Energie: Das elektrische Internet

Die Diskussion um die Elektrizitätsversorgung der Zukunft steckt in einer Sackgasse. Wind und Biomasse reichen in Deutschland bei weitem nicht aus, um den Strombedarf innerhalb der eigenen Grenzen samt angrenzender Meeresgebiete zu decken. Außerdem müsste hierzulande sehr viel Windenergie-Strom für teures Geld gespeichert, damit bei Flaute die Lichter weiter brennen.

Für Solarkraftwerke scheint in Deutschland die Sonne so schwach, dass Sonnenstrom auch in Zukunft kaum mit Elektrizität aus Windenergie oder Biomasse konkurrieren kann.

Wenn die Bundesregierung also fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas zunehmend zurückdrängen will, um den Klimawandel einzudämmen, heißt das für die Elektrizitätsversorgung entweder kräftig steigende Stromkosten oder Import von nachhaltiger Energie.

Da aber kletternde Preise erfahrungsgemäß sehr unbeliebt sind, hatte der heute als Freiberufler in Kassel arbeitende Physiker Gregor Czisch sich in der Universität Kassel daran gemacht, die Zutaten für eine alternative Stromversorgung Europas und angrenzender Regionen auszurechnen. Als Ergebnis serviert der Wissenschaftler jetzt ein Konzept für die Stromversorgung von mehr als einer Milliarde Menschen. Es kommt ohne Elektrizität aus Atom-, Kohle-, Öl- und Gaskraftwerken aus und käme kaum teurer als heute.

Wo gibt es viel Sonne und Wind ?

Dreh- und Angelpunkt seiner Überlegungen ist die meteorologische Tatsache, dass nicht überall gleichzeitig Flaute herrscht oder die Sonne nicht scheint. Also muss nur das Einzugsgebiet groß genug sein, um auch mit Sonne und Windenergie eine kontinuierliche Stromversorgung sicher zu stellen. Island im Nordwesten und Senegal im Südwesten, Saudi-Arabien im Südosten und Nordwest-Sibirien im Nordosten hat Gregor Czisch daher als Eckpunkte für sein Energiekonzept gewählt.

Während im Winter an der Nordsee und am Nordatlantik der Wind kräftig bläst, bieten im Sommer Wüstenländer wie Marokko und Mauretanien, sowie Ägypten ein zuverlässiges Angebot an Windenergie, könnte man sein Argument zusammenfassen.

Zunächst einmal hat Czisch dieses riesige Gebiet in 19 Regionen eingeteilt. Für jede dieser Regionen hat er dann in einer wahren Sisyphos-Arbeit wichtige Daten zusammen getragen: Wie viel Wind weht zu welchen Zeiten, wie oft scheint die Sonne und wie stark ist ihre Einstrahlung, wie viel Energie aus Wasserkraft steht in diesem Gebiet zur Verfügung.

Für 19 unterschiedliche Regionen wie Skandinavien oder Osteuropa zwischen den Baltenrepubliken, Polen und der Ukraine hat er dann den Stromverbrauch eingegeben. Dazu kommen die Marktpreise für die verschiedenen regenerativen Energien, aber auch die Kosten für ein Stromnetz, das Elektrizität zum Beispiel von Windparks in der Nordsee in die angrenzenden Länder oder von Nordafrika und Island nach Europa angeben.

Einige Vorgaben ergänzen das Konzept. So soll zum Beispiel die Energiegewinnung aus Wasserkraft nicht über den heutigen Wert gesteigert werden, da in Europa und den umliegenden Gebieten das Potential der Wasserkraft bereits ziemlich ausgeschöpft ist und Naturschützer befürchten, dass ein weiterer Ausbau selten gewordene Naturlandschaften zerstören würde.

Windparks nicht überall akzeptiert

In Mittel- und Westeuropa wurde der Ausbau der Windenergie erheblich unter das technisch mögliche Potential beschränkt, weil in dieser dicht besiedelten Region Windparks nicht überall akzeptiert werden. Solche Einschränkungen gibt es in den dünnbesiedelten und windreichen Regionen am Rand des untersuchten Gebietes wie im Norden Russlands, in Nordwestafrika oder in Kasachstan kaum, weil dort sehr wenige Menschen in relativ kargen Regionen leben, die ohnehin kaum genutzt werden.

Mit all diesen Werten fütterte Gregor Czisch ein Optimierungsprogramm und wartete gespannt auf die Ergebnisse, die der Rechner ausspuckte.

Für den Strombedarf der 1,1 Milliarde Menschen im Raum zwischen Island und Saudi-Arabien, und zwischen dem Senegal und Nordwest-Sibirien reichen demnach die regenerativen Energien leicht aus, um die Stromversorgung sicherzustellen.

Die Kosten dafür erscheinen allerdings auf den ersten Blick unbezahlbar: 1400 Milliarden Euro müssten für die Anlagen zur Erzeugung regenerativer Energie investiert werden, weitere 128 Milliarden Euro kostet das Netz, das den so gewonnenen Strom zwischen dem Nordkap und der Sahara verteilt.

Diese gigantische Summe von insgesamt gut 1500 Milliarden Euro relativiert sich aber beim Blick auf eine Prognose der Internationalen Energieagentur. Sie rechnet bis zum Jahr 2030 mit weltweit 13.600 Milliarden Euro und damit also der neunfachen Summe für neue Kraftwerke, die mit fossilen Brennstoffen befeuert werden.

Auch wenn man die Stromgestehungskosten betrachtet, liefert das Optimierungsprogramm eine relativ günstige Möglichkeit: 4,65 Cent würde es demnach kosten, eine Kilowattstunde Strom so zu erzeugen. Neue Kernkraftwerke liefern dagegen die Kilowattstunde für 5,4 Cent, neue Steinkohlekraftwerke sogar für sieben Cent. Wer also die Standorte für nachhaltige Energien auf ganz Europa und die angrenzenden Regionen verteilt und die Elektrizität dann über weite Strecken verteilt, kann sich die alternative Energie auch leisten.

Strommix ist günstigste Alternative

Interessanterweise spukt das Optimierungsprogramm als günstigste Alternative einen Strommix aus, der zu ungefähr zwei Dritteln von Windenergie-Anlagen gespeist wird. Wenn der Strom aber knapp wird, weil auch in den windgünstigen Regionen, die weit mehr Elektrizität liefern könnten, als die Region benötigt, einmal Flaute herrscht, springen Biomasse- und Wasserkraftwerke ein, um die Lücke zu schließen. 120 Milliarden Kilowattstunden Energie speichern zum Beispiel die Wasserkraftwerke Skandinaviens, die gesamte Europäische Union hat dagegen einen Jahresstromverbrauch von etwa 3000 Milliarden Kilowattstunden. Allein die Wasserkraft Skandinaviens kann so viele Engpässe ausgleichen.

Entscheidend für ein solches System ist natürlich die Stromversorgung. Am günstigsten käme nach dem Optimierungssystem dabei ein riesiges neues Stromnetz zwischen der Sahara, Nordrussland und Island. Anders als bisher üblich, würde aber nicht Drehstrom durch die Leitungen geschickt werden, sondern Gleichstrom, weil dieser über große Entfernungen mit erheblich geringeren Verlusten übertragen lässt.

Auch diese Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ist Stand der Technik, zwischen den beiden Inseln Neuseelands überträgt eine 610 Kilometer lange Freileitung seit 1965 Gleichstrom. Ohnehin funktionieren Wechselstromkabel zum Beispiel im Meeresgrund bei den in Europa üblichen Spannungen von 400 Kilovolt nur bis zu einer Entfernung von rund 40 Kilometern, weil bei längeren Übertragungswegen die Verluste zu groß würden. Deshalb gibt es solche HGÜ-Leitungen in Europa heute vor allem zur Anbindung von Inseln wie zwischen Italien, Korsika und Sardinien.

Auf anderen Kontinenten gibt es dagegen längst HGÜ-Freileitungen, deren weiterer Ausbau vor allem in Asien schnell voran kommt. Stand der Technik sind 800 Kilovolt-HGÜ-Leitungen, die auf tausend Kilometern etwa 2,5 Prozent Stromverlust haben. Auch der Verlust beim Umwandeln von Dreh- auf Gleichstrom hält sich mit 0,6 Prozent in Grenzen. Ein Gleichstromnetz über ganz Europa und Nordafrika könnte also die Elektrizitätsversorgung der alten Welt aus der Sackgasse führen.