NAEB: Grunddaten der Energieversorgung

Viele Angaben in den Medien zur Energieversorgung sind physikalisch und wirtschaftlich nicht korrekt. Sie führen zu falschen Folgerungen. Hier sollen die Grundlagen der Energie definiert werden. So können fehlerhafte oder gar falsche Darstellungen vermieden werden.

Energie und Leistung werden oft gleichgesetzt oder gar verwechselt. Dann kommt es schnell zu falschen Folgerungen. Leistung ist ein Energieangebot, zum Beispiel ein Automotor. Erst wenn wir ihn einschalten, liefert er Energie zum Fahren. Hat er eine hohe Leistung, dann liefert er pro Sekunde viel Energie und beschleunigt das Auto stärker. Leistung ist Energie/Sekunde. Die physikalische Einheit ist Kraft x Weg /Sekunde (1 Nm/s). Ein Newton (N) ist die Gewichtskraft von rund 0,1 kg. Die mechanische Leistung 1 Nm/s ist gleich der elektrischen Leistung 1Watt (W).

Deutschland hat einen Leistungsbedarf zwischen 40 und 85 GW, aktuell liegt in diesen kalten Tagen, wo früher eine Leistung von 85 GW abgefordert wurde, die Anforderung knapp über 50 GW – Ursache ist wohl der wirtschaftliche Zusammenbruch.

Die nicht planbare Leistung der Wind- und Solaranlagen schwankt zwischen 0 % und 70 %. Die mittlere Jahresleistung der Windanlagen liegt bei 20 % der installierten Leistung. Die Solaranlagen erreichen nur 10 %. Es ist falsch, die installierten Leistungen von den wetterabhängigen Wind- und Solaranlagen (Fakepower) mit den Leistungen der plan- und regelbaren Kohle-, Gas- und Kernkraftwerke gleich zu setzen, weil sie die bedarfsgerechte Leistung nicht liefern können.

Hinzu kommt, dass ihre mittlere Leistung deutlich geringer ist. Bei nächtlicher Windstille (Dunkelflaute) müssen die Kraftwerke die gesamte Leistung bringen. Fakepower, also Wind- und Solarstrom, kann kein einziges Kraftwerk ersetzen. Insofern muss also ein redundanter Kraftwerkspark vorgehalten mit hohen Fixkosten, die umso länger ungenutzt sind, je mehr Fakepower-Anlagen installiert sind.

Ein Grundgesetz der Physik ist: Die Summe der Energien ist konstant. Energie kann nur in andere Energieformen umgewandelt werden. Zum Beispiel: Wärme in Strom (Kraftwerk) oder Strom in Arbeit (Elektromotor). Die Umwandlung ist nie vollständig. Von der eingesetzten Energie wird ein Teil als Wärme oder Strahlung an die Umgebung abgegeben. Die umgewandelte Energie geteilt durch die Ausgangsenergie ist der Wirkungsgrad. Er wird meistens in Prozent angegeben und ist ein Maß für die Umwandlungsverluste.

Zusätzliche Energie wird nur durch Atomzerfall oder Fusion erzeugt. Hier wird Masse in Energie umgewandelt. Albert Einstein hat dafür die Formel gefunden:

Energie = Masse x Lichtgeschwindigkeit² (E = m . c²) 

Aus einem Kilogramm Masse werden 25 Milliarden kWh Energie, genug für den Jahresbetrieb eines Kernkraftwerkes. Von den Brennstäben in Kernkraftwerken wird nur eine winzige Masse umgewandelt. Ihr Energieinhalt liegt bei 1 Million kWh/kg. Mit dieser Energiemenge können 5 Autos jeweils 300.000 km fahren.

Energie muss bedarfsgerecht zum Verbraucher gebracht werden. Elektrische Energie kann einfach durch dünne Kabel geleitet werden, wenn der Verbraucher stationär ist. Mobile Verbraucher, also Autos, Schiffe, Flugzeuge usw. müssen ihre Betriebsenergie mitführen. Sie brauchen leichte Energieträger mit geringem Volumen und hoher Energiedichte. Diese Forderung ist nicht einfach zu erfüllen, wie die nachstehende Tabelle zeigt.

Die fossilen Brennstoffe Kohle, Erdöl und Erdgas erfüllen die Anforderungen am besten. Erdgas mit seinem großen Volumen schafft jedoch einige Probleme. Es muss verdichtet in Druckbehältern gelagert und mitgeführt werden. Als Autoantrieb hat es ein Nischendasein.

Brennstäbe wären die optimalen Energieträger für mobile Anwendungen, wenn es gelingt, kleine Mengen davon direkt in Strom umzuwandeln. Forschungen in diese Richtung sind aber politisch unerwünscht. Die Kernforschungsanlagen in Jülich und Karlsruhe wurden weitgehend stillgelegt. Lehrstühle für Kernphysik wurden nicht wieder besetzt, wenn der Stelleninhaber ausschied. Heute hat Deutschland kaum noch Fachleute für Kernphysik, dafür aber mehr als 100 Gender-Lehrstühle.

Batterien sind für eine mobile Stromversorgung ungünstig. Ihre Energiedichte ist gering, sie sind schwer, teuer, brauchen lange Ladezeiten und verlieren Speicherkapazität mit jeder Aufladung. Smartphone-Besitzer kennen dies. Deutlich wird es bei Elektroautos. Schnellladestationen liefern 100 kW. In 1,2 Stunden hat die 400 kg schwere Batterie 120 kWh „getankt“ (0,59 Euro/kWh) und kann damit 400 Kilometer fahren. Mit 30 Liter Treibstoff (1,70 Euro/Liter), die in einer Minute getankt werden, legt ein „Verbrenner“ die gleiche Strecke zurück. Die Tankleistung ist 70-mal höher, also 7.000 KW. Und der Treibstoff ist preiswerter!

Die Investitionskosten richten sich nach der Leistung. Für Strom gelten folgende Richtwerte:

Nach diesen Grunddaten mag jeder selbst entscheiden, ob solche Aussagen fundiert sind, die immer wieder von Politikern und Medien wiederholt werden:

• 1. Windkraftanlagen oder Solarzellen können eine definierte Zahl von Haushalten versorgen.

• 2. Wind- und Solarstrom sind kostengünstiger als Kraftwerkstrom.

• 3. Windkraftanlagen mit einer installierten Leistung von 1.000 Megawatt ersetzen ein Kernkraftwerk oder ein großes Kohlekraftwerk.

• 4. Deutschland soll klimaneutral werden, also ohne Strom aus konventionellen Kraftwerken.

• 5. Strom aus Wind und Sonne ist gleichwertig mit konventionellem Strom.

• 6. Atomstrom verstopft die Leitungen für „grünen“ Strom.

• 7. Mit Stromspeichern ist eine Vollversorgung Deutschlands mit „grünen“ Strom möglich und preiswerter.