Wege zu nachhaltigen Energiesystemen technische, wirtschaftliche und politische Herausforderungen und Lösungen

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1 Aufbruch in ein neues Energie-Zeitalter Wie können wir unsere Energiezukunft nachhaltig gestalten? Wege zu nachhaltigen Energiesystemen technische, wirtschaftliche und politische Herausforderungen und Lösungen Univ.-Prof. DI Dr. Günther Brauner Der Weg zu nachhaltigen Energiesystemen ist vorgezeichnet: die Verknappung der fossilen Ressourcen durch die allgemeine industrielle und wirtschaftliche Entwicklung der Welt, die Emissionsbegrenzung zum Erreichen von Klimaschutzzielen und die Tendenz die Abhängigkeit von fossilen Importen zu mindern und damit die Versorgungssicherheit zu erhöhen sind die hauptsächlichen Ursachen in diese Richtung zu gehen. Derzeit sind etwa 25% der Menschheit insbesondere in den ländlichen Regionen noch ohne Elektrizitätsversorgung. Der allgemeine Zugang der Menschheit zu Energie wird die Nachfrage nach fossilen Ressourcen mit allen Nebenwirkungen dramatisch erhöhen, wenn nicht alternative Technologien rasch entwickelt und allgemein umgesetzt werden. Der Zugang zu Energie hilft auch bei der industriellen und sozialen Entwicklung und stellt langfristig ein Instrument zur Minderung der durch ungleiche Verteilung und Nutzung entstehenden wirtschaftlichen und sozialen Spannungen zwischen Regionen der Erde dar. Die Europäische Union geht tendenziell in diese Richtung, durch Effizienz- und Suffizienzsteigerung eine Minderung des eigenen Bedarfs und eine Umstellung auf nachhaltige Energien zu ermöglichen und hierdurch eine Vorbildwirkung zu erzielen. Sie hat mit dem Klimapaket until 2020 einen Ansatz zur Umsetzung aufgezeigt, indem bis zum Jahr 2020 die Emissionen um 20% vermindert, die nachhaltige Energie in der Endanwendung auf einen Anteil von 20% gesteigert und der Bedarf durch Effizienzsteigerung um 20% gesenkt wird.

2 Bei der Umsetzung haben die einzelnen Länder der EU hier unterschiedliche Ziele, entsprechend ihren Voraussetzungen und Möglichkeiten vorgegeben bekommen. Österreich muss beispielsweise seinen Anteil an erneuerbaren Energien (EE) im Endverbrauch bis zum Jahr 2020 auf 35% erhöhen und seine Emissionen auf minus 16 % verringern und in der Stromerzeugung sollen die EE einen Anteil über 70% erreichen. Deutschland hat vergleichsweise 18% EE und minus 14% Emissionsminderung vorgegeben. Österreich hat derzeit einen spezifischen Energiebedarf je Einwohner von etwa 125 GJ/a, Deutschland etwa 180 GJ/a und Nordamerika etwa 350 GJ/a. Dies kann in einen äquivalenten Dauerbedarf umgerechnet werden: Je Einwohner entspricht dies in Österreich einer Dauerleistung von 4 kw, in Deutschland von 6 kw und in Nordamerika von 11 kw. Würde die zukünftige Entwicklung des Energiebedarfs der Menschen dieser Erde gleich für alle sein und die Werte von Nordamerika erreichen, so würden die heute bekannten fossilen Vorräte bei 10 Mrd. Menschen im Jahr 2050 nur noch etwa 30 Jahre reichen. Die stärkere industrielle Entwicklung und die allgemeine Hebung des Wohlstandes in allen Regionen der Erde lässt daher eine nur auf fossilen Energien beruhende Energieversorgung zukünftig nicht mehr zu. Jede Region muss daher versuchen, mit dem ihr zur Verfügung stehenden Potenzial an regenerativen Energiequellen langfristig auszukommen. Die Umsetzung sollte sofort beginnen, da sie einige Jahrzehnte in Anspruch nehmen wird. Österreich hat sein hydraulisches Potenzial bereits zu 73 % ausgeschöpft, die Windenergie ist bereits zu 40% ausgeschöpft. Die Photovoltaik (PV) steht erst am Anfang ihrer Entwicklung. Auch wenn zukünftig 50% der Dach- und Fassadenflächen aller Gebäude in Österreich für PV genutzt werden, kann damit nur etwa ein Drittel des derzeitigen Elektrizitätsbedarfs gewonnen werden. Bei einem weiteren Wachstum des Strombedarfs von 2%/a werden in etwa 10 Jahren alle nachhaltigen 2

3 Potenziale von Wasserkraft, Wind und PV erschöpft sein und Österreich müsste dann zur fossilen Stromerzeugung mit allen Problemen der Beschaffung und des Klimaeinflusses zurückkehren. Österreich und Europa müssen sich daher in den nächsten Jahrzehnten von einer fossil orientierten Mehrbedarfsgesellschaft zu einer nachhaltig orientierten und sozialen Minderbedarfsgesellschaft umorientieren. Effizienz und Suffizienz sind dabei die wichtigsten Ziele, die Vorrang von der nachhaltigen Energieerzeugung haben. Im Bereich der Haushalte werden beispielsweise derzeit 30 bis 50% der Energie durch ineffiziente Hausgeräte, falsches Nutzerverhalten und Überausstattung mit weiter verwendeten Altgeräten verschwendet. Eine Umstellung könnte zu einer Einsparung von 10% des österreichischen Elektrizitätsbedarfs führen, ohne dass die Betroffenen dies in ihrem Lebensstil merklich spüren würden. Hierdurch würde gleichzeitig durch die Erneuerung der Geräteausstattung die industrielle Fertigung, der Handel und Vertrieb profitieren. Die Einsparungen im Haushalt wären ausreichend, um den suburbanen Nahverkehr vom Verbrennungsantrieb auf Elektroantrieb umzustellen. Damit wären emissionsfreie Regionen möglich und es könnte etwa 40% der derzeitigen Ölimporte eingespart werden. Diese Beispiele zeigen, dass in einigen Anwendungsbereichen mit wenig Aufwand viel erreicht werden kann. Die Umstellung der Energiesysteme auf nachhaltige Technologien hat langfristig erhebliche Auswirkungen auf die Infrastrukturen und kann daher nicht plötzlich erfolgen. Zukünftig wird die EE Vorrang vor den fossilen Erzeugungstechnologien haben. Insbesondere die weite Verbreitung der PV mit preiswerten Modulen steht unmittelbar bevor. In wenigen Jahren, wird die PV-Eigenerzeugung in den Kosten konkurrenzfähig zu den Haushaltsstrom-Bezugspreisen sein. 3

4 Neben PV stellen Windenergie und der Ausbau der Wasserkraft die hauptsächlichen Potenziale für die EE dar. Der Ausbau der EE ist aber auch mit neuen Umweltauswirkungen verbunden: Der Ausbau der Onshore- und Offshore-Windenergie erfordert stärker ausgebaute Übertragungsnetze, um die Windenergie zu den Ballungszentren transportieren zu können und einen Ausgleich zwischen den Regionen zu ermöglichen. Die Menschen müssen eine positive Einstellung zu Windrändern in der Landschaft entwickeln, wie dies zu Beginn der Neuzeit für die Windmühlen bereits war (Brueghel-Bilder). Windenergie und PV zeigen starke Fluktuationen in der Erzeugung. Für eine gleichmäßige und sichere Versorgung ist ein Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke erforderlich. Die Potenziale dafür sind in Europa aber beschränkt, so dass bei überwiegender EE nur kurze Perioden von wenigen Tagen überbrückt werden können. Die thermischen Kraftwerke werden in einer Übergangsperiode weiterhin als Backup-Versorgung benötigt, da sie genügend Kapazität auch für eine mehrwöchige oder monatliche Flaute in der Erzeugung von Wind und PV auffangen können. Außerdem werden sie im Winter für die Erzeugung von Fernwärme benötigt. Der Ausbau der EE ist mit einer starken Leistungsorientierung verbunden. PV hat nur etwa 800 Volllaststunden pro Jahr. Vergleichsweise hat die Wasserkraft etwa h/a und Windenergie h/a. Zur Erzeugung der gleichen Energiemenge wie aus Wasserkraft muss die 5,6-fache Leistung an PV oder die 2.5-fache Leistung an Windenergieanlagen installiert werden. Neben den zentralen Energieversorgungstechnologien, die aus hydraulischen und thermischen Kraftwerken, Übertragungsnetzen und Pumpspeichern bestehen werden die dezentralen Technologien sich stark verbreiten. Diese sind durch 4

5 energieaktive Siedlungen mit PV und Elektromobilität, smart grids und intelligente Verteilungsnetze gekennzeichnet. Ziel dieser Technologie ist, möglichst viel der Energie bereits dort zu verwenden, wo sie entsteht. Damit kann der Ausbau der großen Systeme moderater und umweltfreundlicher erfolgen. Insgesamt erscheint der Weg zur nachhaltigen Energieversorgung machbar, wobei eine Übergangsperiode von etwa 20 Jahren notwendig sein wird. Langfristig sind hiermit Ziele des Klimaschutzes und der Versorgungssicherheit miteinander zu verbinden. Die regenerative Energieversorgung ermöglicht einen Umstieg von einer Rohstofforientierten zu einer Technologieorientierten Energieversorgung. Langfristig sind damit auch green jobs verbunden, die zu einer Vollbeschäftigung im Zyklus vom Bau von Anlagen und Systemen, Betrieb, Wartung, Instandhaltung bis zum Recycling für die Wiederverwendung führen können. Aus einer Verunsicherung über stabile Preise der fossilen Energie, Beschaffung und Verteilung kann durch Umstieg auf nachhaltige Energie eine umweltfreundlichere und sozial sicherere Gesellschaft entstehen. Es gilt das gesprochene Wort! 5