100% erneuerbare Energien (3)



Ergänzungen Anfang 2022: 
Neufassung
Auch dieses 3. Kapitel beschäftigt sich - wie die beiden vorhergehenden - mit der Frage, welche Konsequenzen der Umstieg auf eine Energieversorgung mit ausschließlich erneuerbaren Energien hätte. Diese Frage wurde in den Kapiteln 2.5 und 2.6 mehr global behandelt, und zwar mithilfe mathematischer Modelle, welche die jetzige Situation in die Zukunft projizieren. In diesem Kapitel geht es um die nationale, d.h. deutsche Situation, und die Grundlage bilden diesmal Fakten.
Die Frage, die untersucht werden soll, lautet:

Wird die Energieeffizienz der erneuerbaren Energien in Deutschland (e_e) groß genug sein, um unseren Wohlstand in der Zukunft zu steigern (oder mindestens zu halten), wenn diese Energien den größten Teil unserer Energieversorgung übernehmen werden?

Dass Energie, über die Energieeffizienz, die Grundlage für den deutschen Wohlstand bildet, habe ich ausführlich in Kapitel 2.3 dargelegt. Wir sind in dieser Hinsicht seit der Vereinigung Deutschlands recht erfolgreich gewesen:

Der deutsche Wohlstand, gemessen am nationalen Bruttoinlandprodukt (BIP) pro Einwoher, hat stetigzugenommen und diese Zunahme war verbunden  mit der Zunahme der  Energieeffizienz e_e
(siehe hier und hier).

Aus einer Linearisierung der jährlichen Zunahme des BIP (siehe Abbildung unten links) ergibt sich, dass etwa alle 25 a das deutsche Bruttoinlandprodukt um 1 ca. Bio US$ gewachsen ist und im Jahr 2035 einen Wert von ca. 5.3 Bio US$ erreichen sollte. Dagegen hat der deutsche Primärenergiebedarf (PEB) während dieser Zeit stetig abgenommen (siehe energie3). Bis  zum Jahr 2020 wurde der PEB überwiegend mithilfe fossiler Energieträger gedeckt und der Anteil der elektrischen Energie am PEB war immer kleiner als 20% (siehe energie3). Was sagen diese Fakten über unsere Zukunft aus?
Dass der Wohlstand in Deutschland so hoch ist, kommt nicht von ungefähr: Die Voraussetzung ist, dass die Energieeffizienz (e_e) wesentlich größer ist als der Preis, den man für Energie zahlen muss (e_p). Das Verhältnis = e_e/e_p habe ich hier als Effizienzfaktor definiert, der einen Grenzwert lim = 5 nicht unterschreiten sollte, falls unser Wohlstand auch weiterhin gewährleistet sein soll. Lässt sich diese Bedingung auch mit erneuerbaren Energie erfüllen?

Erneuerbare Energien werden primär in elektrische Energie gewandelt. Die deutschen Stromkosten sind seit 2000 stetig gestiegen, dem Jahr, in dem das EEG in Kraft trat, mit dessen Hilfe Strom aus erneuerbaren Energien Vorrang genießt und staatlich subventioniert wird. Und es ist naheliegend, dass diese Entwicklung einen Einfluss auf unseren Wohlstand haben muss! In der Abbildung unten rechts ist diese Entwicklung der deutsche Strompreise gezeigt, und zwar einmal für die privaten Haushalte, und dann für die Industrie mit einem hohen Strombedarf. Dass die Preise für Privatkunden fast dreimal höher sind als die für die Industrie , ist ein erster Hinweis darauf, dass sich die Bundesregierung durchaus bewusst war, welchen Einfluss der Strompreis auf die Leistungsfähigkeit der Industrie hat.

In der Abbildung werden diese Preise verglichen mit der Effizienz erneuerbare Energien e_e. Die Effizienzwerte wurden berechnet mithilfe neuerer Daten, welche die Wertschöpfung erneuerbarer Energien als Teil des nationalen Bruttoinlandprodukts zeigen (siehe auch hier).


Die Entwicklung des  deutschen BIP von 1990 bis 2020 (rot). Die lineare Anpassung an diese Daten ist gestrichelt gezeichnet.

Der einzige Rückgang des BIP erfolgte in den Jahren 2009 während der Finanzkrise und 2020 während der Coronakrise.
Die Entwicklung der deutschen Strompreise (private Haushalte und Industrie, linke Skala) und die Entwicklung der Effizienz e_e der erneuerbaren Energien (rechte Skala). Man beachte die verschiedenen Skalen links und rechts  und vergleiche mit der Abbildung in Kap. 2.6.

Anhand der Abbildung oben rechts erkennt man:
  • Zwar hat die Wertschöpfung von 2000 - 2020 stark zugenommen, aber eben auch die Preise mit dem Resultat, dass die Bedingung > lim zu keiner Zeit erfüllt war, sondern dramatisch unterschritten wurde.
Was sind die Gründe für dieses Unvermögen?

Die erneuerbare Energien verursachen zwar kein Treibstoffkosten ("die Sonne schickt keine Rechnung")1), aber die Investitionskosten und besonders die Betriebskosten sind sehr hoch, wenn eine 265/24/60 Versorgung mit Energie garantiert werden muss. Zur Zeit müssen fossile Energieträger immer noch die Energielücke füllen, welche die erneuerbaren Energieträger öffnen, weil die Sonne nicht scheint (immer nachts!) oder Windstille/Orkan herrscht.  Und an dieser Situation wird sich auch in baldiger Zukunft nichts ändern, denn es existieren keine preisgünstigen und effizienten Speicherverfahren für Energie, mit deren Hilfe die obige Bedingung erfüllt werden könnte.

Das Fazit dieses Kapitels lautet daher:
  • Ich halte es nicht für möglich, dass eine Energieversorgung auf der Basis von erneuerbaren Energien allein unter heutigen Bedingungen zu einer Steigerung des deutschen Wohlstands führen wird, eher wird das Gegenteil der Fall sein:  Wir werden alle an Wohlstand verlieren.
1) Eine Aussage, erstmals gemacht vom Fernsehmoderator F. Alt, aber immer dann widerlegt, wenn die Strompreise in Deutschland wieder einmal erhöht werden.