Autarke Energieversorgung (1)

Seit Fukushima hat sich der Energiemarkt drastisch gewandelt. Seit der ENERGIEWENDE und mit dem neuen Bewusstsein Energie aus „ungefährlichen“ und alternativen Energiequellen zu gewinnen, hat es große Innovationen gegeben. Mit der Exkommunikation der fossilen Brennstoffe wurden Chancen und Probleme klarer, wie systemisch erneuerbare Energien zu autarken Energieversorgung beitragen können. Die Bewegung führte mehr und mehr zu dezentraler Energieversorgung. Einmal durch die Abkehr von Diesel & Co und auf der anderen Seite geprägt durch den Wunsch preislich unabhängig von den großen Stromversorgern zu werden.

Erneuerbare Energien sind ein Geschäftsmodell geworden. Allerdings sind auch (mehr oder minder) unvorhergesehene Probleme eingetroffen. Durch die Schwankungen in der Bereitstellung von Energie – Wind und Sonne als bekanntestes Beispiel – stellte sich zunächst die Herausforderung bezüglich der Netzstabilität. Gaskraftwerke sollten das richten. Aber zunehmend wurden die teuren Anlagen stillgelegt, da durch die größer werdende Bandbreite an Technologien die Netzversorgung nur noch an wenigen Tagen im Jahr zusätzliche Einspeisung erforderte. Gaskraftwerke, die einmal im Monat kurze Versorgungslücken innerhalb von Minuten schließen könnten, sind unrentabel geworden.

Mit zunehmender „Energieversorgungsdichte“ aus Erneuerbaren – an einem windigen und sonnigen Sonntag – und auch Überproduktion kam nun mehr und mehr die Notwendigkeit neben autarker Energieversorgung diese Energiemengen irgendwo mit möglichst wenig Verlusten zu speichern. Inzwischen ist es, neben den klassischen Speicherformen (z.B. Pumpspeicherwerke) möglich, aus dem erzeugten Strom Gas zu generieren und in das städtische Gasversorgungsnetz einzuspeisen. Bei Bedarf wird daraus wieder Strom erzeugt, mit Verlusten von vielleicht 30%. Sonnenenergie kann zur Erhitzung von technischen Ölen bis zu 900°C genutzt werden und direkt oder indirekt zur Dampferzeugung genutzt werden. Inzwischen sind Feststoffspeicher für Wärme/Kälte auf dem Markt bzw. in der halbtechnischen Erprobung. Tausende von Patenten sind seither angemeldet worden: Superkondensatoren als Kurzzeitspeicher, Gravitationsspeicher, Redox-Flow-Batterien und Vieles mehr, auf das im Einzelnen in weiteren Blogs eingegangen werden soll. Alles mit dem Ziel eine autarke und auch stabile Energieversorgung sicherzustellen. Das bedingt politischen Willen, Finanzkraft, Innovation, Aus- und Weiterbildung und „die richtige Motivation“.

Die gelebte Energiewende ist in Deutschland (fast) zur Selbstverständlichkeit geworden. Auf vielen Dächern sehen wir Photovoltaik-Anlagen, große Anlagen finden sich auf stillgelegten Feldern. Allein diese Anlagen haben eine installierte Leistung von ca. 42 GW im Jahr 2016. Im Vergleich dazu hat ein Kernkraftwerk etwa 2 GW Leistung und derzeit (2016) sind „nur“ noch 11,3 GW in Betrieb. Auch wenn der Zubau an Erneuerbaren Energien diesen „Verlust“ spielend decken kann – dazu kommt ja das schrittweise Zurückfahren der Energiegewinnung aus Kohle und anderen fossilen Energieträgern – bleibt trotzdem die Frage der Netzstabilität und der Autarkie. Für beides braucht man geeignete Speicher, die möglichst billig sind, große Energiemengen schnell speichern und wieder abgeben können. Das betrifft einzelne Haushalte, wie auch die Industrie. Und an alle Speichersysteme müssen unterschiedlichen Anforderungen genügen. Die Herausforderung an neue Speichersysteme bestehen weltweit – die fieberhafte Suche nach ihnen auch.

Die bekanntesten Energiespeicher sind zunächst Batterien. Auch von denen gibt es bereits die verschiedensten Varianten – vom Blei Akku bis zu hochmodernen vanadium- oder lithiumbasierten Akkumulatoren. Sie unterscheiden sich von ihrer Lebensdauer (Ladezyklen) wie auch durch ihr Gewicht oder Volumen und nicht zuletzt durch den Einsatz giftiger oder gefährlicher Stoffe. Da kommen eben Blei, Vanadium, Lithium und Säuren zum Einsatz. Ganz zu schweigen davon, dass Batterien stark temperaturabhängig sind oder auch explodieren und abbrennen können.

Bleiakkus können bei niedrigen Preisen aber lediglich etwa 50% ihrer installierten Kapazität nutzen, während der Nutzungsgrad bei den höherpreisigen Lithiu-Ionen-Akkus schon bei 90% liegt.

Wie könnte nun ein völlig autarkes Stromversorgungssystem aussehen? Zunächst einmal in einem deutschen Haushalt, ein Einfamilienhaus mit einer 4-köpfigen Familie. Der Bedarf an Energie beträgt etwa 4.500 kWh/ Jahr (Kosten ca.1.200 €/Jahr). Um diesen Energiebedarf zu decken, müssten wir je nach Lage und Sonneneinstrahlung, Dachausrichtung und Neigung etwa 6-8 kWp benötigen. Das entspricht ganz grob einer Fläche von 60 – 80 m² – möglichst unverschattet. Die durchschnittlichen Preise sind seit 2007 von 4.500€/kWp auf 1.400€/kWp gefallen. Für durchschnittlich 7kWp müssten wir also mit Fertigstellungskosten von 9.800 € rechnen. Dazu kommen aber nun noch die Kosten für den Energiespeicher. Durchschnittlich werden proTag 12 kWh benötigt. Mit einem 30%igen „Autarkiezuschlag“ und einem Preis von 1.500 €/kWh müssen wir also etwa 24.000 € rechnen. Somit liegen wir, gut gerechnet, bei etwa 30 – 35.000 € für eine Anlage. Somit brauchen wir also mehr als 20 Jahre, damit sich die Investition bezahlt gemacht hat. Und nun die schlechte Nachricht. Eine wirkliche Autarkie gibt es damit auch nicht. Das ist schon der Tatsache geschuldet, das 4 Wochen im Jahr durchgängig niemand im Haus ist. Also sollte der öffentliche Stromanschluss erhalten bleiben, der Überschuss zu einem möglichen kleinen Preis an den Stromlieferanten verkauft werden. Auch bei Defekten ist dies ja sinnvoll. Und natürlich sind das hier alles Mittelwerte. Aber selbst im Juli haben wir im Durchschnitt 10 Regentage. Die müssten überbrückt werden und die Energiespeicher ins „Unermessliche“ dimensioniert werden.

In Deutschland werden also bestenfalls Selbstversorgungsraten von 65% erreicht. Alles andere deckt noch nicht die Kosten und ist unwirtschaftlich. Und nun die gute Nachricht. Mit den steigenden Strompreisen und einer jährlichen Degression der Speicherkosten werden Anlagen mit PV-Speichersystemen gerade jetzt wirtschaftlich. Im Jahr 2020 kann man dann mit Eigen-Stromkosten von 0,24€/kWh rechnen. Und vielleicht geht es auch noch ein Stück tiefer.

Da dies aber noch nicht so ist, gibt es zahlreiche Fördermöglichkeiten, günstige Kredite und Steuervergünstigungen. Weltweit ist das nicht so, da müssen wir auch noch eine gute Weile warten. Großspeicher liegen jetzt schon unter 500€/kWh und da lassen noch einige Überraschungen auf sich warten.

Quelle graphische Darstellung: © Büro F – Stephan Franz

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