RL-Rational

Gott hat uns den Verstand gegeben, aber nicht verboten ihn zu benutzen!

Die Deutsche Energiewende

In einem sehr umfangreichen, physikalisch und technisch korrekten Artikel, der dennoch auch für Nicht-Techniker leicht zu verstehen ist, hat Prof. Hans-Joachim Lüdecke die Wünsche, Grenzen und Möglichkeiten der Deutschen Energiewende zu den „Erneuerbaren“ Energien dargestellt.

https://www.eike-klima-energie.eu/2019/05/10/warum-die-energiewende-ein-totes-pferd-ist-und-der-spiegel-unsinn-schreibt/

(Bemerkung Rainer Link:

In diesem Zusammenhang möchte ich auf ein Essay von Prof. Fritz Vahrenholt in der Weltwoche hinweisen, das ebenso sehr lesenswert ist.

https://www.weltwoche.ch/ausgaben/2019-20/artikel-567117/das-4600-milliarden-fiasko-die-weltwoche-ausgabe-20-2019.html

Dieses Essay bezieht sich auf eine Studie „Energiesysteme der Zukunft“ der Union der Deutschen Akademien der Wissenschaften.

https://energiesysteme-zukunft.de/fileadmin/user–upload/Publikationen/pdf/ESYS–Analyse–Sektorkopplung.pdf

Unter anderem kann man hier nachlesen, dass z. B. eine CO2 Minderung um 85-90% bis 2050 in Deutschland die hübsche Summe von 4.500 Milliarden € kostet oder auf die deutschen Haushalte verteilt für jeden 320 €/Monat.

Für die Rettung der Erde sollte dies allerdings kein Thema sein, sofern nach der Deindustrialisierung Deutschlands noch genügend Menschen hinreichend viel verdienen.)

Zurück zum Artikel von Prof. Lüdecke. Die Abhandlung ist auf 10 Seiten in ebenso viele Kapitel aufgeteilt.

Ein Teil der Überschrift lautet: Warum die Energiewende ein totes Pferd ist…!

Das erinnert mich an den Spruch der Amerikanischen Indianer:

Wenn Du ein totes Pferd reitest, steig ab!

Nach den Ausführungen von Prof. Lüdecke, sollte man dies unbedingt befolgen, denn wie bekannt ist, gilt:

„It´s Physics, Stupid“

Oder frei übersetzt:

„Es ist eben Physik, Du Dummkopf“

Damit man nicht den ganzen Artikel lesen muss, obwohl es sich lohnt, habe ich in einer Zusammenfassung einige Kapitel der Arbeit in auszugsweisen Zitaten mit den entsprechenden Nummerierungen dargestellt.

 

  1. Die deutsche Energiewende

Die Bundesregierung plante ursprünglich, bis zum Jahr 2050 gegenüber 2008 den Stromverbrauch um 25% zu senken, den Anteil an erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch auf 80% zu erhöhen, die Treibhausgasemissionen um 80 bis 95% zu verringern und die Zahl der Elektroautos auf 6 Millionen zu steigern…. Elektrische Energie machte 2017 etwa 1/6 der deutschen Primärenergie aus. ….Das Stromnetz selber ist kein Speichermedium. Ohne Speicherung muss Strom zum Zeitpunkt seiner Erzeugung sofort verbraucht werden.

Bemerkung Rainer Link:

Annalena Baerbock, Bundesvorsitzender der Partei „Die Grünen“, glaubt, die elektrische Energie wird in den Stromleitungen gespeichert!

It´sPhysics, Stupid!

Die Energiewende hat mit erheblichen Problemen zu kämpfen. Trotz im Jahre 2017 über 28.000 installierter Windturbinen, deren Nennleistung bereits alle ehemaligen deutschen Kernkraftwerke übertrifft, macht verbrauchter Windstrom dennoch nur etwa 3% der deutschen Primärenergie aus, Sonnenstrom und Strom aus Biomasse jeweils etwa 1%….

Deutschland hat heute die höchsten Strompreise Europas.

 

  1. Energie im Verlauf der Menschheitsgeschichte

…..

  1. Der entscheidende Begriff der Leistungsdichte

Der russische Eisbrecher Arktika wird von zwei kleinen Kernreaktoren an Bord mit einer Gesamtleistung von 55 MW angetrieben. Wollte man die Arktika mit Photovoltaik anstatt mit Uran betreiben, wären rechnerisch 5,5 Quadratkilometer Photovoltaik-Fläche erforderlich, die etwa 10 W Leistung pro m2 Solarpanelenfläche liefert. Mit Windstrom an Stelle von Uran wären 42 Windturbinen des Typs Enercon E 126 erforderlich, jede 198 m hoch und mit einer realen Leistung von 1,3 MW…. Die Frage nach den Gründen für den extrem hohen Aufwand der beide „Erneuerbaren“ Wind und Sonne für den Antrieb der Arktika beantwortet die Leistungsdichte

Leistungsdichte = Leistung / Fläche (1) oder

Leistung = Leistungsdichte x Fläche (2)

… Tabelle 1 zeigt Grobwerte von Leistungsdichten….

Tabelle 1: Leistungsdichten unterschiedlicher Methoden zur Erzeugung von elektrischem Strom, angegeben in W/m2 des Endprodukts  elektrische Energie unter Einbeziehung der jeweiligen Methoden-Wirkungsgrade.

…Neben der Leistungsdichte ist auch die Energiedichte als Energie pro Volumen oder pro Gewicht eine maßgebende Größe. Das Reichweiteproblem von Elektroautos wird mit ihr verständlich. Benzin hat nach Abzug der Wirkungsgradverluste eine Energiedichte von rund 4 kWh/kg, ein Lithium-Ionen- Akku dagegen von 0,18 kWh/kg. Ein Elektroauto muss daher grob das 4/0,18 = 22-fache Treibstoffgewicht eines Benzinautos mit sich führen. Da heute etwa 71% der Güter in Deutschland oft über weite Strecken und mit engen Zeitvorgaben auf der Straße transportiert werden, ist zumindest eine Umwandlung von LkW-Antrieben auf Strom unrealistisch. Hier sind nicht nur das zusätzlich zu transportierende Treibstoffgewicht in Form von Akkus sondern auch die langen Ladezeiten der Batterien die maßgeblichen Hinderungsgründe. Elektroautos sind nur für Innenstadt und Golfplatz sinnvoll.

 

  1. Die entscheidenden Nachteile zu kleiner Leistungsdichte

Bei zu kleiner Leistungsdichte sind sehr große Wirkflächen der betreffenden Methoden erforderlich. Dementsprechend steigt der Aufwand an Energie, Material und Kosten bei Bau und Betrieb, denn diese Wirkflächen müssen mit Technik zugebaut werden. Die folgenden Daten der Großwindanlage Enercon E 126 liefern ein stellvertretendes Beispiel: 198 m Gesamthöhe, überstrichene Propellerfläche 12470 m2 = 1,247 ha, Gewicht 3460 t plus 3500 t Stahlbetonfundament. Drei E 126 haben somit das Gesamtgewicht aller  300 Leopard2 – Panzer von je 68 t der deutschen Bundeswehr. Trotz 7,5 MW Nennleistung liefert die E 126 im bundesdeutschen Orts- und Jahres-Mittel aber nur 1,3 MW elektrische Leistung. Dies entspricht grob 7 Automotoren von je 200 kW.

…Neben der geringen Leistungsdichte des Windes gibt es weitere methodenspezifische Gründe für die erstaunlich geringe Leistungsausbeute aus Wind, die im Abschnitt 9. näher erläutert werden. Man müsste schon mehr als100 km Windturbinen  hintereinanderstellen, um die gleiche jahresgemittelte Leistung wie ein einziges großes Kohle- oder Kernkraftwerk zu erzielen. …..

 

  1. Der Erntefaktor als Maß für Energieeffizienz

Der Erntefaktor, englisch ERoEI (Energy Returned to Energy Invested), quantifiziert die bisherigen Ausführungen. Vereinfacht ausgedrückt ist er das Verhältnis der gesamten, während der Lebenszeit einer Methode zur Stromerzeugung erzeugten elektrischen Energie zur derjenigen Energie, die für ihren Betrieb selber aufgewendet werden musste, inklusive des erforderlichen Energieaufwands, um die benötigen Brennstoffe zu fördern und bereitzustellen.

…..

Im Jahre 2012 wurde über den ERoEI eine grundlegende Studie publiziert, auf die sich die Aussagen des vorliegenden Beitrags stützen. Neben der Bedingung ERoEI > 1 gibt es noch die Forderung ERoEI > 7, denn unterhalb von 7 ist eine Methode volkswirtschaftlich nicht mehr sinnvoll….

Bild 2: Erntefaktoren für Methoden der Stromerzeugung gepuffert, d.h. der Fluktuationsausgleich von Sonne und Wind ist berücksichtigt. Sonne, Energiemais (Biomasse) und Wind liegen unter der ökonomischen Schwelle von OECD-Ländern.

 

  1. Leistungsdichte bezogen auf Landschaftsfläche

Zur Angabe einer Leistungsdichte gehört die Spezifizierung der Fläche. Für Windturbinen im deutschen Jahres- und Ortsschnitt und ihre Installation in Windparks“ beträgt die Leistungsdichte bezogen auf Landschaftsfläche etwa 1 W/m2.… die zur heutigen Installation an Windrädern gehörige rechnerische Fläche entspricht etwa der Fläche Bayerns. In diesem Zusammenhang ist von Interesse, wie weit ein zukünftiger Windradausbau überhaupt noch gesetzlich zulässig ist. Die entscheidende Größe ist hier der minimale zulässige Abstand eines Windrads zur nächsten Wohnsiedlung. Windräder erzeugen Infraschall, dessen gesundheitsschädigende Wirkung durch wissenschaftliche Untersuchungen belegt ist. Die heute gründlichste Studie über gesundheitsschädliche Auswirkungen von Infraschall auf den Menschen wurde in Zusammenarbeit der Charité Berlin mit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt PTT Braunschweig und zwei Hamburger Universitätskliniken erstellt. Die Quellenangaben dieser Studie liefern überdies einen guten Überblick zum heutigen wissenschaftlichen Kenntnisstand.

Wegen Infraschall ist inzwischen in Bayern der Mindestabstand 10 H vorgeschrieben, das bedeutet die zehnfache Gesamthöhe des betreffenden Windrads. Aus der Grafik Abb. 12 auf S. 38 einer Studie des Bundesumweltamts geht hervor, dass bei 2000 m Mindestabstand (dies entspricht 10 H bei 200 m hohen Windrädern) nur noch maximal 0,4% der bundesdeutschen Bodenfläche für den weiteren Windradausbau nutzbar ist. Ausgeschlossene Sondergebiete sind dabei nicht berücksichtig, so dass sich der reale Wert noch etwas verringert.

Der Ausbauplan der Bundesregierung für Windenergie erscheint daher unrealistisch.

 

  1. Die Fluktuation von Wind- und Sonnenstrom

Der zweite Fundamentalmangel von Wind- und Sonnenstrom ist besser bekannt und wird bereits von den Medien thematisiert. Er ist seine Wetterabhängigkeit. Zufallsstrom kann ohne weitere Maßnahmen nicht in das Stromnetz eingespeist werden. Die gelegentlich geäußerte Annahme, dass ein europaweiter Windradverbund für Glättung sorgen würde, hat eine ausführliche VGB-Studie widerlegt. Das gemessene Minimum dieser Studie an geliefertem Windstrom beträgt nur 4% der europaweit installierten Windrad-Nennleistung. Wörtlich heißt es in der VGB-Studie: „Windenergie trägt damit praktisch nicht zurVersorgungssicherheit bei und erfordert 100 % planbare Backup-Systeme nachheutigem Stand der Technik.“ Diese Backup-Systeme sind heute schnell reagierende Gaskraftwerke (GuD). Diskussionswürdige Stromspeicherlösungen sind nicht in Sicht. Man muss daher für Wind- und Sonnenstrom ein gleichstarkes fossiles Backup-System installieren, welches die Gesamtkosten dieser „Erneuerbaren“ zumindest verdoppelt…

 Man benötigt also für Windräder und Photovoltaik noch einmal etwa die gleiche Leistung an fossilen Ersatz-Kraftwerken, denn schließlich ist die Lücke zu füllen, wenn Wind und Sonne fehlen…

 

  1. Photovoltaik in Ländern starker Insolation

……..

 

  1. Weitere Gründe für die unzureichende Leistung von Wind und Sonne

…….

 

  1. Eine grundsätzliche Sicherheitsgrenze für Wetter-Fluktuationsstrom

Die bisher geschilderten technischen und wirtschaftlichen Begrenzungen für die „Erneuerbaren“ Wind und Sonne sind zwar prinzipiell keine unüberwindbaren Hürden für ihren weiteren Ausbau, falls man auf Kosten, Naturschutz, Landschaftsschutz und den Gesundheitsschutz von Windradanrainern (Infraschall) keine Rücksichten nimmt. Es existiert allerdings eine Grenze seitens der Netzsicherheit. Grund dafür sind Netzschwankungen auf Grund der unsicheren Stromerzeugung  durch die „Erneuerbaren“ im Bereich von Sekundenbruchteilen bis zu wenigen Sekunden, die zum Zusammenbruch des gesamten Netzes führen können.

…Auch eine Untersuchung der vier großen Netzbetreiber 50Hertz, Amprion, Tennet und TransnetBW geht auf diese Zusammenhänge ein. Der erforderliche Anteil von Grundlastkraftwerken hängt von der aktuellen Netzstruktur und ferner davon ab, welches Blackout-Risiko man noch toleriert. Die vorgenannte Publikation gibt eine Mindestleistung von 20 GW für den Regelblock Deutschland an. Mit den momentan vorhandenen Grundlastkraftwerken wäre damit die erforderliche Sicherheit noch gegeben. Dies wird sich aber mit zunehmendem Windradausbau, dem gesetzlichen Abschalten weiterer Kernkraftwerke sowie durch die aktuell diskutierte Abschaltung von Kohlekraftwerken in Richtung größerer Instabilität und immer höherer Black-Out-Gefahr ändern.

 

Bemerkung Rainer Link:

Stunden, Tage oder gar wochenlanger Ausfall des Stromes (Black Out) in Regionen Deutschlands ergibt Zustände, die man sich bestimmt nicht wünschen oder gar vorstellen möchte.

Wie gesagt:

It´s Physics, Stupid!!!

PDF:

Die Deutsche Energiewende

 

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