Wieviel Wind und Sonne brauchen wir?

100% Erneuerbare Energien bis 2050

Aktuell sind Ausbaukorridore für Erneuerbare Energien in der Diskussion. Es wird jedoch nicht thematisiert, wieviel Erneuerbare Energie wir tatsächlich brauchen, um die Ziele des Weltklimagipfels von Paris umzusetzen, also 100% Erneuerbare Energien bis 2050.

Das haben wir nun berechnet:

Der Zubau sollte bei der Windenergie bei 5 GW und bei der Solarenergie bei 7 GW im Jahr liegen, um in 35 Jahren für den Strom- und Verkehrssektor 800 Milliarden Kilowattstunden zu produzieren und so das 100% Ziel zu erreichen, das sich aus dem COP21 Pariser Weltklimavertrag ergibt.

Annahmen 2050: Der aktuelle Stromverbrauch in Deutschland liegt bei 600 Milliarden Kilowattstunden (kWh) im Jahr. Wir gehen davon aus, dass diese Zahl konstant bleibt (konservativer Ansatz), jedoch zuzüglich 200 Milliarden kWh aus dem Verkehrssektor, auch hier ohne Zuwächse (konservativer Ansatz). Im Jahr 2050 wollen wir also mindestens 800 Milliarden kWh aus Erneuerbaren Energien produzieren, um so den aktuellen CO2-Fußabdruck dieser beiden größten Sektoren von heute 500 Millionen Tonnen CO2 auf null, auf zero zu reduzieren (detaillierte Berechnung siehe unten).

Die Höchstlast oder Spitzenleistung im Land nehmen wir mit 100 Gigawatt an (Deutschland „fährt“ also mit 160 Millionen PS), aktuell noch ohne Verkehrssektor liegen wir bei 80 GW (130 Millionen PS).

Erneuerbare Energien: Ein modernes Windrad mit 3,3MW Leistung produziert etwa 10 Millionen kWh Strom im Jahr. Das entspricht etwa dem Haushaltsstrom für 10.000 Menschen. Für die Höchstlast von 100 GW, installieren wir zunächst 100 GW Windräder. Aufgrund der geographischen Synergien („irgendwo weht immer Wind“) können wir jedoch 166 GW installieren, um eine verfügbare Gesamtleistung oder Höchlast von 100 GW zu erreichen (1). Nur wenige Stunden im Jahr wird diese überschritten – was  für die Betrachtung irrelevant ist. Für die Installation von 166 GW Windrädern in den nächsten 35 Jahren, müsste der jährliche Zubau bei 5 GW liegen, was etwa dem Zubau im letzten Jahr entspricht.

In Zahlen reden wir über 50.000 Windräder bis 2050. Zum Vergleich, heute sind bereits 34.000 Windräder installiert, allerdings im Schnitt mit 1MW und nicht mit 3.3 MW Leistung. Das ist also in 35 Jahren problemlos erreichbar.

In Summe würden diese 166 Gigawatt Windräder etwa 500 Milliarden kWh Strom produzieren.

Sonnenenergie und Windenergie ergänzen sich gut, da sie komplementär verfügbar sind, „entweder scheint die Sonne oder es  regnet und ist windig“ (2). Daher installieren wir zusätzlich zu den 100 GW Spitzenleistung Windenergie ebenso 100 GW Spitzenleistung Solarenergie. Sinnvollerweise erreichen wir diese 100 GW Spitzenleistung morgens-mittags-nachmittags am besten durch jeweils 100 GW mit Süd, sowie Ost-West Ausrichtung (2).

Diese 300 GW Solaranlagen würden im Schnitt etwa 300 Milliarden kWh Sonnenstrom produzieren, was einem jährlichen Zubau von 7 Gigawatt für die nächsten 35 Jahre bis 2050 entspricht.

Kostenseitig sind neue Wind- und Solaranlagen heute schon günstiger als neue Konventionelle (3).

Anmerkung: Diese Berechnung beruht auf konservativen Annahmen (keine Steigerungen im Strom- und Verkehrsektor), und bezieht sich eben nur auf diese beiden CO2-intensivsten Sektoren mit einem CO2-Fußabdruck von 500 Millionen Tonnen im Jahr. Die Gesamtemissionen in Deutschland liegen laut UBA bei 900 Millionen Tonnen CO2 Äquivalent.

DETAILS

Windenergie: 166 GW / 3.3 MW pro Windrad = 50.303 Windräder

50.000 Windräder * 10 Millionen kWh Windstrom = 500 Milliarden kWh Windstrom

166 GW / 35 Jahre = 4,7 GW = also ca. 5 GW Zubau pro Jahr.

Solarenergie: Die Spitzenleistung liegt in der Regel bei 80% der installierten Leistung um 13:00 Uhr zur Sommerzeit. Diese fällt bereits auf 60% 3 Stunden vorher und nachher. Damit leistet die Anlage um 10 Uhr (und 16 Uhr) bestenfalls 48MW Südanlagen + 80MW Ostanlage = 128 MW, in der Realität jedoch an sonnigen Tagen meistens eher um 100 MW (eigene Erfahrung).

Die Jahresernte wird mit 1000 kWh pro installiertem kWp angenommen, 300 GW sind 300 Millionen kW:

300.000.000 kW *1000kWh/1kW = 300 Milliarden kWh Sonnenstrom

Damit ergibt sich die Summe aus Wind- und Sonnenstrom zu 300+500 = 800 Milliarden kWh

300 GW – 50 GW (bereits installiert) = 250 GW

250 GW / 35 Jahre = 7,14 GW = also ca. 7 GW Zubau pro Jahr.

Verkehr: Die 627 Milliarden gefahrenen Gesamtkilometer in Deutschland haben wir mit 14 kWh pro 100 km Elektroauto gerechnet, was einem 1,4 Literauto entspricht (4):

627 Milliarden km * 14 kWh/100 km = 88 Milliarden kWh Strom

Der Güterverkehr liegt heute bei 468 Milliarden Tonnen-km und wird vom Umweltbundesamt (UBA) im Jahre 2030 auf 828 Milliarden tkm geschätzt (5). Wir haben für 100 tkm ebenfalls 14 kWh angesetzt.

828 Milliarden km * 14 kWh/100 km = 117 Milliarden kWh Strom

Damit ergibt sich die Abschätzung für einen elektrischen Verkehrssektor: 117+88 = 205, also ca. 200 Milliarden kWh Strom.

Der CO2-Fußabdruck liegt laut UBA (6) für 2014 bei 346 Millionen Tonnen (Energiesektor*) und 161 Millionen Tonnen (Verkehrssektor) CO2: 346 + 161 = 507, also ca. 500 Millionen Tonnen CO2.

*Kontrolle: Laut UBA verursacht jede kWh Strom in Deutschland 569 g CO2: 600 Milliarden kWh * 569 g CO2 = 341 Millionen Tonnen CO2 (stimmt also etwa mit den o.g. 346 Millionen Tonnen CO2 überein).

Die Gesamtemissionen in Deutschland liegen bei ca. 900 Millionen Tonnen CO2 Äquivalent. Diese Berechnungen beziehen sich nur auf den Energie- und Verkehrssektor.

Zero Emission Think Tank, Artikel auf let`s face it, www.zepface.it

(1) Irgendwo weht immer Wind – Synergien durch geographische Verteilung der Windräder in Deutschland, Artikel in Vorbereitung für www.zepface.it

Analog für die USA: Von North Dakota nach Chicago – Windstrom als Grundlast

(2) Die Energiewende – eine 100% Vision, Zero Emission Think Tank,

(3) Erneuerbare Energien kostengünstiger als neue Konventionelle, siehe Ref 1 in: Ein Selbstläufer für Paris 

(4) Wer rechnen kann fährt elektrisch

(5) Statistiken Verkehr

(6) Umweltbundesamt