Erneuerbare Energien

Beispiele der Gewinnung erneuerbarer Energie: Biogas, Photovoltaik und Windenergie

Erneuerbare Energien, auch regenerative Energien, sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Es sind nachhaltig zur Verfügung stehende Energieressourcen, zu denen insbesondere Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlung (Sonnenenergie), Erdwärme (Geothermie) und die durch Gezeiten erzeugte Energie zählen. Eine andere Quelle erneuerbarer Energien ist das energetische Potenzial (Biogas, Bioethanol, Holz u. a.) der aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenen Biomasse.

Die aus Quellen erneuerbarer Energie erzeugten Energieformen (Strom, Wärme, Kraftstoff) werden oft ebenfalls als erneuerbare Energien bezeichnet.

Allgemeines

Seit Jahrhunderten eine hohe Bedeutung hatte bzw. hat die Nutzung der Wasserkraft, die man deshalb auch als alte erneuerbare Energie bezeichnet. Seit den 1990er Jahren nimmt insbesondere die Nutzung von Wind, Sonnenenergie und Biomasse auf der ganzen Welt stark zu (daher neue erneuerbare Energien).

Der Beginn des Industriezeitalters ging Hand in Hand mit dem verstärkten Abbau von Steinkohle (und in einigen Ländern Braunkohle) in den sich industrialisierenden Ländern. Bis heute basiert die Energieversorgung aller Industrieländer vor allem auf dem Verbrauch von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Kohle und Erdgas, aus denen Elektrischer Strom, Wärme, Kraftstoffe und Grundstoffe für die chemische Industrie sowie kinetische Energie zum Antrieb von Motoren und Maschinen erzeugt werden.

Die Vorkommen fossiler Energieträgern sind endlich; viele Lagerstätten sind bereits erschöpft bzw. ihr Ende ist absehbar (siehe auch Globales Ölfördermaximum). Erneuerbare Energien stehen dem gegenüber dauerhaft zur Verfügung.

Kernenergie (gewonnen durch Kernspaltung) wird nicht als erneuerbare Energie bezeichnet, da Uran kein nachwachsender Rohstoff ist, somit ist Uran den fossilen Energien zuzuordnen. Ob die seit den 1960ern in der Entwicklung befindliche Kernfusion (ITER-Projekt) absehbar nutzbar sein wird ist ungewiss.

Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien (insbesondere Windkraftanlagen) werden aus folgenden Gründen errichtet:

• technische Fortschritte bei diesen Anlagen,
• die begrenzten Ressourcen an fossilen Energieträgern und ihre steigenden Preise,
• die Belange des Umwelt- und Klimaschutzes,
• das Streben nach geringerer Abhängigkeit von Energieexporteuren bzw. insgesamt nach einer nachhaltigeren Energiebereitstellung,
• der Wunsch, von energieliefernden Staaten wie Saudi-Arabien oder Russland weniger abhängig zu sein,

In Deutschland werden erneuerbare Energien mit verschiedenen Maßnahmen gefördert:

• Das im Jahr 2000 in der ersten Form erlassene Gesetz für den Vorrang erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)) war maßgeblich für den Strombereich.

• Seit dem Jahr 2009 wird mit dem Gesetz zur Förderung erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWG)) auch die Wärmebereitstellung gefördert.

• Seit dem Jahr 2007 ist das Biokraftstoffquotengesetz gültig, das die zuvor bestehenden Steuervergünstigungen zur Förderung von Biokraftstoffen ablöste.

• Die EU-Richtlinie zu den erneuerbaren Energien vom 23. April 2009 (2009/28/EG) schreibt den Mitgliedsstaaten der Europäischen Union den Erlass von staatlichen Regelungen vor, die die Verwendung der erneuerbaren Energien in den Bereichen Strom, Wärme und Kälte sowie Verkehr fördern, damit bis 2020 ein Gesamtanteil dieser Energien am Energiegesamtverbrauch innerhalb der EU von 20 % erreicht wird.

Quellen erneuerbarer Energien

Als erneuerbare Energien werden Energiequellen bzw. Energieträger bezeichnet, die kurzfristig und nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich zur Verfügung stehen.

Die derzeitige Energieversorgung basiert vor allem auf den fossilen Energieträgern Erdöl, Kohle und Erdgas. Deren Vorkommen haben eine begrenzte Reichweite und erschöpfen sich (vgl. Peak Oil). Der Grund dafür ist, dass die Rate mit der fossile Energieträger verbraucht werden um viele Größenordnungen (mehr als 100.000 fach) höher ist, als die Rate der Generierung (siehe Kohlenstoffzyklus) und ist daher nicht nachhaltig.

Energie kann nicht erzeugt, sondern nur in eine andere Erscheinungsform gewandelt werden. Der Begriff Erneuerbarkeit bezieht sich somit auf die jeweilige Erscheinungsform, die entnommen werden kann, aber von einer anderen Energiequelle wieder ersetzt wird.

Die Basis bilden drei Energiequellen:

Sonnenenergie (Strahlungsenergie)

→ Hauptartikel: Sonnenenergie

Timo hat eine große nase in der Sonne große Mengen Energie freigesetzt, die als Solarstrahlung (elektromagnetische Strahlung) die Erde erreichen. Die von der Sonne auf die Erde abgestrahlte Leistung ist circa 174 PW (Petawatt). Etwa 30 % der Strahlung werden reflektiert, sodass circa 122 PW die Erde (Erdhülle und Erdoberfläche) erreichen. Das sind etwa 1070 EWh (Exawattstunden) im Jahr und damit circa das 10.000 fache des Weltjahresenergiebedarfs. Die auf der Erdoberfläche ankommende Strahlungsleistung kann mit Photovoltaikanlagen, solarthermischen Kraftwerken und thermischen Solaranlagen direkt genutzt werden.

Die von der Atmosphäre und von der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie liefert zudem mechanische kinetische und potentielle Energie. Potentielle Energie wird durch den über atmosphärische Effekte in höhere Lagen transportierten Wassers produziert. Kinetische Energie durch die in der Atmosphäre durch meteorologische Effekte entstehenden Winde (Windenergie); diese wiederum erzeugen auf den Meeren Wellen (Wellenenergie). Pflanzen absorbieren die Strahlung im Zuge der Photosynthese ebenfalls und fixieren sie in Biomasse, die zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

Geothermie (Wärmeenergie)

→ Hauptartikel: Geothermie

Die im Erdinneren gespeicherte Wärme stammt von der Entstehung des Sonnensystems her. Zusätzlich erzeugen dort radioaktive Zerfallsprozesse primordialer Radionuklide laufend weitere Wärme; diese sind die überwiegende Quelle der nutzbaren Erdwärme. Die Oberflächen-Strahlungsdichte der Erdwärme entspricht mit weniger als 0,1 W/m² aber nur circa 0,04% der durch die Sonne produzierten von etwa 235 W/m². Sie kann für Heizzwecke (vor allem oberflächennahe Geothermie) oder auch zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie) genutzt werden. Da die Wärme aus den tieferen Schichten aber nicht in dem Maße nachströmt, wie sie durch eine geothermische Anlage entnommen wird, kühlt der Bereich der Entnahmestelle ab und die Entnahme ist nur über einen begrenzten Zeitraum von einigen Jahrzehnten möglich, nach der eine Regeneration des Wärmereservoirs notwendig wird.

Wechselwirkung der Erde mit Sonne und Mond (mechanische Energie)

→ Hauptartikel: Gezeiten

Die Anziehungskraft (Schwerkraft) von Sonne und Mond (und anderen Himmelskörpern) verursacht in und auf der rotierenden Erde die Gezeiten. Die dadurch induzierten Strömungen können in Gezeitenkraftwerken 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 Drehgeschwindigkeit der Erde wird durch diese Energieumwandlung allmählich abgebremst.

Nutzungsarten der erneuerbaren Energien

Windpark bei Lübz, Mecklenburg-Vorpommern

Photovoltaikanlage in der Nähe von Freiberg (Sachsen)

Ein Wasserkraftwerk in New Mexico, USA

Holz ist der wohl am längsten genutzte Träger erneuerbarer Energie

Die erneuerbaren Energiequellen können auf vielfältige Weise genutzt werden, um Wärme, Strom, Kraftstoffe und Kälte bereitzustellen. Die Nutzung beziehungsweise die Erzeugung einiger der aufgezählten erneuerbaren Energien befinden sich noch in der Entwicklung.

• Bioenergie (aus Biomasse in unterschiedlichster Form, siehe Artikel biogener Brennstoff und Biokraftstoff)
  • Holz
  • Pflanzenöl
  • Biodiesel
  • Bioethanol und Cellulose-Ethanol
  • Biogas
  • BtL-Kraftstoffe
  • Biowasserstoff

• Wasserkraft
  • Staudämme und Staumauern
  • Gezeitenkraft
  • Laufwasserkraftwerke
  • Wellenenergie des Meeres
  • Strömungsenergie des Meeres
  • Meereswärme
  • Osmosekraftwerk (Unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser)

• Windenergie
  • Windenergieanlage
  • Aufwind- oder Thermikkraftwerk
  • Fallwindkraftwerk

• Solarenergie
  • Photovoltaik (Photovoltaikanlage)
  • Solarthermie (Sonnenkollektor, Sonnenwärmekraftwerk)
  • Solarchemie
  • Thermik (Thermikkraftwerk)

• Geothermie
  • Tiefe Geothermie
  • Oberflächennahe Geothermie

• Verdunstungskälte
  • adiabate Kühlung

Potentiale

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

Globale Potentiale

Die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie entspricht etwa dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs. Erdwärme und Gezeitenkraft liefern deutlich geringere, aber im Vergleich zum menschlichen Bedarf hohe Beiträge. Rein physikalisch betrachtet, steht damit mehr Energie zur Verfügung (theoretisches Potential), als in absehbarer Zukunft gebraucht werden wird.

Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass weltweit bis 2030 mehr als ein Viertel des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden kann. Studien von Greenpeace und des Wissenschaftlichen Beirats für Globale Umweltveränderungen (WBGU) der Bundesregierung prognostizieren, dass erneuerbare Energien bis 2050 die Hälfte der weltweiten Energieversorgung sicherstellen können.

Wissenschaftler der Universitäten Stanford und Davis haben in einem Plan für eine emissionsfreie Welt bis 2030 errechnet, dass die weltweite Umstellung auf erneuerbare Energien rund 100.000 Mrd. US-Dollar kosten wird. Deutlich höher sind die Kosten für das Festhalten an den fossil-atomaren Energien, wie Berechnungen der Energy Watch Group zeigen. Demnach wurden weltweit im Jahr 2008 zwischen 5500 – 7750 Mrd. Dollar in fossile und atomare Energien investiert; bereits ein Anstieg der Energiepreise um 20 % würde die Ausgaben auf fast 10.000 Mrd. Dollar pro Jahr ansteigen lassen. Dies entspräche in 20 Jahren 200.000 Mrd. US-Dollar.

Skizze einer möglichen Infrastruktur für eine nachhaltige Stromversorgung in EUropa, dem Nahen Osten (the Middle-East) und Nord-Afrika (kurz: EU-MENA)

In einigen Beispielprojekten ist es gelungen, den an einem Ort benötigten Energieverbrauch dezentral mit erneuerbaren Energien zu decken (Nullenergiehaus, Bioenergiedorf). So gewinnt etwa die österreichische Gemeinde Güssing seit 2005 bereits bedeutend mehr Wärme und Strom aus nachwachsenden Rohstoffen als sie selbst benötigt.

Daneben gibt es immer wieder Anläufe für zentrale Großprojekte auf Basis erneuerbarer Energien. Ein Beispiel für ein solches Großprojekt ist das Mitte 2009 in Planung gegangene Desertec-Project. Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergaben, dass mit weniger als 0,3 Prozent 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. Die Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC), ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlern, Politikern und Experten auf den Gebieten der erneuerbaren Energien und deren Erschließung, setzt sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein. Eine Nutzung der Passatwinde im Süden Marokkos soll die solare Energieerzeugung ergänzen. Fünf realistische Szenarien für eine solche zukünftige Energieversorgung liefert Prof. David J.C. MacKay.

Potentiale in Deutschland

Laut der 2008 vorgelegten Leitstudie des Bundesumweltministeriums (BMU) können die erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2020 einen Anteil von 30 Prozent an der Stromversorgung erreichen. Damit könnte der einst bis dahin geplante Wegfall an Kernenergiekapazitäten (Atomausstieg) vollständig ersetzt werden. Laut Branchenprognose der Erneuerbaren-Energien-Industrie können die erneuerbaren Energien in Deutschland bereits im Jahr 2020 mit 48 Prozent knapp die Hälfte des gesamten deutschen Strombedarfs decken (2009: ca. 15 Prozent; bzw. 16,1 %).

Der im Januar 2010 von der Agentur für Erneuerbare Energien vorgelegte Potenzialatlas zeigt, dass die technischen Potenziale in Deutschland zur Nutzung regenerativer Energien noch größtenteils unerschlossen sind. Der Potenzialatlas berechnet den Flächenverbrauch von heute bis zum Jahre 2020, der für erneuerbare Energien bei deren weiterem Ausbau benötigt wird. So kann beispielsweise die Windenergie an Land bis 2020 ein Fünftel des deutschen Strombedarfs decken. Dafür benötigt sie aber nur etwa 0,75 Prozent der Landesfläche. Die Bioenergie stellt demnach im Jahr 2020 einen Anteil von 15 Prozent an der gesamten Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung, wofür eine Fläche von 3,7 Mio. Hektar (heute: 1,6 Mio. ha) benötigt wird. Eine Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung (Flächenkonkurrenz) sei jedoch aufgrund der EU-weiten Getreideüberschüsse nicht zu befürchten. Auch das Potenzial der Solarenergie ist noch weitgehend unerschlossen, wie der neue Atlas belegt. Nur 2,5 Prozent der geeigneten Gebäudeflächen werden bisher für Strom oder Wärme aus der Sonne genutzt. Solarparks auf Freiflächen belegen heute mit rund 1.700 Hektar nur etwa 0,005 Prozent der Landesfläche.

Ein Gutachten des Sachverständigenrats für Umweltfragen kam 2010 zu dem Ergebnis, dass Deutschland im Jahr 2050 vollständig aus erneuerbaren Energien versorgt werden könne. Prof. Dr. Olav Hohmeyer, Hauptautor des Gutachtens, betonte, dass bereits 2030 eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich sei, wenn die konventionellen Kraftwerke frühzeitig abgeschaltet sowie die Netz- und Speicherinfrastruktur angepasst würden. Die Studie enthält eine Reihe von Szenarien, die belegen, dass selbst eine rein nationale Vollversorgung mit erneuerbaren Energien möglich sei. Einfacher und kostengünstiger sei jedoch ein Stromaustausch mit Nachbarländern und Regionen. So kann z.B. Norwegen zeitweise Stromüberschüsse aus Windenergie aufnehmen und dann Strom aus Wasserkraft zur Verfügung stellen, wenn in Deutschland kein Wind weht.

„Eine Vollversorgung aus Erneuerbaren Energien ist keine Utopie. Im Mix […] können Erneuerbare Energien im Strom- wie im Wärmesektor die fossile Energieversorgung Europas langfristig vollständig ersetzen. Zweifellos ist dies eine große Herausforderung für Wissenschaftler und Unternehmer. Doch in den nächsten Jahrzehnten – sicherlich noch in diesem Jahrhundert – ist dieses Ziel durch eine konsequente Markteinführung und Weiterentwicklung bestehender Technologien einlösbar", bestätigt Dr. Joachim Nitsch, Leiter des Institutes für technische Thermodynamik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Bewertung der erneuerbaren Energien

Timo hat eine große NAse hat verschiedene Vorteile gegenüber der Nutzung von fossiler und von Kernenergie, aber auch Nachteile. So unterschiedlich wie die verschiedenen Nutzungsarten der erneuerbaren Energien sind auch deren jeweilige Vor- und Nachteile.

Ressourcenschonung

Die derzeitige Energieversorgung basiert vor allem auf fossilen Energieträgern und auf Kernbrennstoffen wie z. B. Uran. Die Reichweite dieser Ressourcen ist jedoch begrenzt. So wird z. B. das globale Ölfördermaximum (Peak Oil) beispielsweise von der Internationalen Energieagentur (IEA) etwa auf das Jahr 2020 datiert. Nach dem Maximum wird mit sinkenden Fördermengen bei gleichzeitig steigendem Weltenergiebedarf gerechnet. Die statische Reichweite (Reichweite bei derzeitigem Verbrauch und Preis) von Erdgas und Erdöl ist deutlich länger, aber ebenfalls so begrenzt, dass mittelfristig Alternativen notwendig sind. 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. Da die chemische Industrie stark vom Rohstoff Erdöl abhängt, sichert die Ressourcenschonung langfristig die Rohstoffzufuhr.

Klimaschutz

→ Hauptartikel: Klimaschutz

Bei der energetischen Nutzung fossiler Energieträger werden große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO₂) ausgestoßen. Bei der Nutzung erneuerbarer Energien dagegen werden deutlich geringere Mengen an Treibhausgasen emittiert. Hauptsächlich durch die Herstellung der Anlagen (Windkraftanlage, Photovoltaikanlage, usw.), die beim heutigen Energiemix überwiegend noch auf Energie aus fossilen Energieträgern zurückgreift, werden Klimagase freigesetzt. Diese Emissionen werden jedoch in der Lebenszeit mehrfach amortisiert, so dass netto eine deutliche Einsparung an Klimagasen zu bilanzieren ist. Ein spezieller Fall ist die Bioenergien, bei deren Nutzung z. B. in Biomasseheizkraftwerken, Biogasanlagen oder als Biokraftstoff in Verbrennungsmotoren CO₂ freigesetzt wird. Dieses wurde jedoch zuvor beim Wachstum der verwendeten Pflanzen im Zuge der Photosynthese und CO2-Fixierung gebunden und wäre bei der natürlichen Zersetzung der Biomasse ohnehin freigesetzt worden. 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 auch Emissionen der starken Klimagase Lachgas und Methan, die bei bestimmten Anbau- und Nutzungsarten von Biomasse freigesetzt werden können.

Ob die erhofften ökologischen Vorteile im Einzelfall realistisch sind, kann jedoch nur durch eine Ökobilanz festgestellt werden. So müssen bei der Biomasse-Nutzung zum Beispiel Landverbrauch, chemischer Pflanzenschutz und Reduzierung der Artenvielfalt der erwünschten CO₂-Reduzierung gegenübergestellt werden.

Arbeitsmarkt

Laut dem deutschen Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) hat sich die Zahl der Beschäftigten im Wirtschaftszweig erneuerbare Energien von 2004 (rund 160.500) bis 2008 (278.000) um rund 73 % erhöht (vorläufige Schätzung). In den Jahren bis 2007 gab es ein starkes Wachstum, das sich 2008 jedoch auf die Solarbranche beschränkte. Im Jahr 2008 fanden sich 30,6 % dieser Arbeitsplätze in der Windbranche (rund 85.000), 34,4 % in der Bioenergiebranche (rund 96.000) und 26,8 % in der Solarbranche (rund 74.000).

Nach Studien des BMU könnten bis zum Jahre 2020 über 400.000 Menschen in Deutschland im Bereich erneuerbare Energien beschäftigt sein.

Die Investitionen in erneuerbare Energien in Deutschland werden sich bis 2020 verdoppeln, auf dann über 28 Mrd. Euro. Jens Hobohm, Leiter Energiewirtschaft bei der Prognos AG: „Die Ergebnisse unserer Berechnungen zeigen, dass Erneuerbare Energien in den kommenden Jahren eine immer wichtigere Bedeutung für den Standort Deutschland haben können, wenn die Ausbauprognosen der Branche eintreten.“ Die Investitionen durch den Ausbau der erneuerbaren Energien liegen schon heute über denen der konventionellen Strom- und Gasversorger, die nach Angaben des Bundesverbandes der Energie und Wasserwirtschaft 2009 rund 12,4 Mrd. Euro betrugen. Bis 2020 werden die erneuerbaren Energien auch in Sachen Beschäftigung mit voraussichtlich mindestens 500.000 Arbeitsplätzen andere Schlüsselindustrien wie beispielsweise die Chemiebranche deutlich übertreffen.

Akzeptanz

Eine deutliche Mehrheit der Bevölkerung in Deutschland spricht sich für einen starken Ausbau der erneuerbaren Energien aus. In einer Umfrage des Meinungsforschungsinstituts tns emnid aus dem Jahre 2009 gaben 85 Prozent der Befragten an, dass erneuerbare Energien der Energieträger der Zukunft sind. Nur 10 Prozent sprachen sich für Atomenergie aus. Eine repräsentative Forsa-Umfrage 2010 zur Akzeptanz erneuerbarer Energien belegte für jedes einzelne Bundesland die hohe gesellschaftliche Zustimmung zu regenerativer Energieerzeugung und wies eine steigende Befürwortung der regenerativen 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 Prozent der Deutschen den Ausbau erneuerbarer Energien für wichtig oder sehr wichtig. 78 Prozent würden ihren Strom am liebsten aus erneuerbaren Energiequellen beziehen (im Vergleich zu 9 Prozent aus Erdgas, 6 Prozent aus Atomkraft, 3 Prozent aus Kohle). Die hohe Zustimmung für Öko-Energie zieht sich dabei durch alle Alterschichten in Deutschland. So weisen laut einer Umfrage des Forsa-Instituts gut die Hälfte aller Jugendlichen den erneuerbaren Energien eine sehr große Bedeutung zu, während ein Drittel aller Jugendlichen auch die sparsame Verwendung von Energie im Haushalt befürwortet. Die Verwendung von regenerativen Energien hat also sowohl das Bewusstsein der Erwachsenen als auch der jüngeren Generationen erreicht.

Die Bevölkerung zeigt sich auch bereit, vorübergehend höhere Kosten für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu tragen. Nach einer Forsa-Umfrage vom August 2007 möchten mehr als drei Viertel der Deutschen (77 %) persönlich erneuerbare Energien nutzen, selbst wenn dies mit höheren Kosten oder Investitionen verbunden wäre. Das gilt nicht nur für diejenigen, die das nötige Kleingeld im Portemonnaie haben: Auch bei Niedrigverdienern mit weniger als 1000 Euro Nettoeinkommen sind mehr als zwei Drittel (69 %) zu Mehrkosten bereit. Bei den Haushalten mit über 3000 Euro Nettoeinkommen sind es sogar 87 %.

„Ginge es nach dem Wunsch der Bevölkerung, würde die Energieversorgung der nächsten Jahrzehnte vor allem von Sonne und Wind, begrenzt auch durch Wasser und Biomasse gesichert“, so Prof. Renate Köcher, Direktorin des Allensbach-Instituts für Meinungsforschung.

Wirtschaftswachstum

Gemäß einer vom Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) veröffentlichten Studie zu den langfristigen volkswirtschaftlichen Nettoeffekten des Umbaus des Energiesystems wird der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland unter dem Strich zu einem kräftigeren Wirtschaftswachstum und einem anziehenden Konsum führen. So werde das Bruttoinlandsprodukt im Jahr 2030 um rund drei Prozent über dem Niveau liegen, das ohne einen Ausbau erneuerbarer Energien erreicht würde. Der privaten Konsum solle um 3,5 Prozent, die privaten Anlageinvestitionen gar um 6,7 Prozent über dem Niveau liegen, das sich ergeben würde, wenn kein Ausbau erneuerbarer Energien stattfände. 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 Prozent im Jahr 2030 prognostiziert.

Kosten

Direkte Kosten

Während die fossilen und atomaren Energieträger immer teurer werden, sind die Kosten für erneuerbare Energien in den letzten 15 Jahren im Schnitt um etwa die Hälfte gesunken. Bis 2020 strebt die Branche eine weitere Kostensenkung von 40 % an, ermöglicht durch Massenfertigung und Technologiefortschritte.

Hinsichtlich der Förderung erneuerbarer Energien spielt das im April 2000 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine besondere Rolle: Es regelt, dass von privaten Anbietern erzeugter Strom aus erneuerbaren Energien von den Netzbetreibern zu Mindestpreisen abgenommen werden muss. Diese gesetzlichen Vergütungen sind nach Technologien und Standorten differenziert, sie werden jährlich abgesenkt und sind auf 20 Jahre befristet. Durch die stetige Degression der Vergütungen werden die Hersteller angetrieben, ihre Anlagen immer effizienter, zuverlässiger und kostengünstiger zu machen. Gleichzeitig wird so Übersubventionierung vermieden. Die Finanzierung des EEG erfolgt nicht aus der Staatskasse, sondern wird auf alle Stromkunden umgelegt. Das gesamte Fördervolumen des EEG lag im Jahr 2007 bei rund 4,3 Mrd. Euro. Für einen durchschnittlichen Drei-Personen-Haushalt bedeutet das Mehrkosten von etwa drei Euro im Monat (ca. 5 % der Stromkosten).

Studien des Bundesumweltministeriums erwarten, dass diese Ausgaben bei weiterem kräftigem Ausbau der erneuerbaren Energien zunächst weiter ansteigen und etwa ab dem Jahr 2016 wegen sinkender Vergütungssätze fallen werden.

Durch erneuerbarer Wärme können Privathaushalte im Vergleich zu Ölheizungen Kosten sparen. Die 4,3 Millionen deutschen Privathaushalte, die erneuerbare Energien zur Wärmeversorgung einsetzen, sparten 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 Mrd. Euro entstanden, wenn sie ihren Wärmebedarf nur mit fossilen Brennstoffen gedeckt hätten. Zu diesen Ergebnissen kommt eine aktuelle Studie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Die Investitionskosten in eine neue Heizanlage sind bei diesem Wert allerdings nicht berücksichtigt.

Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung

Die Bevölkerung zeigt sich bereit, vorübergehend höhere Kosten für den Ausbau der erneuerbaren Energien zu tragen. Nach einer Forsa-Umfrage vom August 2007 möchten mehr als drei Viertel der Deutschen (77 %) persönlich erneuerbare Energien nutzen, selbst wenn dies mit höheren Kosten oder Investitionen verbunden wäre. Auch bei Niedrigverdienern mit weniger als 1000 Euro Nettoeinkommen sind mehr als zwei Drittel (69 %) zu Mehrkosten bereit. Bei den Haushalten mit über 3000 Euro Nettoeinkommen sind es sogar 87 %.

Wettbewerbsfähigkeit der erneuerbaren Energien

Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) könnten erneuerbare Energien in absehbarer Zeit gegenüber konventionellen Technologien wirtschaftlich wettbewerbsfähig werden. Die Forscher analysierten die aktuellen Stromgestehungskosten verschiedener erneuerbarer Energietechnologien und zogen anhand von Lernkurven Rückschlüsse auf die zukünftige Kostenentwicklung. Bei durchschnittlichen Stromgestehungskosten im konventionellen Kraftwerkspark von derzeit rund 6 Cent pro Kilowattstunde (im Jahr 2030: 10 Cent pro kWh) seien manche Onshore-Windkraftanlagen an besonders guten Standorten schon heute annähernd wettbewerbsfähig (6 bis 8 Cent pro kWh). Offshore-Anlagen verzeichnen trotz einer höheren Anzahl Volllaststunden deutlich höhere Stromgestehungskosten (zwischen 10 und 14 Cent pro kWh) aufgrund ihrer höheren Betriebskosten und teureren Installation an Meeresstandorten. Doch könnten aufgrund der erwarteten Lernkurven auch diese Anlagen ebenso wie Photovoltaik-Kleinanlagen in Deutschland (heute gut 34 Cent pro kWh) und solarthermische Kraftwerke in Spanien (derzeit im Schnitt 19 Cent pro kWh) bis 2030 mit den Stromgestehungskosten des konventionellen Kraftwerksparks mithalten.

Vermeidung externer Kosten

Zu berücksichtigen ist ferner die Vermeidung externer Kosten durch den Einsatz erneuerbarer Energien. Würden allein die Folgeschäden durch Luftschadstoffe in die Strompreise einberechnet, wäre eine Kilowattstunde Kohlestrom etwa 6 bis 8 Cent teurer, im Vergleich zu gerade ca. 0,1 Cent bei der Windkraft und ca. 0,6 bis 1 Cent bei der Photovoltaik, wie ein Gutachten des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ermittelte. Allein im Jahr 2007 sparten allein im Strombereich die erneuerbaren Energien damit volkswirtschaftliche Kosten in Höhe von rund 5,8 Mrd. Euro ein – deutlich mehr, als ihre Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) kostete (4,3 Mrd. Euro).

Preissenkender Effekt an der Strombörse

Darüber hinaus senkt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Energien den Strompreis an der Börse: Der Preis für Strom wird an der Börse durch das jeweils teuerste Kraftwerk bestimmt, das noch benötigt wird, um die Stromnachfrage zu decken. Die vorrangige Einspeisung erneuerbaren Stroms verringert die Nachfrage nach anders erzeugtem Strom. Die teuersten Kraftwerke werden daher weniger eingesetzt, weswegen der Preis entsprechend sinkt. Dieser so genannte „Merit-Order-Effekt“ hat nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung im Jahr 2006 zu Kosteneinsparungen von rund 5 Mrd. Euro geführt. Ein Gutachten des Hamburger Weltwirtschaftsinstituts (HWWI) bestätigte, „dass durch die Förderung der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien der Großhandelspreis von Strom sinkt“, in der Folge „auch die Strombezugskosten der besonders stromintensiven Unternehmen“.

Vergleich der Kosten zu Gewinnen der Stromkonzerne

Die gesamte Ökostrom-Förderung in Deutschland ist viermal niedriger als die Profite der großen Stromkonzerne, so die Studie „Stromwatch 3: Energiekonzerne in Deutschland“ von Wissenschaftlern des Saarbrücker IZES. Die Gewinne der Stromversorger lägen außerdem über denen anderer großer Unternehmen. Allein mit seinem Strombereich erwirtschafte etwa RWE eine Rendite von 26,6 Prozent. Neun Prozent wären aus Sicht der Forscher angemessen. Damit könnten die RWE-Kunden um 1,1 Cent pro Kilowattstunde entlastet werden. Für 2010 deute sich ein weiteres Rekordjahr an, so die Forscher. Bereits nach zwei Quartalen lag der Gewinn der Konzerne bei rund 15 Mrd Euro.

Dezentralisierte Energieversorgung

→ Hauptartikel: Dezentrale Stromerzeugung

Der Wandel von der konventionellen Energiebereitstellung zu erneuerbaren Energien verändert die Struktur der Energiewirtschaft massiv. Statt der Stromerzeugung in Großkraftwerken mit z. T. mehr als 1000 Megawatt Leistung (Kern-, Braunkohle- und Steinkohlekraftwerke) nimmt die Erzeugung in Kleinanlagen mit wenigen kW (z. B. Photovoltaik) bis wenige MW (kleinere Windparks) zu. Unter anderem mit dem Stromeinspeisegesetz zu Anfang der 1990er und mit dem daraus hervorgegangenen EEG erhielten Kleinerzeuger die Möglichkeit, in die Stromnetze der großen Energieversorgungsunternehmen (EVU) 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 EVUs lange Zeit nicht oder nur wenig in die erneuerbaren Energien investierten, findet seit Mitte der 2000er ein Wandel statt. Insbesondere größere Projekte wie Offshore-Windparks werden zunehmend von den EVUs finanziert.

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, Geothermie und Solarthermie, die jeweils vor Ort bzw. lokal bereitgestellt werden können. Zudem erleichtern Kleinkraftwerke die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Erzeugung von Strom mit der Nutzung von Abwärme, z. B. für Heizzwecke, kombiniert wird und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Bei zentralen Großkraftwerken dagegen wird die Abwärme häufig nicht genutzt. Die dezentrale Energieversorgung stärkt zudem die regionale und nationale Wirtschaft durch Schaffung von Arbeitsplätzen in Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen.

Von besonderem Gewicht ist die dezentrale Wertschöpfung durch erneuerbare Energien, die in den deutschen Städten und Gemeinden eine Wertschöpfung von jährlich annähernd 6,8 Milliarden Euro generiert, wie das Institut für Ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) in einem Gutachten ermittelt. Kommunen jeder Größe können etwa durch Steuer- und Pachteinnahmen, Unternehmensgewinne und Arbeitsplätze sowie durch die Einsparung fossiler Brennstoffe bedeutende Wertschöpfung mittels dezentraler, erneuerbarer Energien erzielen, so die IÖW-Studie. Albert Filbert, Vorstandsvorsitzender der HEAG Südhessische Energie AG mit Sitz in Darmstadt, bestätigt diesen Trend: „Die Regionen und Kommunen erkennen vermehrt die Bedeutung einer aktiven und weitschauenden Daseinsvorsorge, die den ökonomischen und ökologischen Interessen des Gemeinwesens am besten entspricht“, so Filbert. Ein verstärktes Engagement in den Bereichen erneuerbare Energien und Energieeffizienz biete dabei die Chance zur Teilhabe am wirtschaftlichen Erfolg, zur Finanzierung wichtiger kommunaler Vorhaben und Haushaltsentlastung, zur Sicherung des Standortes, der Arbeitsplätze und der lokalen Wertschöpfung.

Doch nicht nur große Stadtwerke profitieren vom Umstieg auf erneuerbare Energien, sondern aufgrund der dezentralen Struktur besonders auch der ländliche Raum. Das zeigt das Beispiel des Rhein-Hunsrück-Kreises in Rheinland-Pfalz. „1999 haben wir mit den Erneuerbaren Energien angefangen und sind seither nicht mehr zu bremsen“, berichtet Landrat Bertram Fleck (CDU). Heute decken in der Region 1.500 regenerative Energieanlagen fast 60 Prozent des Strombedarfs. „In wenigen Jahren werden wir Stromexporteur sein und erwirtschaften dabei 14,6 Millionen Euro kommunale Wertschöpfung pro Jahr“, betont Fleck.

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

Kritiker der dezentralen elektrischen Energieversorgung betonen die Versorgungssicherheit durch weitgespannte Netzwerke. So können sich Überangebot und Mangel in verschiedenen Regionen ausgleichen. Zum Beispiel würde im Sommer ein Überschuss von Solarstrom aus den Mittelmeerländern geliefert, während im Winter Windstrom aus Nord- und Westeuropa genutzt werden könnte. Daneben weisen Kritiker auch auf Herausforderungen bei der Regelung vieler Kleinkraftwerke in einem großen Netzwerkverbund ohne die Stütze von Großkraftwerken hin. Richtig ist jedoch auch, dass ein System aus großen Verbundnetzen mit wenigen Großkraftwerken großflächige, beispielsweise europaweite Stromausfälle erst ermöglichen. Großflächige Stromausfälle sind bei einer dezentralen Energieversorgung unwahrscheinlicher, allerdings haben 95 % aller Stromausfälle ihre Ursachen in den regionalen Mittel- oder Niederspannungsnetzen. 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.

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. Dabei müssen auch Aufbau und Abbau der Anlagen (Produktlebenszyklus), 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.

Solarenergie

Die Herstellung von Photovoltaikanlagen unterliegt einem ständigen technischen Optimierungsprozess, so dass die Energetische Amortisationszeit in Deutschland für mono- und polykristalline Zellen derzeit bei ca. 3,5 Jahren und für Dünnschichtmodule zwischen 0,5 und rund ein Jahr liegt. Die Lebenszeit der Solaranlagen beträgt 20 bis 30 Jahre.

Wie bei allen elektronischen Bauteilen werden zum Teil giftige Schwermetalle sowie etwa 12 kg Silizium pro Kilowatt installierter Leistung (mono- und polykristalline Zellen) benötigt. Diese Stoffe verbleiben bei Silicium- und CIGS-Technologien jedoch weitgehend in der Fabrik. Hier ist das fertige Solarmodul selbst nicht giftig oder gefährlich und stellt einen recyclierbaren Wertstoff dar. Module auf Cadmium-Tellurid-Basis enthalten giftige Schwermetalle, sind jedoch auch recyclebar. Bei solarthermischen Sonnenkollektoren werden ungiftige Metalle wie Kupfer und Aluminium verwendet.

Wasserkraft

→ Hauptartikel: Wasserkraftwerk#Ökologische_Auswirkung

Die Errichtung von Talsperren und Staumauern stellen einen massiven Eingriff in die Umwelt dar. So mussten im Fall des chinesischen Drei-Schluchten-Damms mehr als eine Million Menschen umgesiedelt werden. Jedoch ertranken bei den früheren verheerenden Überschwemmungen über 2 Millionen Menschen durch den ungehemmten Jangtsekiang. Die 27 Turbinen (Siemens) erzeugen 84 Mrd. kWh/annum, soviel wie 14% des deutschen Jahresstromverbrauches. Bei vielen Stauseeprojekten kam es zu Veränderungen im Ökosystem, da riesige Flächen geflutet wurden und in die saisonalen Wasserstandschwankungen der Flüsse eingegriffen wurde.

In Regionen mit Wassermangel kommt es zu Nutzungskonflikten. So staut zum Beispiel Tadschikistan den Syrdarja (und Nebenflüsse) im Sommer auf, um im Winter Energie zu gewinnen. Das unterhalb gelegene Kasachstan benötigt das Wasser aber im Sommer für seine Landwirtschaft.

Auch Laufwasserkraftwerke greifen in die Flusslandschaft ein. Allerdings werden die meisten europäischen Flüsse ohnehin für die Binnenschifffahrt aufgestaut.

Windenergie

→ Hauptartikel: Windkraftanlage#Umweltauswirkungen

Windparks werden von einigen Landschaftsschützern 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 einem Windrad, was ca. 0,5 Vögeln pro Anlage und Jahr entspricht. Dem gegenüber stehen etwa fünf bis zehn Millionen getöteter Vögel durch Straßenverkehr und Stromleitungen. Einfluss auf die regionalen Windverhältnisse wurde bisher nicht festgestellt. Um lokale Beeinflussungen zwischen den einzelnen Anlagen zu minimieren werden sie mit etwas Abstand untereinander (in Hauptwindrichtung meist drei Rotordurchmesser nebeneinander und acht bis zehn Rotordurchmesser hintereinander) errichtet.

Bioenergie

→ Hauptartikel: Bioenergie#Vor-_und_Nachteile_der_Bioenergien

Bioenergie umfasst die Nutzung von festen, flüssigen und gasförmigen biogenen Energieträgern, vor allem von Holz, landwirtschaften 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 Kleinfeuerungsanlagen (1. BImSchV) geregelt und schreibt Grenzwerte und verschiedene Maßnahmen, wie z. B. Filtersystem, vor. (siehe auch Artikel Holzheizung)

Die verfügbare Fläche für den Anbau der Biomasse ist begrenzt und kann in ein Spannungsverhältnis zum Nahrungsmittelanbau und zum Natur- und Landschaftsschutz (z. B. Schutz der Biodiversität) geraten. Während beispielsweise die Nutzung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe als unproblematisch gilt, ist der intensive Anbau von Nahrungspflanzen 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 z. B. 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 z. B. durch Stickstoffdüngung verursachte Emissionen des sehr starken Treibhausgases Lachgas (rund 300-fach stärkeres Treibhausgas als CO₂) schwer zu quantifizieren sind. Zahlreiche Gutachten bestätigen die positive Klimabilanz von Biodiesel, betonen aber die Bedeutung der Anbaumethoden. 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.

Geothermie

→ Hauptartikel: 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). Diese haben jedoch bisher weltweit weder Personenschäden noch strukturelle Gebäudeschäden verursacht. In Basel wurden jedoch Bagatellschäden mit einer Gesamtsumme von 3 und 5 Mio. Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Mio. Euro) auf dem Kulanzwege durch Versicherungen entschädigt. 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 können auch erhebliche kleinräumige Hebungen der Erdoberfläche auftreten, wie im Jahr 2008 in Staufen geschehen, siehe auch Hauptartikel: Geothermie.

Bedeutung und Perspektive der erneuerbaren Energien

Verschiedene Faktoren machen einen starken Ausbau der Nutzung erneuerbarer Energien notwendig. Wichtige Faktoren sind die begrenzte Reichweite der derzeit vorwiegend genutzten fossilen Energieträger und die Klimaschutzbemühungen, sowie andere Umweltschutzbelange, Verringerung der Abhängigkeit von Energieexporteuren (siehe oben). Das Ausmaß des Ausbaus hängt von vielen technischen, politischen, wirtschaftlichen und anderen Faktoren ab.

Aktuelle Bedeutung und Entwicklungen

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

Bereits heute haben in einigen Industriestaaten die erneuerbaren Energien einen hohen Anteil an der Energieversorgung, wie z. B. Wasserkraft und Bioenergie in Österreich und der Schweiz. Ein sehr starker Ausbau der Windenergienutzung, aber auch anderer erneuerbarer Energien, findet zur Zeit in den USA, China, etc. und in den vergangenen Jahren auch in Dänemark, Deutschland, Spanien etc. statt. Die folgende Graphik gibt eine Übersicht über die Top 10-Investoren in erneuerbare Energien weltweit:

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

Aus der Graphik geht hervor, dass China sich auf dem Sektor der erneuerbaren Energien zunehmend profiliert und 2009 bei den jährlichen Investitionen erstmals die USA vom ersten Rang verdrängen konnte. Weltweit sind die Investitionen in erneuerbare Energien in den Jahren von 2005 bis 2009 in ihrer Gesamtheit um 230 Prozent angestiegen. 2009 wurden insgesamt 162 Milliarden US-$ investiert, wovon allein 64,4 Milliarden US-$ durch China, USA und Großbritannien aufgebracht wurden. Im Vergleich zum Vorjahr war trotz der globalen Wirtschaftskrise nur ein Rückgang der Investitionen um 6,6 Prozent zu verzeichnen, dagegen musste nach Angaben der Internationalen Energieagentur (World Energy Outlook 2009) die Öl- und Gasindustrie Investitionsrückgänge von rund 19 Prozent hinnehmen.

Das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sollte den Anteil von Wind-, Wasser-, Sonnenenergie und Geothermie an der Stromerzeugung in Deutschland bis 2010 auf mindestens 12,5 Prozent steigern (2020: 20 %). Bereits 2007 wurde ein Anteil von 14 % erreicht. Bis 2020 werden in diesen Branchen über 235 Milliarden Investitionen erwartet. Dies entspricht dem Vielfachen der in der fossilen Energieversorgung vorgesehenen Investitionen. Seit 1991 müssen Energieversorger Strom aus erneuerbaren Energien zu Mindestpreisen abnehmen. Dies führt zu einer Erhöhung der Strompreise beim Endkunden von rund 2 ct/kWh im Jahr 2010 (siehe auch Artikel Erneuerbare-Energien-Gesetz). Nach einer Prognose, die Anfang 2009 veröffentlicht wurde, könnte im Jahre 2020 bereits 47 % des Bedarfs an elektrischem Strom in Deutschland durch erneuerbare Energien gedeckt werden.

2007 wurden international mit 148 Mrd. US-Dollar etwa 60 Prozent mehr Investitionen in Anlagen zur Nutzung von erneuerbaren Energien als im Jahr 2006 getätigt. Mit 50,2 Mrd. fiel dabei der größte Teil auf Windkraftnutzung. Die größte Investitionssteigerung erfuhr die Sonnenenergie; seit 2004 stiegen die Investitionen jährlich um 254 Prozent auf 28,6 Mrd. US-Dollar im Jahr 2007. Europa ist mit 49,5 Mrd. US-Dollar Spitzenreiter bei den Investitionen.

Anfang Juni 2004 fand in Bonn die Internationale Konferenz für erneuerbare Energien („Renewables“) statt. Sie führte zu der Forderung, dass die Nutzung erneuerbarer Energien ausgebaut werden müsse. Dies sei im Sinne der Armutsbekämpfung und des Klimaschutzes. Es wurden dazu politische Strategien und konkrete Maßnahmen weiterentwickelt. Die Beratungen mündeten in drei Beschlüssen:

• Ein internationales Aktionsprogramm mit 165 bestätigten Aktionen und Verpflichtungen fasst konkrete Maßnahmen, Ausbauziele und freiwillige Verpflichtungen einzelner Länder und Regionen zusammen.
• In einer Deklaration von Bonn haben die Ministerinnen und Minister eine politische Vision für eine globale Energiewende formuliert und sich auf einen Folgeprozess für die Bonner Konferenz verständigt.
• Es wird angenommen, dass Politikempfehlungen praktikable Wege für den Ausbau erneuerbarer Energien zeigen.

Prognosen

Laut Bundesumweltministerium wird das Ausbauziel bis zum Jahr 2020, zu dem sich Deutschland bei der EU verpflichtet hat, voraussichtlich übertroffen. Statt 18 Prozent Anteil am Endenergieverbrauch würden dann sogar 19,6 Prozent regenerativ erzeugt. Entscheidenden Anteil daran wird der Stromsektor haben. In diesem Bereich erwartet das Ministerium einen Beitrag der erneuerbaren Energien von 38,6 Prozent.

Prognosen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien weichen stark voneinander ab. Das Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) geht in seiner 2008 veröffentlichten “Stromvision 2030” von einem Anteil von 33 % erneuerbarer Energien im Jahr 2030 aus. Demgegenüber rechnen die deutschen Übertragungsnetzbetreiber in ihrer 2009 vorgelegten Mittelfristprognose mit über 30 % Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung bereits im Jahr 2015. Der Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) hält in seiner 2009 veröffentlichten Branchenprognose einen Anteil von 47 % erneuerbaren Energien an der deutschen Stromversorgung im Jahre 2020 für erreichbar.

Die in den letzten Jahrzehnten gemachten Prognosen und Szenarien haben die Potentiale der erneuerbaren Energien systematisch unterschätzt, wie im Rückblick festzustellen ist. Eine Meta-Studie der Agentur für Erneuerbare Energien, die 50 der wichtigsten Szenarien für die deutsche, europäische und weltweite Entwicklung der Energieversorgung der letzten Jahrzehnte auswertet und der realen Entwicklung gegenüberstellt, kommt zu diesem Schluss.

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 für 2020 angenommenen Kapazitäten bereits 2008 deutlich überschritten. Die IEA erwartete in ihrem World Energy Outlook 2002 für 2020 einen Anstieg der Windenergieproduktion auf 100.000 MW. Dieser Wert wurde 2008, wenige Jahre nach der Veröffentlichung der Prognose, von der tatsächlichen installierten Leistung um mehr als 20 % übertroffen.

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. Der Prognos-Studie von 1984 zufolge würden Windenergie, Photovoltaik, Biogas, Geothermie, Solarthermie und Biokraftstoffe selbst im Jahr 2000 gar keinen Beitrag zur Energieversorgung leisten. 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.

Deutschland

Primärenergieverbrauch nach Energieträgern in Deutschland (%)

Energieträger	2007	2008	2009
Mineralöl	32,7	36,0	34,7
Steinkohle	14,3	13,2	11,0
Braunkohle	11,4	11,4	11,3
Erdgas, Erdölgas	22,1	18,0	21,8
Kernenergie	10,9	11,9	11,0
Wasser- und Windkraft 1)3)	1,6	1,7	1,5
Andere Erneuerbare 2)	6,3	6,7	7,3
Außenhandelssaldo Strom	−0,5	-0,6	-0,4

1) Windkraft ab 1995
2) u.a. Brennholz, Brenntorf, Klärschlamm, Müll, sonstige Gase
3) inkl. Fotovoltaik

Im Jahr 2009 lag der aus erneuerbaren Energien gedeckte Endenergieverbrauch (EEV) in Deutschland bei 10,3 % des Gesamtverbrauchs. Der Anteil am Primärenergieverbrauch (PEV) lag mit 8,9 % niedriger, da erneuerbare Energien durch die Berechnungsmethode unterpräsentiert werden. (siehe Berechnung des PEV nach dem Wirkungsgradprinzip) Den größten Anteil (rund 2/3) hatten feste und flüssige biogene Brennstoffe, welche insbesondere in der Wärmeerzeugung und als Kraftstoffe Verwendung finden. Bei der Stromerzeugung hatten biogene Brennstoffe rund 14,5 % Anteil an den erneuerbaren Energien, Windenergie (40,4 %) und Wasserkraft (20,3 %).

Anteil der EE am Primär- und Endenergieverbrauch in

		1997	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Anteil am Primärenergieverbrauch		2,0	2,6	2,8	2,9	2,9	3,2	3,8	4,5	5,3	6,3	7,9	8,1	8,9	9,4
davon1*	Stromerzeugung		0,8	0,9	1,1	1,1	1,4	1,6	1,8	2,1	2,5	3,1	3,3
	Wärmebereitstellung		1,3	1,3	1,4	1,4	1,5	1,8	1,9	2,0	2,3	2,6	2,8
	Kraftstoffverbrauch		0,03	0,03	0,06	0,1	0,1	0,2	0,3	0,6	1,0	1,2	1,0
Anteil am Endenergieverbrauch		2,9	3,2	3,4	3,8	4,1	4,5	5,0	5,8	6,8	7,9	9,5	9,3	10,3	10,5
davon2*	Stromerzeugung		4,7	5,4	6,4	6,7	7,8	7,5	9,2	10,1	11,6	14,2	15,2	16,1	17,4
	Wärmebereitstellung		3,6	3,8	3,9	4,2	4,3	5,0	5,5	5,9	6,1	7,6	7,4	8,8	8,9
	Kraftstoffverbrauch		0,2	0,2	0,4	0,6	0,9	1,4	1,8	3,7	6,3	7,2	5,9	5,5	5,7

^1* der Anteil der drei Bereiche addiert sich zum Gesamtanteil am Primärenergieverbrauch

^2* die angegebenen Werte entsprechen dem Anteil der erneuerbaren Energien innerhalb diese Bereichs

Erneuerbare Energien in Deutschland – in Petajoule

	1995	2000	2004	2005	2006	2007	2008	2009
Wasserkraft	77	92	76	77	78	76	74	69
Windenergie	6	35	92	95	110	143	146	136
Photovoltaik	0,03	0,3	2,0	4,6	8,0	11,1	15,9	22,3
Holz, Stroh, u.a. feste Stoffe	124	210	311	338	368	388	418	443
Biodiesel, u.a. flüssige Brennstoffe	2	13	42	110	190	217	195	188
Klärschlamm, Müll, Deponiegas	45	39	34	48	57	63	71
Klärgas einschl. Biogas	14	20	24	39	66	88	92	96
Sonstige erneuerbare (1)	7	9	15	16	19	22	32	35
Insgesamt	275	417	545	769	939	1117	1147	1163
Prozentualer Anteil am Endenergieverbrauch	3,8	5,5	6,6	8,1	9,8	9,7	9,3	10,3
Prozentualer Anteil am Primärenergieverbrauch (nach Wirkungsgradprinzip)	1,9	2,9	3,7	4,6	5,7	6,9	8,1	8,9
(1) Solar-, Geothermie und Wärmepumpen Quelle: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Stand: 17. Mai 2010

Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien machte im Jahr 2009 in Deutschland etwa 16,1 % der Gesamtstromerzeugung aus

Stromerzeugung in Deutschland in GWh

Jahr	Gesamt- erzeugung	Summe EE		Wasserkraft		Windenergie		Biomasse		biogener Anteil des Abfalls		Photovoltaik		Geothermie
2010(*)	604.000	101.681	16,8 %	19.694		36.500		28.710		4.750		12.000		27,2
2009	579.961	95.215	16,4 %	19.094	3,3 %	38.580	6,7 %	26.407	4,6 %	4.537	0,8 %	6.578	1,1 %	18,8
2008	614.646	93.269	15,2 %	20.446	3,3 %	40.574	6,6 %	22.871,5	3,7 %	4.940	0,8 %	4.420	0,7 %	17,6
2007	618.112	87.597	14,2 %	21.249	3,4 %	39.713	6,4 %	19.429	3,1 %	4.130	0,7 %	3.075	0,5 %	0,4
2006	617.167	71.487	11,6 %	20.042	3,2 %	30.710	5,0 %	14.841	2,4 %	3.675	0,6 %	2.220	0,4 %	0,4
2005	612.098	62.112	10,1 %	19.576	3,2 %	27.229	4,4 %	10.978	1,8 %	3.047	0,5 %	1.282	0,2 %	0,2
2004	608.000	56.052	9,2 %	19.910	3,3 %	25.509	4,2 %	7.960	1,3 %	2.117	0,3 %	556	0,1 %	0,2
2003	599.295	44.993	7,5 %	17.722	3,0 %	18.713	3,1 %	6.086	1,0 %	2.161	0,4 %	313	0,1 %	0
2002	587.400	45.647	7,8 %	23.662	4,0 %	15.786	2,7 %	4.089	0,7 %	1.949	0,3 %	162	0,0 %	0
2001	585.100	39.033	6,7 %	23.241	4,0 %	10.509	1,8 %	3.348	0,6 %	1.859	0,3 %	76	0,0 %	0
2000	579.600	37.217	6,4 %	24.867	4,3 %	7.550	1,3 %	2.893	0,5 %	1.844	0,3 %	64	0,0 %	0
1999	557.300	29.845	5,4 %	20.686	3,7 %	5.528	1,0 %	1.849	0,3 %	1.740	0,3 %	42	0,0 %	0
1998	556.700	26.233	4,7 %	18.452	3,3 %	4.489	0,8 %	1.642	0,3 %	1.618	0,3 %	32	0,0 %	0
1997	550.000	23.722	4,3 %	18.453	3,4 %	2.966	0,5 %	880	0,2 %	1.397	0,3 %	26	0,0 %	0
1996	547.400	22.490	4,1 %	18.340	3,4 %	2.032	0,4 %	759	0,1 %	1.343	0,2 %	16	0,0 %	0
1995	541.600	24.271	4,5 %	20.747	3,8 %	1.500	0,3 %	665	0,1 %	1.348	0,2 %	11	0,0 %	0
1994	530.800	22.294	4,2 %	19.501	3,7 %	909	0,2 %	569,7	0,1 %	1.306	0,2 %	8	0,0 %	0
1993	528.000	20.768	3,9 %	18.526	3,5 %	600	0,1 %	432,5	0,1 %	1.203	0,2 %	6	0,0 %	0
1992	532.900	19.928	3,7 %	18.091	3,4 %	275	0,1 %	296,2	0,1 %	1.262	0,2 %	3	0,0 %	0
1991	539.600	16.973	3,1 %	15.402	2,9 %	100	0,0 %	259,7	0,0 %	1.211	0,2 %	1,6	0,0 %	0
1990	550.700	17.086	3,1 %	15.580	2,8 %	71	0,0 %	221,3	0,0 %	1.213	0,2 %	1	0,0 %	0

(*) Vorläufige Zahlen des Bundesumweltministeriums für 2010

Österreich

Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch

Erneuerbare Energien in Österreich

	2001	2002	2003	2004	2005	2006	2007	2008	2009	2010
Prozentualer Anteil am Gesamtenergieverbrauch	22,7	21,7		21,0	20,0		23,0			30,0
Quelle: Österreichisches Umweltministerium

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 Prozent. Damit wird Österreich die EU-Vorgabe von 34 Prozent bis 2020 voraussichtlich erfüllen. Laut einer im Jänner 2011 von Umweltmininister 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.

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Österreich 2003 bis 2008

Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung

Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung lag 2010 bei 70 %. Da Österreich in den Wintermonaten in erheblichem Umfang elektrische Energie importiert, lag der Anteil am Stromverbrauch jedoch nur bei 45 %. 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 steigt.

Stromerzeugung in Österreich in GWh

Jahr	Gesamt- erzeugung	Summe EE		Wasserkraft		Windenergie		Biomasse und -gas		Photovoltaik		Geothermie
2008	63.500	39.700	63 %			1.988		2.489		17		2
2007						2.019		2.194		15		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

Schweiz

Die Wasserkraft wird in der Schweiz bereits seit Jahrzehnten aufgrund vorteilhafter natürlicher Grundlagen intensiv genutzt. Bei den neuen erneuerbaren Energien weist das Land bei weitem nicht den deutschen Ausbaustandard auf. Die kostendeckende Einspeisevergütung für solche Energieträger wurde erst 2009 eingeführt. Die schweizerischen Pumpspeicherkraftwerke importieren preiswerten Strom, um Wasser in die Stauseen hochzupumpen und bei hohen Preisen zu veredlen. Dieser Strom stammt zu einem großen Teil aus nicht erneuerbaren Energiequellen. So werden Pumpspeicherkraftwerke nicht per se als erneuerbare Energien deklariert.

Stromerzeugung in der Schweiz in GWh

Jahr	Brutto- erzeugung	Wasserkraft		Windenergie		Holz		Biogas		Photovoltaik
2009	66.494	37.136	55.8 %	23	0.03 %	154	0.23 %	193	0.29 %	50	0.08 %
2008	66.967	37.559	56.1 %	19		131		179		35
2007	65.916	36.373	55.2 %	16		92		193		27
2006	62.141	32.557	52.4 %	15		44		155		22
2005	57.918	32.759	56.6 %	8		33		146		19
2000	65.348	37.851	57.9 %	3		14		149		11
1990	54.074	30.675	56.8 %	0		6		80		1

Europäische Union

Anteil erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch in der EU im Jahr 2005

Der durchschnittliche Anteil der erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauchs aller EU-27-Staaten lag im Jahr 2005 laut einem Vergleich des BMU bei 8,5 %. Spitzenreiter waren Schweden (39,8 %), Lettland (32,6 %) und Finnland (28,5 %). Den vierten Platz nahm Österreich mit 23,3 % (2010: 30 %) ein, während Deutschland mit 5,8 % (2009: 10,3 %) unter dem Durchschnitt lag.

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 Prozent bis 2020 zu erhöhen. Im Januar 2008 beschloss die Europäische Kommission verbindliche Vorgaben für die einzelnen Mitgliedsstaaten. 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. Der nationale Zielwert bis zum Jahr 2020 nach der EU-Richtlinie 2009/28/EG ist demnach für Deutschland 18 % und für Österreich 34 % des Endernergieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu erzielen.

Zeitliche Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Energien

Verlauf des Stromverbrauchs (Last) über einen Tag

Tagesverlauf des Stromverbrauchs (Prinzip)

→ Hauptartikel: Kraftwerksmanagement

Der Bedarf an Strom (Lastgang) schwankt stark. Da elektrische Energie nur aufwendig und mit Verlusten speicherbar ist, wird sie durch das Kraftwerksmanagement durch technische und organisatorische Maßnahmen entsprechend dem Bedarf bereitgestellt. In Deutschland wurden die sogenannte Grund- bzw.Mittellast bisher vor allem von Braunkohle- und Kernkraftwerken bzw. vor allem von Steinkohlekraftwerken abgedeckt. Die Spitzenlast lieferten vor allem Gas- und Pumpspeicherkraftwerke. Mit zunehmenden Anteilen an Strom aus erneuerbaren Energien ist ein verändertes Kraftwerksmanagement notwendig. Zwar können Geothermiekraftwerke Grundlast und Wasserkraftwerke, Biomassekraftwerke und Biogasanlagen Grundlast und/ oder Spitzenlast abdecken. Die Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Wind unterliegt dagegen starken Schwankungen. Teilweise korrelieren diese aber mit dem Tages- bzw. Jahres-Lastgang. So wird Strom aus Sonnenenergie zu den Hauptbedarfszeiten bereitgestellt. Strom aus Windenergie fällt verstärkt im Winter an und kann die zu der Zeit verringerten Ausbeuten von Solaranlagen ausgleichen.

Verschiedene Maßnahmen können einzeln oder in Kombination eingesetzt werden, um höhere Anteile an Strom aus erneuerbaren Energien an der Versorgung zu ermöglichen. Studien, z. B. der Fraunhofer IWES im Auftrag des BEE (Dezember 2009) belegen, dass so eine zuverlässige Stromversorgung möglich ist. In seinem Sondergutachten "100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar" von Mai 2010 geht der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen davon aus, dass die Kapazitäten in Pumpspeicherkraftwerken insb. in Norwegen und Schweden bei Weitem ausreichen um schwankende Energiebereitstellung - insb. von Windkraftanlagen - auszugleichen. Für kurzfristige Strombedarfe im Minutenbereich (Regelleistung) wird seit der Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2009 bereits ein Systemdienstleistungsbonus gezahlt, sodass kaum eine kurzfristige Speichernotwendigkeit besteht.

Bedarfsgerechte Stromerzeugung

Bei der Wasserkraft kann die Energieumwandlung mehrere Wochen bis Monate, bei den Biogasanlagen mehrere Stunden ohne größere Verluste aufgeschoben werden. Photovoltaik- und Windenergieanlagen können zumindest 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 nach einer Abschaltung 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. Daher ist es meist wirtschaftlicher, den Strom für nachrangige, zeitlich weniger fixierte Zwecke zu „verschwenden“ oder Energiespeicher damit aufzuladen.

Zur Deckung eines akuten Strommangels können Wasserkraftwerke und Biogaskraftwerke kurzzeitig über ihrer Durchschnittsleistung, die durch den Nachschub an Wasser und Biomasse begrenzt ist, betrieben werden.

Durch exakte Vorhersagen des Wetters und entsprechende Modellierungen ist es zudem möglich, die Erträge aus Wind- und Sonnenenergie immer exakter vorherzusagen. Das Kraftwerksmanagement kann die kurzfristig und vor allem die längerfristig regelbaren Kraftwerke so besser steuern.

Energiespeicherung

→ Hauptartikel: Energiespeicher

Bisher werden für die Speicherung von elektrischer Energie Pumpspeicherkraftwerke oder – für geringe Energiemengen bzw. kurzfristige Bedarfschwankungen – Akkumulatoren oder hochkapazitive Kondensatoren eingesetzt. Aber auch andere Techniken sind in der Entwicklung bzw. in der Diskussion.

Pumpspeicherkraftwerke

→ Hauptartikel: Pumpspeicherkraftwerk

Pumpspeicherkraftwerke sind Kraftwerke, die in Zeiten mit Überangeboten an Strom (geringer Preis an der Strombörse) Wasser von einem tiefergelegenen in ein höhergelegenes Becken pumpen und so den Strom als potentielle Energie speichern. Bei einem zu geringen Angebot an Strom wird die potentielle Energie, wie in einem gewöhnlichen Wasserkraftwerk, durch Turbinen wieder in Strom umgewandelt. Die Wirkungsverluste sind mit rund 20 % vergleichsweise gering. In Deutschland haben Pumpspeicherkraftwerke eine große Bedeutung bei der Bereitstellung von Regelleistung zur Steuerung des Stromnetzes.

In Norwegen stehen Wasserkraftwerke mit hohen Kapazitäten zur Verfügung. Durch Ausbau des europäischen Stromnetzes (z. B. durch Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung) könnte es möglich sein, Überproduktion, z. B. durch Windparks zu windstarken Zeiten, zu nutzen, um die Wasserkraftwerke abzuschalten und so indirekt als Stromspeicher zu nutzen. Durch den Einbau von Pumpen und zusätzlichen Turbinen könnten sie auch zu Pumpspeicherkraftwerken mit einer Leistung von 60 GW (entspricht über 40 Kernkraftwerke) ausgebaut werden und so direkt als Stromspeicher dienen. Damit könnte Norwegen zur 'Batterie' Europas werden. (siehe auch Transport von Strom) In verschiedenen Projekten wird bereits die notwendige, stärkere Verknüpfung des europäischen Stromnetzes umgesetzt.

Druckluftspeicherkraftwerke

→ Hauptartikel: Druckluftspeicherkraftwerk

Für Druckluftspeicher können beispielsweise Kavernen in Salzstöcken genutzt werden. Eine Pilotanlage in Deutschland, die seit 1978 betrieben wird, ist das Druckluftspeicherkraftwerk Huntorf (Niedersachsen). Es wird Druckluft mit 72 bar gespeichert und damit bei Bedarf eine Druckluftturbine angetrieben. Wird die Druckluft mit zusätzlichem Erdgas aufgeheizt, wird ein Wirkungsgrad von etwa 42 % erreicht, also deutlich weniger als bei Pumpspeicherkraftwerken.

Kinetische Energiespeicher

Sich drehende Schwungräder vermögen kinetische Energie in Form von Rotationsenergie zu speichern und zum mechanischen oder elektromechanischen Antrieb zur Verfügung zu stellen.

Wärmespeicher

Bei Solarthermischen Kraftwerken können Wärmespeicher (zum Beispiel Flüssigsalz-Tanks) einen Teil der am Tage gewonnenen Wärme aufnehmen und die Dampfturbine nachts antreiben oder bei Nachfragespitzen zusätzlichen Dampf erzeugen. Um eine Versorgungssicherheit auch bei lang anhaltendem schlechtem Wetter zu gewährleisten, ist hier auch eine Zusatzfeuerung durch Öl, Erdgas oder Biomasse möglich. Durch Geothermie erzeugte elektrische Energie steht dagegen kontinuierlich zur Verfügung und kann daher einen Beitrag zur Stabilisierung des Angebots (Grundlastkraftwerk) leisten.

Elektrolyte

Eine weitere Speichermöglichkeit sind Redox-Flow-Zellen. Dabei wird die elektrische Energie in Elektrolyten gespeichert. Die Größe der Tanks (d. h. die Ladekapazität) sowie die Anzahl der Ladezellen (d. h. die Ladegeschwindigkeit) sind theoretisch beliebig skalierbar. So könnte je nach Größe und Lage eines Windparks ein Energiespeicher derart angepasst werden, dass die Speicherkapazität und Ladeleistung mit der Leistung des Windparks und den zu erwartenden Schwachwindphasen übereinstimmen. Windparks – und auch Solaranlagen – könnten dann Energie nach Bedarf liefern. Es existieren zwar bereits Versuchsanlagen, u. a. in Australien, Italien, Japan und Irland, doch eine kommerzielle Einführung scheitert bisher an den geringen Erfahrungen mit Systemen großer Dimension und an noch zu hohen Kosten.

Akkumulatoren

→ Hauptartikel: Akkumulator

Die Speicherung elektrischer Energie mit Akkumulatoren ist relativ teuer. Es wird jedoch erwartet, dass Elektrofahrzeuge zukünftig eine bedeutende Rolle spielen werden. Durch die zeitliche Steuerung der Aufladung ihrer Akkumulatoren können sie zum Management des Stromnetzes beitragen. Derzeit wird intensiv geforscht, um Akkumulatoren leistungsfähiger, leichter, zuverlässiger und preiswerter zu machen, die Verwendung von Schadstoffen zu vermeiden, die Ladezeit zu verkürzen und die Steuerung und Sicherheit zu verbessern.

Die Energiedichte von Akkumulatoren ist zwar geringer als die Energiedichte beim Wasserstoff, der ebenfalls als zukünftiger Energieträger für Fahrzeuge gehandelt wird. Jedoch relativiert sich dieser Effekt durch die Effizienz und die derzeit (vor allem von der Nachfrage für Mobiltelefone und Notebooks motivierte) starke Weiterentwicklung von Akkumulatoren.

Speicherung als Wasserstoff

→ Hauptartikel: Wasserstoffspeicher

→ Hauptartikel: Wasserstoffwirtschaft

Durch Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Strom (Elektrolyse) kann elektrische Energie in eine besser speicherbare Form umgewandelt werden. Zum einen könnte Wasserstoff zukünftig als Treibstoff für Wasserstoffautos verwendet werden. Weitergehende Konzepte sehen eine sogenannte (solare) Wasserstoffwirtschaft als Alternative zur derzeitigen Stromwirtschaft. Problematisch sind der begrenzte Wirkungsgrad der Elektrolyse, Verluste und Verdichtungsaufwand bei Transport und Speicherung (insbesondere in Fahrzeugtanks) und begrenzte Wirkungsgrade bei der Verstromung in Brennstoffzellen oder Verbrennung in Motoren. Daraus ergeben sich Gesamtwirkungsgrade, die eine Konkurrenzfähigkeit der Wasserstoffwirtschaft gegenüber anderen Energiespeichern fraglich erscheinen lassen.

Das Umweltbundesamt lehnt den Einsatz von Wasserstoff als Treibstoff wegen der geringen Effizienz und sinnvollerer Alternativen ab (Stand 2006).

Speicherung als Erdgas

Ein neuer Ansatz ist die Umwandlung von Strom zu synthetischem Erdgas. Dabei wird mit Strom zunächst Wasserstoff erzeugt. Mit dem Sabatier-Prozess wird anschließend Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methan umgewandelt, wobei das Methan vor Ort gespeichert oder in Erdgasleitungen eingespeist und in großen Erdgasspeichern zwischengelagert werden kann. Die Energieverluste liegen bei etwa 40 Prozent. Seit März 2011 ist in der Energielandschaft Morbach eine derartige Anlage in Betrieb, um die Technik unter realen Bedingungen zu testen.

Hydraulisches Lageenergie-Speicher-Kraftwerk

Dies ist ein Konzept zur Speicherung von Energie in Form von potentieller Energie, das technisch dem Pumpspeicherkraftwerk ähnelt. Bei gleichem Wassereinsatz ist hier die Speicherkapazität deutlich höher, da nicht das Wasser, sondern ein Medium mit höherer Dichte (Granit) das Speichermedium ist. Testanlagen gibt es bisher nicht.

Intelligenter Stromverbrauch

→ Hauptartikel: Intelligentes Stromnetz

Mit der heutigen Informationstechnik ist es möglich, zeitlich flexible Stromverbraucher (zum Beispiel Zementmühlen, Kühl- und Heizsysteme etc.) vorübergehend herunter- oder abzuschalten („Lastabwurfkunden“, „Demand Side Management“). Eine Regulierung über einen zeitnahen Strompreis ist denkbar, 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 könnte eine kurzzeitige Spitzenstromlast vorerst zwischengespeichert (zum Beispiel Schwungrad) und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden.

Virtuelles Kraftwerk

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.

Ausbau der Stromnetze

Schon jetzt müssen regelmäßig Windkraftanlagen heruntergeregelt oder sogar ganz vom Netz abgetrennt werden, weil bei hohem Windaufkommen und niedriger Grundlast der zusätzliche Windstrom nicht mehr eingespeist werden kann, ohne die Netze zu überlasten. Daher ist ein Ausbau der Stromnetze nötig. Durch die Verknüpfung von Regionen mit hohen Kapazitäten an Stromerzeugung aus Wind mit Regionen mit vielen Wasser- bzw. Pumpspeicherkraftwerken können zudem Leistungsspitzen gespeichert und abgepuffert werden.

Bei entsprechendem Ausbau der Stromnetze kann Strom auch in abgelegenen Regionen erzeugt (z. B. mit offshore-Windkraftanlagen oder in solarthermischen Kraftwerken in der Sahara) und in die Regionen transportiert werden, wo er benötigt wird. Die Übertragung erfolgt dabei nicht, wie üblich, als Wechselstrom, sondern verlustärmer per Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).

Die Deutsche Energieagentur (dena) meldete 2010 einen Bedarf von 3.600 Kilometern neuer Stromleitungen in den kommenden zehn Jahren an. Anders seien die wachsenden Strommengen aus erneuerbaren Energiequellen nicht ins Netz zu integrieren. Doch Kritiker äußern Zweifel, ob der Leitungsbedarf wirklich so hoch ist und nur durch den steigenden Ökostromanteil bedingt wird. Sie halten die Dena-Pläne für überzogen – zum Beispiel, weil die Netze nicht nur für den zusätzlichen grünen Strom, sondern auch für längere Atomlaufzeiten, neue Kohlekraftwerke und den vermehrten Stromhandel erweitert werden sollen. Nicht nur der Ausbau der Windenergie, sondern auch neue Kohlekraftwerke in Küstennähe tragen zum Bedarf bei. Seit der Liberalisierung der Energiemärkte 1998 seien Instandhaltung und Ausbau der Netzinfrastruktur wegen der von der Regulierungsbehörde genehmigten, vergleichsweise niedrigen Rendite von rund 9 Prozent vernachlässigt worden. Entsprechend fordert Hildegard Müller, Chefin des Bundesverbands der konventionellen Energiewirtschaft, BDEW: „In Deutschland müssen beim Netzausbau wieder international wettbewerbsfähige Renditen zugestanden werden, damit die Milliardeninvestitionen auch finanziert werden können.“

Zitate

• „Energiesparen und Erneuerbare Energien sind die moralische Alternative zu einem Krieg.“ Jimmy Carter, ehem. US-Präsident, Friedensnobelpreisträger (1978)
• „Schon in zwei bis drei Jahrzehnten wird voraussichtlich Solarenergie 25 Prozent des gesamten Energiebedarfs abdecken.“ Walter Kohn, US-Chemie-Nobelpreisträger (2006)
• „Erneuerbare Energien werden langfristig die globale Energieversorgung dominieren.“ Dr. Torsten Henzelmann, Roland Berger Strategy Consultants (2008)
• „Der Einsatz von erneuerbaren Energien … trägt nicht nur zum Klimaschutz bei und stärkt die Versorgungssicherheit, sondern schafft auch in großem Umfange dauerhafte Arbeitsplätze.“ Dietmar Hexel, DGB-Vorstandsmitglied
• „Der fossile Pfad der Energiegewinnung muss aus Gründen der Nachhaltigkeit zugunsten erneuerbarer Energien verlassen werden.“ Deutsche Bischofskonferenz
• „Die Förderung von erneuerbaren Energien ist für mich ein Grundstein vernünftiger Energiepolitik. Das erhöht unsere energiewirtschaftliche Unabhängigkeit und hilft das Klima zu verbessern.“ Arnold Schwarzenegger, Gouverneur von Kalifornien (2005)

Literatur

Bücher

• Mischa Bechberger, Danyel Reiche: Ökologische Transformation der Energiewirtschaft – Erfolgsbedingungen und Restriktionen. Schmidt, Berlin 2006, ISBN 3-503-09313-3.
• Elke Bruns, Dörte Ohlhorst, Bernd Wenzel, Johann Köppel: Erneuerbare Energien in Deutschland – Eine Biographie des Innovationsgeschehens. Universitätsverlag der TU Berlin, Berlin 2010, ISBN 978-3-7983-2201-1 (Volltext)
• Thomas Bührke, Roland Wengenmayr: Erneuerbare Energie – Alternative Energiekonzepte für die Zukunft. 2. Aufl., Wiley-VCH, Weinheim 2009, ISBN 978-3-527-40973-0, ISBN 3-527-40973-4.
• Steffen Dagger: Energiepolitik & Lobbying: Die Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2009, ibidem-Verlag, Stuttgart 2009, ISBN 3-8382-0057-8
• Hans-Josef Fell und Carsten Pfeiffer: Chance Energiekrise – Der solare Ausweg aus der fossil-atomaren Sackgasse Solarpraxis, Berlin 2006, ISBN 3-934595-64-2.
• Sven Geitmann: Erneuerbare Energien und alternative Kraftstoffe. 2. Aufl., Hydrogeit Verlag, Kremmen 2004, ISBN 3-937863-05-2.
• Sven Geitmann: Erneuerbare Energien - Mit neuer Energie in die Zukunft Hydrogeit, Oberkrämer 2009, ISBN 978-3-937863-14-6.
• Wolfgang Gründinger: Die Energiefalle. Rückblick auf das Erdölzeitalter. C. H. Beck, München 2006.
• Martin Kaltschmitt, Andreas Wiese und Wolfgang Streicher (Hrsg.): Erneuerbare Energien. Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte. 3. Aufl., Springer Verlag, Heidelberg 2003, ISBN 3-540-43600-6.
• David J. C. MacKay: Sustainable Energy – Without the Hot Air UIT 2008, ISBN 978-1-906860-01-1, (auch online verfügbar).
• Volker Quaschning: Erneuerbare Energien und Klimaschutz. 2. Aufl., Carl Hanser, München 2009, ISBN 978-3-446-41961-2.
• Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme. 6. Aufl., Carl Hanser, München 2009, ISBN 978-3-446-42151-6.
• Hermann Scheer: Solare Weltwirtschaft – Strategie für eine ökologische Moderne. 5. Aufl., Kunstmann, München 2005, ISBN 3-88897-314-7.
• Jens-Peter Springmann: Förderung erneuerbarer Energieträger in der Stromerzeugung – Ein Vergleich ordnungspolitischer Instrumente. DUV, Wiesbaden 2005, ISBN 3-8350-0038-1.

Aufsätze und Studien

• BMU (2006): Externe Kosten der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien im Vergleich zur Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern (PDF)
• Bernd Geisen: Energieversorgung der Zukunft – Strom, Wärme und Kraftstoffe aus Biomasse. In: Müll und Abfall. Schmidt, Berlin 372005,11, S. 548–551, ISSN 0027-2957
• Bernd Oswald: Regenerative Energien. Erneuerbare Entlastung. In: Süddeutsche Zeitung. München, 18. Januar 2006.
• Daniela Thrän, Alexander Vogel, Michael Weber: Biogene Kraftstoffe in Deutschland, Techniken und Potenziale. In: Müll und Abfall. Schmidt, Berlin 37.2005,11, S. 552–559, ISSN 0027-2957
• Internationale Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR): Zur Lage der Regenerativen Energiewirtschaft in Nordrhein-Westfalen für 2003 und 2004 (erschienen 2004 und 2005)
• Internationale Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR): Zur weltweiten Entwicklung der regenerativen Energien – Szenario bis 2010 (2000) (PDF-Datei; 679 kB)
• Global Wind Energy Concil (GWEC): Global Wind 2008 Report – Report des GWEC zur Windenergie 2008 inklusive Ausblick bis 2013 (PDF-Datei; 1,43 MB)

Siehe auch

• Zukunftstechnologie
• Nachwachsender Rohstoff
• Energiepolitik
• Ökostrom
• Die 4. Revolution – EnergyAutonomy
• Tabellen Erneuerbare Energien
• Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE)
• Internationale Organisation für Erneuerbare Energien (IRENA)
• Masdar City

Weblinks

• Bundesregierung Deutschland: Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie (Stand 4. August 2010)
• Webseite des Bundesumweltministeriums über erneuerbare Energien, mit der jährlich erscheinenden Informationsbroschüre Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und Internationale Entwicklung, Ausgabe vom Juni 2009, 80-seitig, als pdf
• Informationen über Förderinstrumente und Netzfragen der EU-Staaten aus der RES LEGAL Datenbank des BMU: Deutschland, Österreich
• Agentur für Erneuerbare Energien, mit der Broschüre ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 - Potenzialatlas Deutschland, vom 14. Januar 2010, als pdf
• Onlinemagazin für erneuerbare Energien und Klimaschutz
• BINE Informationsdienst – Energieforschung für die Praxis Informations- und Wissenstransfer gefördert vom BMWi
• Verein zur Förderung Erneuerbarer Energien
• BMU: Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland unter Berücksichtigung der europäischen und globalen Entwicklung (August 2009). Kurzfassung (19 Seiten), Langfassung (106 Seiten)
• Grafik: Wachstum erneuerbarer Energien, aus: Zahlen und Fakten: Globalisierung, www.bpb.de
• Grafik: Regionale Nutzung erneuerbarer Energien, aus: Zahlen und Fakten: Globalisierung, www.bpb.de