Zur Ökonomie und Ökologie künftiger Stromversorgung

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7
Vorwort 9
Begrüßung durch den Präsidenten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Heinrich NÖTH 11
Franz MAYINGER: Einführung in das Rundgespräch 13
Erich TENCKHOFF: Mensch – Technik – Verantwortung 17
Alfred VOSS: Energieversorgungsoptionen und nachhaltige Entwicklung: Ganzheitliche Betrachtungen zur Ökonomie und Ökologie 31
Diskussion der Vorträge TENCKHOFF und VOSS 42
Michaele HUSTEDT: Künftige Stromversorgung: Ökologische Aspekte 45
Diskussion 52
Joachim LUTHER: Zum zukünftigen Beitrag der Solarenergie zur Stromversorgung 55
Diskussion 62
Werner SÜSS: Ökologische Verantwortung eines Energieversorgungsunternehmens in einem liberalisierten Strommarkt 67
Diskussion 72
Adolf BIRKHOFER: Kernenergie und Reaktorsicherheit: Nationale und internationale Perspektiven 75
Diskussion 82
Konrad WECKERLE: »Energie im Fluss« – Was kann die Wasserkraft zur künftigen Stromversorgung beitragen? 85
Diskussion 91
Werner KLEINKAUF und Martin HOPPE-KILPPER: Windenergietechnik – Entwicklung und Beitrag zur Stromversorgung 93
Diskussion 103
Kaspar Andreas FRIEDRICH, Peter LAMP und Ulrich STIMMING: Brennstoffzellen und Stromversorgung 105
Diskussion 118
Arnulf SCHLÜTER: Die Entwicklung zum thermonuklearen Fusionsreaktor 121
Diskussion 128
Thomas BRUCKNER: Energieversorgung und Klimaschutz 129
Diskussion 141
Franz MAYINGER: Zusammenfassung 145
Abschlussdiskussion 149

Erich TENKHOFF:

Mensch – Technik – Verantwortung

[S. 17-30; ohne Zusammenfassung]

Alfred VOSS:

Energieversorgungsoptionen und nachhaltige Entwicklung: Ganzheitliche Betrachtungen zur Okonomie und Okologie

[S. 31-42)

„Nachhaltige Entwicklung“ ist das zentrale Leitbild der umwelt-, wirtschafts- und entwicklungspolitischen Diskussion. Obwohl das Leitbild einer „nachhaltigen Entwicklung“ breite prinzipielle Zustimmung findet, so spannen doch die Vorstellungen und Interpretationen dieses Leitbildes sowohl hinsichtlich ihrer normativen bzw. theoretisch-naturwissenschaftlichen Fundierungen, als auch bezüglich der abgeleiteten Handlungsziele bzw. Handlungsweisungen – dies gilt insbesondere für den Energiebereich – eine große Bandbreite auf.

Der Vortrag versucht, das Leitbild „Nachhaltige Entwicklung“ für den Bereich der Energieversorgung oder, präziser ausgedrückt, für den Bereich der Bereitstellung von Energiedienstleistungen zu konkretisieren. Aufbauend auf Ergebnisse ganzheitlicher Stoff- und Energiebilanzen werden wesentliche Energieversorgungsoptionen im Hinblick auf ihre Bedeutung für eine nachhaltige Energiebereitstellung eingeordnet und bewertet.

Michaele HUSTEDT:

Künftige Stromversorgung: Ökologische Aspekte

[S. 45-51]

Wichtigste Voraussetzung für eine künftige ökologische Stromversorgung sind der Ausstieg aus der Atomenergie sowie die Vollendung der zweiten und dritten Stufe der ökologisch-sozialen Steuerreform. Da in absehbarer Zeit ein Teil der Energieerzeugung weiterhin auf Basis fossiler Energieträger erfolgen wird, ist eine Effizienzrevolution bei den fossilen Energietechnologien notwendig. Darüber hinaus müssen die erschließbaren Energieeinsparpotentiale genutzt werden; dazu gehören die neue Energiesparverordnung, die Förderung der Altbausanierung sowie ein modernes Energiemanagement (Wärmedämmung, Heizungsanlagentechnik, Warmwasserzubereitung u.a.).

Zur ökologischen Stromversorgung muss der Anteil erneuerbarer Energien zu einer tragenden Säule unserer Energieversorgung ausgebaut werden. Dazu gehören u.a. das 100.000-Dächer-Programmd er Bundesregierung und das Förderprogramm für marktnahe erneuerbare Energieträger. Die Energieforschung muss eine andere Orientierung erhalten und den Umbau der Energieversorgung beschleunigen: Energiespartechnologien und erneuerbare Energien müssen vorrangig gefördert werden.

Besonders wichtig ist auch eine Stärkung der Kommunen sowie der Stadtwerke. Dies beinhaltet eine Überarbeitung der energierechtlichen Rahmenbedingungen, die die Stadtwerke dabei unterstützen müssen, sich als Energieversorger auf den Wettbewerb einzustellen.

Die neue Energiepolitik wird im Dialog entwickelt, wobei mit allen beteiligten Akteuren eine Zukunftsperspektive innerhalb des liberalisierten Energiemarktes erarbeitet werden soll, um dem Ziel einer umweltverträglichen und zukunftsfähigen Energieversorgung näher zu kommen.

Joachim LUTHER:

Zum zukünftigen Beitrag der Solarenergie zur Stromversorgung

[S. 55-62]

Die Konversion von Sonnenenergie über Solarzellen hat das Potential, einen wesentlichen Beitrag zur zur künftigen Stromversorgung zu liefern. Wegen der ausgeprägten Modularität dieser Energietechnik liegt ihr Einsatzbereich sowohl in dezentralen, netzfernen Anwendungen als auch in der Einspeisung von elektrischer Energie in große Stromnetze. Technologische Entwicklungen und eine Massenproduktion lassen deutliche Kostenreduktionen für solarelektrischen Strom erwarten. Die ökologischen Vorteile einer Stromversorgung über Sonnenenergie müssten im Energiepreisgefüge angemessen berücksichtigt werden, damit die Technologie Mitte des 21. Jahrhunderts in energiepolitisch relevantem Umfang zur Verfügung steht.

Werner SÜSS:

Ökologische Verantwortung eines Energieversorgungsunternehmens in einem liberalisierten Strommarkt

[S. 67-71]

Regenerative Energien stellen zweifellos eine der wichtigsten langfristigen Zukunftsoptionen für die Weltenergieversorgung dar. Für die Energieversorgungsunternehmen ist im Wettbewerb der lange Weg vom Förderchampion hin zu einem immer stärker eigenständigen marktorientierten regenerativen Marktauftritt vorgezeichnet. Kernfrage für jedes regenerative Förderregime ist letztlich, auf welche Weise die zwischen den konventionellen und regenerativen Energiequellen in der Regel noch bestehende „Kostenlücke“ überwunden

werden kann.

Adolf BIRKHOFER:

Kernenergie und Reaktorsicherheit: Nationale und internationale Perspektiven

[S. 75-81]

Ende 1998 waren weltweit 433 Kernkraftwerke am Netz, weitere 36 Reaktoren in Bau. Die weltweite Betriebserfahrung liegt inzwischen bei rund 8000 Anlagenbetriebsjahren, wovon etwa 70 % auf westliche Druck- und Siedewasserreaktoren entfallen. Die Sicherheitsbilanz der westlichen Kernkraftwerke ist gut. Zwar kam es 7979 zu einem schweren Unfall in Harrisburg, es traten aber keine Schäden außerhalb des Kraftwerks auf. Die Anstrengungen der letzten Jahrzehnte zur Weiterentwicklung der Sicherheit schlagen sich in Verbesserungen vieler Sicherheitsindikatoren nieder. Zu erheblichen Sicherheitsdefiziten kam es dagegen in Osteuropa. Die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl hat dies drastisch gezeigt Nicht zuletzt dadurch ist die Reaktorsicherheit heute zu einer internationalen Aufgabe geworden. Dabei hat Deutschland bisher einen erheblichen Einfluss auf die Entwicklung in anderen Ländern ausgeübt. Durch den deutschen Kernenergieausstieg droht dieser Einfluss allerdings verloren zu gehen, zumal dadurch in Deutschland auch der Erhalt der Fachkompetenz gefährdet ist.

Konrad WECKERLE:

„Energie im Fluss“ – Was kann die Wasserkraft zur künftigen Stromversorgung beitragen?

[S. 85-90]

Energie im Fluss – Was kann die Wasserkraft zur künftigen Stromversorgung beitragen? In wenigen Worten: nicht allzu viel. Obwohl Bayern das wasserreichste Bundesland ist, reicht das bei weitem nicht aus, um Kern- und Kohlekraftwerke zu ersetzen. Ein weiteres Problem ist die Freigabe des europäischen Energiemarktes, wodurch die Strompreise enorm unter Druck stehen. Drittens fehlt zur Zeit auch die politische Unterstützung der Wasserkraft.

Werner KLEINKAUF und Martin HOPPE-KILPPER:

Windenergietechnik – Entwicklung und Beitrag zur Stromversorgung

[S. 93-103]

Die Technik und Nutzung der Windenergie hat in Deutschland eindrucksvoll unter Beweis gestellt, dass begleitende Programme des Bundes und der Länder, insbesondere aber gesetzliche Maßnahmen wie das Stromeinspeisungsgesetz als Mindestpreisregelung, in der Lage sind Entwicklungen einzuleiten, die selbst hoch gesteckte Erwartungen weit übertreffen können. Innerhalb von 7 Jahren konnten aufgrund verlässlicher Bedingungen und des technischen Fortschrittes die Anlagengröße fast verzehnfacht, die Anlagenverfügbarkeit auf über 98 % gesteigert und die Stromgestehungskosten etwa halbiert werden. 1999 werden Windenergieanlagen mit ca. 4 GW in Deutschland installiert sein, die mit gut 1,5 % zur Stromerzeugung beitragen werden. Damit ist die Windenergietechnik – zumindest regional – in Deutschland zu einem Wirtschaftsfaktor geworden und hat insgesamt mehr als 10.000 Arbeitsplätze geschaffen, europaweit sind es mehr als das Doppelte. Bei Fortschreibung bzw. leichter Abschwächung der Wachstumsraten von den WEA-Neuinstallationen der letzten Jahre wird eine weitere Steigerung des Windstromanteils in Deutschland auf rund 5 % bis 2007 möglich sein.

Kaspar Andreas FRIEDRICH, Peter LAMP und Ulrich STIMMING:

Brennstoffzellen und Stromversorgung

[S. 105-117]

Die Brennstoffzellentechnologie eröffnet neue Möglichkeiten der zentralen und dezentralen Strom- bzw. Strom- und Wärmeproduktion. Diese neuen Möglichkeiten sind jedoch stark von speziellen Brennstoffzellensystemen abhängig und müssen getrennt betrachtet werden. Die besondere Eigenschaft der Brennstoffzelle ist dabei ihre hohe Stromkennzahl (das Verhältnis zwischen erzeugter elektrischer und thermischer Leistung) bei der Energiewandlung, die ihre Anwendungsmöglichkeiten maßgeblich beeinflusst.

Bei der Stromerzeugung in zentralen Kraftwerken steht ein möglichst hoher elektrischer Wirkungsgrad im Mittelpunkt des Interesses. In dieser Beziehung ist ein System von Hochtemperaturbrennstoffzellen und nachgeschalteten Gas- und/oder Dampfturbinen sehr attraktiv, denn der Wirkungsgrad kann im Vergleich zu der heute vorhandenen besten konventionellen Technik weiter gesteigert werden. Dieses ist sogar mit vergleichsweise kleinen Einheiten möglich, da Brennstoffzellen im Allgemeinen modular aufgebaut werden.

Die Kraft-Wärme-Kopplung ermöglicht durch die gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme eine bessere Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie. Eine Kraft-Wärme-Kopplung wird in absehbarer Zeit nur in dezentralen Anlagen verwirklicht werden. Die Brennstoffzellentechnologie steht hier in direkter Konkurrenz zum Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einem Gasmotor. Vorteile des Brennstoffzellen-BHKW im Vergleich zum Gasmotor-BHKW sind insbesondere reduzierte Schadstoffemissionen (vor allem der Stickoxide) und reduzierte Lärmemissionen. Außerdem weist die Brennstoffzelle einen besseren Teillastwirkungsgrad, eine höhere Überlastfähigkeit und einen geringeren Wartungsaufwand auf. Weitere Vor- und Nachteile der Brennstoffzellensysteme hängen wesentlich vom Brennstoffzellentyp ab. Niedertemperaturbrennstoffzellen benötigen eine relativ aufwendige Gasaufbereitung, wodurch das System komplexer wird. Die dynamische Antwort auf Laständerungen wird dadurch träger und der Wirkungsgrad ist dann nur geringfügig besser als bei Gasmotoren. Hochtemperaturbrennstoffzellen sind bzgl. der Systemtechnik deutlich einfacher und besitzen den Vorteil, dass der elektrische Wirkungsgrad der Hochtemperaturbrennstoffzelle im Vergleich zum Gasmotor-BHKW mit ca. 50 % deutlich höher ist.

Allgemein wird der Markteintritt der Brennstoffzellentechnologie zunächst im BHKW-Bereich bei einigen hundert kW_el erwartet. Die Einführung von Kleinst-Kraftwerken mit Brennstoffzelle wird von einigen Firmen ebenfalls stark forciert. Die ökonomische Triebkraft für die Brennstoffzellenentwicklung in diesem Bereich ist vor allem durch die potentiell hohen Stückzahlen gegeben. Inwieweit sich dieser Markt tatsächlich entwickelt hängt auch von den zukünftigen Rahmenbedingungen des liberalisierten Energiemarktes in Europa und Übersee ab.

Arnulf SCHLÜTER:

Die Entwicklung zum thermonuklearen Fusionsreaktor

[S. 121-127]

In einem zukünftigen Fusionsreaktor muss ein Gas aus Ionen (ein „Plasma“) der schweren Wasserstoff-Isotope D (Deuterium)und T (Tritium) bei einer Temperatur von 100 Millionen Grad zur Energie liefernden Fusionsreaktion gebracht werden. Dazu muss eine Reihe weiterer Reaktionen im Gleichlauf das Tritium herstellen, wofür laufend Lithium gespalten werden muss sowie der Ausgleich der Energiezu- und -abfuhr, der „Brennstoffzufuhr“ und der „Asche-Abfuhr“ in Gang gehalten werden muss.

Für einen derartigen Reaktor sind viele Anordnungen im Laufe der Zeit versucht worden. Das Wettrennen hat sich zugespitzt auf Konstruktionen in Ringform („Torus“), insbesondere auf „Tokamaks“ und „Stellaratoren“. Das internationale Tokamak-Projekt ITER ist in der Planung weit gediehen und nach einer erheblichen Reduktion an Zielen und Geldbedarf sollte es die Anlage sein, die einem Reaktor am nächsten kommt. Die Stellaratoren sind an Größe und Verbreitung im Rückstand, holen aber auf, da sie in einigen wichtigen Punkten Lösungen zu Schwierigkeiten der Tokamaks (etwa beim Übergang vom Pulsbetrieb zum Dauerbetrieb) bieten können.

In den letzten ca. 20 Jahren sind auf beiden Hauptlinien erhebliche Fortschritte erzielt worden. Diese begründen das Vertrauen, dass das Ziel eines umweltfreundlichen attraktiven Reaktors in überschaubarer Zeit erreicht werden kann. Fusionskraftwerke werden groß und komplex sein; verlässliche Preisschätzungen sind schwer möglich. Es ist aber durchaus vorstellbar, dass sie fast doppelt so teuer werden könnten wie ein Kernspaltkraftwerk vergleichbarer Leistung. Diese Differenz könnte jedoch durch die Vorteile der Fusion wohl ausgeglichen werden. Wenn aber in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts – aus welchen Gründen auch immer – eine Verknappung der Energieressourcen auftritt, wird es notwendig sein, betriebsbereite Fusionskraftwerke in nicht geringer Anzahl zu besitzen.

Thomas BRUCKNER:

Energieversorgung und Klimaschutz

[S, 129-140]

Das Hauptanliegen des vom Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung „Globale Umweltveränderungen“ (WBCU) vorgeschlagenen Leitplankenansatzes zur integrierten Bewertung von Klimaschutzstrategien ist es, eine klare Trennung von Werturteilen und wissenschaftlicher Analyse zu unterstützen. Der Ansatz beginnt dazu mit der explizit normativen Vorgabe von Leitplanken, die dazu dienen, sowohl intolerable Klimafolgen als auch sozioökonomisch nicht akzeptable Emissionsminderungsmaßnahmen auszuschließen. Eine im Anschluss daran durchgeführte rein wissenschaftliche Analyse erlaubt dann die Bestimmung der Gesamtheit aller Klimaschutzstrategien, die mit den vordefinierten Restriktionen verträglich sind. Das vom WBGU im Rahmen einer exemplarischen Anwendung dieses Ansatzes abgeleitete Reduktionsziel, dem zufolge die Emissionen der Industrieländer bis 2050 um etwa 80 % (bezogen auf 1990) reduziert werden sollen, lässt sich technologisch gesehen durch eine geeignete Kombination verschiedenster innovativer Techniken, gegebenenfalls unterstützt durch eine Energie- und/oder CO₂-Steuer, realisieren. Welche Optionen dabei in welchem Umfang eingesetzt werden sollen, hängt abgesehen von den technologischen Potentialen von zusätzlichen Kriterien (z.B. Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, gesellschaftliche Akzeptanz) ab, deren relative Gewichtung aufgrund des normativen Charakters der Fragestellung letztlich nur im Rahmen eines wissenschaftlich-informativen, gesellschaftlichen Entscheidungsprozesses festgelegt werden kann.

Die jüngste politische Entwicklung in Deutschland, die Bestrebung den Anteil der Kernenergie an der Stromversorgung zunächst zu reduzieren und schließlich ganz zu ersetzen, wirft viele Fragen auf: Welche Alternativen zur Kernenergie stehen zur Verfügung? In welchem Ausmaß kann ihr derzeit nur geringer Anteil an der Stromversorgung gesteigert werden? Wie wirkt sich die Liberalisierung des Strommarktes auf diese sog. Regenerativen aus?

Die Kommission für Ökologie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften hat es übernommen, Experten aus Wissenschaft, Industrie und Politik einzuladen um über die zukünftige Rolle anderer Energiequellen zur Stromversorgung im Vergleich mit der Kernenergie zu referieren und zu diskutieren. Ziel dieser Fachtagung war es, die fachlichen Grundlagen für diese oft sehr konträre und stark emotional bestimmte öffentliche Diskussion bereitzustellen und so zu einer Versachlichung des Themas »künftige Stromversorgung« beizutragen.

Die Vorträge und Diskussionen dieses gut besuchten und sehr informativen Rundgesprächs werden mit diesem Buch der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Es richtet sich gleichermaßen an Fachleute wie an interessierte Laien. Unser Wunsch wäre – wie es an einer Stelle in dem Buch heißt – »... über diese tiefen Gräben [zwischen Atomkraftbefürwortern und -gegnern], wenn wir sie schon nicht zuschütten können, zumindest Brücken zu bauen.«

* Birkhofer, Adolf, Prof. Dr., Geschäftsführer der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, Garching

* Bruckner, Thomas, Dr., Potsdam-Insitut für Klimafolgenforschung e.V., Potsdam

Buchner, Klaus, Prof. Dr., Technische Universität München, Zentrum Mathematik, München

* Friedrich, Kaspar Andreas, Dr., Technische Universität München, Physik-Department E19, Garching

Hoffmann, Egon, Dr., Vorsitzender des Ausschusses für Energie- und Rohstoffpolitik des Wirtschaftsbeirates der Union, München

Hagedorn, Horst, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Universität Würzburg, Institut für Geographie, Würzburg

Hamacher, Thomas, Dr., MPI für Plasmaphysik, Garching

Hoppe, Brigitte, Prof. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Geschichte der Naturwissenschaften, Museumsinsel 1, München

* Hustedt, Michaele, MdB, Energiepolitische Sprecherin Bündnis 90/Die Grünen, Berlin

* Kleinkauf, Werner, Prof. Dr., Universität Gesamthochschule Kassel, Institut für Elektr. Energietechnik, Kassel

Levi, Hans Wolfgang, Prof. Dr., Baldham

* Luther, Joachim, Prof. Dr., Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg

* Mayinger, Franz, Prof. Dr., Mitglied der Kommission für Ökologie, Technische Universität München, Lehrstuhl A für Thermodynamik, Garching

Michler, Günther, Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Geographie, München

Nöth, Heinrich, Prof. Dr., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Mitglied der Kommission für Ökologie, München

Sauer, Hans Dieter, Gräfelfing

* Schlüter, Arnulf, Prof. Dr., Bayerische Akademie der Wissenschaften, München

Schneider, Achim, Dr., freier Journalist, München

Schrüfer, Elmar, Prof. Dr., Technische Universität München, Meßsystem- und Sensortechnik, München

Straub, Johannes, Prof. Dr., Gröbenzell

* Süss, Werner, Dr., Bayernwerk AG, Leiter Unternehmenskommunikation, München

* Tenckhoff, Erich, Prof. Dr., Siemens AG, Energieerzeugung, Erlangen

* Voß, Alfred, Prof. Dr., Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Stuttgart

* Weckerle, Konrad, Dr., Vorstandsvorsitzender der Bayernwerk Wasserkraft AG, Landshut

Ziegler, Hubert, Prof. Dr., Vorsitzender der Kommission für Ökologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften, München