu kleinen Abweichungen von der Nennspannung, was nicht nur ausgleichende Leistungsflüsse zwischen den Teilnetzen bewirkt, sondern eine sinkende Netzfrequenz, indem rotierende elektrische Maschinen mehr Strom liefern bzw. weniger Strom aufnehmen als dem Antriebs- bzw. Lastdrehmoment entspricht (in Kraftwerken bzw. bei Verbrauchern). Durch aktiven Netzregelverbund und die Bereitstellung von Regelleistung bleiben die Teilnetze in Phase und die Frequenz in engen Grenzen konstant. Im Zusammenhang mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien wird der Regelleistungsbedarf kontrovers diskutiert.

    Um hohe Anteile an Strom aus erneuerbaren Energien an der Versorgung zu ermöglichen, können verschiedene Maßnahmen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Studien, beispielsweise der Fraunhofer IWES im Auftrag des BEE (Dezember 2009) belegen, dass so eine zuverlässige Stromversorgung möglich ist.[207]

    Zu diesen Maßnahmen zählen z. B. die Verstetigung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, der Ausbau der Stromnetze, die Schaffung intelligenter Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen, sowie der (Aus)bau von Stromspeichern. Während manche Maßnahmen wie beispielsweise der Ausbau der Stromnetze bereits bei vergleichsweise niedrigen Anteilen von fluktuierenden Erzeugern sinnvoll sind, sind andere Mittel wie z. B. der Bau von Speicherkraftwerken zwecks Vermeidung von unnötigen Energieverlusten und Kosten erst bei hohen Anteilen geboten.

    Notwendig ist auch ein Mix verschiedener regenerativer Energiequellen, da sich verschiedene erneuerbare Energien gegenseitig ergänzen. Beispielsweise existiert in Deutschland für die Photovoltaik ein Potential von mehr als 1000 GW, womit sich pro Jahr rund 1000 TWh elektrischer Energie produzieren ließen; deutlich mehr als der derzeitige deutsche Strombedarf. Da damit jedoch insbesondere in den Mittagsstunden sonniger Tage große Überschüsse produziert würden und enorme Speicherkapazitäten aufgebaut werden müssten, ist ein solch starker Ausbau nur einer Technologie nicht sinnvoll und die Kombination mit anderen erneuerbaren Energien erheblich zweckmäßiger.[208] Über die größten Potentiale zur Stromerzeugung verfügen in Deutschland die Windenergie und die Photovoltaik, mit deutlichem Abstand folgt die Biomasse.[25]

    Verstetigung der Stromerzeugung

    Nach EWE: Verlauf des frühjährlichen Stromverbrauchs (Last) über verschiedene Wochentage und Einsatz von Grund-, Mittel- und Spitzenlastkraftwerken am Lastverlauf werktags (schematisch)
    Tatsächliche Stromerzeugung in Deutschland an zwei sonnenreichen, windarmen Maitagen im Jahr 2012

    Die Nachfrage nach Strom, der sogenannte Lastgang, schwankt im tageszeitlichen Verlauf stark. Da elektrische Energie nur aufwendig und mit Verlusten speicherbar ist, wird sie durch das Kraftwerksmanagement entsprechend der Nachfrage bereitgestellt. In Deutschland wird die Grundlast bisher vor allem von Braunkohle- und Kernkraftwerken bereitgestellt, während die Mittellast von Steinkohlekraftwerken abgedeckt wird. Die Spitzenlast lieferten in der Vergangenheit vor allem Gas- und Pumpspeicherkraftwerke, wobei mittlerweile durch die verstärkte Einspeisung von erneuerbaren Energien insbesondere der Anteil der Gaskraftwerke zurückgegangen ist.

    Mit zunehmenden Anteilen an Strom aus erneuerbaren Energien ist ein verändertes Kraftwerksmanagement notwendig. Zwar sind Geothermiekraftwerke, Wasserkraftwerke und Biomassekraftwerke grundlastfähig und wie konventionelle Kraftwerke regelbar, die Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Wind unterliegt dagegen starken Schwankungen, die durch Einsatz von regelbaren Kraftwerken oder Speichern ausgeglichen werden müssen. Teilweise korrelieren diese Schwankungen aber mit dem Tages- bzw. Jahres-Lastgang. So wird Strom aus Sonnenenergie zu den Hauptbedarfszeiten bereitgestellt. Strom aus Windenergie fällt verstärkt im Winterhalbjahr an und kann die zu der Zeit verringerten Ausbeuten von Solaranlagen ausgleichen, wodurch die Kombination dieser beiden Quelle bei Betrachtung des jahreszeitlichen Verlaufes zu einer Verstetigung der Produktion führt. Bei der Betrachtung kürzerer Zeitabschnitte kommen jedoch große Schwankungen vor, die ausgeglichen werden müssen.[209]

    Bei Biogasanlagen kann die Energieumwandlung mehrere Stunden ohne größere Verluste aufgeschoben werden, auch viele Laufwasserkraftwerke können mittels Schwallbetrieb ihre Produktion um einige Stunden zurückfahren und somit vorwiegend zu nachfragestarken Stunden, bzw. während Zeiten niedriger Produktion aus Wind- und Solarenergie Strom liefern. Photovoltaik- und Windenergieanlagen können gedrosselt bzw. komplett abgeschaltet und innerhalb von etwa 30 s (Selbsttest und Anfahren eines Photovoltaik-Wechselrichters) bis wenige Minuten (größere Windenergieanlagen) wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist sogar ein Vorteil gegenüber großen Dampfkraftwerken und Kernkraftwerken, die beim Hochfahren mehrere Stunden bis zur vollen Leistung benötigen. Allerdings wird durch die Abschaltung von Photovoltaik- oder Windenergieanlagen, anders als bei Biogasanlagen und konventionellen Kraftwerken, kein Brennstoff gespart und somit auch keine Kosten vermieden. Um größere Leistungen bereitzustellen, sollen auch zunehmend GuD-Kraftwerke eingesetzt werden, da diese auf schnelle Lastwechsel ausreichend reagieren können.

    Zur Abfederung fluktuierender Einspeisemengen können Wasserkraftwerke und Biogaskraftwerke kurzzeitig über ihrer Durchschnittsleistung, die durch den Nachschub an Wasser und Biomasse begrenzt ist, betrieben werden. Besondere Bedeutung kommt dabei flexibilisierten Biogasanlagen zu, die perspektivisch ein verfügbares Ausgleichspotenzial von insgesamt rund 16.000 MW anbieten können. Innerhalb weniger Minuten könnte diese Kapazität bei Überangebot im Netz gedrosselt oder bei steigender Nachfrage hochgefahren werden. Zum Vergleich: Die Kapazität der deutschen Braunkohlekraftwerke wird von der Bundesnetzagentur auf rund 18.000 MW beziffert. Diese fossilen Großkraftwerke könnten wegen ihrer technisch bedingten Trägheit jedoch nur wenige Tausend Megawatt für den kurzfristigen Ausgleich von Solar- und Windstrom zur Verfügung stellen.[210]

    Durch eine Flexibilisierung des Stromsystems kann die Überproduktion auch bei stark steigenden Anteilen erneuerbarer Energien abgefedert werden. Notwendig ist hierzu eine starke Flexibilisierung des Stromsystems und damit eine Reduzierung der so genannten „Must-Run“-Kapazitäten.[211]

    Um den Einsatz der anderen Energiearten planen zu können, ist eine möglichst genaue Kurz- und Mittelfristvorhersage der zu erwartenden Windleistung und Solarleistung wichtig.[212] Das Kraftwerksmanagement kann die kurzfristig und vor allem die längerfristig regelbaren Kraftwerke so besser steuern.

    Ausbau der Stromnetze

    Diskutiert wird auch der vermehrte Einsatz von Erdkabeln.
    Leitungsvorhaben aus dem Energieleitungsausbaugesetz
    Leitungsvorhaben aus dem Bundesbedarfsplangesetz, Stand 2013

    Mit dem Ausbau von Windparks abseits der bisherigen Erzeugungszentren verschiebt sich die Struktur der Netzeinspeisung. Dies erfordert sowohl die Modernisierung als auch einen Ausbau der Stromnetze. Im Speziellen trifft dies auf die Errichtung von Offshore-Windparks zu, durch die ein Ausbau der Höchstspannungstrassen notwendig wird.[213] Durch die Verknüpfung von Regionen mit hohen Kapazitäten an Stromerzeugung aus Wind mit Regionen mit vielen Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerken können zudem Leistungsspitzen gespeichert und die Erzeugung verstetigt werden. Bei einer intelligenten Verschaltung mehrerer regenerativer Energiequellen durch Virtuelle Kraftwerke sowie die Implementierung von Smart Grids lässt sich der Bedarf an zusätzlichen Höchstspannungsübertragungsleitungen reduzieren.[214] In Deutschland ergibt sich der Netzausbaubedarf zudem aus dem unabhängig von der Energiewende notwendigen Ausbau der grenzüberschreitenden Stromerzeugung.[215] Im Jahr 2015 beschloss die Bundesregierung einen Vorrang von Erdkabeln vor Freileitungen, um Akzeptanzproblemen in der Bevölkerung zu begegnen.[216]

    Laut Netzentwicklungsplan 2012 der Bundesnetzagentur müssen bis 2022 rund 3800 Kilometer neue Stromtrassen gebaut werden, bis dahin mindestens 35 % erneuerbare Energien im Netz integrieren zu können. Außerdem sollen rund 4000 Kilometer vorhandener Trassen aufgerüstet werden.[217] Dies erfordert Investitionen von jährlich ca. zwei Milliarden Euro, wovon 1,2 Milliarden auch ohne Ausbau der erneuerbaren Energien angefallen wären, etwa aufgrund des zunehmenden Stromhandels in der EU. Die neuen Leitungen seien zudem nötig, um das Herunterfahren von Kraftwerken zur Vermeidung von Netzüberlastungen zu vermeiden. Die dabei entstehenden Kosten lägen laut der Behörde bereits heute im dreistelligen Millionenbereich. Bis 2022 könnten sie ohne Netzausbau auf 800 Millionen Euro pro Jahr wachsen.[218] Zudem müssen nach der von der Deutschen Energie-Agentur (dena) veröffentlichten Verteilnetzstudie (2012) bis 2030 Stromnetze in einer Größenordnung von 135.000 km bis zu 193.000 km ausgebaut und auf einer Länge von 21.000 bis zu 25.000 km umgebaut werden. Dafür müssen zwischen 27,5 Milliarden und 42,5 Milliarden Euro investiert werden. Allerdings weisen die Verteilnetze derzeit noch erhebliche Reserven für den Zubau erneuerbarer Energien auf. Durch technische Innovationen könne deren Kapazität zudem weiter erhöht werden.[219] Laut Deutschem Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) stelle das Stromnetz auf absehbare Zeit keinen Engpass für den Ausbau erneuerbarer Energien dar.[220]

    Der Bundesverband Erneuerbare Energie, der Branchenverband der Erneuerbare-Energien-Industrie, unterstützt den Ausbau der Stromnetze und hält die Kosten für überschaubar; umgelegt auf den gesamten Investitionszeitraum, machten die veranschlagten Kosten nur einen Betrag von maximal 0,5 Cent pro Kilowattstunde Strom aus. Weitere Verzögerungen des Netzausbaus würden letztlich viel teurer, da der Aufwand für die Stabilisierung des Netzes weiter steigen würde und regenerative Kraftwerke zunehmend abgeregelt werden müssten, so der Verband.[221]

    Wegen regional teils zu knapper Netzkapazitäten ist die Zwangsabschaltung von Windparks in Deutschland von 2010 auf 2011 um fast 300 Prozent gestiegen. Demnach ging 2011 der Rekordwert von bis zu 407 Gigawattstunden (GWh) Windstrom verloren, im vorangegangenen, besonders schwachen Windjahr 2010 waren es 150 GWh gewesen.[222] Im Jahr 2012 sank die abgeregelte Arbeit auf 385 GWh, was ca. 0,71 % der insgesamt eingespeisten Windstromproduktion entspricht. Hauptsächlich betroffen waren mit ca. 93,2 % Windkraftanlagen. Hierfür wurden Entschädigungen in Höhe von 33,1 Mio. Euro gezahlt.[223] Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist eine geringfügige Abregelung von Windkraftanlagen während seltener Leistungsspitzen sinnvoll, da somit die Kosten des Netzausbau deutlich geringer ausfallen als bei einer vollständigen Einspeisung bei jeder Netzsituation. So betonen Jarass et al.[224]

    „Diese Anweisung zu einer gewissen Beschränkung des windbedingten Netzausbaus drückt eigentlich nur die wirtschaftliche Selbstverständlichkeit aus, dass für die wenig Energie erbringenden sehr seltenen kurzen Spitzen der Windleistung keine teure zusätzliche Übertragungskapazität von den Stromkunden bezahlt werden muss. Die Auswertung der Grenznutzenkurven zeigt, dass bei einem Netzausbau bis zum volkswirtschaftlichen Optimum deutlich weniger als 1 % der möglichen Windenergieerzeugung ‚ausgesperrt‘ werden muss, aber je nach Einzelfall beträchtliche Netzausbaukosten eingespart werden.“

    – Lorenz Jarass, Gustav M. Obermair, Wilfried Voigt: Windenergie. Zuverlässige Integration in die Energieversorgung. Berlin/Heidelberg 2009, S. XIX.

    Ende Dezember 2012 wurde mit der Inbetriebnahme der u. a. als Windsammelschiene bezeichneten 380-kV-Leitung von Schwerin nach Krümmel sowie der Verstärkung der Süddeutschen Strombrücke zwischen dem thüringischen Remptendorf und der bayerischen Grenze mit Hochtemperaturseilen die Übertragungskapazität zwischen dem ostdeutschen und dem westdeutschen Stromnetz deutlich erweitert.[225][226] Zuvor existierten nur drei Ost-West-Kuppelleitungen, wodurch die beschränkte Übertragungskapazität zwischen Ost- und Westdeutschland als Engpass im deutschen Stromnetz galt. Insbesondere die süddeutsche Stromleitung gilt auch weiterhin als überlastet, weswegen mit der Thüringer Strombrücke auch der Neubau einer weiteren thüringisch-bayerischen Stromleitung notwendig wurde.[227] Die Inbetriebnahme des ersten Stromkreises fand Ende 2015 statt und gilt als wesentliche Ursache für die 2016 erfolgte Halbierung der aus Stromnetzengpässen resultierenden Kosten im Netzgebiet von 50Hertz Transmission. Von 2015 auf 2016 sanken dort die Kosten für Redispatchmaßnahmen von 207 auf 105 Mio. Euro, zudem gingen die Kosten von Abregelungsmaßnahmen erneuerbarer Energien von 146 auf 73 Mio. Euro zurück.[228]

    Strom kann auch in abgelegenen Regionen erzeugt und über lange Strecken in die Verbrauchszentren transportiert werden, beispielsweise mit Offshore-Windkraftanlagen. Die Übertragung erfolgt dabei nicht, wie üblich, als Wechselstrom, sondern verlustärmer per Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Bei einer Betriebsspannung von 800 kV treten mit solchen Leitungen bei Transportentfernungen von 5.000 km Verluste von weniger als 14 % auf.[229] Eine große Rolle spielen HGÜ-Systeme in China, wo auch mit der HGÜ-Trasse Hami-Zhengzhou die Leitung mit der bisher größten Übertragungskapazität (8.000 MW, entspricht der Leistung von ca. 8–10 großen Kohlekraftwerksblöcken) realisiert wurde.

    Intelligenter Stromverbrauch

    Eine wichtige Rolle beim Umbau der Elektrizitätsversorgung spielt der Aufbau intelligenter Stromnetze, sogenannter Smart Grids.[230] Mit der heutigen Informationstechnik ist es möglich, zeitlich flexible Stromverbraucher wie zum Beispiel Zementmühlen, Kühl- und Heizsysteme, sog. „Lastabwurfkunden“, mittels Demand Side Management vorübergehend herunter- oder abzuschalten. Eine Regulierung über einen zeitnahen Strompreis wird angedacht, ähnlich dem sogenannten Niedertarifstrom (Nachtstrom). Der Preis würde bei Stromüberangebot gesenkt, bei Strommangel dagegen angehoben. Intelligente Stromverbraucher (zum Beispiel entsprechend ausgerüstete Waschmaschinen, Spülmaschinen usw.) schalten bei geringem Strompreis ein und bei hohem Strompreis aus. In der Industrie könnten kurzzeitige Erzeugungsspitzen zwischengespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden. Schwankungen in der erneuerbaren Stromerzeugung können dadurch im Wärmesektor oder in Industrieanlagen eingesetzt und dadurch geglättet werden anstatt sie zu exportieren. Durch eine solche Synchronisierung des Verbrauchs, angeregt durch eine Dynamisierung ausgewählter Strompreiselemente, kann der Bedarf an residualer Spitzenlast sowie an gesicherter Leistung deutlich reduziert werden. Im Privathaushalt können auch Wärmepumpen zur intelligenten Verknüpfung von Strom- und Wärmemarkt dienen In Frage kommen sowohl Anlagen mit zusätzlichem Wärmespeicher als auch ohne einen solchen.[231][232]

    Ein Gutachten des Büros für Technikfolgeabschätzung beim Deutschen Bundestag kam zu dem Ergebnis, dass die Netzintegration des Ökostroms in den kommenden Jahren mit einer Vielzahl von Flexibilisierungsmaßnahmen technisch umgesetzt werden kann. Zur Flexibilisierung der Stromerzeugung gehört demnach vor allem eine Kombination der einzelnen regenerativen Energien und schnell zuschaltbaren Kraftwärmekopplungsanlagen. Virtuelle Kombikraftwerke auf der Basis erneuerbarer Energien könnten zusammen mit einer Steuerung der Stromnachfrage einen bedeutenden Ausgleich der Solar- und Windstromerzeugung leisten. Mit der Ausnutzung von Temperaturmonitoring und neuartiger Leiterbeseilung an bestehenden Hochspannungsmasten ließen sich Engpässe auf der Hochspannungsebene zügig, manchmal sogar ohne Leitungsneubau, beseitigen.[233]

    Einsatz von virtuellen Kraftwerken

    Um zu testen, ob ein größeres Gebiet teilweise oder vollständig mit Strom aus erneuerbaren Energien sicher versorgt werden kann, gibt es Pilotprojekte, die die Dynamik und Einsatzmöglichkeiten von sogenannten Kombikraftwerken oder virtuellen Kraftwerken untersuchen. Hierbei werden Anlagen aus den verschiedenen erneuerbare Energie-Bereichen (Wasser, Wind, Sonne, Biogas etc.) virtuell zu einem Kraftwerk zusammengeschlossen und simuliert, den zeitgenauen Strombedarf, zum Beispiel einer Großstadt zu decken. Studien der TU Berlin und der BTU Cottbus zeigen, dass eine solch intelligente Vernetzung dezentraler regenerativer Kraftwerke einen erheblichen Beitrag dazu leisten kann, große Mengen fluktuierenden Stroms optimal in das Versorgungsnetz zu integrieren. Die Studien ergaben außerdem, dass sich Strombedarf und -produktion einer Großstadt wie Berlin mit Hilfe gezielter Steuerung gut aufeinander abstimmen lassen. Dadurch kann demnach sowohl die höhere Netzebene entlastet als auch der Bedarf an konventionellen Reservekapazitäten deutlich verringert werden.[234] Im Oktober 2013 kam das Forschungsprojekt „Kombikraftwerk 2“ mit einem Feldtest sowie mit regional Simulationen zu dem Ergebnis, dass die Netzstabilität in einer vollständig erneuerbaren eine sichere Stromversorgung gewährleistet werden kann.[235]

    Energiespeicherung

    Unterbecken des Pumpspeicherkraftwerkes Langenprozelten

    Je größer der Anteil der erneuerbaren Energien wird, desto größer wird die Bedeutung von Speichermöglichkeiten, um die Schwankungen der Energieerzeugung an die Schwankungen des Energieverbrauchs anzugleichen und somit Versorgungssicherheit herzustellen. In der Fachliteratur wird davon ausgegangen, dass ab einem Erneuerbare-Energien-Anteil von ca. 40 % in größerem Maße zusätzliche Speicher benötigt werden, vereinzelt wird auch die Zahl 70 % genannt.[236] Langfristspeicher wie z. B. die Power-to-Gas-Technologie werden erst ab einem Anteil von 70–80 % benötigt.[237][238] Unterhalb von 40 % erneuerbaren Energien stellt eine Ausregelung durch Wärmekraftwerke sowie eine geringfügige Abregelung von Erzeugungsspitzen der erneuerbaren Energien eine effizientere Möglichkeit zum Ausgleich dar. Daher werden zusätzliche kommerzielle Speicher in Deutschland frühestens ab dem Jahr 2020 für notwendig gehalten.[239]

    In seinem Sondergutachten 100 % erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar von Mai 2010 bekräftigt der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen, dass die Kapazitäten in Pumpspeicherkraftwerken v. a. in Norwegen und Schweden bei Weitem ausreichen, um schwankende Energiebereitstellung – insbesondere von Windkraftanlagen – auszugleichen. Dabei sei allerdings zu beachten, dass dies den Bau von Höchststromtrassen (umgangssprachlich als Stromautobahnen bezeichnet) in viel größerem Ausmaß voraussetze, als dies im Moment im Rahmen des Netzentwicklungsplanes vorgesehen ist.[240]

    Die Entwicklung von wirtschaftlichen Speicherkraftwerken befindet sich zum Teil noch im Frühstadium. Zu den Speichermöglichkeiten gehören:

    • Pumpspeicherkraftwerke nutzen bei der Speicherung Strom, um Wasser bergauf zu pumpen. Wird wiederum Strom gebraucht, fließt das Wasser wieder nach unten und treibt einen Generator an. Pumpspeicherkraftwerke werden aufgrund des relativ günstigen Preises zurzeit als Großanlagen eingesetzt. Insbesondere Norwegen verfügt über ein großes Ausbaupotenzial, wodurch es eine wichtige Rolle bei der Stromspeicherung in Europa spielen könnte, sofern geeignete verlustarme Stromleitungen (HGÜs) nach Europa verlegt werden.[241]
    • Akkumulatoren: Akkumulatoren und Redox-Flow-Zellen speichern Strom elektrochemisch. Die Preise fallen stark, wodurch diese Speicher immer interessanter werden. Potenzielle Einsatzbereiche befinden sich in Haushalten, z. B. in Form von Solarbatterien, großtechnisch kommen Batterie-Speicherkraftwerke in Frage. Erste Anlagen werden bereits zur kurzfristigen Bereitstellung von Systemdienstleistungen eingesetzt.
    • Wärmespeicher: Mit Sonnenwärme wird Wasser erhitzt oder mit überschüssigem Strom Wasser in warme Schichten unter der Erde gepumpt, um dieses natürlich zu erwärmen. Dieses kann für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden, die so Wärme vom Tag in der Nacht oder Wärme vom Sommer im Winter nutzen können, oder für die zeitversetzte Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken, die so in die Lage versetzt werden, 24 Stunden pro Tag Strom aus Sonnenenergie herzustellen.
    • Power-to-Gas: Durch Elektrolyse, ggf. ergänzt durch Methanisierung, lässt sich aus temporär überschüssigem Strom Wasserstoff bzw. Methan erzeugen, welche später bei Bedarf zur Stromproduktion oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann. Gespeichert werden kann das EE-Gas in bereits vorhandenen unterirdischen Erdgasspeichern, deren Kapazität bereits heute für eine regenerative Vollversorgung ausreichen würde.[242] Die Effizienz der Wasserstoffspeicherung liegt höher als bei der Methanisierung. Bei der Wasserstoffspeicherung können perspektivisch elektrische Gesamtwirkungsgrade (Elektrolyse → Speicherung → Rückverstromung) von 49 bis 55 % erreicht werden.[243] Bei der Methanisierung liegt der Gesamtwirkungsgrad bei Rückverstromung in einem GuD-Kraftwerk bei 39 %. Kommt bei der Gasherstellung sowie der Rückverstromung eine Kraft-Wärme-Kopplung zum Einsatz, sind Gesamtwirkungsgrade bis über 60 % möglich.[244]
    • Power-to-Heat: Überschüssiger Strom wird direkt zur Erzeugung von Wärme für Heizungsanlagen oder Warmwasserbereitung verwendet und ersetzt so fossile Energieträger. Eine Rückwandlung in elektrische Energie ist nur unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll.
    • Thermodynamische Speicher: In Druckluftspeicherkraftwerken wird Luft in Kavernen gedrückt. Im Bedarfsfall entweicht die Luft wieder, wobei der Luftdruck einen Generator antreibt. In adiabatischen Druckluftspeicherkraftwerken wird die bei der Kompression freiwerdende Wärme in Wärmespeichern zwischengespeichert und bei der Expansion wieder abgegeben. Somit kann eine Wirkungsgradsteigerung erreicht werden.
    • Schwungrad-Speicher: Ebenfalls zur kurzfristigen Speicherung sowie für Systemdienstleistungen eingesetzt werden können Schwungradspeicher.[245] Schwungräder werden über einen Motor angetrieben, um Energie aufzunehmen. Über einen Generator wird das Schwungrad wieder abgebremst, um so elektrische Energie zu erzeugen. Vorteilhaft ist die sehr hohe Zyklenzahl infolge nur sehr geringer Abnutzung im Betrieb. Nachteilig ist dagegen die vergleichsweise hohe Selbstentladung, weshalb Schwungräder zur Stabilisierung von Stromnetzen und zum Ausgleich von erneuerbaren Energien im Zeitraum eines Tages eingesetzt werden.

    Netzstabilität

    Nach Angaben der Bundesnetzagentur lag die durchschnittliche Unterbrechungsdauer im Jahr 2014 je angeschlossenem Letztverbraucher bei 12,28 Minuten (zum Vergleich: 21 Minuten im Jahr 2006). „Ein maßgeblicher Einfluss der Energiewende und der steigenden dezentralen Erzeugungsleistung auf die Versorgungssicherheit ist auch weiterhin nicht erkennbar“, so Jochen Homann, Präsident der Bundesnetzagentur.[246]

    Situation in einzelnen Staaten

    Deutschland

    Förderung

    In Deutschland werden erneuerbare Energien mit verschiedenen Maßnahmen gefördert:

    Insbesondere mit dem Stromeinspeisungsgesetz zu Anfang der 1990er Jahre und mit dem daraus hervorgegangenen EEG erhielten Kleinerzeuger die Möglichkeit, in die Stromnetze der großen Energieversorgungsunternehmen einzuspeisen und erhöhte Vergütungen zu erhalten. Häufig wird dies als wichtiger Faktor gesehen, um die einstigen Monopole bzw. die derzeitige Dominanz der großen EVU zu verringern und den Wettbewerb anzuregen.

    Nachdem die großen Energieunternehmen in Deutschland lange Zeit nicht oder nur wenig in die erneuerbaren Energien investierten, findet seit Mitte der 2000er Jahre ein allmählicher Wandel statt. Insbesondere größere Projekte wie Offshore-Windparks, die seit ca. 2010 zunehmend realisiert werden, werden von den EVUs finanziert.

    Anteil der erneuerbaren Energien

    Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland[250]

    Im Jahr 2015 lag der aus erneuerbaren Energien gedeckte Primärenergieverbrauch in Deutschland bei 12,5 % des Gesamtverbrauchs. Der Endenergieverbrauch ist in den vorläufigen Daten noch nicht enthalten, liegt aber üblicherweise höher. Der Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtstromverbrauch betrug 32,6 %, bei der Wärme- und Kältebereitstellung 13,2 % und am gesamten Kraftstoffverbrauch 5,3 %. In der Stromerzeugung sind Erneuerbare Energien mit einer erbrachten Arbeit von 195,9 TWh somit die wichtigste Energiequelle.[251] 2016 stieg der Anteil am Stromverbrauch auf 34 %, bei einem gleichzeitigen Exportüberschuss mit einem Rekordwert von 50 TWh.[252]

    Zugleich stellten die erneuerbaren Energien im Jahr 2011 35 % der gesamten inländischen Primärenergiegewinnung (1.452 PJ), womit sie knapp hinter Braunkohle mit 38,5 % bzw. 1595 PJ die zweitwichtigste Form der einheimischen Energiegewinnung waren. Zum Vergleich: Steinkohle lag mit 8,7 % bzw. 360 PJ noch hinter Erdgas und Erdölgas mit 9,2 % bzw. 383 PJ auf Rang vier der einheimischen Primärenergieträger.[253]

    Aus dem Erfahrungsbericht zum Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz geht hervor, dass in der Hälfte aller zwischen 2009 und 2011 errichteten Neubauten Wärmeerzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien eingesetzt wurden. Unter den dezentralen (nicht wärmenetzgebundenen) Technologien wurden am häufigsten Wärmepumpen verwendet (in 27 Prozent der Neubauten), gefolgt von Solarthermieanlagen (in etwa 20 Prozent der Neubauten) und von Anlagen zur Nutzung fester Biomasse, beispielsweise Holzpelletheizungen (in etwa 5 bis 7 Prozent der Neubauten). Im Jahr 2011 wurden etwa 60 Prozent der zugebauten Wärmepumpen und etwa ein Drittel der Biomasse-Zentralheizungen in neue Gebäude eingebaut. Bei Solarthermieanlagen wird derzeit nur rund jede siebte Anlage auf Neubauten errichtet.[254]

    Tagesaktuelle Einspeisedaten (für Deutschland) sind für die Jahre ab 2011 im Internet frei zugänglich.[255][256]

    An Neujahr 2018 morgens gegen 6 Uhr deckten erneuerbare Energien erstmals rechnerisch den kompletten deutschen Strombedarf. Zu diesem Zeitpunkt lag der Stromverbrauch aufgrund des Feiertags bei relativ niedrigen 41 GW. 85 % davon wurden zu diesem Zeitpunkt durch Windenergie gedeckt, der Rest durch Wasserkraft und Biomasse geliefert. Die konventionellen Kraftwerke, die nicht rechtzeitig abgeschaltet werden konnten, arbeiteten für den Stromexport.[257]

    Anteil der erneuerbaren Energien am Primär- und Endenergieverbrauch in Prozent[258][259][260][261]
    1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
    Anteil am Endenergieverbrauch 2,8 3,2 3,4 3,7 4,0 4,4 5,8 6,3 7,2 8,1 9,7 9,1 10,1 10,9 11,8 12,8 13,2 13,6 14,7 14,9 15,9 16,5
    davon⁠1* Stromerzeugung 4,1 4,5 5,2 6,2 6,6 7,7 7,6 9,3 10,2 11,6 14,2 15,1 16,3 17,0 20,4 23,7 25,2 27,4 31,5 31,6 36,0 37,8
    Wärmebereitstellung 3,4 3,9 4,3 4,4 4,7 4,8 7,5 7,6 8,0 8,0 9,5 8,5 10,4 11,1 11,3 11,9 12,3 12,2 13,0 13,2 13,7 14,4
    Kraftstoffverbrauch 0,3 0,3 0,3 0,5 0,7 1,1 1,5 1,9 3,7 6,5 7,5 6,0 5,4 5,8 5,6 6,0 5,5 5,6 5,3 5,2 5,3 5,6
    Anteil am Primärenergieverbrauch 2,4 2,6 2,8 2,9 2,9 3,2 3,8 4,5 5,3 6,3 7,9 8,0 8,9 9,9 10,8 10,3 10,8 11,3 12,4 12,5 13,2 13,7
    1* 
    die angegebenen Werte entsprechen dem Anteil der erneuerbaren Energien innerhalb dieses Bereichs
    Erneuerbare Energien in Deutschland – in Petajoule
    1995 2000 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
    Wasserkraft 77 92 72 70 72 76 74 69 75 64 78 83 71 68 74 73 65
    Windenergie 6 35 92 98 111 143 146 139 136 176 182 186 206 285 288 380 402
    Photovoltaik 0,03 0,3 2,0 4,6 8,0 11,1 15,9 24 42,1 69,6 95,0 111,6 129,8 139,4 137,2 141,8 166,2
    Holz, Stroh, u. a. feste Stoffe 124 210 311 338 368 388 418 465 532 511 458 525 479 505 510 525 521
    Biodiesel, u. a. flüssige Brennstoffe 2 13 62 110 190 217 195 174 191 168 130 121 125 117 118 118 124
    Müll, Deponiegas 45 39 64 88 102 120 102 99 106 110 114 127 131 129 133 138 126
    Klärgas einschl. Biogas 14 20 33 43 69 140 165 198 292 321 268 283 308 326 336 339 320
    Sonstige erneuerbare (1) 7 9 15 17 19 22 32 35 39 43 60 62 68 74 80 84 91
    Insgesamt 275 417 650 769 939 1.117 1.147 1.201 1.413 1.463 1.385 1.499 1.519 1.644 1.676 1.797 1.815
    Prozentualer Anteil am
    Primärenergieverbrauch     		1,9 2,9 4,5 5,3 6,3 7,9 8,0 8,9 9,9 10,8 10,3 10,8 11,5 12,4 12,4 13,3 13,8
    (1) Solar-, Geothermie und Wärmepumpen
    • Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Stand: 16. Januar 2019[11]
    Stromerzeugung in Deutschland in GWh
    Jahr Bruttostrom-
    verbrauch     		Summe EE Wasserkraft Windenergie Photovoltaik Biogas biogener Anteil
    des Abfalls     		Geothermie sonstige (1)
    an Land auf See
    2018 597.500 225.691 37,8 % 16.500 2,8 % 92.249 15,4 % 19.341 3,2 % 46.164 7,7 % 29.450 4,9 % 6.155 1,0 % 172 0,03 % 15.660 2,6 %
    2017 601.300 216.338 36,0 % 20.150 3,4 % 88.018 14,6 % 17.675 2,9 % 39.401 6,6 % 29.325 4,9 % 5.956 1,0 % 163 0,03 % 15.650 2,6 %
    2016 599.900 189.671 31,6 % 20.546 3,4 % 67.650 11,3 % 12.274 2,0 % 38.098 6,4 % 29.271 4,9 % 5.930 1,0 % 175 0,03 % 15.727 2,6 %
    2015 600.000 188.786 31,5 % 18.977 3,2 % 72.340 12,1 % 8.284 1,4 % 38.726 6,5 % 28.636 4,8 % 5.768 1,0 % 133 0,02 % 15.922 2,7 %
    2014 593.900 162.525 27,4 % 19.587 3,3 % 57.026 9,6 % 1.471 0,2 % 36.056 6,1 % 27.062 4,6 % 6.069 1,0 % 98 0,02 % 15.156 2,6 %
    2013 606.500 152.338 25,1 % 22.998 3,8 % 51.819 8,5 % 918 0,2 % 31.010 5,1 % 25.832 4,3 % 5.415 0,9 % 80 0,01 % 14.266 2,4 %
    2012 608.700 143.043 23,5 % 21.755 3,6 % 50.948 8,4 % 732 0,1 % 26.380 4,3 % 24.395 4,0 % 4.951 0,8 % 25 0,004 % 13.857 2,3 %
    2011 609.500 124.037 20,4 % 17.671 2,9 % 49.280 8,1 % 577 0,1 % 19.599 3,2 % 18.754 3,1 % 4.755 0,8 % 19 0,003 % 13.382 2,2 %
    2010 618.300 105.181 17,0 % 20.953 3,4 % 38.371 6,2 % 176 0,03 % 11.729 1,9 % 15.300 2,5 % 4.746 0,8 % 28 0,005 % 13.878 2,2 %
    2009 584.300 95.939 16,4 % 19.031 3,3 % 39.382 6,7 % 38 0,01 % 6.583 1,1 % 13.188 2,3 % 4.323 0,7 % 19 0,003 % 13.375 2,3 %
    2008 621.500 94.280 15,2 % 20.443 3,3 % 41.385 6,7 % 0 0,0 % 4.420 0,7 % 10.957 1,8 % 4.671 0,8 % 18 0,003 % 12.386 2,0 %
    2007 624.800 89.368 14,3 % 21.170 3,4 % 40.507 6,5 % 0 0,0 % 3.075 0,5 % 8.386 1,3 % 4.521 0,7 % 0,4 0,0001 % 11.709 1,9 %
    2006 623.300 72.509 11,6 % 20.031 3,2 % 31.324 5,0 % 0 0,0 % 2.220 0,4 % 3.346 0,5 % 3.901 0,4 % 0,4 0,0001 % 11.687 1,9 %
    2005 618.500 63.400 10,3 % 19.638 3,2 % 27.774 4,5 % 0 0,0 % 1.282 0,2 % 1.696 0,3 % 3.252 0,5 % 0,2 0,00003 % 9.758 1,6 %
    2004 616.100 57.957 9,4 % 20.745 3,4 % 26.019 4,2 % 0 0,0 % 557 0,1 % 1.111 0,2 % 2.253 0,4 % 0,2 0,00003 % 7.272 1,2 %
    2003 606.600 46.670 7,7 % 18.322 3,0 % 19.087 3,1 % 0 0,0 % 313 0,1 % 1.518 0,3 % 2.238 0,4 % 0 0,0 % 5.192 0,9 %
    2002 592.700 45.436 7,7 % 23.124 3,9 % 16.102 2,7 % 0 0,0 % 162 0,03 % 1.046 0,2 % 1.949 0,3 % 0 0,0 % 3.053 0,5 %
    2001 589.000 38.742 6,6 % 22.733 4,0 % 10.719 1,8 % 0 0,0 % 76 0,01 % 745 0,1 % 1.859 0,3 % 0 0,0 % 2.610 0,4 %
    2000 578.100 36.226 6,3 % 21.732 3,8 % 9.703 1,7 % 0 0,0 % 60 0,01 % 445 0,1 % 1.844 0,3 % 0 0,0 % 2.442 0,4 %
    1999 557.200 28.901 5,2 % 19.647 3,5 % 5.639 1,0 % 0 0,0 % 30 0,01 % 145 0,03 % 1.740 0,3 % 0 0,0 % 1.700 0,3 %
    1998 555.300 25.086 4,5 % 17.216 3,1 % 4.579 0,8 % 0 0,0 % 35 0,01 % 118 0,02 % 1.618 0,3 % 0 0,0 % 1.520 0,3 %
    1997 547.600 22.673 4,1 % 17.357 3,4 % 3.025 0,6 % 0 0,0 % 18 0,003 % 44 0,01 % 1.397 0,3 % 0 0,0 % 832 0,2 %
    1996 550.400 26.140 4,7 % 21.957 4,0 % 2.073 0,4 % 0 0,0 % 12 0,002 % 31 0,01 % 1.343 0,2 % 0 0,0 % 724 0,1 %
    1995 541.800 25.327 4,7 % 21.780 4,0 % 1.530 0,3 % 0 0,0 % 7 0,001 % 18 0,003 % 1.348 0,2 % 0 0,0 % 644 0,1 %
    1994 531.100 22.739 4,3 % 19.930 3,8 % 927 0,2 % 0 0,0 % 7 0,001 % 6 0,001 % 1.306 0,2 % 0 0,0 % 563 0,1 %
    1993 526.600 20.128 3,8 % 17.878 3,4 % 612 0,1 % 0 0,0 % 3 0,001 % 4 0,001 % 1.203 0,2 % 0 0,0 % 428 0,1 %
    1992 531.600 19.240 3,6 % 17.397 3,3 % 281 0,1 % 0 0,0 % 4 0,001 % 3 0,001 % 1.262 0,2 % 0 0,0 % 293 0,06 %
    1991 538.700 16.465 3,1 % 14.891 2,8 % 102 0,02 % 0 0,0 % 1 0,0002 % 2 0,0004 % 1.211 0,2 % 0 0,0 % 258 0,05 %
    1990 549.900 18.934 3,4 % 17.426 3,2 % 72 0,01 % 0 0,0 % 1 0,0002 % 1 0,0002 % 1.213 0,2 % 0 0,0 % 221 0,04 %
    (1) Klärgas, Deponiegas, Biomethan, biogene Festbrennstoffe, Klärschlamm, biogene flüssige Brennstoffe
    • Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Stand: Februar 2019[261]

    Eigentümerstruktur

    In Deutschland gibt es mehr als fünf Millionen Anlagen zur erneuerbaren Strom- und Wärmeerzeugung (Stand: Ende 2014).[262] Bezogen auf die installierte Leistung befanden sich die Erneuerbare-Energien-Anlagen in Deutschland im Jahre 2010 zu rund 40 % im direkten Eigentum von Privatpersonen, weitere 11 % im Eigentum von Landwirten, 14,4 % im Eigentum von Projektierern, 11 % im Eigentum von Banken und Fonds, 6,5 % im Eigentum der großen Stromkonzerne E.ON, RWE, EnBW und Vattenfall (davon über drei Viertel Wasserkraft) und 1,6 % im Eigentum der Regionalversorger. In den Bereichen Photovoltaik und Windenergie an Land sind Privatpersonen mit 39,3 % bzw. 51,5 % traditionell die wichtigsten Investoren. Dies belegen das Marktforschungsinstitut trend:research und das Klaus Novy-Institut in einer vom Bundesumweltministerium in Auftrag gegebenen Studie.[263] Gründe für die breite Streuung in der Eigentümerstruktur liegen demzufolge in der guten Verfügbarkeit und Handhabbarkeit der Erneuerbare-Energien-Technologien für Privatpersonen und kleinere Gewerbe- und Industriebetriebe.

    Der Anteil der Bürger an Anlagen erneuerbarer Energien ist fast viermal so groß wie der Anteil der großen vier Energieversorger. Bürger betreiben demnach 47 % der gesamten Leistung aus erneuerbaren Energien, fast die Hälfte der installierten Bio- und Solarenergie und mehr als die Hälfte der installierten Windenergie (Stand: Ende 2012), so eine Studie Bremer Marktforschungsinstitut trend:research und der Leuphana Universität Lüneburg. Die großen vier Energieversorger besitzen hingegen nur 12 Prozent der Anlagen zur Erzeugung Erneuerbarer Energie.[264]

    Mehr als 80 % aller Biogasanlagen und 21 % aller Solaranlagen sind laut Angaben des Marktforschungsinstituts trend:research im Besitz von Landwirten. Diese profitieren außerdem von der Verpachtung von Agrarflächen für weitere Anlagen. Der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) schätzt deshalb, dass etwa ein Drittel der EEG-Umlage an die Landwirte geht: 2012 waren das sechs bis sieben Milliarden Euro.[265]

    Eigentümerstruktur der Erneuerbare-Energien-Anlagen in Deutschland[263][266]
    Eigentümer Anteil der installierten
    Leistung 2010    		 Anteil der installierten
    Leistung 2012
    Privatpersonen 39,7 % 35 %
    Projektierer 14,4 % 14 %
    Banken und Fonds 11,0 % 13 %
    Landwirte 10,8 % 11 %
    Gewerbe 9,3 % 14 %
    Stromkonzerne (E.ON, RWE, EnBW, Vattenfall) 6,5 % 5 %
    Regionalerzeuger 1,6 % 7 %
    Sonstige 6,7 % 1 %

    Akzeptanz

    In Deutschland herrscht in der Bevölkerung ein weitgehender Konsens, dass den erneuerbare Energien in einem zukünftigen Energiesystem die tragende Rolle zukommen soll.[267] Eine deutliche Mehrheit der Bevölkerung in Deutschland spricht sich für erneuerbare Energien aus, wie Umfragen regelmäßig belegen. Insbesondere unter jungen Menschen ist die Zustimmung ausgesprochen hoch.

    Verglichen mit anderen Großprojekten liegt die Zustimmung zum Ausbau der erneuerbaren Energien auf sehr hohem Niveau. So ermittelte z. B. eine repräsentative Umfrage von Allensbach für den Ausbau der erneuerbare Energien eine Zustimmung von 85 %, was sogar noch höher war als die Zustimmung zu Bau neuer Krankenhäuser und den höchsten Wert der abgefragten Infrastrukturprojekte darstellte. Den Bau von Kohlekraftwerken lehnten hingegen 74 % der Bevölkerung ab.[268] Zuletzt bestätigte eine Umfrage von TNS Emnid im September 2013, dass 93 % der Deutschen den Ausbau der erneuerbaren Energien für „wichtig“ oder „sehr wichtig“ halten.[269] Eine noch etwas höhere Zustimmung erbrachte eine im August 2017 veröffentlichte Umfrage von Kantar Emnid im Auftrag der Agentur für Erneuerbare Energien. 95 % der Befragten bewerteten den Ausbau der Erneuerbaren demnach als wichtig bis außerordentlich wichtig.[270]

    Im Rahmen der Debatte um die Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes ermittelte das Politbarometer im Jahr 2014, dass sich 57 % der Deutschen einen schnelleren Ausbau der erneuerbaren Energien wünschen, 23 % waren mit der Ausbaugeschwindigkeit zufrieden, 14 % wünschten sich einen langsameren Ausbau. Die mit der EEG-Novelle 2014 angestrebte Kürzung der Förderungen für neue Anlagen hielten im Vorfeld 55 % der Deutschen für falsch, 38 % für richtig.[271] Gleichzeitig ermittelte TNS Emnid, dass 92 % der Deutschen den verstärkten Ausbau der erneuerbaren Energien für „wichtig“ bis „außerordentlich wichtig“ hielten.[272]

    Akzeptanz der Kosten: Laut TNS Emnid (2014) halten 55 % der Deutschen die Höhe der EEG-Umlage von 6,24 ct/kWh für angemessen, 36 % für zu hoch und 4 % für zu niedrig.[272] Laut Infratest dimap (2012) im Auftrag von Greenpeace Energy befürworteten 80 % der Bundesbürger das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), 51 % halten jedoch die EEG-Umlage für zu hoch.[273] Eine Mehrheit der Bürger plädiert zudem für eine gerechtere Verteilung der Kosten für die Förderung der erneuerbaren Energien und wenden sich gegen Privilegien für Industriekunden. Eine Befreiung kleiner und mittelständischer Unternehmen wird von knapp der Hälfte der Befragten für sinnvoll gehalten.[274]

    Zustimmung zu EE in der Nachbarschaft: In einer Forsa-Umfrage im Auftrag der Agentur für erneuerbare Energien vom Januar 2010 lag die Zustimmung für Erneuerbare-Energien-Anlagen dort, wo bereits solche Anlagen vorhanden waren, deutlich höher, als an Orten, wo das nicht der Fall war. Während sich beispielsweise im deutschen Durchschnitt 55 % der Menschen für Windkraftanlagen in ihrer unmittelbaren Umgebung aussprachen, lag dieser Anteil dort, wo bereits solche Anlagen vorhanden waren, mit 74 % deutlich höher. Dieser Zusammenhang zeigte sich deutlich stärker ausgeprägt auch bei konventionellen Kraftwerken, wobei deren Akzeptanzwert durchschnittlich knapp halb so hoch lag, wie bei den erneuerbaren Anlagen.[269] Dieses Ergebnis wurde in einer weiteren Umfrage von TNS Infratest im Auftrag der Agentur für erneuerbare Energien im Juli 2011 im Prinzip bestätigt, jedoch mit leicht rückläufigen Zustimmungswerten zu den Erneuerbare-Energien-Anlagen.[275]

    Die höhere Zustimmungsrate dort, wo bereits Erneuerbare-Energien-Anlagen, v. a. Windräder, existieren, wurde mittlerweile auch in einer Reihe wissenschaftlicher Studien beobachtet. Demnach nimmt die Zustimmung mit zunehmender Nähe zu den Anlagen häufig zu; zudem legen Studien nahe, dass es zwar während der Bauphase die Unterstützung etwas abnimmt, nach Inbetriebnahme der Anlagen die Zustimmung jedoch ansteigt.[276]

    Zustimmung nach Bundesländern: Eine repräsentative Forsa-Umfrage im Auftrag der Agentur für erneuerbare Energien zur Akzeptanz erneuerbarer Energien belegte für jedes einzelne Bundesland die hohe gesellschaftliche Zustimmung zu regenerativer Energiegewinnung und wies eine steigende Befürwortung der erneuerbaren Energien nach. Demnach wünschen sich insbesondere die Menschen in Süddeutschland mehr Erneuerbare-Energien-Anlagen in ihrer Region, vor allem auch Windkraftanlagen in der eigenen Nachbarschaft. Mehrheitlich erwarten die Befragten ein stärkeres Engagement ihrer Landes- und Kommunalpolitiker in Bezug auf erneuerbare Energien. Bundesweit halten 95 % der Deutschen den Ausbau erneuerbarer Energien für wichtig oder sehr wichtig. 78 % würden ihren Strom am liebsten aus erneuerbaren Energiequellen beziehen (im Vergleich zu 9 % aus Erdgas, 6 % aus Atomkraft, 3 % aus Kohle).[269] Auch regionale Umfragen zum Beispiel in Brandenburg[277][278] und Hessen[279] ergaben hohe Zustimmungswerte.

    Frankreich

    Im Juli 2015 wurde in Frankreich beschlossen, staatliche Finanzierungsmöglichkeiten für erneuerbare Energien bereitzustellen. Mit insgesamt 400 Millionen Euro sollen zum Beispiel Offshore-Windparks und Elektroautos gefördert werden.[280] Als Ziel strebt die französische Regierung bis 2030 an, dass 40 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Quellen stammen und bis 2050 der Energieverbrauch um die Hälfte sinken sollen.[281]

    Österreich

    Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch

    Erneuerbare Energien in Österreich
    2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
    Prozentualer Anteil am
    Gesamtenergieverbrauch     		22,7[282] 21,7 21,0 20,0 23,0 28,0 30,1 30,8 32,0 32,5
    Quelle: Österreichisches Umweltministerium[283]

    Nach anfänglicher Stagnation zu Beginn der Jahrtausendwende erhöhte sich der Anteil der erneuerbaren Energien am österreichischen Bruttoinlandsverbrauch von 2005 bis 2010 von 20 auf 30,8 %.[283] Die EU-Vorgabe liegt bei 34 % für das Jahr 2020.[284] Laut einer im Jänner 2011 von Umweltminister Berlakovich vorgestellten Studie könnte Österreich bei geeigneten Rahmenbedingungen bis 2050 energieautark werden und die gesamte erforderliche Energie in Österreich aus Wasser, Sonne, Wind und Biomasse erzeugen. Die politischen Rahmenbedingungen müssten allerdings gemäß der Studie bereits heute geschaffen werden.[285]

    Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung

    Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Österreich 2003 bis 2010

    Nachdem im Bereich der Ökostromanlagen mehrere Jahre lang ein Rückgang zu beobachten war, steigt der relative Ökostromanteil in Österreich seit 2010 an. Zusammen mit der absoluten Stromerzeugung durch Ökostromanlagen (von 37 TWh 1997 auf 72,4 TWh 2012) stieg der relative Anteil der Ökostromanlagen am Gesamtstromverbrauch (von 66 % 1997 auf 72,9 % 2012, nachdem er im Jahre 2010 mit 61 % einen Tiefpunkt erreicht hatte). Die von der EU in der Richtlinie 2001/77/EG für Österreich vorgeschriebenen Ziele für den Anteil an erneuerbaren Energien am (Brutto-)Stromverbrauch von 78,1 % für 2010 wurden somit deutlich verfehlt. Österreich drohte daher ein Vertragsverletzungsverfahren, welches am 20. November 2013 eingereicht wurde.[286][287]

    Aufgrund des stetig steigenden Energieverbrauchs und der begrenzten Kapazitäten (die großen Flüsse sind bereits mit Kraftwerken überzogen) nimmt die nach wie vor überragende Bedeutung der Wasserkraft tendenziell ab, während jene der Biomasse und Windenergie steigt. In einigen Beispielprojekten ist es gelungen, den an einem Ort benötigten Energieverbrauch dezentral mit erneuerbaren Energien zu decken. So gewinnt etwa die österreichische Gemeinde Güssing seit 2005 bereits bedeutend mehr Wärme und Strom aus nachwachsenden Rohstoffen als sie selbst benötigt.[288]

    Stromerzeugung in Österreich in GWh[289]
    Jahr Gesamt-
    erzeugung     		Summe EE Wasserkraft Windenergie Biomasse
    und -gas     		Photovoltaik Geothermie
    2018[290] 67.511 47.711 70,7 % 37.697 55,8 % 5.895 8,7 % 3.499 5,2 % 620 0,9 % 0
    2017[291] 70.120 49.068 70,0 % 40.165 57,3 % 6.523 9,3 % 2.565 3,7 % 574 0,8 % 0
    2016[292] 67.881 53.372 78,6 % 42.906 63,2 % 5.231 7,7 % 4.566 6,7 % 669 1,0 % 0
    2015[293] 64.947 51.072 78,6 % 40.488 62,3 % 4.836 7,4 % 5.163 7,9 % 585 0,9 % 0
    2014[294] 65.134 54.125 83,1 % 44.730 68,7 % 3.845 5,9 % 5.069 7,8 % 480 0,7 % 0
    2013[295] 68.015 53.773 79,1 % 45.698 67,2 % 3.150 4,6 % 4.630 6,8 % 295 0,4 % 0
    2012[296] 72.403 54.805 75,7 % 47.570 65,7 % 2.461 3,4 % 4.649 6,4 % 124 0,2 % 1
    2011[297] 65.854 44.286 67,2 % 37.745 57,3 % 1.934 2,9 % 4.556 6,9 % 49 0,1 % 1
    2010[298] 71.070 48.188 67,8 % 41.575 58,5 % 2.063 2,9 % 4.517 6,3 % 31 0,0 % 1
    2009 68.827 43.778 63,6 % 39.318 57,3 % 1.915 2,8 % 2.522 3,7 % 21 0,0 % 2
    2008[299] 66.841 45.186 67,6 % 40.690[300] 60,9 % 1.988 3,1 % 2.489 3,9 % 17 0,0 % 2
    2007[299] 64.754 43.401 67,0 % 39.171 60,5 % 2.019 3,2 % 2.194 3,4 % 15 0,0 % 2
    2006 63.919 42.344 66,2 % 37.278 58,3 % 1.752 2,7 % 3.300 5,2 % 12 0,0 % 3
    2005 66.479 42.911 64,5 % 39.019 58,7 % 1.331 2,0 % 2.545 3,8 % 13 0,0 % 2
    2004 64.739 42.457 65,6 % 39.462 61,0 % 926 1,4 % 2.053 3,2 % 13 0,0 % 2
    2003 60.219 37.467 62,2 % 35.292 58,6 % 366 0,6 % 1.794 3,0 % 11 0,0 % 3
    2002 62.671 43.767 69,8 % 42.057 67,1 % 203 0,3 % 1.500 2,4 % 3 0,0 % 3

    Akzeptanz

    In Österreich ist die Zustimmung zum Ausbau von erneuerbaren Energien hoch. Bei einer im Oktober 2011 veröffentlichten Umfrage von Karmasin Marktforschung im Auftrag der IG Windkraft sprachen sich 77 % der Österreicher für einen Ausbau der Windenergie aus, womit ähnlich lautende Werte aus den Vorjahren bestätigt wurden. In Niederösterreich, wo Stand 2011 etwa die Hälfte aller österreichischen Windkraftanlagen stehen, sehen 13 % der Befragten positive Auswirkungen durch die bestehenden Anlagen auf ihre persönliche Lebensqualität, 3 % negative Auswirkungen. 28 % erwarten durch einen weiteren Ausbau eine verbesserte Lebensqualität, 62 % keine Auswirkungen darauf, 6 % negative Auswirkungen. Kernkraftwerke wurden von 96 % der Befragten abgelehnt, fossile Kraftwerke von 45 %. Sieben von zehn Österreichern sprachen sich zudem für eine höhere Förderung der erneuerbaren Energien aus.[301]

    Schweiz

    Anteil an der Stromerzeugung

    Die Wasserkraft wird in der Schweiz bereits seit Jahrzehnten aufgrund vorteilhafter natürlicher Grundlagen intensiv genutzt. Die schweizerischen Pumpspeicherkraftwerke importieren preiswerten Strom, um Wasser in die Stauseen hochzupumpen und bei hohen Preisen zu veredeln. Dieser Strom stammt zu einem großen Teil aus nicht erneuerbaren Energiequellen. So werden Pumpspeicherkraftwerke nicht per se als erneuerbare Energien deklariert. Die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) für alle erneuerbaren Energieträger wurde 2009 eingeführt.

    Stromerzeugung in der Schweiz in GWh[302] [303]
    Jahr Landes-
    erzeugung     		Wasserkraft Windenergie Holz Biogas Photovoltaik
    2018 67.558 37.428 55,4 % 122 0,21 % 290 0,43 % 352 0,52 % 1.944 2,88 %
    2017 61.487 36.666 59,6 % 133 0,22 % 322 0,52 % 334 0,54 % 1.683 2,74 %
    2016 61.616 36.326 59,0 % 109 0,18 % 223 0,36 % 320 0,52 % 1.333 2,16 %
    2015 65.957 39.486 59,9 % 110 0,17 % 184 0,29 % 303 0,46 % 1.119 1,69 %
    2014 69.633 39.308 56,5 % 101 0,15 % 273 0,39 % 292 0,42 % 842 1,21 %
    2013 68.312 39.572 57,9 % 90 0,14 % 278 0,41 % 281 0,41 % 500 0,73 %
    2012 68.019 39.906 58,7 % 88 0,13 % 251 0,37 % 262 0,39 % 299 0,44 %
    2011 62.881 33.795 53,7 % 70 0,11 % 193 0,31 % 230 0,37 % 168 0,27 %
    2010 66.252 37.450 56,5 % 37 0,06 % 137 0,21 % 210 0,32 % 94 0,14 %
    2009 66.494 37.136 55,8 % 23 154 191 54
    2008 66.967 37.559 56,1 % 19 131 179 37
    2007 65.916 36.373 55,2 % 16 92 193 29
    2006 62.141 32.557 52,4 % 15 44 155 24
    2005 57 918 32.759 56,6 % 8 33 146 21
    2000 65.348 37.851 57,9 % 3 14 149 11
    1990 54.074 30.675 56,8 % 0 6 80 1

    Akzeptanz

    In der Schweiz befürworten 78 % der Anwohner von Windparks die Nutzung der Windenergie, 6 % lehnen sie ab. Über ein Drittel der Gegner (36 %) setzt sich persönlich gegen die Windkraftnutzung ein (beispielsweise in einer Bürgerinitiative oder mit Protestbriefen), während nur 6 % der Befürworter aktiv für eine Nutzung kämpfen. Mit besserer Einbindung der Bevölkerung in die Planungsphase steigt die Zustimmung. 76 % der Anwohner fühlen sich durch die Windenergie gar nicht oder nur geringfügig gestört, 18 % mittel bis stark, ohne jedoch Stresssymptome zu entwickeln. 6 % gaben an, unter Stresssymptomen zu leiden. Die Zustimmung zur Windenergienutzung war unter den Anwohnern von Windparks größer als in Orten mit potentiellen Standorten, in denen aber noch keine Windkraftanlagen installiert sind.[304][305] Am 21. Mai 2017 wurde die Energiestrategie 2050 in einer Volksabstimmung angenommen.

    USA

    Im Jahr 2013 betrug die Nettostromerzeugung in den USA 4.058 TWh, davon stammten 269 TWh aus Wasserkraft und 253 TWh aus anderen Erneuerbare Quellen.[306] Insgesamt betrug der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung 12,9 %. Zugleich waren die USA mit Investitionen in Höhe von 35,8 Mrd. US-Dollar der größte Investor unter den Industriestaaten.[12]

    In den USA gibt es sowohl staatliche als auch bundesstaatliche Förderprogramme für erneuerbare Energien. Bedeutsam ist u. a. der staatlich gewährte Production Tax Credit, infolgedessen bis Ende 2013 eine Windkraftleistung von ca. 61 GW aufgebaut wurde, womit die USA nach China über den bedeutendsten Windenergiemarkt der Welt verfügen.[307] Als Vorreiter gilt Kalifornien, wo bereits in den 1980er Jahren angetrieben durch staatliche (National Energy Act) und bundesstaatliche Förderpolitik infolge der Ölkrisen ein früher Windenergieboom einsetze.[308] Auch vor der ersten Ölkrise 1973 war bereits eine Energiekrise wahrgenommen und über Alternativen diskutiert worden. Gründe hierfür waren die beginnende Erschöpfung texanischer Öl- und Gasvorkommen sowie die Umweltprobleme der konventionellen Energiewirtschaft, auf die eine kritischer gewordenen Öffentlichkeit aufmerksam machte. Eine 1973 von Präsident Richard Nixon in Auftrag gegebene Studie schlug daraufhin starke Energieeinsparungen, den Ausbau der Kernenergie sowie die maximal mögliche Nutzung der erneuerbaren Energien vor.[309]

    Bis zum Jahr 2016 existiert im Bundesstaat Kalifornien unter Aufsicht und Verwaltung der California Public Utilities Commission die sog. California Solar Initiative als Anreizprogramm zur Förderung von Solarenergie. Dieses stellt 2,167 Milliarden Dollar in den Jahren 2007 bis 2016 dafür zur Verfügung. Es soll dadurch zusätzlich eine Kapazität von 1.940 Megawatt Solarstrom aufgebaut werden. Das ergänzende Programm CSI-Thermal soll mit 250 Millionen Dolar zwischen 2010 und 2017 zur Neuinstallation von 200.000 Solarthermieanlagen führen.[310]

    China

    Seit etwa Mitte der 2000er Jahre investiert China sehr stark in den Ausbau von kohlenstoffarmen Technologien, wozu insbesondere Regenerative Energien zählen. Der Staat ist aktuell Weltmarktführer in der Herstellung und im Einsatz von Windkraftanlagen, Solarzellen und Smart-Grid-Technologien. Derzeit ist das Land sowohl der größte Investor in regenerative Energien als auch der größte Produzent von Ökostrom.[13] Anders als in den meisten Staaten der Welt werden erneuerbare Energien in China nicht nur unter dem Ziel der Reduktion von Treibhausgasemissionen gesehen, sondern als Mittel zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit. Von 2000 bis 2013 erhöhte sich der Anteil der erneuerbaren Energien am (infolge des hohen Wirtschaftswachstums stark gestiegenen) Energieverbrauch von 5,6 auf 9,6 %; Zugleich übertrafen die Investitionen in erneuerbaren Energien erstmals die Investitionen in konventionelle Kraftwerke. Bis 2017 soll die installierte Leistung von Ökostromanlagen um 48 % auf dann 550 GW ansteigen.[13] Im Jahr 2013 wurden insgesamt 5.322 TWh elektrischer Energie produziert. Davon stammten 74 % aus Kohlekraftwerken, 17 % des Stromes stammte aus Wasserkraftwerken, 2,6 % von Windkraftanlagen und 2,1 % aus Kernkraftwerken. Die erneuerbaren Energien insgesamt lagen bei ca. 20 %.[311]

    Ende 2013 waren Windkraftanlagen mit zusammen 91,4 GW installiert, womit China klar vor den USA mit 61,1 GW und Deutschland mit 34,2 GW lag und damit rund 30 % der gesamten Windenergieleistung besitzt. Der Zubau 2013 betrug 16,1 GW, womit China rund 45 % des weltweiten Windenergiemarktes darstellte.[312] Kamen erste Versuche in den 1980er Jahren über eine Nischenfunktion nicht heraus,[313] ist China seit 2009 Spitzenreiter beim weltweiten Zubau. Damit einher ging der Aufbau einer eigenen Windindustrie, die mittlerweile auch in afrikanischen oder südamerikanischen Märkten Anteile gewinnt.[314]

    Auch der Ausbau der Photovoltaik wird mittlerweile vorangetrieben, nachdem ab Ende der 2000er Jahre zunächst nur eine Industrie aufgebaut wurde. Im Jahr 2013 investierte China erstmals mehr in erneuerbare Energien als in Kohle und baute mehr als 12 GW Photovoltaik-Kapazität zu – mehr als jemals in einem Land in diesen Sektor investiert wurde. Damit verdoppelte China seine Photovoltaik-Kapazitäten und plant einen Zubau von weiteren 14 GW jährlich. Insgesamt wurden 2013 in China rund 57 GW regenerative Erzeugungskapazitäten installiert (zum Vergleich: Kohle: 39,7 GW).[315] Der Ausbau von Photovoltaik wird von der chinesischen Regierung stark vorangetrieben. Die chinesische Nationale Energieagentur hat ihre Ausbauziele zuletzt um 30 % erhöht und 2015 pro Kopf der Bevölkerung mehr Photovoltaik-Leistung neu installiert (16,3 W) als Rekordhalter Deutschland.[316] Parallel dazu wird der Ausbau des Stromnetzes vorangetrieben, wobei insbesondere auch an Smart-Grid-Technologien geforscht und deren Markteinführung mit Pilotprojekten unterstützt wird.[13]

    Indien

    Die indische Regierung hat 2015 erklärt, bis 2030 einen Anteil von 40 Prozent installierter Energieleistung aus nicht-fossilen Energieträgern verwirklichen zu wollen. Dies bedeutet eine Vervierfachung gegenüber dem heutigen Stand.[317]

    Siehe auch

    Portal: Energie – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Energie
    Portal: Umwelt- und Naturschutz – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Umwelt- und Naturschutz

    Literatur

    Bücher

    Aufsätze und Studien

    Politische Leitlinien

    Weblinks

    Commons: Erneuerbare Energien – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

    Einzelnachweise

    1. ↑ a b Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 34.
    2. ↑ Anette Regelous, Jan-Peter Meyn: Erneuerbare Energien – eine physikalische Betrachtung. In: Didaktik der Physik, Frühjahrstagung. Abgerufen am 23. August 2014. Münster 2011, Physikalisches Institut, Didaktik der Physik, FAU Erlangen-Nürnberg, Erlangen
    3. ↑ About Us. In: Sustainable Energy For All. United Nations, 19. Juni 2012.
    4. ↑ Internationale Organisation für erneuerbare Energien: Definition nach Artikel III der Satzung vom 26. Januar 2009 (BGBl. II S. 634, 635, zweisprachig).
    5. ↑ Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. Berlin/Heidelberg 2006, S. 4.
    6. ↑ a b Renewables 2019 Global Status Report. (PDF; 14,8 MB) REN21, S. 31–32, abgerufen am 10. Juli 2019 (englisch).
    7. ↑ Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 192.
    8. ↑ Benjamin Biegel, Lars Henrik Hansen, Jakob Stoustrup, Palle Andersen, Silas Harbo: Value of flexible consumption in the electricity markets. In: Energy. 66, 2014, S. 354–362, doi:10.1016/j.energy.2013.12.041.
    9. ↑ Renewables 2019 Global Status Report. Abgerufen am 5. Juli 2019.
    10. ↑ Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik, Berlin/Heidelberg 2017, S. 6.
    11. ↑ a b c Gesamtausgabe der Energiedaten – Datensammlung des BMWi. (XLS; 2,0 MB) Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 16. Januar 2019, abgerufen am 22. April 2019.
    12. ↑ a b c d e f g h @1@2Vorlage:Toter Link/www.ren21.netGlobal Status Report 2014 (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im Juni 2019. Suche in Webarchiven) (PDF) Internetseite von REN21. Abgerufen am 8. August 2014.
    13. ↑ a b c d John A. Mathews, Hao Tan: Manufacture renewables to build energy security. In: Nature. 513, Issue 7517, 10. September 2014, S. 166–168, doi:10.1038/513166a.
    14. ↑ Gesamtausgabe der Energiedaten - Datensammlung des BMWi. (XLSX; 2 MB) Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 31. Oktober 2019, abgerufen am 6. Februar 2020..
    15. ↑ Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 12.
    16. ↑ Daten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) 2005
    17. ↑ Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 13.
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    24. ↑ Potenzial der Windenergie an Land (PDF) Internetseite des Umweltbundesamtes. Abgerufen am 4. September 2014.
    25. ↑ a b Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 49.
    26. ↑ Leitstudie 2008 – Weiterentwicklung der Ausbaustrategie Erneuerbare Energien (Memento des Originals vom 16. Oktober 2013 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bmu.de (PDF; 2,7 MB). Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Oktober 2008.
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    32. ↑ 100 % Erneuerbare Energien in Deutschland für Strom und Wärme (PDF) Fraunhofer ISE; abgerufen am 10. August 2014.
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    46. ↑ Allianz Climate & Energy Monitor
    47. ↑ REN 21 Global Status Report. Abgerufen am 3. Dezember 2016.
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    49. ↑ G-20 Clean Energy Factbook: Who’s winning the Clean Energy Race? (PDF; 3,0 MB) The Pew Charitable Trusts, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 9. September 2013; abgerufen am 18. Februar 2014 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.pewtrusts.org
    50. ↑ Greenpeace International, Global Wind Energy Council (GWEC) und SolarPower Europe (authors & reviewers) sowie Deutschen Luft- und Raumfahrt Zentrums (DLR) als „esearch & co-authors“ (Overall Modelling): Energy [r]evolution. (PDF) a sustainable world energy outlook 2015 – 100 % renewable energy for all. www.greenpeace.de, 21. September 2015, S. 364, abgerufen am 31. Dezember 2015 (englisch, Größe:17.489 KB).
    51. ↑ Pressemitteilung vom 12. April 2019
    52. ↑ Voice of Africa: „Solar lighting revolution underway in Sierra Leone“ (englisch), abgerufen am 12. November 2014
    53. ↑ Awareness Times Newspaper: Sierra Leone News vom 24. Juli 2013: „God Bless the Kissi People“ (englisch) (Memento des Originals vom 12. November 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/news.sl, abgerufen am 12. November 2014
    54. ↑ a b c Anteil erneuerbarer Energien am Bruttoendenergieverbrauch. Eurostat, abgerufen am 22. Juli 2018.
    55. ↑ Anteil der erneuerbaren Energien in der Europäischen Union zwischen 1999 und 2009 nahezu verdoppelt (Memento des Originals vom 23. Februar 2015 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.dsgv.de. Deutscher Sparkassen- und Giroverband. Abgerufen am 16. September 2014.
    56. ↑ Merkel schafft Kompromiss. n-tv, 9. März 2007; abgerufen am 10. September 2014.
    57. ↑ Erneuerbare Energien in der EU. In: Der Tagesspiegel. 24. Januar 2008. Zuletzt abgerufen am 10. September 2014.
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    61. ↑ Agora Energiewende, Sandbag: Agora Energiewende and Sandbag (2018): The European Power Sector in 2017. State of Affairs and Review of Current Developments@1@2Vorlage:Toter Link/www.agora-energiewende.de (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im Mai 2019. Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.. Internetseite von Agora Energiewende. Abgerufen am 6. Februar 2018.
    62. ↑ Christian Friege, Ralph Kampwirth: Vergessen Sie Grundlast! In: Hans-Gerd-Servatius, Uwe Schneidewind, Dirk Rohlfing (Hrsg.): Smart Energy. Wandel zu einem nachhaltigen Energiesystem. Berlin/Heidelberg 2012, 159–172, S. 167.
    63. ↑ EWEA: Response to the European Commission’s Green Paper: Towards a European strategy for the security of energy supply. November 2001.
    64. ↑ World Energy Outlook 2002. Internationale Energieagentur. Paris 2002.
    65. ↑ Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Erneuerbare Energien in Zahlen. Nationale und internationale Entwicklung. Berlin 2009.
    66. ↑ Global Wind Statistics 2014 (PDF) 10. Februar 2015 (PDF, Seite 3)
    67. ↑ The projections for the future and quality in the past of the World Energy Outlook for solar PV and other renewable energy technologies. Matthieu Metayer, Christian Breyer, Hans-Josef Fell (Memento des Originals vom 28. September 2015 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/energywatchgroup.org (PDF)
    68. ↑ Prognos AG, 1998: Möglichkeiten der Marktanreizförderung für erneuerbare Energien auf Bundesebene unter Berücksichtigung veränderter wirtschaftlicher Rahmenbedingungen.
    69. ↑ Prognos AG, 1984: Energieprognose – Die Entwicklung des Energieverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland und seine Deckung bis zum Jahr 2000.
    70. ↑ Prognos AG, 2005: Energiereport IV. Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030. Energiewirtschaftliche Referenzprognose. Untersuchung im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit.@1@2Vorlage:Toter Link/www.prognos.ch (Seite nicht mehr abrufbar, festgestellt im August 2018. Suche in Webarchiven)  Info: Der Link wurde automatisch als defekt markiert. Bitte prüfe den Link gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis. (PDF; 2,7 MB).
    71. ↑ Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energie (PDF; 1,3 MB).
    72. ↑ Internationale Organisation für erneuerbare Energien: REmap 2030, siehe IRENA-Homepage
    73. ↑ Liebreich: A year of cracking ice: 10 predictions for 2014. In: Bloomberg New Energy Finance. 29. Januar 2014. Abgerufen am 24. April 2014.
    74. ↑ Deutsche Bank „Deutsche Bank: Zweiter Goldrausch für Photovoltaik beginnt“ 8. Januar 2014.
    75. ↑ Julie Ayling, Neil Gunningham: Non-state governance and climate policy: the fossil fuel divestment movement. In: Climate Policy. 2015, doi:10.1080/14693062.2015.1094729.
    76. ↑ a b Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. München 2013, S. 54.
    77. ↑ Weert Canzler, Andreas Knie: Schlaue Netze. Wie die Energie- und Verkehrswende gelingt. München 2013, S. 51 f.
    78. ↑ Joachim Nitsch, Frithjof Staiß: Perspektiven eines solaren Energieverbundes für Europa und den Mittelmeerraum. in: Hans-Günther Brauch: Energiepolitik. Technische Entwicklung, politische Strategien, Handlungskonzepte zu erneuerbaren Energien und zur rationellen Energienutzung. Berlin/Heidelberg 1997, 473–486, S. 473.
    79. ↑ FAZ vom 14.10.2014
    80. ↑ Spyros Chatzivasileiadis, Damien Ernst, Göran Andersson: The Global Grid. In: Renewable Energy. 57, 2013, S. 372–383, doi:10.1016/j.renene.2013.01.032.
    81. ↑ Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 8. aktualisierte Auflage. Hanser, München 2013, S. 168. 978-3-446-42732-7.
    82. ↑ Reinhard Mackensen: Herausforderungen und Lösungen für eine regenerative Elektrizitätsversorgung Deutschlands. Kassel University Press, Kassel 2011, ISBN 978-3-86219-187-1 (Zugleich Dissertation an der Universität Kassel 2011).
    83. ↑ Nina Scheer: Kommunale Energieversorgung braucht kommunale Gestaltungssicherheit. Laufende Gesetzesnovelle zum § 46 EnWG muss die Kommunen stärken. www.eurosolar.de, 2016, archiviert vom Original am 10. August 2016; abgerufen am 29. Juni 2016: „Ein zunehmend reflektierter Bereich ist die Sektor-Kopplung: Durch eine Verknüpfung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr eröffnen sich weitere Gestaltungsmöglichkeiten der Energiegewinnung und -versorgung.“
    84. ↑ Jochen Flasbarth im Interview mit dem SOLARZEITALTER: Über die Chancen der Erneuerbaren Energien nach dem Klimagipfel in Paris. Interview mit Jochen Flasbarth. www.eurosolar.de, 2016, archiviert vom Original am 10. August 2016; abgerufen am 9. März 2016: „Für fatal halte ich Diskussionen, die darauf abzielen den EE-Ausbau insgesamt deutlich abzubremsen. Gerade jetzt, da immer deutlicher wird, dass wir absehbar über die Chancen, die in der Sektorkopplung liegen, auch im Verkehrs- und Wärmebereich zusätzliche Strommengen brauchen, wäre das ein völlig falsches Signal.“
    85. ↑ Hans-Martin Henning, Andreas Palzer: 100 % Erneuerbare Energien für Strom und Wärme in Deutschland. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 12. November 2012, abgerufen am 1. Juni 2018.
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    105. ↑ Vgl. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher (Hrsg.) Regenerative Energien in Österreich. Wiesbaden 2009, S. V.
    106. ↑ Vgl. für diese Thematik z. B. den Sammelband Reiner Braun, (Hrsg.): Kriege um Ressourcen. Herausforderungen für das 21. Jahrhundert. München 2009.
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