Dieser Beitrag wird gerade überarbeitet
Der deutsche Michel hat den Entschluss gefasst, vollständig auf Solar- und Windenergie umzusteigen
Ihm geht ein Licht auf: Ohne Stromspeicher geht es nicht.
Vorwort
Die anspruchsvollste technische Aufgabe bei der Umstellung auf 100 % Erneuerbare Energien wird die Überbrückung von wochen- oder gar monate-langen Perioden mit Schwachwind und trübem Himmel sein. Nach derzeitiger Erkenntnis können solche Perioden nur mit Hilfe von Langzeit-Speichern überbrückt werden. Langzeitspeicher haben gegenüber den Kurzzeitspeichern eine um mehrere Größenordnungen höhere Speicherkapazität, haben jedoch - anders als die Kurzzeitspeicher - bedauerlicherweise noch hohe Wirkungsgradverluste, die bei vielen Überschlagsrechnungen schlicht "vergessen" werden.
- Bei den Kurzzeitspeichern handelt es sich z.B. um aufladbare Kondensatoren, Batterien, oder Schwungradspeicher. Und sogar Pumpspeicherkraftwerke muss man wegen ihrer geringen Speicherkapazität zu den Kurzzeitspeichern zählen.
- Zu den Langzeitspeichern gehören chemische Speicherverfahren, z.B. Power to Gas oder Power to Liquid, oder Redox-Flow-Verfahren, bei denen die zu speichernde Energie von einem Gas oder einer Flüssigkeit aufgenommen wird.
Vermutlich wird man zukünftig gleichzeitig mehrere solcher Langzeit-Speicherverfahren nutzen. Um aber die Überlegungen zu straffen, rechnen wir nachfolgend so, als gäbe es nur ein einziges Speicherverfahren, nämlich die Erzeugung von Methanol aus dem CO2 der Atmosphäre. Das Ergebnis wird dann zwar ungenauer, aber der Rechengang wird übersichtlicher und überzeugender.
Grafik 1 Methanol als Speichermedium - Prinzipskizze
Das zu bewertende Verfahren arbeitet mit folgenden technischen Komponenten:
- Wind- und Solaranlagen
- Methanol-Erzeugungsanlagen
- Anlagen zur Stromerzeugung aus Methanol
Wind- und Solaranlagen
Der deutsche Michel hat es endlich geschafft
Die Wind- und Solaranlagen erfüllen drei verschiedene Aufgaben mit unterschiedlichen Vorrangstufen
1. Direktversorgung der Endverbraucher
2. Verkehr, Wärme- u. Kälteversorgung
3. Stromspeicher-Aufladung
Teilt man dieseAufstellung gedanklich in Sommerhalbjahr und Winterhalbjahr ein, dann nimmt in allen drei Vorrangstufen der Leistungsbedarf vornehmlich im Winterhalbjahr zu. Im Winterhalbjahr wird es knapp. Da außerdem im Winterhalbjahr auch noch die Sonne nur kurz scheint, muss die Windenergie die Hauptlast tragen. Deshalb muss die Windenergie weit stärker ausgebaut werden als bisher geplant!
Im Sommerhalbjahr können wir allerdings wegen des absehbaren Energiebedarfs für Klimaanlagen und wegen der vielen windschwachen Perioden auf Solarenergie keineswegs verzichten. Eine Größenordnung von mindestens 400 GW Nennleistung installierter Solaranlagen ist notwendig. Siehe dazu auch Volker Quaschning: Sektorkopplung durch die Energiewende.Warum wir weit mehr als 200 GW Photovoltaik für die deutsche Energiewende brauchen
Aber nun konkret: Wieviele Wind- und Solaranlagen müssen installiert werden? (Hier wird nach der Nennleistung gefragt, nicht nach der gelieferten Leistung.)
In Vorrangstufe 1 kennen wir aus der bisherigen Erfahrung den Leistungsbedarf. Er liegt zwischen 40 GW bis 80 GW.
Geht man davon aus, dass bei Umstellung des Verkehrs und der Wärme-/Kälteversorgung auf elektrische Energie einige Effizienzsteigerungen möglich sein werden, so kommt man in Vorrangstufe 2 grob geschätzt auf einen Leistungsbedarf zwischen 100 GW im Sommer und 300 GW im Winter.
In Vorrangstufe 3, also zur Auffüllung der Speicher liegen keine Erfahrungswerte vor, weil im Verlauf des Klimawandels keine Vorhersagen über den zukünftigen Wetterverlauf gemacht werden können. Prognosen sind schwierig besonders, wenn sie die Zukunft betreffen, sagte schon Mark Twain(?).
Da wir hier kein Risiko eingehen dürfen, denn bei winterlichem kaltem Wetter und einer längeren Schwächeperiode von Sonne und Wind darf auf keinen Fall die Energie in den Stromspeichern zuende gehen. Die Folgen wären katastrophal und tödlich für einen Großteil der Bevölkerung.
Hier könnte nun über die Höhe der zu speichernden Langzeit-Energie ein endloser Streit zwischen den Leichtsinnigen und den Übervorsichtigen ausbrechen. Doch dieser Streit lässt sich glücklicher Weise bei Verwendung des Power to Liquid-Speicherverfahrens recht leicht schlichten.
Je vorsichtiger wir agieren, d.h. je mehr Methanol wir in den noch zu errichtenden Methanol-Tanks speichern, desto höher ist unsere Sicherheit gegenüber einer nicht enden wollenden Schwachwind- und Schwachsonne-Periode. Und um so besser ist die Wirkung auf den CO2-Gehalt der Atmosphäre.
Erzeugt man Methanol aus dem CO2 der Atmosphäre so führt man mit technischen Mittel eine CO2-Rückholung durch. Und gerade diejenigen, die diese Rückholung durchführen, haben persönlich den höchsten Nutzen davon.
Fortsetzung folgt