Energieeffizienz bei der Stromerzeugung

Bruttostromerzeugung gesamt und Stromverbrauch nach Sektoren

Im Zeitraum von 1990 bis 2007 stieg die Bruttostromerzeugung in Deutschland um 13,6 % (siehe Abb. „Entwicklung der Bruttostromerzeugung“). Dabei kam es bis 1993 sogar zu einer Abnahme, da nach der Wiedervereinigung die Stilllegung zahlreicher, meist veralteter Industrie- und Kraftwerksanlagen in den neuen Ländern zunächst zu einem Rückgang von Stromerzeugung und –verbrauch führte. Verursacht durch eine steigende Nachfrage stieg die Stromerzeugung danach wieder an. Importe und Exporte im europäischen Stromverbund (UCTE) gleichen die Differenzen zwischen Stromverbrauch und -erzeugung aus.

Seit Mitte der 90er Jahre wird die Bruttostromerzeugung vor allem durch den überdurchschnittlich steigenden Stromverbrauch der Haushalte und der deutschen Wirtschaft beeinflusst (siehe Abb. „Stromverbrauch nach Sektoren in Deutschland“) aus. In diesem Zeitraum stieg vor allem der Bedarf der Haushalte überproportional im Vergleich zu den anderen Sektoren (+20,3 %), gefolgt von der Industrie (+9,1 %).

Bruttostromerzeugung nach Energieträgern

Die Struktur der Bruttostromerzeugung nach eingesetzten Energieträgern änderte sich zwischen 1991 und 2007 deutlich (siehe Abb. „Bruttostromerzeugung in Deutschland nach Energieträgern“). Der Braunkohleneinsatz zur Stromerzeugung fiel zwischen 1991 und 1999 um 16 %, allerdings stieg die Braunkohlenverstromung nach 1999 wieder leicht an - bis 2007 um 12 % (1991 bis 2007: -2 %). Der Einsatz von Steinkohle zur Stromversorgung schwankte seit 1991, ohne einen eindeutigen Trend zu zeigen. Im Jahr 2007 beträgt der Anteil der Steinkohle an der Bruttostromerzeugung 22,3 %. Der Rückgang gegenüber 1991 beträgt 5,2 %. Die Verwendung von Mineralölprodukten (vorwiegend Heizöl) nahm seit 1991 zunächst ab, stieg aber seit 2000 wieder stark an. Im Jahr 2007 liegt der Rückgang gegenüber 1991 bei 34,5 %, betrachtet man die Veränderung gegenüber 1999 ist eine Zunahme von 35 % zu verzeichnen. Der Einsatz von Erdgas zur Stromerzeugung nahm in den letzten Jahren zu, seit 1991 bis 2007 um 52,1 %. Die Stromerzeugung aus Kernenergie nahm im gleichen Zeitraum um fast 4,7 % ab, wobei bis 2001 ein Anstieg zu verzeichnen war und in den Folgejahren eine deutliche Abnahme, die unter anderem auf den Atomausstiegsbeschluss zurück zu führen ist. Der Anteil erneuerbarer Energien (Wasserkraft, Windenergie, Biomasse, biogener Anteil des Abfalls, Photovoltaik, Geothermie) hat sich mehr als verdreifacht: 1991 hatten die erneuerbaren Energien einen Anteil von 3,2 % an der Bruttostromerzeugung, 2007 jedoch schon 14,2 %. [1] So hat sich beispielweise die Stromerzeugung aus Windkraft seit 1991 vervielfacht.

Während der relative Anteil der Energieträger Braun- und Steinkohle sowie (Mineralölprodukte (vorwiegend Heizöl) an der Bruttostromerzeugung zwischen 1990 und 2007 sank, nahm die Bedeutung von Erdgas und Erneuerbaren Energien stark zu. Im Jahr 2007 trug Braunkohle mit 24,4 %, Kernenergie mit 22,1 %, Steinkohle mit 22,3 %, Erdgas mit 11,9 %, Mineralölprodukte mit 1,5 %, Wasserkraft/Windenergie mit 10,6 % und die übrigen Energieträger (erneuerbar und nicht erneuerbar) mit 7,2 % zur Bruttostromerzeugung bei. Die Kohle hat mit 46,7 % im Jahr 2007 in Deutschland immer noch den größten Anteil an der Stromerzeugung, dieser nahm aber seit 1991 stark ab (1991: 57 %).

Berechnungen des Umweltbundesamtes zeigen, dass der Ausbau der erneuerbaren Energien und Effizienzsteigerungen den Verzicht auf Kernkraftwerke kompensieren.

Eine rationellere Energienutzung könnte den Stromverbrauch bis zum Jahr 2020 um mehr als 12 % gegenüber 2005 senken. [2] Bereits heute sind zahlreiche technische und organisatorische Lösungen bekannt, die den Stromverbrauch erheblich vermindern können – bei gleichem Nutzen und oft bei gleichen oder geringeren Kosten. Die wichtigsten Maßnahmen sind der Einsatz von sparsameren Elektrogeräten und vermiedener Leerlaufstromverbrauch (Stand-by-Verluste). Sparsamere Querschnittstechnologien in der Industrie – etwa effizientere Elektromotoren und Drucklufterzeugung würden weitere Einsparungen bringen. Auch in Zukunft dürften beständig neue Verfahren zur Energieeinsparung entwickelt werden und dem Markt zur Verfügung stehen. Die Nutzung der Informationstechnik zur intelligenten und energieeffizienten Steuerung von energietechnischen Verfahren ist hierfür ein gutes Beispiel.

Der Beitrag der erneuerbaren Energien kann auf mindestens 110 TWh wachsen. Dies entspricht einem Anteil von 20 % an der gesamten deutschen Stromerzeugung. Viele Szenarienberechnungen zeigen die Möglichkeit von noch größeren Beiträgen der erneuerbaren Energien für das Jahr 2020, so zum Beispiel einen Anteil von knapp 25 % an der Bruttostromerzeugung (ohne Biomasse, mit Import). Die einzelnen Energieträger verteilen sich dabei - bezogen auf die Gesamterzeugung - wie folgt: Laufwasser (4,7 %), On- & Offshore-Wind (17,3 %), Photovoltaik (1,3 %), Geothermie (0,7 %) und Import (0,5 %). Biomasse könnte zusätzlich mit einem Anteil von mindestens 5 % zur Stromerzeugung beitragen.

Ein Erdgas-Anteil von 200 TWh an der Stromerzeugung bedeutet einen Anstieg von heute knapp 12 % auf 37 % im Jahr 2020. Um insgesamt nicht mehr Erdgas als heute importieren zu müssen, sollte Erdgas bei der Wärmeversorgung ersetzt werden - vor allem durch Biomasse, Solarthermie und energetische Gebäudesanierung.

Die Kernenergienutzung wird dem Gesetz entsprechend kurz nach dem Jahr 2020 beendet. Braunkohle wird dann gemäß des berechneten Szenarios nur noch für 100 TWh, Steinkohle für 70 TWh der Stromerzeugung eingesetzt, jedoch mit höheren Wirkungsgraden und damit geringeren CO₂-Emissionen als heute (siehe Abb. „Stromerzeugung nach Energieträgern im deutschen Kraftwerkpark“).

Spezifischer Brennstoffeinsatz und Nutzungsgrad der Stromerzeugung

Der Energieeinsatz zur Stromerzeugung ging seit 1990 von 9,9 MJ/kWh auf 8,6 MJ/kWh zurück (siehe Tab. „Entwicklung des spezifischen Brennstoffeinsatzes und des Nutzungsgrades der Stromerzeugung in Deutschland“). Zu dieser Entwicklung trug in erster Linie der Ersatz alter durch neue Kraftwerke bei. Neue Kraftwerke weisen in der Regel einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad auf, erzeugen also mehr Strom aus der gleichen eingesetzten Menge an Primärenergie. Die gestiegenen elektrischen Wirkungsgrade prägen auch den mittleren Brennstoffausnutzungsgrad, der von 36,5 % (1990) auf 41,7 % (2005) stieg. Bemerkbar macht sich hier unter anderem der Zubau von Erdgaskraftwerken, die als hocheffiziente Gas- und Dampfturbinenkraftwerke (GuD) einen deutlich höheren Wirkungsgrad als andere fossile Kraftwerke aufweisen (das EU-Hocheffizienzkriterium liegt bei 85 % Jahresbrennstoffausnutzungsgrad). Die Verstromung von Erdgas stieg von 1999 bis 2006 um 42 % (+21,6 TWh), von Braunkohle um 11 % (+15,1 TWh) sowie von Mineralöl um 67 % zu (+4,2 TWh). Die Stromerzeugung aus Steinkohle und Kernenergie war leicht rückläufig (-5,2 TWh bzw. -2,6 TWh).

Von 2005 bis 2007 ging der Netto-Nutzungsgrad der fossilen Kraftwerke allerdings zurück. Die Ursachen hierfür liegen hauptsächlich in den Änderungen des Kraftwerksparks. In diesen Jahren wurden mehrere Atomkraftwerke infolge technischer Mängel und des Atomausstiegsgesetzes stillgelegt (der Kernenergie wird per Definition ein Nutzungsgrad von 33 % zugewiesen) und die Energiebereitstellung aus Erneuerbaren Energieträgern hatte ein massives Wachstum zu verzeichnen, sie hat sich in den Jahren von 1996 bis 2007 nahezu vervierfacht.

Um den spezifischen Brennstoffverbrauch und den Nutzungsgrad weiter zu verbessern, sollten bei der zukünftigen Kraftwerksplanung die besten verfügbaren Techniken zum Einsatz kommen. Kraftwerke sollten nur genehmigt werden, wenn diese weitestgehend in Kraft-Wärme-Kopplung betrieben werden. Technisch sind heute elektrische Nettowirkungsgrade von bis zu 45 % bei Kohlekraftwerken und bis zu 58 % bei Erdgaskraftwerken möglich. Durch andere Verbrennungstechniken sind diese Wirkungsgrade weiter zu steigern. Möglichkeiten wären z.B. die Vergasung von Kohle, die Kohlevortrocknung oder die Verwendung besserer Werkstoffe, die höhere Frischdampfparameter zulassen. Realistisch erscheint in den nächsten 15 Jahren eine Steigerung der Wirkungsgrade um weitere 8 Prozentpunkte. Dies entspräche einer Brennstoffersparnis von etwa 15 bis 20 % gegenüber dem heutigen Stand der Technik. Gleichzeitig muss in Zukunft auf eine intelligente Verknüpfung fossiler mit erneuerbarer Stromerzeugung hingearbeitet werden, um Energieverluste durch Regelvorgänge in fossilen Kraftwerken zu vermindern.

[1] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Erneuerbare Energien in Zahlen, Berlin 2008

[2] Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Leitstudie 2008, Berlin 2008