Windkraft

Menschen nutzen seit Jahrtausenden die Kraft des Windes. Frühste schriftliche Überlieferungen deuten darauf hin, dass bereits die Alten Ägypter vor drei- bis viertausend Jahren Windmühlen bauten. Sie waren damit wohl, wenn man so glauben will, bereits für das Volk Israel ein gewohntes Bild bei seinem Auszug aus Ägypten. Nach der Nutzung des Feuers, ist sie damit eine der ältesten Formen der Energiegewinnung und bietet dennoch bis heute ein praktisch unerschöpfliches Potential. Die erste moderne Windkraftanlage zur Gewinnung von elektrischer Energie wurde 1883 vom österreichischen Ingenieur Josef Friedländer auf dem Wiener Prater anlässlich der Internationalen Elektrizitätsausstellung in eben diesem Jahr errichtet. Im frühen 20. Jahrhundert waren Windkraftanlagen ein gern genutzter Weg zur dezentralen Erzeugung von Gleichstrom. Da sie damals jedoch inkompatibel mit den in den Zwischenkriegsjahren sich ausbreitenden Wechselstromnetzen waren, erlosch dieser erste Boom mit über 250 Windkraftanlagen allein in Dänemark. Neue Erkenntnisse der Aerodynamik führten nach dem zweiten Weltkrieg zur Entwicklung von Windkraftanlagen in Ihrer heutigen Bauform und mit der Umweltbewegung sowie den Ölkrisen nahmen Sie an Bedeutung zu. Großtechnische Versuche zur Nutzung der Windenergie scheiterten in den 1980er Jahren in den USA und Deutschland, während sich kleinere Anlagen, zumeist aus Dänemark, entwickelt von findigen Ingenieuren, gut an Enthusiasten und Unternehmer in aller Welt verkauften. Sie legten den Grundstein für die heutige Windindustrie. Mit dem Stromeinspeisungsgesetz von 1991 und dem Erneuerbare Energie Gesetz im Jahr 2000 begann der bis heute Andauernde Umbau des deutschen Energiesystems hin zu einem nachhaltigen Umgang mit unserer Umwelt sowie den uns gegebenen Ressourcen. In Deutschland erzeugen wir heute etwa ein Drittel unseres Stroms in Windkraftanlagen, Tendenz steigend. Das theoretische Potential für Windkraftanlagen an Land liegt laut Fraunhofer IEE, unter Berücksichtigung weiterer Raumbedürfnisse und Abstandsflächen, bei rund 370 GW installierbarer Leistung sowie 970 TWh produzierbaren Stroms in Deutschland. Davon sind heute 62,5 GW bereits installiert. Die Spitzenlast im deutschen Stromnetz liegt im Vergleich aktuell bei etwa 80 GW und 457 TWh Strom wurden im Jahr 2023 verbraucht. Mit Stromgestehungskosten um die 7 ct/kWh ist die Windkraft an Land, nach der Photovoltaik, heute die zweitgünstigste Art der Elektrizitätserzeugung. Dieses große Potential der Windkraft sollte uns nicht über die mit Ihr verbundenen gesellschaftlichen Konflikte hinwegsehen lassen. Wir sollte jedoch auch nicht die damit verbundenen Chancen verneinen, sondern gemeinsam an einer besseren Zukunft arbeiten.

Photovoltaik

Die Photovoltaik ist eine der jüngsten Technologien zur Gewinnung elektrischer Energie. Sie erlebt seit Ihrem ersten Einsatz in der Raumfahrt im Jahr 1958 einen unaufhaltsamen Siegeszug. Mit Stromgestehungskosten von rund 1 ct/kWh in besonders geeigneten Regionen ist Sie die mit Abstand günstigste Form der Stromgewinnung. In unseren Breiten sind Stromgestehungskosten von 4 bis 5 ct/kWh heute der Normalfall. Zum Vergleich liegen die Stromgestehungskosten moderner Kernkraftwerke bei 15 bis 50 ct/kWh, je nachdem welche Kosten in der Rechnung mitberücksichtigt werden. Das technische Potential der Solaren-Energiegewinnung lässt sich kaum seriös beziffern. Mit einer Stromproduktion von rund 53 TWh im Jahr 2023 steht Deutschland noch eher am Beginn des Photovoltaikausbaus. Jedoch erlangen auch hier Raumnutzungskonflikte zunehmend an Relevanz und die Dargebots-Abhängigkeit von Tageslicht stellt unser Energiesystem vor große Herausforderungen. Aus diesen Gründen werden zunehmend Anlagen errichtet die eine parallele landwirtschaftliche Nutzung ermöglichen oder die mit einem Energiespeicher kombiniert werden.

Biomasse

Die Menschheit benutzt Biomasse zur Energiegewinnung, seitdem Sie das Feuer beherrscht. Heute verstehen wir unter Biomasse nachwachsende Rohstoffe wie Holz oder landwirtschaftliche Erzeugnisse, aber auch organische Abfälle. In Zeiten von Öl- und Gasknappheit spielten synthetische Kraftstoffe auf Biomasse-Basis über das gesamte 20. Jahrhundert hinweg immer wieder eine wichtige Rolle. Auch die Methanisierung von organischen Abfällen wird bereits seit über hundert Jahren im industriellen Maßstab praktiziert. Die moderne Biomasse Nutzung im Sinne der Erzeugung „grünen Stroms“ wird in Deutschland seit der Einführung des ersten Erneuerbaren Energie Gesetzes im Jahr 2000 als Teil der Dekarbonisierung der Deutschen Energiewirtschaft gefördert. Aus Biomasse erzeugter Strom machte im Jahr 2023 mit rund 42 TWh etwa 10 Prozent der Nettostromerzeugung in Deutschland aus. Aufgrund des Tank- oder Teller-Konflikts, der die Flächenkonkurrenz des Anbaus von Energiepflanzen zu Nahrungs- und Futtermitteln beschreibt, gibt es immer wieder kontroverse Diskussionen um die Biomassenutzung. Der Ausbau der installierten Stromerzeugungsleistung geht im Vergleich zu Wind- und PV-Anlagen nur sehr langsam voran und entspricht mit 9 GW nur einen Bruchteil der anderen erneuerbaren Energieträger.

Wasserkraft

Die Wasserkraft ist zusammen mit der Windkraft eine der älteste Kulturtechniken zur Energiegewinnung. Sie ist seit Jahrtausenden weltweit verbreitet und wurde 1880 erstmals in England zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt. Klassisch unterscheidet man Stau- und Laufwasserkraftwerke. Stauwasserkraftwerke stauen Flussläufe auf und lassen deren Wasser kontrolliert über Turbinen zur Stromgewinnung abfließen. Laufwasserkraftwerke hingegen werden in Flussläufe eingebettet und von diesen überströmt. Sie erleben als Kleinstanlagen aktuell eine Renaissance, da sich mit Ihnen saubere Energie auch an kleinen, nicht staubaren Flussläufen erzeugen lässt. In vielen Ländern sind Wasserkraftwerke die wichtigsten Stromerzeuger. In Deutschland sind hingegen mit 8 GW nur relativ geringe Kapazitäten installiert. Das größte Wasserkraftwerk der Welt ist der Drei-Schluchten-Staudamm in China, der mit einer Kraftwerksleistung von 22,5 GW mehr Strom erzeugen kann als 22 Kernreaktoren. Von besonderer Bedeutung für die Energiewende könnten noch sogenannte Pumpwasserspeicher werden. In Zeiten in denen zu viel Strom im Netz ist pumpen diese Wasser in ein Oberbecken und lassen dieses über Strom erzeugende Turbinen in ein Unterbecken abfließen wenn Energie benötigt wird.

Fossile Energieträger und Kernkraftwerke

Das Verbrennen von Kohle, Öl oder Gas sowie die Spaltung von Atomkernen dient in der Energiewirtschaft im Wesentlichen nur einem Zweck, der Erzeugung von Wasserdampf. Dieser wird auf Dampfturbinen geleitet, welche Ihre kinetische Energie mit Hilfe eines Generators in Elektrizität umwandeln. Die ersten Dampfturbinen entstanden in den 1880er Jahren und setzten sich schnell durch. Ihre gute Steuerbarkeit über die Dampfzufuhr ist ideal für die Aufrechterhaltung einer stabilen Netzfrequenz von 50 Hertz bei einer variablen Stromabnahme aus dem Netz. Aus diesem Grund waren Dampfturbinen für mehr als ein Jahrhundert das Rückgrat der Deutschen Elektrizitätswirtschaft. Erst moderne Leistungselektronik, Computersteuerungen und Speicher ermöglichen es zunehmend auf sie zu verzichten und stattdessen Wind- sowie Solaranlagen zu nutzen.