Wandel im Stromnetz

Um den Klimawandel zu bremsen, wollen sich die meisten Länder von fossilen Energieträgern verabschieden. Zugleich steigt der Bedarf an elektrischer Energie. Was bedeutet das für die Netze?


Seit Beginn der Industrialisierung steigt der CO2-Ausstoß aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die wachsende Kohlen­stoff­dioxid­konzen­tration in der Erdatmosphäre gilt als Hauptverursacher des Klimawandels und Fachleute sind sich einig: Um diesen Trend zu verlangsamen, müssen fossile Brennstoffe durch CO2-emissionsfreie Energiequellen ersetzt werden.

Heute beziehen wir weltweit noch rund 80 Prozent des Energiebedarfs aus fossilen Energieträgern. Nur etwa 20 Prozent kommen aus CO2-neutralen Energieträgern wie Wasserkraft, Kernkraft, natürliche Brennstoffe (Biomasse, Holz, Abfälle) und andere Erneuerbare wie Wind- und Solarkraft. Um den Klimawandel zu bremsen, haben viele Staaten beschlossen, fossile durch erneuerbare Energieträger zu ersetzen.

Unser Energiebedarf

Heute beziehen wir weltweit noch rund 80 Prozent des Gesamt­energie­bedarfs aus fossilen Energieträgern. Nur etwa 20 Prozent kommen aus CO2-neutralen Energieträgern. Das soll sich künftig ändern.

2% Weitere erneuerbare Energien
2% Hydroenergie
5% Kernenergie
10% Biotreibstoff
22% Erdgas
27% Kohle
32% Erdöl

Emissionen runter

Am einfachsten gelingt die Energiewende durch den Umstieg auf Solar- und Windenergie. Das Angebot an Sonnen­strahlung und Wind ist schließlich immens und übersteigt den weltweiten Bedarf an Primär­energie von derzeit rund 170.000 Terawattstunden jährlich um ein Vielfaches. Rein theoretisch ist die emissionsfreie Energie­erzeugung also keine Utopie.

Doch bedeutet das im Umkehrschluss, dass künftig große Teile des Primär­energiebedarfs als elektrische Energie durch die Netze transportiert werden müssten. Das wäre ein gewaltiger Sprung im Vergleich zu den 27.000 Terawattstunden, die heute durch die Netze fließen. Die großen Fragen sind also: Wie viel Energie muss tatsächlich substituiert werden? Wie wird sich der Strombedarf in Zukunft entwickeln? Und was bedeutet es für die Netze, wenn deutlich mehr Strom durch sie fließt?

Die Nutzenergie zählt

Die gute Nachricht: Ein Großteil der Primär­energie geht ohnehin bei der Strom­erzeugung verloren und gelangt nicht in die Netze. Die Erklärung: Grundsätzlich sind konventionelle und atomar betriebene Kraftwerke nichts anderes als thermische Maschinen, die Wärme in mechanische Energie umwandeln und diese wiederum in elektrischen Strom. Das gelingt jedoch nur mit recht hohen Verlusten.

Die Wirkung­sgrade liegen in der Regel bei um die 40 Prozent, nur Gaskraftwerke schneiden hier deutlich besser ab. Die Netze transportieren also nur einen vergleichs­weise geringen Anteil der eingesetzten Primärenergie: die sogenannte Nutzenergie. Da die Erzeugung von Strom aus Sonne und Wind nicht mit Primär­energiekosten verbunden ist, spielt der Wirkungsgrad solcher Anlagen eine untergeordnete Rolle. Entscheidend für einen wirtschaftlichen und ökologisch sinnvollen Betrieb sind lediglich die Investitionen und die laufenden Kosten über die Betriebsdauer.

Weg von Kohle und Öl

Rund drei Viertel des Primär­energieträgers Kohle dienen der Stromerzeugung. Soll dieser nun durch Solar- und Windanlagen substituiert werden, ist nur der Anteil an Nutzenergie, also der aus Wärme erzeugte elektrische Strom, zu ersetzen.

Der gleiche Effekt ergibt sich bei der Nutzung von Mineralöl in Verbrennungs­motoren. Diese gegenüber Kraftwerken kleinen Verbrennungs­motoren haben Wirkungsgrade von weniger als 30 Prozent. Gelingt im Straßenverkehr ein Ersatz durch elektrisch betriebene Fahrzeuge, so ist auch hier nur der Anteil an Nutz­energie (30 Prozent) durch erneuerbare Energieträger zu ersetzen. Bei einem Anteil von 40 Prozent am Primärenergieverbrauch von Mineralöl für den Transport wären somit überschlägig nur insgesamt etwa neun Prozent an elektrischer Energie für elektrisch betriebene Fahrzeuge aufzubringen. Diese Energiemenge muss bei einer kompletten Umstellung auf elektrische Antriebe zusätzlich durch die Stromnetze transportiert werden.

Bis zum Jahr 2040 steigt die Energie­nachfrage weltweit um den Faktor 1,5.

Thermische Kraftwerke und Verbrennungs­motoren sind die größten Abnehmer von Kohle und Mineralöl. Weitere Verbraucher sind Heizungen (Mineralöl und Kohle) sowie indus­trieller Bedarf etwa bei der Erzeugung von Stahl und Zement (Kohle). Auch in diesem Segment stehen Technologien zur Substitution zur Verfügung: Bei Heizungen lässt sich der Bedarf an fossiler Primärenergie durch beispielsweise Wärme­pumpen oder solarthermische Anlagen reduzieren. Insgesamt verfügen wir heute über Technologien, mit denen der Primär­­energiebedarf und somit die Verbrennung fossiler Brennstoffe deutlich reduziert werden kann.

Und wie steht es um die Zukunft des Energieträgers Gas? Gaskraftwerke beziehungsweise Gas- und Dampfkraftwerke haben im Energiemix der Zukunft deutlich bessere Aussichten: Sie erzielen wesentlich höhere Wirkungsgrade (über 60 Prozent) als konventionelle thermische Kraftwerke, da sich Gasturbinen bei erheblich höheren Temperaturen betreiben und Dampfturbinen nachlagern lassen. Ein weiterer Vorteil dieser Technologie: Auch in Sachen Betriebs­führung gelten Gaskraftwerke als die flexibelsten.

 

 

Stromnachfrage steigt

Rund 17 Prozent des weltweiten Energiebedarfs fließen heute als elektrische Energie durch die Netze. Etwa 37 Prozent davon sind bereits emissionsfrei. Für die Zukunft müssen Netzplaner neben unterschiedlichen Substitutions­szenarien für die konventionellen Energieträger auch noch Wachstums­szenarien berücksichtigen.

Denn der Energiehunger ist groß und viele Schwellen- und Entwicklungsländer haben hohen Nachholbedarf. Immer noch haben rund 650 Millionen Menschen weltweit keinen Zugang zur Elektrizität. So rechnen Fachleute mit einem Faktor 1,5 der heutigen Energie­nachfrage bis zum Jahr 2040. Daraus leitet die internationale Energieagentur (IEA) zwei Zukunfts­szenarien ab.

Die Strom­erzeugung aus Öl wird nahezu vollständig verschwinden, die aus Kohle um bis zu 80 Prozent reduziert.

In Summe wächst nach heutiger Planung der emissionsfreie Anteil an der elektrischen Energie­erzeugung bis 2040 auf 52 bis 79 Prozent, wobei die Strom­erzeugung insgesamt um einen Faktor 1,5 wächst. Gemessen an der heute installierten Basis ergibt sich weltweit folgende Entwicklung: Die Energie aus Kernkraft wächst um 0 bis 33 Prozent, die aus Wasserkraft um 50 bis 75 Prozent, die aus Wind um 400 bis 700 Prozent, die aus Solar­anlagen um 400 bis 700 Prozent und die aus sonstigen erneuerbaren Quellen um 100 bis 200 Prozent.

Die Strom­erzeugung aus Öl wird nahezu vollständig verschwinden, die aus Kohle um bis zu 80 Prozent reduziert. Und die aus Gas wird gemessen am heutigen Stand stabil bleiben oder je nach Szenario um bis zu 50 Prozent wachsen. Gas ist die vergleichsweise klima­­freundlichste fossile Energiequelle. Die Anlagen haben zudem das Potenzial zur Nutzung regenerativ erzeugten Gases und erfüllen damit eine Speicher- beziehungs­weise Pufferfunktion.


Zwei Szenarien für die elektrische Energie

Rund 17 Prozent des weltweiten Energiebedarfs fließen heute als elektrische Energie durch die Netze. Etwa 37 Prozent davon sind bereits emissionsfrei. Für die Zukunft müssen Netzplaner Substitutions­szenarien für die konventionellen Energieträger und Wachstums­szenarien berücksichtigen. Fachleute rechnen mit einer Steigerung der Energienachfrage bis zum Jahr 2040 um bis zu 50 Prozent. Daraus leitet die Internationale Energieagentur (IEA) zwei Zukunfts­szenarien ab.

Sie wollen weiterlesen?

Mit einer einmaligen Registrierung erhalten Sie Ihren Zugangscode für diese und alle künftigen Ausgaben der ONLOAD.