Sektorkopplung – Energiewende – nur noch halb soviel Energie wird gebraucht

Sektorkopplung – Energiewende – nur noch halb soviel Energie wird gebraucht

Last Updated 1. November 2021

Primärenergie, was ist das?

“Mercy-014 der kleine Trick mit der Primärenergie” heißt unser heutiges Lord have Mercy, in dem wir mal wieder einen Aufreger zeigen und entlarven. Es geht um Primärenergie – Primärenergieverbrauch – Primärenergiebedarf – Sektorkopplung.

Sektorkopplung – Energiewende, nur noch halb soviel Energie wird gebraucht, und das ist kein Trick.

Sehr wenige wissen das, für unseren Energieverbrauch ist die Energiewende eine gigantische Energiesparmaßnahme. Klingt nach Verzicht, ist es aber nicht. Also los gehts mit der Erklärung. 

Sektorkopplung

Primärenergieverbrauch 2017 BMWI - Sektorkopplung wird weggelassen
Grafik 1 Primärenergieverbrauch 2017 BMWI – Die Sektorkopplung wird weggelassen

In vielen Veröffentlichungen hören wir, dass der Anteil an erneuerbaren Energien im Vergleich zur Primärenergie nicht sehr hoch ist und wir noch viel aufholen müssen. Die einen verwenden das Argument, um zu zeigen, dass der Ausbau der Erneuerbaren dringend beschleunigt werden muss, was ja auf jeden Fall richtig ist. Die anderen sagen, der Weg ist noch unglaublich weit und Grüne Spinner haben keine Vorstellung davon. Wir schauen uns das aber genauer anhand der Grafik vom BMWI (Stand Jan. 2018), die keinesfalls hilfreich ist. An ihr kann man aber die Tücken der Darstellung sehr gut aufzeigen, weshalb sie die in Bezug auf die noch erforderlichen Strommengen, die bei den Erneuerbaren notwendig sind, wenig hilfreich ist. Wir werden ja alle Energieträger, also Gas, Kohle, Mineralöl, Kernenergie usw. durch Strom aus erneuerbaren Energie ersetzen. In der Grafik 1 sieht man nun deutlich, dass die Erneuerbaren derzeit einen Anteil von nur 13,2 Prozent haben.  Hier können Sie sich die Veröffentlichung des BMWI als PDF ansehen. Um es gleich vorweg zu nehmen: Diese Darstellung ist zwar so richtig, stellt aber dennoch eine Manipulation dar. Sicherlich kann man das so darstellen, denn die Zahlen sind ja nicht falsch. Aber sie erwecken einen fatal falschen Eindruck, nämlich den, dass die hohe Menge der technischen Verluste, die in der Primärenergie enthalten, nicht abgebildet wurden. Wir müssen diese Verluste also gar nicht berücksichtigen, denn in der Energiewende treten sie nicht auf, dazu unten mehr. Allerdings stimmt in der Grafik schon auch die Überschrift nicht. Es handelt sich nicht um den Primärenergieverbrauch, sondern streng genommen um den Primärenergiebedarf. Deshalb hier ein Vorschlag, wie man dieses Manko überarbeiten könnte. 

Diese Grafik ist ein Versuch, das Problem, wie viel erneuerbare Energie wir denn jetzt schon haben, klarer herauszustellen. Ebenso wurden die Verluste der herkömmlichen Energieträger dargestellt, wobei sich das von Träger zu Träger unterscheidet, hier aber ein überschläglicher Mittelwert gebildet wurde.

Die neue Grafik stellt also einen Änderungsvorschlag dar und Änderungen sind dringend erforderlich. In der Grafik der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB), die im Auftrag des BMWI erstellt wurde, kommt man sehr schnell in die Versuchung zu glauben, dass noch 86,8 Prozent an erneuerbaren Energien dazu gebaut werden müssten. Schließlich will man den gesamten Energiesektor sauber machen und abdecken. Das kommt vielen Energiewendegegnern sehr gelegen. Deshalb wird es auch gern in bestimmten Internetforen so verbreitet. Man will damit etwas beweisen – Erneuerbare seien übermäßig gefördert und subventioniert worden und haben bisher doch kaum etwas gebracht. Sie stünden also immer noch am Anfang und die seit 20 Jahren bei einem „mickrigen“ Erfolg, und die Wegstrecke ist noch weit. Genau das wird aber auch inzwischen in der Politik von einigen Seiten so kommuniziert. Leider können Journalisten aufgrund ihrer Unkenntnis und der Komplexität des Themas, dem wenig entgegensetzen. Das Bild, das sich daraus ergibt, ist aber für eine realistische Betrachtung untauglich. Was ist eigentlich der Primärenergieverbrauch genau? Da wir das Problem mittels einer Sektorkopplung lösen werden, ergibt sich aber ein ganz anderes Ergebnis. Mit der Sektorkopplung werden wir die erforderliche Energiemenge halbieren, weil wir den Teil, der sich in den Verlusten verbirgt nicht esetzen müssen. Dazu unten mehr.  

Dazu Primärenergieverbrauch Wikipedia:

“Primärenergieverbrauch (PEV) ist der Verbrauch von Primärenergie, den ein Vorgang erfordert. Der Primärenergieverbrauch ergibt sich aus dem Endenergieverbrauch und den Verlusten, die bei der Erzeugung der Endenergie aus der Primärenergie auftreten. Volkswirtschaftlich gesehen ist der Primärenergieverbrauch die gesamte einer Volkswirtschaft zugeführte Menge an Primärenergie. Sie wird in der Regel für einen Zeitraum von einem Jahr ermittelt.”

Primärenergie ist also die Gesamtenergiemenge, die eingesetzt wird inklusive aller Verluste, und zwar für alle Energiesektoren. Rechnet man die Verluste ab, kommt man auf die Endenergie. Doch wie kommt es zu diesen Verlusten und wie hoch sind sie? Wo treten sie auf und wie kann man sie vermeiden?

Verluste und Effizienz

Bei jedem Umgang mit Energie treten Verluste auf. Jeder hat schon einmal davon gehört, z.B. wenn er sich nach einem neuen Haushaltsgerät umschaut. Da kann man zwischen bestimmten Effizienzklassen wählen. Die effizientesten Geräte sind die sparsamsten. Sie haben also am wenigsten Verluste. Aber wir haben es im Alltag nicht nur bei elektrischen Geräten mit Effizienz zu tun. Auch Autos besitzen eine Effizienz. Was wenige wissen, die Effizienz bei Autos ist besonders schlecht, und zwar bei allen Autos mit Verbrennungsmotoren. Hersteller rühmen das neueste Modell zwar ständig, am sparsamsten zu sein, aber wir wissen alle, die Angaben sind getürkt und haben mit der Praxis nichts zu tun. Wie schlecht die Effizienz tatsächlich aber ist, erschließt sich uns kaum.

Das Auto- ein rollender Heizkörper

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Grafik 2 – Kurve kriegen

Hersteller von Diesel-Autos prahlen geradezu mit einer hohen Effizienz und manchmal hört man, ein neuer Diesel hätte einen Wirkungsgrad von fast 40 Prozent. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von eingesetzter Energie (Dieselkraftstoff) zu abgegebener Bewegungs-Energie an den Rädern. Ein Liter Diesel enthält ca. 10 Kilowattstunden (kWh) Energie. Danach würden 4 kWh also 0,4 Liter die Räder antreiben und 6 kWh oder 0,6 Liter als Verluste entstehen. Diese Verluste sind Wärmeenergie, die über den Kühler des Autos verloren gehen. Wir würden jetzt schon sagen, das ist ein schlechtes Verhältnis. Aber die 40 Prozent sind ein theoretischer Wert. Man erreicht ihn nur bei Idealbedingungen auf dem Prüfstand. In der Praxis kommen Diesel-KFZ kaum an 20 Prozent Wirkungsgrad heran, Benziner liegen noch etwas weniger. Das ist ein wichtiger Faktor bei unserer Primärenergiebetrachtung. Der Bereich Mineralöl, in der Nutzung der Mobilität, würde sich mit effizienteren Autos enorm verringern. Würden wir effizientere Autos mit einem Wirkungsgrad, sagen wir von 80 Prozent nutzen, ergäben sich enorme Einsparungen. Verbrennungsmotoren werden aber aus physikalischen Gründen solch einen hohen Wirkungsgrad nie erreichen können. Elektroautos haben sogar einen etwas höheren Wirkungsgrad als 80 Prozent. Wir kennen also Wege wie wir mit viel weniger Energie zum gleichen Ergebnis kommen würden.

Energieverbrauchssektoren

Und damit sind wir auch bei den einzelnen Energieverbrauchssektoren. Die teilt man grob in drei Sektoren auf:

  • Wärme
  • Mobilität
  • Strom

Wenn wir uns den Sektor Wärme anschauen, dann sehen wir etwas ähnliches. Der Wärmebedarf unserer Häuser muss und kann gewaltig gesenkt werden. Man muss nur die Verluste stark minimieren. Zum Einen ginge das durch eine bessere Dämmung und zum anderen durch den Einsatz von effizienteren Heizungen (Wärmepumpe). Damit würde man den Verbrauch durchaus um 2/3 senken können. Beim Sektor Strom haben wir aber auch ein ähnliches Phänomen. Herkömmliche Stromerzeugung mit Großkraftwerken haben auch sehr hohe Verluste bei der Stromerzeugung. Und auch hier liegen diese im Bereich der Wärme. Man will Strom erzeugen, aber erzeugt automatisch etwa 2/3 an Wärme zusätzlich, die man gar nicht gebrauchen kann und muss sie über große Kühltürme vernichten. Das haben wir sowohl bei Kernkraft- Gas- oder Kohlekraftwerken. Zur Kühlung werden oft auch Flüsse genutzt. Manchmal fallen Flüsse im Sommer trocken. Das betroffene Kraftwerk muss dann abgeschaltet. Es gibt zwar kleinere Unterschiede, denn einige Kraftwerke können, vor allem im Winter, ihre überschüssige Wärme in Fernwärmenetze schicken, um damit Haushalte und Industrien zu beheizen, im Schnitt bleibt aber trotzdem der schlechte Wirkungsgrad von ca. 30 Prozent. Die ingeneurtechnische Idee der Energiewende ist nun die, all diese Verluste zu verhindern, indem man sie ab besten gar nicht entstehen lässt. Und das geht vor allem mit erneuerbaren Energien aus Wind und Sonne. Hier haben wir keine Wärmeverluste bei der Stromerzeugung bzw. so geringe, dass wir sie für unsere Betrachtung komplett vernachlässigen können. Verluste entstehen allerdings auch in solch einem System z.B. bei der Speicherung entstehen.

Energie-Sektorkopplung im Vergleich

Sektoren IZES - die Sektorkopplung würde helfen den Bedarf zu halbieren
Grafik 3 – Energiesektoren

Das IZES – Institut für ZukunftsEnergieSysteme, hat eine Studie veröffentlicht und teilt die Energiesektoren (inkl. Primärenergie), wie in nebenstehender Grafik zu sehen ist, auf. Die Studie kann man hier herunterladen.

Daraus haben wir eine andere Grafik entwickelt, die die Energie-Sektorkopplung im bestehenden System und eine mögliche nach der Energiewende zeigt. Vom Endzustand her betrachtet ergibt sich nun folgendes Bild. Die Energiewende bedient alle drei Energiesektoren nur noch mit Strom. Das ist technisch machbar. Vorher wurden sie mit unterschiedlichen Energie versorgt (Gas, Kohle, Erdöl, Uran).  Genau dadurch können Verluste minimiert werden und der Energiebedarf drastisch gesenkt werden. Das Ergebnis kann folgendermaßen aussehen (Grafik 4).

 

Die Sektorkopplung

Sektorkopplungsstudie Prof. Quaschning

So ähnlich beschreibt es auch Prof. Volker Quaschning in seiner Sektorkopplungsstudie. Zitat:

Beim Pariser Klimagipfel wurde beschlossen, die globale Erwärmung möglichst auf 1,5 °C zu begrenzen, um die Folgen des Klimawandels noch in einem vertretbaren Ausmaß zu halten. Dazu ist eine Reduktion des energie­bedingten Kohlendioxid­ausstoßes gegen 2040 auf null erforderlich. Danach darf kein fossiles Erdgas, Erdöl und keine Kohle mehr genutzt werden oder das zu viel emittierte Kohlendioxid muss mit aufwändigen und kostenintensiven CCS-Verfahren wieder der Atmosphäre entzogen und endgelagert werden. Die Energieversorgung in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr sollte daher bis 2040 vollständig mit erneuerbaren Energien gedeckt werden. Die Potenziale für Biomasse, Geothermie und Solarthermie sind in Deutschland begrenzt. Darum muss der wesentliche Anteil der künftigen Energieversorgung durch Strom aus Windkraft und Photovoltaik­anlagen gedeckt werden. Bei gleichbleibenden Verhaltens- und Konsummustern steigt dadurch der Stromverbrauch von derzeit rund 600 TWh auf gut 1300 TWh an. Voraussetzung sind ambitionierte Effizienzmaßnahmen. Der motorisierte Straßenverkehr muss fast vollständig elektrifiziert werden. Gegen 2025 müssen dafür die Produktion von Fahrzeugen mit Benzin- und Diesel­motoren eingestellt und für den Güterverkehr wichtige Fernstraßen mit Oberleitungen versehen werden. Im Wärmebereich dürfen ab dem Jahr 2020 keine neuen Gas- oder Ölheizungen sowie KWK-Anlagen installiert werden. Aus Effizienzgründen wird künftig der überwiegende Anteil der Raumwärme durch Wärmepumpen gedeckt.

Effizienzmaßnahmen

Werden die Effizienzmaßnahmen nicht umgesetzt, steigt der Strombedarf auf bis zu 3000 TWh an. Diese Strommenge in absehbarer Zeit klimaneutral zu decken ist unrealistisch. Selbst für einen Strombedarf von 1300 TWh muss das Ausbautempo von Solar- und Windkraftanlagen deutlich steigen. Bei der Onshore-Windkraft liegt der empfohlene jährliche Nettozubau bei 6,3 GW, bei der Offshore-Windkraft bei 3 GW und bei der Photovoltaik bei 15 GW. Zur kosteneffizienten Integration dieser erneuerbaren Kraftwerks­leistungen muss ein Kohleausstieg bis spätestens 2030 erfolgen. Mit den heutigen Zielvorgaben aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz besteht keinerlei Möglichkeit, die Pariser Klimaschutzziele zu erreichen. Das ist den politischen Verantwortlichen entweder nicht bewusst oder sie nehmen ein Verletzen der Klimaschutz­verpflichtungen bewusst in Kauf oder setzen auf eine nachträgliche Korrektur durch CCS-Technologien. Da keine dieser Optionen gesellschaftlich tragbar ist, sind schnelle und einschneidende Korrekturen der Energiepolitik dringend erforderlich.

Primärenergie – Primärenergieverbrauch – Primärenergiebedarf

Bleibt eine Frage offen: Weshalb bezeichnet das BMWI seine Grafik mit “Primärenergieverbrauch in Deutschland 2017”. Es handelt sich eindeutig um den Primärenergiebedarf und den können wir drastisch verringern, aber da muss ich mich nicht wiederholen.

Sonnige Grüße
Euer Klaus Müller


Quellen:
BMWI Energiedaten https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Downloads/Energiedaten/energiedaten-gesamt-pdf-grafiken.pdf
Wikipedia Primärenergieverbrauch https://de.wikipedia.org/wiki/Prim%C3%A4renergieverbrauch
Wikipedia Endenergie https://de.wikipedia.org/wiki/Endenergie
IZES – Institut für ZukunftsEnergieSysteme – Energiesektoren http://www.izes.de/sites/default/files/publikationen/Veranstaltungen/20150901_BMUB_Studie_Abwaerme_V.1.1.pdf
Volker Quaschning Sektorkopplungsstudie

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10 Kommentare zu „Sektorkopplung – Energiewende – nur noch halb soviel Energie wird gebraucht

  1. Eine Frage zum Thema Sektorkopplung und Energieeffizienz, es gab einen Artikel bei “Tech-for-Future”, der auf einige Argumente eingeht, und sie versucht zu entkräften:

    – “hier stand mal die Quelle, ich habe sie entfernt, Gruß Klaus”

    Eine seiner Thesen: Durch Elektromobilität ergäbe sich kein Effizienzgewinn. Dies finde ich nicht logisch.

    – Ich auch nicht, Klaus 🙂

    • Hallo Andy, der Kanal “Tech-for-Future” heißt zwar so, kommt aber aus einer Zeitschleife und ist inspiriert von einem ganz anderen Kanal, der sich Nuklearia nennt, der aber seinerseits kommt über eine weitere Zeitschleife aus noch einer älteren Zeit und wurde dauergestreamt. Zur Aufklärung: Nuklearia stammt eigentlich aus der Zeichentrickserie “die Simpsons” aus dem letzten Jahrtausend. Die Quelle im Netz lässt sich noch finden und deutet darauf hin, dass das es nicht Nuklearia, sondern Nukolaria heißt. Nun kommt die zweite Quelle, die aus einem anderen Ort in den Weiten des Netzes stammt. Die haben es irgendwie geschafft die Modulation zu ändern. In Wahrheit heißt der Kanal eigentlich “Tech-of-the Past”. Insofern kann es sich natürlich auch um ganz andere Probleme handeln, die doch in unbekannten Gebieten des Universums darstellbar sind, und dann sind die Erklärungen von Tech-of-the-Past unter Zuhilfenahme einer fünften oder sechsten Dimension durchaus stimmig. Für heutige Maßstäbe, klingt das aber eher so, als wenn da jemand sehr verzweifelt versucht hat Gegenargumente zu finden.
      … ach gucke, ich hab die Auflösung doch gefunden, Zeitschleife und so: Per Anhalter durch die Galaxis 1981 Ganzer Film https://youtu.be/RnIMSrWQ8U0
      Viel Spaß

  2. Das Problem bei dieser Betrachtung ist m.E. das Thema der Speicherung. Durch die Speicherung Power to X etc. entstehen neue Verluste, die ich nicht vernachlässigen darf. Des halb halte ich es für extrem wichtig, das Thema der dezentralen Solarthermie nicht zu vernachlässigen und diese weiter auszubauen.
    Des Weiteren müssen wir aufpassen, dass wir unsere regenerative Energie direkt z.B. durch eine zusätzliche Elektrifizierung des Wärmemarkes und Einsatz von Infrarotheizungen wieder abfrühstücken (=> Rebound Effekte).
    Eine kritische Stellungnahme zum Thema Fotovoltaik versus Solarthermie habe ich unter https://www.eukon.de/blog/wissenswertes/entry/sonnenenergie-joker-der-energiewende veröffentlicht.
    Wichtig ist, das eine zu Tun und das andere nicht zu lassen.

  3. Warum haben die Ministerien immer so alte Daten (BMWi od. BMU) ??
    Wenn man aktuell schaut sind die neuesten Daten von 2018 (wenn man Glück hat).
    Warum sind nicht schon jeweils kurz nach Anfang des neuen Jahres, die Daten des Vorjahres vorhanden?
    Müssen 20 Beamte darüber immer erstmal 1-2 Jahre nachdenken??

  4. Alles richtig
    Leider keine Marktwirtschaft . Nur Monopole und Förderprogramme.
    Besser ist Marktwirtschaft!!! Lösung: Als Einspeiser von Energie oder Verbraucher wird der Preis ständig variabel angeboten . Beim Strom ist die Netzfrequenz von 50 Herz der entscheidende Preisfaktor!!! Wenn die Frequenz über 50 Herz ist ( Überangebot) bekomme ich als Verbraucher günstigen Strom!!! Leider zur Zeit Utopie!!! So werden alle verarscht und das Netz wird nie stabil sein!!! Leider haben Politiker von diesem System keine Ahnung!!! Wie auch!!! Studium Energiewirtschaft: Fehlanzeige!!!

  5. Hallo,
    Ich finde, diesem Beitrag fehlt noch der ausdrückliche Hinweis, dass bei der Stromerzeugung mit Wasser, Wind und PV (also die technologiebasierte Stromerzeugung) der Faktor von Primärenergie zu Sekundärenergie in den international üblichen Berechnungsmethoden 1:1 genommen wird, da Wind, Sonne und Wasser auch dann wehen, scheinen und fließen, wenn man sie nicht nutzt, und daher auch der Wirkungsgrad der Energieerzeugungsanlagen in diesem Fall nicht in die Rechnung mit einbezogen wird. Bei Ressourcenbasierter Stromerzeugung aus Gas, Kohle und Atom ist das anders, da hier ein ständiger Nachschub an Brenn oder Spaltmaterial erfolgen muss, um das Kraftwerk am Laufen zu halten. Hier ist der Faktor Primär zu Sekundär eher 3:1, es gehen also 2/3 der Primärenergie bei der Stromherstellung verloren. Folglich beläuft sich rechnerisch der Primärenergiebedarf der Stromerzeugung mit EE auf nur 1/3 der Primärenergiemenge bezogen auf die gleiche Sekundärenergiemenge, und die Statistik des BMWI wird dadurch stark verfälscht dargestellt.
    MFG
    Simon Maier

  6. Mal wieder ein super Artikel. Der Primärenergievergleich hat mich auch schon bei Prof Sinn aufgeregt.
    Bei der Wärme wird die Einsparung wahrscheinlich noch viel höher sein. Ein alter Gaskessel hat ein Wirkungsgrad (inkl. Stillstands- und Ltgs-verluste) von rund 75%. Eine Wärmepumpe wie von Ihnen schon gesagt 300% (200% Umweltwärme). Der Primärenergiebedarf sinkt also den Faktor 4. Wenn ich jetzt noch dämme und 50% Heizenergie einsparen, dann liege ich beim Faktor 8. Ich reduziere den Primärenergiebedarf also um über 80%!
    Man kann es aber auch technologieneutral machen wie vom Experten Christian Lindner vorgeschlagen. Erst den Kessel austauschen und den Wirkungsgrad etwas auf 90% erhöhen und in 20 Jahren dann PtG einsetzen. Dann bin ich wegen den Umwandlungsverlusteb wieder bei 75% und hab tatsächlich nix eingespart.

  7. Hallo!
    Also, wegen mir können Sie alle Ihre Energie in Zukunft behalten!!! Da ich mir jetzt selbst meinen eigenen Strom erzeugen kann. Ohne von einem Anbieter abhängig zu sein. Natürlich werde ich dieses Gerät auch bekannt machen, damit es jedem zur Verfügung steht…
    Mfg

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