Die Energiewende-Ziele zu erreichen, ist aussichtslos

Es scheitert in Deutschland schon am Flächenbedarf für Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen – Als noch akzeptabel gilt ein Flächenverbrauch von 2 Prozent der Landesfläche – Aber gebraucht würden mehr – Drei durchgerechnete Szenarien – Doch auch beim Verdrei- und Verfünffachen der Anlagen wäre das Energiewende-Ziel nicht erreichbar, und in der Selbstversorgung mit Strom käme Deutschland nur auf 25 bis 41 Prozent – Fazit: Auch starker Ausbau sichert die Stromversorgung nicht

Von Dipl.-Ing. Klaus Maier*)

Alle Formen von Eingriffen in die unberührte Natur, die durch Menschen zwangsläufig in mehr oder weniger heftiger Form stattfinden, haben Folgen. Folgen können aus verschiedenen Perspektiven gesehen werden. Je nach Betroffenheitsgrad werden diese als noch akzeptabel oder inakzeptabel betrachtet. Das trifft für unproblematisch erscheinende biologische Bewirtschaftung von Ackerland zu, als auch für den Bau eines Kohlekraftwerks oder einer Windenergieanlage.[1] Bewertet man die Versorgung mit preisgünstigem Strom z.B. mit Landschaftsverbrauch, so erhält ein Kohlekraftwerk eine sehr gute Note. Weniger gut ist das Bewertungsergebnis, stehen die CO2-Emissionen oder die Luftschadstoffe im Fokus der Betrachtung. So haben auch die Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen ihre  positiven und negativen Seiten.

Der Energiepflanzen-Anbau und seine Folgen

Ebenfalls Nebeneffekte hat der Anbau von Energiepflanzen für Beimischungen zu Kraftstoffen oder für Biogas. Die aber wurden erst später festgestellt.[2] So sind weltweite Anreize geschaffen worden, die große Monokulturen hervorbrachten oder zu Brandrodungen und/oder zu Vernichtung von Lebensraum bedrohter Tierarten führten. Jeder Eingriff in die Natur durch den Menschen ist auch ein Eingriff in die Energiewandlungs- und Verteilungsprozesse.

Es ist keine Energielösung möglich, die nur gut dasteht

Es gibt also keine Lösung für eine Energieversorgung der Menschen, die in jeder Beziehung gut dasteht. Diese Gedanken sind einer der Auslöser der nachfolgenden Untersuchungen.

Nebeneffekte der Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen

Jede Form von energetischen Eingriffen in die Natur verursacht gewünschte, wie auch unerwünschte Effekte. Dabei ist die Stromerzeugung – egal mit welcher Technik – immer mit unerwünschten Effekten verbunden. Das gilt auch für die Nutzung der Windenergie und der Strahlungsenergie der Sonne. Neben dem vergleichsweise hohen Verbrauch an Ressourcen und den Fragen nach dem Recycling bzw. der Entsorgung, kommen auch Effekte über die Regeln der Ökonomie (z.B. über Eingriffe in den Markt und durch Subventionen) zustande. Resultierend verlagert man ggf. die Nachhaltigkeitsanforderungen ins Ausland.

Energiepreise beeinflussen sämtliche Produktpreise

Hier ist etwa die Urwaldrodung für das lukrative Palmöl-Geschäft zu nennen, das erst durch die weltweite Marktlage entstanden ist. Auch stellen sich einige Bauern hierzulande die Frage, ob man bei den hohen Pachterträgen für Windenergie-Anlagen (WEA) den bürokratiebelasteten Anbau von Nahrungsmitteln eigentlich noch machen sollte.[3] Damit können Verknappungseffekte bei den Nahrungsmitteln einhergehen, die Kostensteigerungen der Lebensmittel bedeuten und so jeden betreffen. Wer sieht schon diesen Zusammenhang zwischen teurem, subventionierten Strom und der Verteuerung von Nahrungsmittel, also der doppelten Kostenfolge durch die Volatilen Energien (VE)? Grundsätzlich und ergänzend gilt: Da für alle Produkte Energie benötigt wird, haben die Energiepreise einen wesentlichen Einfluss auf sämtliche Produktpreise.

Windenergie-Anlagen und auf welche Kritik sie stoßen

Die Windenergie-Anlagen (WEA) sind mit den bekannten Kritikpunkten verbunden: Infraschall, Blinkfeuer, Schattenwurf, Eiswurf, Immobilienwertminderung sowie mit dem Töten von Vögeln, Fledermäusen und Insekten. Dies wird in diesem Beitrag aber nicht thematisiert.

Neuer ist das Thema Terrestrial Stilling, also die großflächige Reduktion der Windströmungen (siehe hier). Die Reduktion der mittleren Windgeschwindigkeiten kann an verschiedenen Orten durch klimatische Veränderungen, aber auch großflächig durch die vielen WEA im Land[4] bedingt sein. Dies hat nicht nur einen Effekt auf den Ertrag naher WEA, sondern auch auf den Temperatur- und Feuchtigkeitsaustausch zwischen den Luftschichten und führt damit zu einer (eigentlich unerwünschten) Erwärmungswirkung. Eine quantitative Aussage kann und soll hier nicht gemacht werden. Zweifelsohne gewinnt mit dem beabsichtigten massiven Zubau diese Frage an Bedeutung.

Hier thematisiert wird aber der Flächenverbrauch durch WEA und Windparks. Damit verbunden ist die Frage, wie nah die Windenergieanlagen an die Wohnbebauung kommen müssen, um die Energiewende überhaupt zu ermöglichen. Auch der Vogelschutz hat eine begrenzende Wirkung auf den Ausbau. Diese sind für die Bürgerinitiativen gegen die Windenergie die zentralen Themen. Ja, es stellt sich die Frage, ob überhaupt in Deutschland genügend VE-Anlagen für die Dekarbonisierungsziele  errichtbar sind.

Kostenfragen sind zwar bei der Energiewende von zentraler Bedeutung, werden aber hier nicht behandelt. Auch der verstärkte Ressourcenverbrauch und die Entsorgung werden nicht thematisiert.[5]

PV-Anlagen und was an ihnen bemängelt wird

Die Photovoltaik-Anlagen (PVA) sind ebenso nicht kritiklos. Die Herstellung und die dafür benötigten (Schad-)Stoffe sowie das Recycling der PVA werden in dieser Untersuchung ebenfalls nicht behandelt. Relativ neu sind Meldungen, nach denen die Umgebungsluft durch Freiflächen-PVA deutlich erwärmt wird, wie auch die Effekte, d.h. auf den Feuchtigkeitshaushalt der Böden und die Vegetation unter den Anlagen.

Wahrscheinlich ist für Bauern auch hier die Flächennutzung durch PVA angenehmer und lukrativer als der Anbau von Nahrungspflanzen. Damit treiben die VE-Anlagen, wie schon erwähnt, durch reduzierte Produktion (Verknappung des Angebots) indirekt die Nahrungsmittelpreise.

Für den berechneten Flächenverbrauch werden in dieser Untersuchung daher auch die Freiflächen-PVA berücksichtigt.

Die Bundesregierung will die Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen verdreifachen

Immer wird von dem noch nötigen Ausbau der Volatilen Energien (VE) gesprochen, also von Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen. Aktuell will die Bundesregierung deren Ausbau verdreifachen.

Allem übergeordnet: die Dekarbonisierung

Die Bundesregierung als auch die EU haben zum sogenannten Klimaschutz die Dekarbonisierung der Industrie, des Gewerbes und dem Rest der Gesellschaft als ein Ziel vorgegeben, das allen Entscheidungen übergeordnet ist. Um die nötige Energie ohne CO2-Ausstoß bereitstellen zu können, sollen so viele Wind- und Photovoltaikanlagen gebaut werden, dass damit nicht nur die Stromversorgung gesichert ist, sondern auch für die Sektoren Wärme und Mobilität genügend Energie bzw. Energieträger bereitgestellt werden können.

Kann dieser Ansatz zum Ziel führen, und ist das beim laufenden Ausbau von Wind- und Photovoltaik-Anlagen mit einem noch akzeptablen Flächenverbrauch von 2 Prozent der Landesfläche möglich?

Die politische Vorgabe: alle fossilen Energieträger vermeiden

Die Vorgabe lautet, alle fossilen Energieträger zu vermeiden. Das erfordert, die volatilen Energien (VE) massiv auszubauen und die nötige Energieversorgung vollständig auf elektrischen Strom als Energiequelle umzustellen. Man spricht davon, den Stand der Anlagen von 2020 zu verdoppeln ggf. zu verdreifachen. Dem stehen neben den Kosten und dem Naturschutz die tausend aktiven Bürgerinitiativen entgegen, sodass beschlossen wurde, die Genehmigung von VE-Anlagen gesetzlich zu erleichtern und zu beschleunigen.

Realistisch bisher nicht einbezogen: Speicherkapazitäten, Energieumwandlungsverluste, die Bereiche Wärme und Mobilität

Bisher hatte man hauptsächlich nur den Sektor Strom im Fokus, wenn vom Ausbau der sogenannten Erneuerbaren Energien (EE) die Rede war. Es wird zwar jährlich der steigende Prozentsatz der EE am Strom gemeldet, aber weder über die fehlenden Speicherkapazitäten und deren Energieverluste gesprochen, noch die anderen energiehungrigen Sektoren Wärme und Mobilität im Zusammenhang mit dem VE-Ausbau realistisch einbezogen. Auch wird vernachlässigt, dass z.B. 2021 die EE zwar fast 46% Anteil an der Stromerzeugung hatten, daran aber Laufwasser und Biomasse einen Anteil von 13 Prozent ausmachten. Dieser Beitrag von jährlich etwa 65 Terrawattstunden (TWh) ist kaum erweiterbar, sodass weitere Steigerungen der EE nur über Wind- (WEA) und Photovoltaik-Anlagen (PVA) möglich ist.

Die Randbedingungen der Untersuchung

In den Zukunfts-Szenarien dieses Beitrags wird davon ausgegangen, dass Deutschland als hochentwickeltes Industrieland erhalten bleibt. Da die Einsparpotenziale nach vielen Jahren der Anstrengung weitgehend ausgeschöpft sind und neue Anwendungen mit zusätzlichem Strombedarf hinzukommen werden (z.B. Stahlindustrie), wird angenommen, dass der Energiebedarf über alle drei Sektoren für die nächsten Jahrzehnte konstant bleibt. Weiter wurden ein Mindestschutz der Menschen vor den WEA durch einen Abstand von tausend Metern zur Wohnbebauung sowie ein begründeter Vogelschutz berücksichtigt. Da es um den Flächenverbrauch geht, insbesondere den durch WEA, wird zwischen einzelnstehenden WEA (geringer Flächenbedarf) und dem Flächenverbrauch in Windparks unterschieden. Der modellierte Ausbau von VE-Anlagen ist so gesteuert, dass die Nennleistungen der WEA und der PVA etwa gleich sind, was den Bedarf an Speicher im Stromnetz reduziert. Um eine weitgehend autarke und gesicherte Stromversorgung zu ermöglichen, werden die dafür nötigen Speicher (besonders der Langzeitspeicher) als vorhanden unterstellt. Berechnet wurden jeweils sechs ausgesuchte Flächenländer Deutschlands (Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen, Hessen, Thüringen, Bayern, Baden-Württemberg), die den Bereich der Merkmale von Nord nach Süd repräsentativ abdecken.

Die Ergebnisse der Untersuchung

Die Untersuchung in diesem Spannungsfeld führt in drei Szenarien (mit 2-fachem, 3-fachem und 5-fachem VE-Ausbau) zu den folgenden Ergebnissen, die im Gesamttext der Untersuchung (hier) detailliert beschrieben und begründet sind:

Szenario 1: Ausbau auf das 2-Fache
  • Die nutzbaren Landesflächen aller Bundesländer ermöglichen anteilig den VE-Ausbau auf das 2-Fache von 2022 (2022 waren es 130 GW für ganz Deutschland).
  • Der Flächenbedarf wurde mit 1,6 bis 5,2 Prozent der nutzbaren Landesflächen ermittelt. Über alle sechs Länder gab es einen Mittelwert von 2,8 Prozent.
  • Der VE-Ausbau reicht aber nicht für eine gesicherte Stromversorgung der Länder aus. Im Durchschnitt würden sich die Länder nur zu 25 Prozent selbst mit Elektroenergie versorgen können. Dabei ist die Spanne groß: zwischen Nordrhein-Westfalen mit 14 Prozent und Niedersachsen mit 52 Prozent.
  • Bereits der 2-fache Ausbau überschreitet die angestrebte Flächengrenze von 2 Prozent deutlich, ohne die Eigenversorgung der Länder mit Elektroenergie zu erreichen.
Szenario 2: Ausbau auf das 3-Fache 
  • In Nordrhein-Westfalen können die Ausbauvorgaben wegen Mangel an geeigneten Orten für WEA nicht realisiert werden. Insgesamt ist damit das Ziel des 3-fachen Ausbaus nicht erreichbar. Lediglich das 2,9-Fache der vorgegebenen Nennleistung würde erreicht (238 GW statt 246 GW).
  • Der Flächenbedarf wurde mit 2,4 bis 5,9 Prozent der nutzbaren Landesflächen ermittelt. Über alle Länder ergibt sich ein Mittelwert von 4 Prozent, ohne den angestrebten VE-Ausbau in allen Ländern zu erreichen.
  • Eine gesicherte Stromversorgung läge in keinem Land vor. Im Durchschnitt der Länder würden nur 34 Prozent des Zielwertes erreicht (Spanne: 15 bis 71 Prozent).
Szenario 3: Ausbau auf das 5-Fache
  • In keinem der sechs Länder würden die Ausbauvorgaben wegen Mangel angeeigneten Orten für WEA erreicht werden. Dadurch wird der erzielte VE-Ausbau rechnerisch auf das 3,7-Fache der vorgegebenen Nennleistung begrenzt (300 GW statt 410 GW).
  • Da die Ausbauvorgaben in keinem Land erreicht würden, stiege der durchschnittliche Flächenverbrauch nur auf 5 Prozent.
  • Der Grad der Selbstversorgung mit Strom stiege auf unzureichende 41 Prozent.
  • Das Ziel war zwar der 5-fache Nennleistungsausbau, die einzuhaltenden Abstandsregeln für den Bau der VE-Anlagen ließen das aber in allen sechs Ländern nicht zu.

Mit weniger Vogelschutz und weniger Abstand zur Wohnbebauung  stiege der Flächenbedarf auf 10 bis 15 Prozent 

Mit reduzierten Anforderungen an den Vogelschutz und an den Abstand zur Wohnbebauung könnte die gesicherte Stromversorgung in vielen Bundesländern auch auf 100 Prozent gesteigert werden. Allerdings führt das auch zu entsprechend hohem Flächenverbrauch im Bereich von 10 bis 15 Prozent. Wenn dann noch in Deutschland Wasserstoff erzeugt werden soll, kommt man leicht über 20 Prozent Flächenverbrauch.

Andere Studien

Mit reduzierten Anforderungen an den Vogelschutz und an den Abstand zur Wohnbebauung könnte die gesicherte Stromversorgung in vielen Bundesländern auch auf 100 Prozent gesteigert werden. Allerdings führt das auch zu entsprechend hohem Flächenverbrauch im Bereich von 10 bis 15 Prozent. Wenn dann noch in Deutschland Wasserstoff erzeugt werden soll, kommt man leicht über 20 Prozent Flächenverbrauch.

Das Fazit

Beispielsweise kommt die neue Studie von Fraunhofer (im Auftrag des Bundesverbandes WindEnergie e.V.) zu dem Ergebnis, dass bei günstigen Annahmen etwa 5 Prozent der Landesfläche mit WEA bebaubar sind und damit die Zielsetzung der Bundesregierung von 2 Prozent gesichert sei. Welcher Bedarf an VE besteht und ob mit 2 Prozent der Bedarf an VE gedeckt werden kann, wird aber nicht thematisiert. Vielmehr wird die Vorstellung der Bundesregierung von 160 GW Onshore als unhinterfragt angenommen.

Im Gegensatz dazu beantwortet die vorliegende Untersuchung zunächst die Frage, welcher Energiebedarf in der Zukunft besteht und was das für den Ausbau von VE bedeutet. Insofern ist nicht entscheidend, ob 2 Prozent bebaut werden können, sondern ob das für die nötige Energieversorgung ausreicht bzw. welcher Flächenbedarf daraus resultiert.

Die Ziele der in Deutschland verfolgten Energiewende (in allen drei Sektoren: Strom, Wärme und Mobilität) zu erreichen, muss als aussichtslos bezeichnet werden:

Unter den oben genannten Randbedingungen ist mit dem starken Ausbau von Windenergie- und Photovoltaik-Anlagen keine gesicherte Stromversorgung zu erreichen:

  1. Die WEA und PVA zu verdoppeln oder zu verdreifachen, wäre viel zu wenig. Nötig wäre dagegen, sie zu verzehnfachen.
  2. 2 Prozent der Landesfläche zu nutzen, reicht nicht ansatzweise aus, um eine gesicherte Stromversorgung zu sichern. Vielmehr geht es um mindestens 10 Prozent.

Eine darüberhinausgehende Erzeugung von Wasserstoff mit den volatilen Stromüberschüssen (in nennenswertem Umfang) ist daher ausgeschlossen.

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*) Dieser Beitrag von Klaus Maier ist ein Auszug aus seiner umfassenderen Untersuchung „Flächenverbrauch von Wind- und PV-Anlagen in Deutschland“ vom September 2023 (hier). Sie umfasst 57 Seiten und ist keine Auftragsarbeit, also nicht mit irgendwelchen finanziellen Vorteilen für den  Autor verbunden.

[1]   Diese Beispiele sind ohne Wertung genannt.

[2]  Das hat dazu geführt, dass die EU-Richtlinie 2015/1513/EU die Reduktion und am Ende (2030) den Auslauf der Verwendung von Biokraftstoffen wie Palmölmethylester (Bio-Diesel) und hydriertes Pflanzenöl aus Palmöl fordert.

[3] Welcher ökonomisch handelnde Bauer macht sich die Mühe für den Lebensmittelanbau, wenn er ohne Arbeit gutes Geld für die WEA-Pacht erhält. Nur wenn er seine Lebensmittel gut bezahlt bekommt, macht der Anbau noch Sinn.

[4]   Dr. Kleidon hat hierzu Forschungen betrieben. Dieser Effekt (Kleidonfaktor) wird auch vom verwendeten Tool unterstützt.

[5]  Nach Ablauf der Nutzugsdauer gewinnt Recycling an Bedeutung.

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