Inhaltsverzeichnis

INHALTSVERZEICHNIS   

I.  VORÜBERLEGUNGEN.  1

II.  FACHWISSENSCHAFTLICHER TEIL  3

1.  ENERGETISCHE GRUNDLAGEN  3

1.1.  ENERGIEBEGRIFF  3

1.2.  DAS ENERGIEPOTENTIAL.  5

1.3.  ENERGIERESSOURCEN  6

1.4.  PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH (PEV)  7

2.  DAS ENERGIEANGEBOT DER ERDE  9

2.1.  STRUKTUR DES PRIMÄRENERGIEVERBRAUCHS UND DER STROMERZEUGUNG  9

2.1.1.  weltweit  9

2.1.2.  in Deutschland  11

2.2.  ÖKOBILANZEN VERSCHIEDENER ENERGIETRÄGER  12

2.3.  FOSSILE ENERGIETRÄGER.  16

2.3.1.  Definition.  16

2.3.2.  Heutige Nutzung und Ausblick  17

2.4.  ERNEUERBARE ENERGIETRÄGER  18

2.4.1.  Definition.  18

2.4.2.  Heutige Nutzung erneuerbarer Energieträger.  18

3.  ERNEUERBARE ENERGIEN IN SÜDBADEN.  20

3.1.  DIE WASSERKRAFT  21

3.1.1.  Physisch-geographische Grundlagen.  21

3.1.2.  Technische Voraussetzungen und Ausblick  23

3.1.3.  Die momentane Nutzung der Wasserkraft.  25

3.1.3.1.  Überblick  25

3.1.3.2.  Die Nutzung der Wasserkraft in Südbaden  26

3.1.4.  Möglichkeiten für die Wasserkraftnutzung in der Zukunft  28

3.1.4.1.  Weltweites Potential.  29

3.1.4.2.  Potential in Deutschland.  29

3.1.4.3.  Zukünftige Chancen für Südbaden  30

3.1.5.  Vor- und Nachteile der Nutzung der Wasserkraft  32

3.2.  DIE WINDENERGIE  34

3.2.1.  Physisch-geographische Grundlagen.  35

3.2.2.  Technische Voraussetzungen  38

3.2.3.  Ausblick.  40

3.2.4.  Die momentane Nutzung der Windenergie  41

3.2.4.1.  Überblick  41

3.2.4.2.  Die Nutzung der Windenergie in Südbaden  43

3.2.5.  Möglichkeiten für die Windenergienutzung in der Zukunft.  44

3.2.5.1.  Weltweites Potential.  45

3.2.5.2.  Potential in Deutschland.  45

3.2.5.3.  Zukünftige Chancen für Südbaden  46

3.2.6.  Vor- und Nachteile der Windenergie.  50

3.3.  DIE SOLARENERGIE  53

3.3.1.  Physisch-geographische Voraussetzungen  53

3.3.2.  Photovoltaische Energieerzeugung.  57

3.3.2.1.  Technische Voraussetzungen  57

3.3.2.2.  Ausblick.  60

3.3.2.3.  Die momentane Nutzung der Photovoltaik  60

3.3.2.4.  Vor- und Nachteile der photovoltaischen Energiegewinnung.  62

I

Inhaltsverzeichnis

3.3.3.  Solarthermische Energieerzeugung  63

3.3.3.1.  Solarthermische Warmwasser- und Raumwärmegewinnung.  64

3.3.3.2.  Solarthermische Stromerzeugung.  69

3.3.4.  Möglichkeiten für die Solarenergienutzung in der Zukunft  71

3.3.4.1.  Weltweites Potential.  71

3.3.4.2.  Potential in Deutschland.  71

3.3.4.3.  Zukünftige Chancen für Südbaden  72

3.4.  DIE ENERGIE DER BIOMASSE  78

3.4.1.  Biologische Voraussetzungen  79

3.4.2.  Energiegewinnung aus biogenen Festbrennstoffen  79

3.4.2.1.  Technische Voraussetzungen  80

3.4.2.2.  Ausblick.  81

3.4.2.3.  Die momentane Nutzung biogener Festbrennstoffe  81

3.4.3.  Energiegewinnung aus Biogas.  83

3.4.3.1.  Technische Voraussetzungen  84

3.4.3.2.  Ausblick.  84

3.4.3.3.  Die momentane Nutzung von Biogas.  85

3.4.4.  Energiegewinnung aus Biokraftstoffen  87

3.4.4.1.  Technische Voraussetzungen und Ausblick  87

3.4.4.2.  Die momentane Nutzung von Biokraftstoffen.  88

3.4.5.  Möglichkeiten der energetischen Nutzung von Biomasse in der Zukunft.  89

3.4.5.1.  Weltweites Potential.  89

3.4.5.2.  Potential in Deutschland.  90

3.4.5.3.  Chancen der energetischen Biomassenutzung in Südbaden.  91

3.4.6.  Vor- und Nachteile der energetischen Nutzung von Biomasse  102

3.4.7.  Exkurs: Klär- und Deponiegasnutzung.  103

3.5.  DIE GEOTHERMIE  105

3.5.1.  Physisch-geographische Voraussetzungen  105

3.5.2.  Technische Voraussetzungen  106

3.5.2.1.  Oberflächennahe Geothermie  106

3.5.2.2.  Erdwärmenutzung mit tiefen Erdwärmesonden  107

3.5.2.3.  Hydrothermale Systeme mit hohem Temperaturangebot  107

3.5.2.4.  Hydrothermale Systeme mit niedrigem Temperaturangebot.  108

3.5.2.5.  Hot-Dry-Rock-Verfahren  108

3.5.3.  Ausblick.  109

3.5.4.  Die momentane Nutzung der Geothermie  109

3.5.4.1.  Überblick  109

3.5.4.2.  Die Nutzung der Geothermie in Südbaden.  110

3.5.5.  Möglichkeiten für die Nutzung der Geothermie in der Zukunft.  111

3.5.5.1.  Weltweites Potential.  111

3.5.5.2.  Potential in Deutschland.  112

3.5.5.3.  Zukünftige Chancen für Südbaden  113

3.5.6.  Vor- und Nachteile der geothermischen Energiegewinnung.  116

3.6.  WEITERE ERNEUERBARE ENERGIEN  117

3.7.  ENERGIEEINSPARUNG  118

4.  GESAMTE NUTZUNG ERNEUERBARER ENERGIEN IN SÜDBADEN  119

5.  GESAMTPOTENTIAL DER ERNEUERBAREN ENERGIETRÄGER IN SÜDBADEN  122

6.  GRENZEN DER NUTZUNG IN SÜDBADEN.  124

6.1.  WIRTSCHAFTLICHE GRENZEN  124

6.2.  POLITISCHE GRENZEN.  126

6.3.  STRUKTURELLE GRENZEN  129

6.4.  GRENZEN AUFGRUND VON INFORMATIONS- UND  KOMMUNIKATIONSDEFIZITEN130

6.5.  KONKLUSION  131

7.  ERNEUERBARE ENERGIEN IN SÜDBADEN - EIN FAZIT.  132

II

Inhaltsverzeichnis

III.  DIDAKTISCHE ÜBERLEGUNGEN  133

1.  OBERZIELE DES FÄCHERVERBUNDES ERDKUNDE - WIRTSCHAFTSKUNDE -  

GEMEINSCHAFTSKUNDE   133

2.  DAS THEMA IM NEUEN BILDUNGSPLAN  135

2.1.  DAS THEMA IM FÄCHERVERBUND EWG.  135

2.2.  DAS THEMA IM FÄCHERVERBUND NWA.  137

2.3.  DAS THEMA IN ANDEREN FÄCHERN.  138

3.  AUSWAHL DES THEMAS.  139

4.  DIE UMSETZUNG DES THEMAS IM RAHMEN DES PROJEKTUNTERRICHTS  140

4.1.  GESCHICHTE DES PROJEKTUNTERRICHTS.  140

4.2.  GRUNDLAGEN  142

4.2.1.  Komponente 1: Projektinitiative.  143

4.2.2.  Komponente 2: Auseinandersetzung mit der Projektinitiative in einem vorher  

vereinbarten  Rahmen  144

4.2.3.  Komponente 3: Entwicklung der Projektinitiative zum Bestätigungsgebiet  144

4.2.4.  Komponente 4: (Verstärkte) Aktivität im Betätigungsgebiet -  

Projektdurchf  ührung  145

4.2.5.  Komponente 5: Beendigung eines Projekts.  145

4.2.6.  Komponente 6: Fixpunkt.  146

4.2.7.  Komponente 7: Metainteraktion / Zwischengespräch  147

4.2.8.  Fazit  147

4.3.  TATSÄCHLICHE UMSETZUNG  148

4.3.1.  Zielsetzung und Ablauf des Projekts  148

4.3.2.  Auftretende Probleme innerhalb des Projekts  152

4.3.3.  Vergleich zwischen Theorie und Praxis  153

4.4.  WEITERE MÖGLICHKEITEN DER UMSETZUNG  154

5.  FAZIT.  155

IV.  SCHLUSSBETRACHTUNG  156

V.  LITERATURVERZEICHNIS  158

VI.  ANHANG  165

A.  ZUSÄTZLICHE MATERIALIEN.  165

B.  EXKURS: DER ENERGIEMARKT IN SÜDBADEN  170

C.  GESCHICHTE DER NUTZUNG ERNEUERBARER ENERGIEN  174

D.  WEITERFÜHRENDE TECHNISCHE ASPEKTE ZU ERNEUERBAREN ENERGIEN  193

E.  ANDERE ERNEUERBARE ENERGIETRÄGER IM ÜBERBLICK  212

III

Vorüberlegungen

I. Vorüberlegungen

Wind, Wasser, Sonne, Biomasse und Erdwärme - erneuerbare Energien, denen nachgesagt wird, gewaltige Potentiale für den Klimaschutz und den Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung in sich zu bergen. Ist dem wirklich so? Wie stellt sich die heutige Situation dar? Warum werden sie bisher nur in solch geringem Umfang genutzt? Diesen und anderen Fragen soll auf den nächsten Seiten nachgegangen werden, wobei der Schwerpunkt eindeutig auf die Region Südbaden gelegt wird.

Ein Gebiet, das eigentlich prädestiniert ist, für die nachhaltige Energiegewinnung, denn in nur wenig anderen Teilen Deutschlands können die verschiedenen Techniken auf solch einem engen Raum umfassend genutzt werden. Der Schwarzwald garantiert für ausreichende Winde und ein stetig gleich bleibendes Angebot an Biomasse. Am Hochrhein können große Wasserkraftwerke betrieben werden, und der Rheingraben ist ideal zur Nutzung der Erdwärme geeignet. Dazu herrscht eine für hiesige Breiten hohe Globalstrahlung der Sonne vor, die für solare Energiesysteme von entscheidender Bedeutung ist.

Alles Faktoren, die eine Behandlung genau dieser Thematik interessant machen. Auch aus diesem Grund wird eine neutrale Ausleuchtung durchgeführt, da erneuerbare Energien in einigen Jahren bzw. Jahrzehnten viel zu wichtig sein werden, als dass darüber nur mit Halbwissen und ungeprüften Vorurteilen (sowohl auf Seiten der Befürworter wie auch der Gegner) gesprochen werden dürfte. Der Atomausstieg in Deutschland ist (zumindest vorerst) beschlossene Sache, weshalb innerhalb von zwei Jahrzehnten rund ein Drittel der erzeugten Strommenge (etwa 500 TWh) aus anderen Quellen gewonnen werden muss. Um die CO 2 -Ziele des Kyoto-Protokolls nicht zu verfehlen, kann die zu erzeugende Menge nicht nur aus Öl-, Kohle- und Erdgaskraftwerken stammen - auch in Südbaden nicht.

Die Relevanz für eine Umsetzung im Unterricht wäre also gegeben. Bisher werden die erneuerbaren Energien allerdings - mit Ausnahmen - meist nur in einem geringen Umfang in der Schule angesprochen. Das muss sich im Hinblick auf die Zukunft ändern, was auch die Landesregierung erkannt hat, die mit dem neuen Bildungsplan daher die Vorraussetzungen für eine forcierte Behandlung der Thematik geschaffen hat. Ein mögliches Konzept dafür wird im zweiten Teil der Arbeit aufgezeigt, der die didaktischen Überlegungen beinhaltet. Dabei steht die praxisnahe Erarbeitung unter Verwendung der Unterrichtsform des Projektunterrichts im Vordergrund, wobei auch der neue Bildungsplan betrachtet wird.

1

Vorüberlegungen

Im ersten Teil werden zunächst die verschiedenen Techniken zur Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien untersucht, wie diese bisher in Südbaden genutzt werden, und welche Chancen sich für die Zukunft anbieten. Dazu gehört aber auch auf die die Region betreffenden Hemmnisse einzugehen, die eine verstärkte Nutzung verhindern bzw. verlangsamen könnten.

Anmerkungen

Zum Zwecke der besseren Lesbarkeit wird in dieser Arbeit auf Doppelnennungen wie z. B. ‚Lehrer und Lehrerin’ verzichtet. Die jeweilig verwendete Form steht somit für beide Geschlechter.

Der § 107 der bereits als amtlich bezeichneten Regelung der neuen deutschen Rechtschreibung besagt, dass „auch ein einzelner Vokal am Wortanfang abgetrennt werden kann.“ (vlg. Duden, 2002, S. 909). Da diese Option von der automatischen Silbentrennung des Programms Microsoft Word wahrgenommen wird, kann es zu etwas unschönen Trennungen kommen, die so leider nicht zu vermeiden sind.

2

Energetische Grundlagen

II. Fachwissenschaftlicher Teil

1. Energetische Grundlagen

1.1. Energiebegriff

Obwohl der Energiebegriff an sich eher mit dem physikalischen oder technischen Fachbereich verbunden wird, ist er doch auch für die Geographie sehr bedeutend. Insbesondere in der Wirtschafts- und Sozialgeographie spielt er, wenn es etwa um die Energieversorgung der Bevölkerung geht, eine gewichtige Rolle. Da auch die regenerativen Energien zu diesem Sektor gehören, muss man, um überhaupt in der Lage zu sein, das Thema zu behandeln, zunächst einmal den allgemeinen physikalischen Energiebegriff klären. Wird dazu in einem handelsüblichen Lexikon nachgeschlagen, erhält man als Antwort in etwa einen Satz wie: „Energie, Fähigkeit eines physikalischen oder technischen Systems, Arbeit zu verrichten“ (MS Encarta 2003, Suchstichwort ‚Energie’). Das physikalische oder technische System kann dabei einem sehr weitläufigen Feld entstammen, denn sowohl Materie (in Form potentieller oder kinetischer Energie), als auch elektromagnetische Strahlung (in Form elektromagnetische Energie beim Auftreffen oder Abstrahlen auf und von Materie) können Energie in sich beinhalten, um nur zwei Beispiele zu nen-

nen. 1

Zusammengesetzt wird die Energie aus Exergie und Anergie, wobei die Exergie die physikalische Arbeitsfähigkeit eines Systems angibt. Es verfügt dabei nur über soviel Energie, „wie sein Zustand vom Umgebungszustand abweicht.“ (Winje, 1991. S. 33). Der Anteil, der die Menschheit nicht in den Genuss eines Perpetuum Mobile kommen lässt, wird Anergie genannt und kann „auch bei günstigster Prozeßführung nicht in technische Arbeit“ (ebd.) umgewandelt werden. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik (Energiesatz) geht aber auch dieser Energieanteil an sich nicht verloren, da Energie weder entstehen noch vernichtet werden kann, sondern lediglich von einem Körper auf den anderen übergeht oder ihre Erscheinungsform ändert. Er ist einfach nur nicht vom Menschen nutzbar.

Für das Fachgebiet der Geographie ist an sich der Zustand bzw. die Funktion der Energie - spe-

ziell der Energieträger ² - wichtig. Unterschieden wird dabei in Primär-, Sekundär-, End- oder Nutzenergie sowie in Primär-, Sekundär- und Endenergieträger. Abb. 1 zeigt eine Übersicht der verschiedenen in der Energiewirtschaft verwendeten Begriffe sowie zugehörige Beispiele.

¹ Weitere Erscheinungs- bzw. Wirkungsformen von Energie sind auf der einen Seite Gravitationsenergie, chemische Bindungs-

energie, Wärmeenergie, Kernbindungsenergie sowie mechanische (potentielle und kinetische) Energie und auf der anderen Seite

elektrische Energie, elektromagnetische Energie sowie elektrostatische Energie (vgl. Winje, 1991. S. 33)

² Die physikalische Erscheinungsformen und Stoffe aus denen [oder nach deren Umwandlung] Nutzenergie gewonnen werden

kann

3

Energetische Grundlagen

Die Primärenergie besagt, in welcher Form der Energieträger ursprünglich vorliegt, wobei im Allgemeinen zwischen erneuerbaren und nicht erneuerbaren unterschieden wird. Verwendet werden können diese entweder direkt als Nutzenergie (‚Wasserkraft’ als in Wasser gespeicherte potentielle Energie kann per Turbine und Generator in Strom ungewandelt werden), oder sie werden als Zwischenstufe zunächst in Sekundärenergieträger transformiert (Erdöl zu Benzin), um dann nach einer weiteren Umwandlung (etwa Verbrennung) Endenergie bereitstellen zu können.

4

Energetische Grundlagen

Umso mehr Umwandlungen es von der Primärenergie hin zur Bereitstellung der Nutzenergie gibt, desto größer werden die gesamten Verluste der einzelnen Transformationsschritte. Weiterhin müssen noch die Verluste, die durch Bereitstellung von Nutzenergie zur Erstellung einer

Energiedienstleistung ³ anfallen, berücksichtigt werden. Entscheidend ist auf jeden Fall, wie viel Prozent der Primärenergie am Ende wirklich zur Erbringung der Dienstleistungen genutzt werden kann - prägnant ausgedrückt der Umwandlungswirkungsgrad (vgl. Kaltschmitt, 1997. S. 2).

1.2. Das Energiepotential

Da im Verlaufe der Abhandlung immer wieder der Begriff des Potentials in Bezug auf die einzelnen Energieträger fallen wird, soll dies im Folgenden geklärt werden. Im Allgemeinen wird das Potential als die Gesamtheit aller für einen bestimmten Zweck zur Verfügung stehenden Mitteln definiert. Wird diese Definition ohne Einschränkungen auf den Energiebereich angewendet, würde das gesamt zur Verfügung stehende Angebot berücksichtigt werden, ohne Differenzierung, ob es überhaupt technisch nutzbar wäre, oder ob es ökonomisch Sinn macht, das Angebot auszunutzen. Daher wird das energetische Potential in ein theoretisches, ein technisches, ein wirtschaftliches und ein erschließbares (in anderen Quellen: Erwartungs-) Potential unterschieden (vgl. im Folgenden Kaltschmitt, 2001, S. 10f). Unter dem theoretischen Potential wird das in einer Region innerhalb eines bestimmten Zeitraumes theoretisch physikalisch nutzbare Energieangebot (z. B. die gesamte auf die Fläche der BRD einfallende solare Strahlung) verstanden. Es markiert damit die physikalische Obergrenze des realisierbaren Beitrags, kann aber wegen unüberwindbarer technischer, ökologischer, struktureller und administrativer Schranken meist nur zu sehr geringen Teilen erschlossen werden - egal ob regenerativer oder fossiler Art.

Das technische Potential beschreibt den Teil des theoretischen Potentials, der unter der Berücksichtigung der momentanen technischen Restriktionen nutzbar ist. Zusätzlich dazu werden die gegebenen strukturellen und gesetzlichen Vorgaben berücksichtigt, da sie letztlich auch - ähnlich den technisch bedingten Eingrenzungen - ‚ unüberwindbar’ sind. Es beschreibt damit den zeit- und ortsabhängigen (primär aus technischer Sicht) möglichen Beitrag eines Energieträgers zur Deckung der Nachfrage (Als Beispiel kann hier herangezogen werden, dass nur ein kleiner Teil der Landfläche der BRD wegen anderweitiger Nutzung mit Sonnenkollektoren belegt werden kann).

Wird dazu noch der zeit- und ortsabhängige Anteil des technischen Potentials berücksichtigt, der unter den jeweils betrachteten Randbedingungen wirtschaftlich erschlossen werden

³ Beispielsweise Netzverluste in Fernwärmenetzen zur Bereitstellung der Dienstleistung m³ beheizter Raum oder nicht gewollte

Erzeugung von Wärme bei der Bereitstellung der Dienstleistung m 2 beleuchtete Fläche durch eine Glühbirne mittels Strom

5

Energetische Grundlagen

kann, spricht man vom wirtschaftlichen Potential. Da es sehr unterschiedliche Möglichkeiten gibt, die Wirtschaftlichkeit einer Option zur Deckung der Energienachfrage zu bestimmen, existieren immer eine Vielzahl unterschiedlicher wirtschaftlicher Potentiale. Zusätzlich dazu kommen noch sich laufend ändernde ökonomische Rahmenbedingungen hinzu (Beispielsweise Ölpreisänderungen, Veränderungen der steuerlichen Abschreibungsmöglichkeiten, Steuern etc.). Aus diesem Grund wurde für diejenigen Systeme, die nach allgemeiner Ansicht eine Chance haben mittelfristig vermehrt eingesetzt zu werden, der Begriff des Erwatungspotentials geprägt. Dieses berücksichtigt unter anderem Faktoren wie Markteinführungsschwierigkeiten und stellt so „die erwartete Ausschöpfung des wirtschaftlichen Potentials dar, die sich unter der Voraussetzung einstellen würde, dass die Systeme innerhalb des betrachteten Zeitraums wirtschaftlich konkurrenzfähig sind.“ (Kleemann, 1993. S. 19). Deshalb ist das erschließbare Potential im Regelfall kleiner als das wirtschaftliche Potential. Es kann dann größer sein, wenn durch administrative Maßnahmen (z. B. Förderprogramme) eine Möglichkeit zur Nutzung eines speziellen Energieträgers finanziell unterstützt wird.

Eine Abgrenzung unterschiedlicher Potentiale ist notwendig, da es ansonsten bei Größenberechnungen leicht zu gravierenden Abweichungen kommen kann. Unterschiedliche Werte können zwar auch so nicht vermieden werden, da ein Potential nie ganz genau bestimmt werden kann, und sich auch die Voraussetzungen fortlaufend verändern, es hilft jedoch die Unterschiede in Grenzen zu halten und eine gewisse Vergleichbarkeit zu ermöglichen.

1.3. Energieressourcen

Obwohl sich der Ressourcenbegriff eigentlich aus dem des Potentials ableitet, soll er doch kurz beleuchtet werden, denn insbesondere in der Geologie wird eher von möglichen Ressourcen eines (insbesondere fossilen) Energieträges, als von einem bestimmten Potential gesprochen. Allgemein werden darunter „die gesamten Vorkommen an Energieträgern.“ (Winje, 1991. S. 7) verstanden.

Da nicht alle Ressourcen zur Energienutzung genutzt werden können, werden sie in unterschiedliche Klassen unterteilt, deren Grenzen aus der Abbauwürdigkeit resultieren. Dies verdeutlicht auch das McKelvey-Diagramm, in dem die gesamten Ressourcen durch verschiedene Klassifikationen unterteilt wurden. Dabei beschreiben Reserven solche Ressourcen, die sowohl bereits nachgewiesen sind, als auch zum derzeitigen Zeitpunkt wirtschaftlich abbaubar sind. Aufgrund von immer wieder gemachten Neuentdeckungen und neuen Fördertechniken verschieben sich die Grenzen jedoch fortlaufend, was zur Folge hat, dass Größenordnungen von

6

Energetische Grundlagen

Ressourcen und Reserven immer nur Näherungswerte sein können, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gelten.

Diese Entwicklungen wird im Diagramm durch die Unterteilung der unwirtschaftlichen Abbauwürdigkeit in paramarginal und submarginal ausgedrückt. „Unter paramarginale Ressourcen fallen solche, die an der Schwelle zum Gewinn stehen und bei relativ geringen Änderungen wirtschaftlicher, technischer oder politischer Rahmenbedingungen mit Gewinn abgebaut werden können.“ (ebd., S. 8). Deswegen werden sie genauso wie die vermuteten Ressourcen zu den Grenzreserven gezählt. Im Gegensatz dazu werden als submarginal solche betrachtet, die nur bei größten Änderungen der Rahmenbedingungen mit Gewinn abgebaut werden können. Aus diesen Gründen ist zu vermuten, dass die fossilen Energieträger an sich noch länger vorhalten, als es durch die momentane Bestandsaufnahme erscheint, da es bei einer Verknappung der Rohstoffe automatisch lohnenswert wird, neue Lagerstätten abzubauen, die vorher nicht in Erwägung gezogen wurden - was natürlich zu höheren Energiekosten führt.

1.4. Primärenergieverbrauch (PEV)

Unter diesem Begriff wird im Prinzip die gesamte einer Volkswirtschaft zugeführte Energie ver-standen, also sowohl die Energie aus dem im Land selbst gewonnenen und verbrauchten Primärenergieträger, als auch die zugeführte Primär- und Sekundärenergie. Dabei spielt es keine Rolle zu welchem Zweck die Energieträger verbraucht wurden (Wärmebereitstellung, Stromerzeugung oder Verbrauch im Verkehr). Dieser Wert wird häufig zum Vergleich des Energie-

7

Energetische Grundlagen

verbrauchs verschiedener Volkswirtschaften oder bei der Bestimmung von Potentialen herangezogen - kann allerdings auch regional bezogen betrachtet werden. Als Einheit üblich sind kg SKE (Steinkohleinheiten), kg RÖE (Rohöleinheiten), J (Joule), m³ EE (Erdgaseinheiten) und Wh (Wattstunden), deren jeweiliger Energiewert zueinander in bestimmten Verhältnissen stehen. Zur besseren Verständlichkeit soll untenstehende Umrechnungs-tabelle dienen. 4

⁴ Im weiteren Verlauf werden die notwendigen Umrechnungen anhand der Energiewerte dieser Tabelle unternommen.

8

Das Energieangebot der Erde

2. Das Energieangebot der Erde

Das Energieangebot, das dem Menschen auf der Erde zur Verfügung gestellt wird, ist (an sich) unendlich groß. Komplett technisch und wirtschaftlich nutzen kann er es jedoch nicht, und so tritt der Fall auf, dass die gesamte Erdbevölkerung im Moment eigentlich mehr Energie verbraucht, als es ökonomisch und ökologisch zu verantworten wäre. Dies resultiert aus der Tatsache, dass momentan der PEV überwiegend durch fossile Energieträger gedeckt wird, die allerdings nur in solch großen Zeiträumen nachwachsen, dass sie für mehrere Millionen Jahre verloren sind. Diesen gegenüber stehen die regenerativen Energieträger, die bei nachhaltigem Gebrauch unerschöpflich sind, im Moment allerdings nur eine kleine Rolle in der Energiever-sorgung spielen.

In den folgenden Kapiteln soll daher auf die beiden Primärenergieträgerarten eingegangen werden, wobei der Schwerpunkt auf die erneuerbaren Energieträger gelegt wird. Zunächst soll allerdings der heutige Energieverbrauch betrachtet, und ein Versuch einer Ökobilanzierung der verschiedenen Energiegewinnungsformen unternommen werden.

2.1. Struktur des Primärenergieverbrauchs und der Stromerzeugung… Damit überhaupt der momentane Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix analysiert werden kann, bedarf es einer kurzen Übersicht der jährlich erzeugten Energie - sowohl welt- als

auch deutschlandweit. 5

2.1.1. …weltweit

Der weltweite PEV betrug im Jahr 2002, nach Berechnungen von BP, etwa 9.500 Mio. t RÖE (398 EJ), womit sich der Bedarf in den letzten 30 Jahren in etwa verdoppelt hat. Bei der Deckung spielt dabei global gesehen (noch) noch kein erneuerbarer Energieträger, bis auf die Wasserkraft, eine große Rolle, und daher werden lediglich etwa 10 % der Energie regenerativ erzeugt. Angemerkt werden muss aber, dass der Verbrauch der biogenen Brennstoffe nicht aufgeführt ist, obwohl Holz gerade in ärmeren Ländern immer noch einen großen Anteil an der Ener-gieversorgung leistet und dort bis zu 18 % des PEV abdeckt. Global gesehen fällt dies allerdings nicht ganz so stark ins Gewicht, da die Industriestaaten mit ihrem riesigen Energieverbrauch, der vorrangig aus fossilen Energieträgern gedeckt wird, alles überstrahlen.

⁵ Dies ist auch für den weiteren Verlauf der Arbeit von zentraler Bedeutung, da immer wieder mit dem momentanen Energie-

verbrauch verglichen werden muss, damit die Potentiale und tatsächlichen Leistungen überhaupt verstehbar sind.

9

Das Energieangebot der Erde

Diagramm 2: Die Entwicklung des Primärenergieverbrauchs von 1965-2002, aufgesplittet nach den einzel-

nen Energieträgern (vgl. BP, 2003. http://production.investis.com/bp/ia/stat/ 23.10.2003. Dabei handelt es

sich um ein Charting-Tool des Energieunternehmens BP mit dem man sich die verschiedensten Energie-Statistiken für alle Regionen der Welt anzeigen lassen kann. Im Folgenden wird die Quelle nur noch als BP

angegeben).

Aus dem Diagramm kann errechnet, dass jeder Erdenbürger den Energiewert von 2,3 t SKE pro Jahr verbraucht. Allerdings sind hier die Industrienationen führend. Ein Einwohner der USA benötigt beispielsweise pro Jahr etwa den Energiewert von 11,4 t SKE, während ein Einwohner des armen Staats Bangladesh lediglich den Energiewert von 0,1 t SKE verbraucht. Allen Faktoren, die für dieses Ergebnis verantwortlich sind, auf die Spur zu gehen würde den Umfang dieser Arbeit sprengen und wird daher nicht weiter verfolgt.

Von großem Interesse ist auch die weltweite Stromerzeugung, da hier schon für die nahe Zukunft große Zuwachsraten der erneuerbaren Energieträger erwartet werden, und sie - obwohl quantitativ nicht größter Energieverbraucher - doch ein Gradmesser der menschlichen Entwicklung und Technisierung ist. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die weltweite Stromerzeugung in den letzten Jahren schneller gestiegen ist als der PEV. In Zahlen bedeutet dies, dass im Jahr 2002 weltweit bereits etwa 15.500 TWh elektrischer Strom generiert wurden, wobei erneuerbare Energien einen Anteil von etwa 18 % leisteten (98 % davon wurden allerdings alleine durch die Wasserkraft gedeckt). Einen etwas geringeren Anteil steuerten mit 17 % die Kernkraftwerke bei. Die restlichen 65 % wurden durch die übrigen fossilen Brennstoffe Erdöl, Kohle und Erdgas abgedeckt.

10

Das Energieangebot der Erde

Mit einem PEV von 14.320 PJT P ⁶ war Deutschland 2002 nach den USA, China, Russland und Ja-

PT

pan der fünftgrößte Energiemarkt der Welt. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Energie betrug dabei knapp 6,0 t SKE, was mehr als das Doppelte des weltweiten Durchschnitts (2,3 t SKE) ist. Wird allerdings das Verhältnis der erwirtschafteten Güter und Dienstleistungen im Vergleich zum Energieverbrauch betrachtet, zeigt sich, dass in Deutschland Energie verhältnismäßig effizient genutzt wird, was der relativ geringe Einsatz von 240 kg SKE für 1.000 € BIP in 2001 verdeutlicht. Im weltweiten Durchschnitt ist dieser spezifische Wert rund doppelt so hoch.

Wie aus dem Diagramm zu entnehmen ist, basiert auch die Energieversorgung Deutschlands zum größten Teil auf fossilen Energieträgern. Gerade einmal knapp 3 % wurden im Jahr 2002 durch erneuerbare Energien gedeckt. Dies ist durchaus problematisch, wenn bedacht wird, dass man bei den fossilen Energieträgern vorrangig auf Importe angewiesen ist. Insbesondere Mineralöle und Erdgas müssen größtenteils aus Russland, dem europäischen Ausland, dem Nahen Osten und Nordafrika eingeführt werden. Damit nicht wieder eine Situation wie während der

Ölkrise 1973T P ⁷ auftreten kann, wird mittlerweile zwar darauf hingearbeitet diese Abhängigkeiten

P T

auf mehrere Länder zu verteilen, ganz ausgeschlossen werden kann sie aber dennoch nicht. Bei der Steinkohle stellt sich die Situation etwas anders dar, aber auch hier wird der Verbrauch von 65 Mio. t SKE mehr als zur Hälfte durch Importe aus (vor allem) Polen, Südafrika, Kolumbien und Australien gedeckt. Ein gänzlich anderes Bild zeigt sich bei der Braunkohle,

⁶ Da im weiteren Verlauf der Arbeit sehr oft mit verschiedenen Energiewerten und -einheiten gerechnet werden muss, könnte

T P P T

dieser Wert immer dann als Relation herangezogen werden, wenn nicht sowieso mit anderen Werten verglichen wird. 14.320 PJ

= 14.320.000 TJ = 14,3 EJ § 4.000 TWh = 4 Mio. GWh = 4 Mrd. MWh

⁷ Im Herbst 1973 verwenden die arabischen Staaten das bisher den Industriestaaten vergleichsweise billig verkaufte Erdöl erst-

TP P T

mals als politische Waffe. Sie verhängen gegen die Niederlande und die USA ein Embargo wegen ihrer israelfreundlichen Hal-

tung im israelisch-arabischen Jom-Kippur-Krieg und drosseln die Exporte in die übrigen westlichen Industrieländer.

11

Das Energieangebot der Erde

denn das gesamte im Jahr 2002 verbrauchte Aufkommen in Höhe von 175 Mio. t (54,9 Mio. t SKE) wurde in Deutschland gefördert.

2.2. Öko erschiedener Energieträger bilanzen v

Zur besseren Vergleichbarkeit der noch zu behandelnden verschiedenen Energieträger wird zunächst der Versuch einer Ökobilanzierung vorangestellt. In dieser werden die verschiedenen Arten der Energiegewinnung nach einzelnen Arten der Umweltschädigung bewertet. Typischerweis erleidet die Um rch ein Elektrizitätskraftwerk (egal welcher Bauart) mehrere hundert welt du

dieser Schädigungen, weshalb mehrere Belastungsarten der Übersichtlichkeit halber zusammengefasst wurden (Beispielsweise werden die treibhauseffektiven Gase meist zu CO 2 -

Aquivalenten ⁸ zusamm kungsklassen können etwas besser zu ei-engefasst). Diese sog. Auswir

nem Vergleich herangezogen werden. 9

⁸ Die Treibh

auswirksamkeit der verschiedenen Verbindungen w WP), ausgedrückt. Eine CO Potential (G

^{r CH samkeit eine} 4 -Emission von 1 kg. Dami

^CO 2 -Äquivalenten.

⁹ Ökologische Wirkungsklassen energieb edingter Emissionen nach Frischknecht. Innerhalb jeder Klasse wird die relative

er Auswirkungen einzelner Schadstoffe relativ zu einem charakteristischen Repräsentanten normiert, und die Schad-Schwere d

offeinträge werden entsprechend normiert (vgl. Frischknecht, 1996). st

12

Das Energieangebot der Erde Doch auch mit weltbelastung, die durch einen be-hilfe dieser Einteilung ist es schwierig die Um

stimmte Energieträger entsteht, zu bewerten, und es existiert deshalb „bis heute keine allgemein anerkannte Methode zur vergleichenden Bewertung verschiedener Umweltbelastungen“ (Wokaun, 1999. S. 30). Das liegt auch daran, dass für jede Anlage eine eigene Ökobilanz erstellt werden müsste, denn - als Beispiel - jedes Wasserkraftwerk ist anders in seiner Bauweise, geographischen Lage und auch tatsächlichen Funktion. Jeder Versuch eines Komplettvergleichs endet also in einer Verallgemeinerung.

Dennoch gibt es so etwas wie einen allgemeinen Trend der verschiedenen Statistiken, denn ie gleichen Werte angegeben werden, zeigen sich doch obwohl in der Literatur nicht überall d

Übereinstimmungen bei der Frage, welche Kraftwerke eher umweltfreundlich und welche eher umweltschädlich Energie produzieren. Dazu werden im Folgenden verschiedene Statistiken angeboten, die in etwa einen Durchschnitt repräsentieren. Sie entstammen einer Studie der ecoconcept AG, die sich auf die Ökobilanzierung der Energiegewinnung im deutschsprachigen Raum konzentriert und den Forschungsstand im Jahre 2000 repräsentiert. Für ein anderes Land könnten andere Wert gültig sein, da dort z. B. andere Filtervorschriften für die fossilen Kraftdem spielt auch die betrachtete Zeit eine Rolle, da es im-werke bestehen oder ähnliches. Außer mer n eue technologische Entwicklungen gibt, die einen gewissen Einfluss auf die betrachteten Anlagen haben können.

Das Energieangebot der Erde

Bei der Berechnung der Auswirkungen auf die Atmosphäre wurden die Herstellung der Kraftwerke, der Betrieb, sowie die Entsorgung der Rückstände berücksichtigt. Neben diesen Auswirkungen ist natürlich auch interessant wie lange eine Anlage benötigt, um sich energetisch wieder zu amortisieren. Also wie lange sie tatsächlich unter Volllast betrieben werden muss, um die Energie die für die Herstellung, den Betrieb und die Entsorgung aufgewendet wurden oder noch werden, wieder einzuspielen. Auch hier kommt es natürlich darauf an, wo etwa eine Windenergieanlage (WEA), eine Photovoltaikanlage (PVA) oder ein Wasserkraftwerk installiert werden. Trotzdem kann es eine kleine Hilfe in der momentanen Debatte sein, in der immer wieder die Frage auftaucht, ob sich denn etwa eine neue Anlage in Bezug auf den Luftschadstoffausstoß bei der Produktion überhaupt rechnet. Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reak-torsicherheit geht dabei von folgenden Werten aus:

Das Energieangebot der Erde

Tabelle 2: Zeitdauer nach der sich Strom und Wärme erzeugende Kraftwerke und Kessel energetisch amorti-

siert haben (vgl. Dürrschmitdt, 2002. S. 92)

Anlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, rechnen sich während des Betriebs energetisch nie, da zur Energiegewinnung immer wieder erschöpfliche Energieträger nachgeführt werden müssen, und somit immer mehr verbraucht wird, als Nutzenergie erzeugt wird. Dabei spielt es keine Rolle, ob elektrischer Strom oder Wärme erzeugt werden soll.

Teilweise wird auch der Versuch unternommen, die Umweltbelastungen der einzelnen Energieträger mittels eines Punktesystems zu ermitteln, dass den verschiedenen Wirkungsklassen ein Wertungssystem zuordnet. Dazu gehört auch die Studie ÖBU 1998, die den in den ‚Ökoinventaren für Energiesysteme’ (vgl. Dettli, 2000. S. 33) ermittelten Umweltbelastungen Punkte zuordnet und damit den Vergleich der Systeme mittels Umweltbelastungspunkten (UBP) erlaubt.

Auch bei dieser Bilanz ergibt sich das Problem, dass nicht gewiss ist, wie jeder einzelne Um-weltbelastungsfaktor gewichtet wurde, denn eine Studie, die der Abbau- oder Entsorgungsproblematik wesentlich weniger Bedeutung zumessen würde, käme auf gänzlich andere Werte, und die Kernenergie etwa würde wesentlich weniger UBP aufweisen. Daher sollten Statistiken zum

15

Das Energieangebot der Erde

Thema erneuerbare Energie ganz besonders nach dem ‚Churchillschen’-Prinzip ¹⁰ betrachtet auch jede Homepage zum T werden, denn eigentlich arbeitet jeder Artikel, jedes Buch und hema

mit Tabellen und Diagrammen, um die zukünftigen Möglich rgien keiten der erneuerbaren Ene

besonders positiv darzustellen oder auch in der Luft zu zerr eißen. Die Seriosität der Quellen

bleibt dabei teilweise im Dunkeln, was eine genaue Differenzie rung erfordert.

Um auch die reinen Auswirkungen auf die Landschaft, sowie Flora und Fauna zu berücksichtigen, könnte eine Analyse der Auswirkungen einzelner Kraftw urch-erksanlagen auf die Natur d

geführt werden. Problematisch dabei ist, dass die Werte sehr subjektiv vergeben werden können. Trotzdem kann eine solche Analyse eine partielle Entscheidun ie inner-gsgrundlage sein, wenn s

halb einer Diskussion um eine neu zu erstellende Anlage gefü auf hrt wird. Es sollte gemeinsam

den Flächenverbrauch, die optische Veränderung des Landsc aftsbi h ldes und die Auswirkungen

auf Flora und Fauna eingegangen werden. Eventuell können so Ungereimtheiten im Voraus entdeckt werden und für die Zukunft vermieden werden.

Die verschiedenen Statistiken können trotz ihrer vermeintlich hohen Aussagekraft letztlich nur einen Durchschnitt repräsentieren und dienen daher auch lediglich als Überblick. Wie bereits erwähnt, müsste eigentlich jede Anlage einzeln überprüft werden, was leider illusorisch ist und immer wieder durch Fehlkonstruktionen - beispielsweise die WEA an ungeeigneten Standorten

- bestätigt wird. Das Befriedigen verschiedener Lobbyisten, und die zu erwartenden geldwerten Vorteile stehen leider oft über umweltschutztechnischen und/oder ökonomischen Gesichtspunkr ten, sowohl auf der Seite der Verfechter der regenerativen Energien, als auch auf der Seite de innung. Befürworter der fossilen Energiegew

2.3. Fossile Energieträger 2.3.1. Definition

Wie erwähnt sind die momentan vorrangig genutzten Energieträger fossiler Art, womit in erster Linie die Energierohstoffe bezeichnet werden, die bergmännisch gefördert werden und nicht erneuerbar sind, da sie „in geologisch weit zurückliegenden Zeiten entstanden [sind]“ (Billwitz, fossil-biogen entstandenen Energieträger (Stein- und 2002. S. 245). Zu diesen werden die

hiefer] und Erdgas) genauso gezählt wie die Braunkohle, Torf, Erdöl [inkl. Ölsande und Ölsc

fossil-mineralischen - hier insbesondere Uran und Thorium (vgl. Winje, 1991. S. 9).

¹⁰ Winston Churchill prägte den Spruch: „Traue keiner Statistik, die Du nicht selbst gefälscht hast.“

16

Das Energieangebot der Erde

Wie aus Kapitel 2.1 deutlich wurde, sind die fossilen Energieträger momentan die wichtigsten Energielieferanten für die Erdbevölkerung. Ob dies auch in Zukunft noch so sein wird bzw. kann, wird sich zeigen, da ihr Vorkommen endlich ist. Würde ein weltweit stabil bleibender PEV angenommen, könnten die meisten fossilen Energieträger keine 100 Jahre mehr im wirtschaftlichen Rahmen genutzt werden, was untenstehende Grafik verdeutlicht. Steigende Preise ären die Folge, was Auswirkungen auf die ganze Weltwirtschaft hätte, aber auch die Politik w ark beeinflussen würde. st

Diese Prob läs en Schluss zu, dass eine ökonomischere Verwendung der vor-lematik st also nur d

handenen Reserven notwendig ist - sei es durch neue Technologien, die den Verbrauch senken oder durch ökonomischere Fördertechniken. Beides würde den Zeitpunkt des Erlöschens allerdings nur hinauszögern, weshalb ein Umschwung hin zu neuen Energieerzeugungstechniken in nicht allzu ferner Zukunft vonstatten gehen muss. Spätestens wenn fossile Energieträger teurer werden, und gleichzeitig erneuerbare Energieträger günstigere Gestehungskosten erreichen, könnten diese neuen Technologien regenerativer Art sein.

Diagramm 9: Das Diagramm verdeutlicht, bis in welches Jahr die Vorräte an fossilen Energieträgern bei gleich

bleibendem Energieverbrauch und gleich bleibender Nutzung vorhalten würden. Nicht berücksichtigt ist, dass die

nicht mehr vorhandenen Energieträger durch andere ersetzt werden m üssten. (Auswahl der Zahlengrundlagen: Fi-

schedick, 2000. S. 20. Billwitz, 2002. S. 346. Bayrisches Staatsministe rium für Wirtschaft, Verkehr und Technolo-

gie. http://www.stmwvt.bayern.de/index.html?target=/energie/bescheidwissen/strukturdaten.html. 04.08.2003. u a.)

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Das Energieangebot der Erde

2.4. Erneuerbare Energieträger 2.4.1. Definition

Regenerative Energien - ein Wortpaar, das genauso wie die Eindeutschung Erneuerbare Energien seit dem Ölschock 1973 und der Kernschmelze Tschernobyls 1986 vermehrt durch die Zeitungen und Zeitschriften in Deutschland geistert. Doch für was stehen diese Worte eigentlich? Das Internet Lexikon wissen.de definiert sie als „die Energiequellen, die ohne Einsatz fossiler Rohstoffe erschlossen und (…) gefördert werden können“ (Wissen.de. http://www.wissen.de. Suchstichwort ‚Erneuerbare Energien’. 01.08.2003). An anderer Stelle heißt es: „Erneuerbar bzw. regenerativ nennt man Energiequellen und -träger, die sich laufend ergänzen“ (Weber, 1995. S. 88). Übereinstimmend werden dazu vor allem „Biomasse [teilweise einschl. Müll], Erdwärme, Gezeitenenergie, Sonnenenergie, Wasserkraft und Windenergie“ (ebd.) mit allen ih-

ren Unterarten ¹¹ gezählt.

Fast allen gemein ist, dass sie aus ein und derselben Energiequelle entstammen, denn bis auf die Erdwärme (Isotopenverfall im Erdinnern) und die Gezeitenenergie (Gravitation der Planenten) gehen sie auf die Einstrahlung der Sonne zurück. Direkt genutzt werden kann diese in Form von Solarkollektoren und Solarzellen zur Strom- und Wärmeerzeugung. Indirekt, indem etter antreibt und so für Wind und Niederschlag verantwortlich ist, was in die Sonnenergie das W

it der Gravitationskraft die Nutzung von Wind- und Wasserkraft ermöglicht. Aber Verbindung m

strahlung aufgebaut und dient neben ihrem Zweck auch Biomasse wird mit Hilfe der Sonnenein als Nahrungslieferant auch als Energierohstoff.

2.4.2. Heutige Nutzung erneuerbarer Energieträger

Heutzutage werden, nachdem erneuerbare Energieträger jahrhundertelang die einzige Energiequelle waren, nur noch etwa 10 % des weltweiten PEV nachhaltig bereitgestellt (würde die komplette Biomasseverbrennung nachhaltig vonstatten gehen, wäre es etwas mehr). Ein erschreckend kleiner Anteil, wenn berücksichtigt wird, dass auf fossile Energieträger in nicht allzu ferner Zukunft verzichtet werden könnte. Dies zeigt die Tatsache, dass „die auf die Kontinente eingestrahlte Energie, die Energien von Wasser und Wind, die stetig nachwachsende Biomasse und die geothermische Energie (…) jährlich rund das 3.000-fache des derzeitigen Weltenergiehöpflicher Energieströme an[bieten].“ (Nitsch, 1999. S. 19). Natürlich verbrauchs in Form unersc kann nicht das gesamte Angebot genutzt werden, aber schon durch die in Anspruchnahme von einem Promille des gesamten Angebots wäre die Menschheit in der Lage die dreifache Menge des tatsächlichen Energiebedarfs herzustellen. In anderen Quellen ist die Rede davon, dass

¹¹ vgl. Abb. 2: Alle Erneuerbaren Energien im Überblick.

18

Das Energieangebot der Erde

selbst bei vorsichtigen Berechnungen tatsächlich sogar knapp die sechsfache Menge des heutigen Energiebedarfs durch regenerative Energien zur Verfügung gestellt werden könnte (vgl. Fischedick, 2000. S. 18). Inwieweit dies für Südbaden zutrifft, und wie viel seines PEV aus erneuerbaren Energieträgern gedeckt wird, kommt in den folgenden Kapiteln zur Sprache.

Erneuerbare Energien in Südbaden

3. Erneuerbare Energien in Südbaden

Energie kann also tatsächlich aus den unterschiedlichsten Energieträgern gewonnen werden. Welche verschiedenen Arten zur Nutzung erneuerbaren Energieträger wirklich möglich sind, und welche sich darüber hinaus für die Region Südbaden lohnen, wird im Folgenden genauso gezeigt wie eine mögliche zukünftige Nutzung. Zunächst muss jedoch der zu behandelnde Raum näher betrachtet werden.

Südbaden ist an sich eine weithin geläufige Raumbezeichnung für eine Region im äußersten Südwesten Deutschlands. Würde allerdings gefragt werden, wo die Grenzen zu ziehen seien, könnte dies zu größeren Problemen führen, da diese politisch nicht festgelegt sind. Welches Gebiet wird dann aber in den Köpfen der Menschen mit Südbaden verbunden? Im Normalfall dürfte es sich dabei um - ohne es zu wissen - den badischen Anteil der nach dem II. Weltkrieg bestehenden französischen Besatzungszone handeln, die von Rastatt bis Meersburg und von Weil am Rhein bis Villingen reichte.

Diese Eingrenzung trifft heute allerdings nicht mehr vollständig zu, weshalb im Folgenden das administrativ festgelegte Gebiet herangezogen werden muss, das am ehesten mit diesem Bereich übereinstimmt - der Regierungsbezirk Freiburg. Dieser beinhaltet zwar seit den Verwaltungs- und Gebietsreformen der 70er Jahre auch ursprünglich schwäbische Kommunen, musste im Gegenzug aber auch ursprünglich badische abgeben.

Erneuerbare Energien in Südbaden tzu age besteht der Regierungsbezirk aus neun Heu t Landkreisen und dem Stadtkreis Freiburg.

Diese erstrecken sich zusammen über eine Fläche von 9.357 km², was etwas mehr als einem Viertel Baden-Württembergs entspricht. Vom gesamten Gebiet werden 920 km² durch Siedlungsfläche beansprucht. Die restliche Fläche wird vor allem durch Wald (4.260 km²) und landwirtschaftliche Nutzfläche abgedeckt (3.939 km²). hen leben momentan im untersuchten Regierungsbezirk (219 Perso-Über 2 Mio. Mensc nen/k m²), was trotz der großen Fläche weniger als einem Fünftel der Landesbevölkerung (10,9 Mio. bei 298 Personen/km²) entspricht. An den ‚Grenzen’ schließen sich im Norden der Regierungsbezirk Karlsruhe, im Osten der Regierungsbezirk Tübingen, im Süden die Schweiz

m Westen Frankreich an. (vgl. Regierungspräsidium Freiburg, 2003. http://www.rp.baden-und i

wuerttemberg.de/freiburg/index.htm. 31.10.2003).

3.1. Die Wasserkraft

Bereits seit Jahrtausenden wird die Wasserkraft durch den Menschen zur Energiegewinnung und somit Arbeitserleichterung genutzt. Wann dies zum ersten Mal geschah kann aufgrund der Quel-

lenlage jedoch nicht genau ermittelt werden. ¹² Eine neue Ära begann vor etwa 100 Jahren, als eit die Wasserkraft auch erstmals zur nach jahrhunderterlanger Verrichtung mechanischer Arb

Stromerzeugung genutzt wurde. In diesem Gebiet ist sie auch bis heute der wichtigste der erneuerbaren Energieträger.

3.1.1. Physisch-geographische Grundlagen

Das gesamte Angebot des Wassers auf der Erde ist nicht, wie eventuell zu vermuten wäre, Schwankungen ausgesetzt, sondern kann als konstant angesehen werden. Die gesamten Vorräte,

die in allen drei Aggregatszuständen anzutreffen sind, ¹³ belaufen sich - je nachdem welchem Autor man Glauben schenken mag - zwischen 0,4 und 1,4 Mr s größte d. km³, wobei der weitau

Anteil (96,5 %) in den Meeren der Erde als Salzwasser gespeic % hert ist. Also sind lediglich 3,5

als Süßwasser hinterlegt, wovon wiederum die Hälfte in Form ßen von Eis gebunden ist. Im sü

Grundwasser und den Süßwasserseen ist ein weiteres Prozent h teil interlegt, und obwohl sein An

nur 0,001 % beträgt, muss auch das Wasser genannt werden, welches innerhalb des Kreislaufs als Dampf in der Atmosphäre auftritt und so die Niederschläge beeinflusst (vgl. Nübler. In: Nolzen, 1989. S. 18f).

¹² Dem interessierten Leser wird im Anhang eine nähere Betrachtung der Geschichte ie aller erneuerbaren Energien angeboten, d

sich intensiv mit der Nutzung in der Vergangenheit befasst.

¹³ Wasser ist der einzige Stoff auf der Erde, der unter natürlichen Bedingen in allen drei Aggregatszuständen auftritt.

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Da der Mensch auf Süßwasser angewiesen ist und auch Gebrauch davon macht, wären die Vorräte bald erschöpft, wenn es nicht einen von der Natur gesteuerten Prozess geben würde, der garantiert, dass immer wieder neues Süßwasser entsteht - der globale Wasserkreislauf. „Er wird im Wesentlichen durch eine Verdunstung aus den Weltmeeren und u. a. den Pflanzen und den Gewässern auf den Kontinenten gespeist.“ (Kaltschmitt, 1997. S. 78). Daher spielt, obwohl immer nur gerade eine sehr kleiner Anteil des Gesamtangebots beinhaltend, der Wasserdampf in der Atmosphäre doch eine sehr wichtige Rolle. Er wird mit den globalen und regionalen Luftmassen mittransportiert und schlägt sich anschließend als Niederschlag wieder ab, wobei auf dem Meer etwas weniger Wasser abgeht, als dort verdunstet. Wie aus der untenstehenden Abbildung zu entnehmen ist, wird die Bilanz jedoch durch das von den Kontinenten ins Meer abfließende Wasser wieder ausgeglichen.

Abb. 4: Wasserkreislaufschema für die Erde mit Mengenangaben (Marcinek, 1976. In: Nolzen, 1989. S. 20).

Ein Teil dieses Ausgleichs ist es auch, der die im Wasser gespeicherte Energie für den Menschen nutzbar macht, denn die daraus resultierenden Niederschläge, lassen, wenn die Niederschläge nicht auf Meereshöhe fallen, ein großes Potential an Lageenergie entstehen. Europa etwa liegt durchschnittlich 300 m über NN, Nordamerika 700 m und Asien sogar 940 m. Gepaart mit ergiebigen regionalen Niederschlägen und den entsprechenden Wassermassen ergeben sich aus diesen Höhenunterschieden zum Meer hin gewaltige Energiemengen, die sich zwar nicht sorgung komplett nutzen lassen, aber doch durchaus einen gewichtigen Anteil an der Energiever

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Erneuerbare Energien in Südbaden

zu leisten vermögen würden. (vgl. Pelte, 2002. http://energie1.physik.uni-heidelberg.de/vrlsg/ data/kap5/kraft_w.htm. 28.10.2003).

Technische Voraussetzungen und Ausblick ¹⁴ 3.1.2.

Die Nutzung der im Wasser gespeicherten Energie zur Umwandlung in Elektrizität, ist aber mit einem gewissen technischen Aufwand verbunden, wobei das Prinzip mehr oder minder immer gleich ist. „Aus einem Stau strömt Wasser zu einer oder mehreren Wasserturbinen, die (…) je einen Generator an[treiben].“ (Weber, 1995. S. 336). Der Stau dient zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wasserstandes, damit das Wasser durch Druckrohrleitungen zu den Turbinen geleitet werden kann. Ventile und Schützen steuern dabei die Durchflussmenge so, dass sie immer dem Bedarf entspricht.

Abb. 5: Schematischer Querschnitt eines Wasserkraftwerkes (vgl. Microsoft Encarta 2003. Suchstichwort

Wasserkraft) Da ie bei sind die Wasserturbinen dafür verantwortlich, dass die potentielle und kinetische Energ des Wassers in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Diese wiederum treibt Gene-ratoren an, die die Umwandlung in elektrischen Strom vollziehen und direkt über oder neben den Turbinen auf senkrechten oder waagrechten Wellten montiert sind. In seltenen Fällen werden auch direkt Maschinen angetrieben (vgl. Fischedick, 2000. S. 47).

¹⁴ Da es sich bei dieser Arbeit um eine geographische Abhandlung handelt, werden die technischen Voraussetzungen erneuerba-

rer Energiegewinnung nur rudimentär behandelt. Bei Interesse kann der Anhang herangezogen werden, der für die meisten

Technologien weitere Beschreibungen bereithält.

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Da die hydrographischen Verhältnisse nicht überall gleich sind, bedarf es unterschiedlicher Wasserkraftwerksarten, die an die verschiedensten Verhältnisse und Einsatzgebiete angepasst erden können. Allen gemein ist die technische Ausgereiftheit und der hohe Wirkungsgrad von w 80 - 95 %.

An großen Flüssen, die im Normalfall ein natürliches oder künstliches, aber relativ niedriges Gefälle aufweisen sowie große Durchflussmengen haben, werden im Allgemeinen Laufwasserkraftwerke gebaut. Das strömende Wasser treibt eine Turbine -im Normalfall werden Kaplan-Turbinen eingesetzt - mitsamt Generator an. Damit kann dank des fortlaufend strömenden Wassers jederzeit Energie produziert werden, was der Sicherung eines Teils der Grundlast im Stromnetz dient.

zu Laufwasserkraftwerken nutzen Speicherkraftwerke die potentielle Was-Im Gegensatz

serkraft aus einem hochgelegenen natürlichen oder künstlichen (Stau)see, der einen natürlichen Zufluss besitzt. Über Rohrleitungen wird das Wasser den tiefer gelegenen Turbinen - meist Francis- oder Peltonturbinen - zugeführt, wo die potentielle Energie des Wassers in den Turbinen in Rotationsenergie umgewandelt wird, womit wiederum Generatoren zur Stromerzeugung betrieben werden können. Meist werden diese Kraftwerke relativ kurzfristig in Betrieb genommen, um auftretende Spitzen im Stromnetz abzudecken. Daraus resultiert auch der Name, denn das zufließende Wasser wird im Normalfall so lange gespeichert, bis die Energie wirklich benötigt wird. Bei einem Überangebot an Wasser durch den natürlichen Zufluss arbeiten die Turbinen natürlich die ganze Zeit.

Die dritte Kraftwerksart ist das Pumpspeicherkraftwerk, das aus einem (oft künstlichen) Oberbecken und einem Unterbecken (ein natürlicher See oder ein großer Fluss) bestehen. Es dient dazu Leistungsspitzen im Stromnetz zu decken. Zu diesem Zweck wird in einer Zeit, in der wenig Energie benötigt wird, Wasser vom Unterbecken in das Oberbecken gepumpt. Wenn w ie-iederum eine große Menge Energie benötigt wird, kann das Wasser aus dem Oberbecken w der in das Unterbecken geleitet werden. Dabei läuft es wieder durch die zuvor als Pumpe verwendete Turbine, und treibt einen Generator zur Stromerzeugung an. Deshalb handelt es sich bei Pumpspeicherstrom eigentlich auch nicht um regenerativ erzeugte Elektrizität, da zur Erzeugung zunächst Energie eingesetzt werden muss. Aufgrund ihrer Konstruktionsweise werden sie aber meist dennoch zu den erneuerbaren Energien hinzugezählt. nktion, denn nach einem Pumpspeicherkraftwerke haben aber noch eine andere wichtige Fu roßen Stromausfall können konventionelle Kraftwerke dank des Pumpstroms wieder starten. g (Schwarzstartfähigkeit).

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Technisch gesehen wird es bei der Nutzung der Wasserkraft nicht mehr allzu viele Änderungen geben, da aktuelle Anlagen technisch ausgereift sind und über einen hohen Wirkungsgrad verfügen. Interessant erscheint allerdings das Aufrüsten von Altanlagen, die im Zuge dessen deutlich mehr Energie produzieren könnten.

Eventuell setzt sich trotz aller ökologischen Bedenken das in Südamerika und China verwirklichte Konzept gigantischer Staudämme auch in anderen Schwellenländern mit großem Wasserangebot durch. Die Rangliste wird bald durch das im Bau befindliche Wasserkraftwerk des Drei-Schluchten-Staudamms am Yang-Tse in China mit ca. 18.000 MW angeführt, das spätestens 2009 unter Volllast laufen und etwa 15 größere Kernreaktoren ersetzen soll. Auch die legen Anlagen in Nord- und Südamerika, Asien oder Afrika. weiteren Plätze be

Derzeit werden weltweit etwa 6,25 % (7.000 TWh) des Bedarfs an Primärenergie durch die Wasserkraft gedeckt, was in etwa einem Anteil von etwa 17 % an der weltweiten Bruttostromerzeugung entspricht (vgl. BP). Das nutzbare Potential der Wasserkraft ist jedoch knapp doppelt so groß, so dass Wasserkraftwerke in Zukunft einen noch wichtigeren Beitrag zur Lösung des Weltenergieproblems leisten könnten.

Geographisch sind die potentiellen Kräfte des Wassers allerdings sehr unterschiedlich verf der Erde nutzbaren Potentials an Wasserkraft liegen in Ländern teilt: Rund zwei Drittel des au der d ritten Welt und könnten gerade in diesen strukturschwachen Gebieten einen wichtigen Beitrag zur Elektrifizierung dieser Länder leisten.

In Europa, wo die nutzbaren Wasserkräfte fast gänzlich ausgeschöpft sind, bieten die einzelnen Länder ein sehr unterschiedliches Bild: Von Norwegen, das 99 % seines Stroms aus Wasserkraft erzeugt, über Island (94 %), Österreich (72 %), und die Schweiz (58 %), bis hin zu Frankreich (16 %), Deutschland (4 %) und den Niederlanden (0,2 %) (vgl. Weber, 1995. S. 334). Die für Deutschland genannten 4 % sind auch heute noch aktuell und entsprachen im Jahr 2002 einer Stromproduktion von etwa 23 TWh (teilweise werden auch größere Werte angegeumpstrom mit einzubeziehen). Dieben, dann wird jedoch der Fehler begangen den erzeugten P ser W ert wird seit Jahren mehr oder minder regelmäßig erreicht und schwankt nur, wenn die Niederschläge auf das Jahr gesehen entweder besonders hoch sind oder viel zu niedrig ausfallen. ahr 2003 herangezogen werden, in dem eine Trockenperiode sehr nied-Als Beispiel könnte das J

ge Flusspegel verursachte, was sich wiederum in der erzeugten Energiemenge niederschlug. ri

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Fast seit Entwicklung der Stromerzeugung aus Wasserkraft wird diese in Südbaden auch zu diesem Zweck genutzt. Möglich machten und machen dies vor allem die guten klimatischen, geographischen und technischen Vorraussetzungen in der Region. Zum einen gibt es einen relativ große n Strom in Form des Rheins, der die Nutzung mithilfe von Laufwasserkraftwerken ermöglicht, und zum anderen gibt es mit dem Schwarzwald ein Mittelgebirge, dank dessen Höhenunterschiede der Einsatz von Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken sinnvoll ist. Dazu kommen ausreichende, einigermaßen gleichmäßige Regenfälle (Feldberg etwa 1720 mm/a, Freiburg etwa 940 mm/a), passende Böden und Gesteinsschichten sowie das notwendige technische Knowdie Industrie als How. Zu guter Letzt sind in nächster Nähe eine ausreichende Bevölkerung und bnehmer vorhanden. A

Obwohl im ge un ufs Jahr gesehen mittlerweile mehr Strom aus WEA als aus samten B desgebiet a

Wasserkraftwerken gewonnen wird (vgl. Heutige Nutzung der Windenergie), ist dieser Trend noch nicht auf Baden-Württemberg übergeschwappt, denn im Jahr 2000 wurde aus der Kraft des Wassers mit 4.611 GWh aus 780 MW installierter Leistung mehr als die vierzigfache Strom-

menge der Windenergie (105 GWh) produziert. ¹⁶ Auch kein sonstiger regenerativer Energietränur annähernd an die Wasserkraft heran, die zu diesem ger kommt in der Stromerzeugung auch Zeitp unkt einen Anteil von 89 % an der Gesamtmenge des durch regenerative Energieträger erzeugten elektrischen Stroms hat. Von den 4.611 GWh im Jahr 2000 wurden „85 % aus 60 Laufwasserkraftwerken über 1 MW Leistung sowie dem natürlichen Zufluss in Speicherwassert. Der Rest stammt aus etwa 1.500 Kleinwasser-kraftwerken“ (Nitsch, 2002. S. 3) bereitgestell kraftwerken mit einer Leistung von weniger als 1 MW.

Obwohl es aus der landesweiten Anzahl der Wasserkraftwerke nicht direkt ersichtlich ist, wird ein verhältnismäßig hoher Anteil der gesamt produzierten Strommenge in den im Regierungsbelf großen zirk Freiburg errichteten Anlagen gewonnen. Den größten Anteil daran haben die e Laufw asserkraftwerke, die am Hochrhein ihren Dienst verrichten. Dabei wird das relativ starke Gefälle des Rheins zwischen dem Bodensee und Basel genutzt. Hinzu kommen die beiden Pumpspeicherkraftwerksgruppen Hotzenwald (2 Kraftwerke) und Schluchsee (3 Kraftwerke), die im Abstieg des Südschwarzwalds zum Rhein hin als Spit-

¹⁵ Aufgrundder schlechten Datenlage über die Nutzung erneuerbarer Energien in Südbaden muss bei fast allen Energieträgern

zunächst auf die gesamt-baden-württembergische Energieerzeugung eingegangen werden, um dann wieder auf die Nutzung im

Regierungsbezirk Freiburg zurück schließen zu können.

¹⁶ Auch wenn die zugrunde liegenden Daten mittlerweile zwei Jahre alt sind, spricht - wie später noch zu sehen sein wird - das

Verhältnis immer noch für die Wasserkraft, da die Stromproduktion bis auf das Jahr 2003 immer ähnlich war.

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Erneuerbare Energien in Südbaden ng fungi en. ¹⁷ Ansonsten gibt es nur noch in der Reg zenlastabdecku er ion Mittlerer Oberrhein,

am Neckar und mit Abstrichen an Donau und Iller größere Wasserkraftwerke zur Stromgewinnung.

Abb. 6: Die großen Laufwasserkraftwerke am Hochrhein (Der Kartenausschnitt wurde freundlicherweise von

Herrn Richter aus dem RP Freiburg zur Verfügung gestellt)

Werden die reinen Leistungsdaten dieser Kraftwerke betrachtet, wird sofort ersichtlich, dass in einem Jahr mit durchschnittlichen Regenwerten sogar mehr als zwei Fünftel der gesamten baden-württembergischen Jahresstromproduktion aus Wasserkraft in den großen Laufwasserkraftwerken am Hochrhein produziert wurde, was untenstehende Tabelle zeigt.

¹⁷ Werden die beiden Kraftwerksgruppen zusammengenommen handelt es sich hierbei um das größte Pumpspeicherkraftwerk

Europas. Das größte einzeln stehende wurde vor wenigen Monaten im thüringischen Goldisthal in Betrieb genommen. Es kann

allein eine Leistung von 1.060 MW bereitstellen.

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Tabelle 3: Große Laufwasser- und Pumpspeicherkraftwerke im Regierungsbezirk Freiburg. Bei den Pumpspeicher-

kraftwerken darf allerdings nur die Jahresproduktion aus natürlichen Zuflüssen in die Gesamtrechnung miteinbezo-gen werden, da zur Erzeugung des Pumpstroms zunächst Energie aufgewendet werden muss (vgl. Landkreis Walds-

hut, 2002. S. 65 und NOK, 2003. http://www.nok.ch/hydraulicenergy/partnerplants/index.asp. Stand: 27.11.2003 )

Nach Miteinbeziehung der hier nicht aufgeführten 433 mittleren und kleineren Wasserkraftwerke der Region (nach Informationen von Herrn Groteklaes, Regierungspräsidium Freiburg), die z wa eine L stung von 1 von ausge en, dass usammen et ei 20 MW erbringen, kann da gangen werd m ie Hälfte (et GW hi ssers in Baden-Wü er-ehr als d wa 2.500 h/a) der mit lfe des Wa rttemberg z de erung k Freibur t. Dies entspricht in etwa der glei-m Regi sbezir g stamm eugten Energie aus chen Energiemenge, die righeim das Kernkraftwerk Ob pro Jahr zur Verfügung stellen kann.

Anders ausgedrückt können so etwa 555.000 Vierpersonen- oder 1,7 Mio. Einpersonenhaushalte

versorgt werden. ¹⁸ Ein durchaus imposanter Wert für einen Regierungsbezirk, der etwa einen Viertel der Landesfläche abdeckt und nur knapp einen Fünftel der Einwohner Baden-W s beheimat ürttemberg et.

Möglichkeiten für die Wasser utzung in Zukunft 3.1.4. kraftn der W ekannt ist das Po l der Wa aft nur d der solaren rahlung ie bereits b , wird tentia sserkr ank Einst b a sgegan ass % (1,2 Mio. EJ/a) der Energie ereitgestellt, wobei d von au gen wird, d ungefähr 21

der Sonne für die Aufrechterhaltung des Wasserkreislaufs in Anspruch genommen werden. Das r daraus berechenbare Potential kann allerdings nur genutzt werden, da das Wasser aufgrund de

¹⁸ Ein Vierpersonenhaushalt verbraucht laut Badenova etwa 4.500 kWh/a, ein Einpersonenhaushalt nur 1.400 kWh/a.

28

Erneuerbare Energien in Südbaden asserm Schwerkraft bergab fließt. Je nach W enge und Steilheit besitzt das Wasser dabei eine betimmte, voneinander abhäng entielle etische e. s ige, pot und kin Energi

.1.4.1. Weltweites 3 Potential

Es wird davon ausgegangen, dass das weltweite theoretische Potential der Wasserkraft etwa 1 4.000 TWh/a) umfasst. Soll allerdings Potential bestimmt 58 EJ/a (4 das weltweit technische w iedenen gsklassen getrennt voneinander betrachtet werden. erden, müssen die versch Leistun

Durch große Anlagen (> 1 MW) erscheint etwa ein Viertel (39 EJ/a) des gesamten theoretischen Potential als technisch nutzbar. Weitere 1,5 EJ/a könnten durch die kleinen Kraftwerke bereitgestellt werden, woraus folgen würde, dass durch die aus der Wasserkraft gewonnene Energie etw ärenergiebedarfs der Erde gedeckt werden könnten (vgl. Kleemann, a 13 % des gesamten Prim 1 993. S. 11).

en erneuerbaren Energieträgern wird das Potential der Wasser-Im Gegensatz zu den ander

kraft jedoch schon heute zu einem relativ großen Anteil ausgenutzt. Lediglich in den Entwicklungs- und Schwellenländern schlummern noch größere Potentiale. Der hohe Kapitalbedarf und z. T. schwerwiegende negative Umweltauswirkungen schrecken viele der ärmeren Länder jedoch noch ab, ihr Potential weiter auszuschöpfen.

3.1.4.2. Potential in Deutschland

Wie schon angedeutet, wird die Energie des Wassers in Deutschland schon exzessiv ausgenutzt. In einem durchschnittlichen Wasserjahr besteht in Deutschland für Großanlagen ein technisches Potential zwischen 27 und 33 TWh/a, wovon etwa 90 % schon ausgebaut sind. Das größte Einzelprojekt, das innerhalb einer relativ kurzen Zeit noch in Betrieb genommen werden könnte, ist das Kraftwerk Neu-Rheinfelden am Hochrhein, das insgesamt 380 GWh/a pro Jahr zur Verfü-

gung stellen könnte. ¹⁹ (vgl. ebd.). Deutlich höher wäre das Potential, wenn im Versailler Vertrag nicht geregelt worden wäre, dass alleine Frankreich zwischen Basel und Straßburg zur wasserrechtigt ist. wirtschaftlichen Nutzung be

Zum Potential, das durch die Großanlagen genutzt werden könnte, kommen zwischen 2 und 4 TW zu, n (vgl. Janzing. h/a hin die durch Kleinwasserkraftanlagen genutzt werden könnte In: Badische Zeitung. 13.09.2003).

¹⁹ Mitte Oktober wurde mit den Vorarbeiten des Kraftwerkneubaus begonnen, in deren weiteren Verlauf entschieden werden soll,

ob sich der gesamte Neubau lohnt. Nach Fertigstellung könnte der Hochrhein 2 m höher als bisher gestaut werden.

29

Erneuerbare Energien in Südbaden

Je nachdem welcher Autor die Berechnungen anstellt, kann davon ausgegangen werden, dass in aden-Württemberg entweder ein relativ geringes Rest-Potential für die Energiegewinnung aus B

Wasserkraft vorhanden ist, oder aber noch deutliche Steigerungen in der Höhe des doppelten heutigen Werts möglich wären.

So kam etwa das Institut für Wasserbau an der Universität Karlsruhe 1986 zu dem Schluss, dass mit bisher genutzten knapp 5.000 GWh/a das Potential der Wasserkraft, selbst bei Beachtung ökologischer Gesichtspunkte, höchstens zur Hälfte ausgeschöpft sei (vgl. Reitter, 2003. S. 3). Die Arbeitsgemeinschaft Wasserkraft Baden-Württemberg hat daher den Versuch unternommen diesen theoretischen Wert in planbare Anlagen umzusetzen. Demnach sollten folgende Anlagen im Land Baden-Württemberg realisiert werden (vgl. ebd.):

entiale Kleinanlagen 1. Pot

2. Potentiale mittlere Anlagen

3. Potentiale Großkraftwerke am Rhein

Angemerkt werden muss, dass ein Standort am südlichen Oberrhein bis auf die Höhe von Straßburg aufgrund der erwähnten Klausel des Versailler Vertrags nicht in Frage kommt. Ansonsten gibt es teilweise Überschneidungen mit den Berechnungen anderer Autoren, auch wenn diese inem Kraftwerk am mittleren Oberrhein ausgehen und bei den Großkraftwerken meist nur von e desha lb lediglich ein Gesamtpotential von 10.000 GWh/a errechnen. Etwas hoch scheinen auch die Potentiale für kleine und mittlere Anlagen angesetzt, denn sie würden mindestens eine Veren. dopplung des heutigen Werts bedeut

²⁰ Zu allen auf Südbaden bezogenen Potentialberechnungen muss gesagt werden, dass hier aufgrund der verschiedenen Förder-

möglichkeiten durch Bund, Land und Kommunen nicht von dem technischen oder dem wirtschaftlichen Potential ausgegangen

werden kann, sondern nur von dem, welches unter den gegebenen Bedingungen als realistisch abrufbar erscheint. Deshalb wären

die tatsächlichen technischen Potentiale wahrscheinlich auch merklich höher.

²¹ Der deutsche Anteil daran beträgt allerdings nur 285 Mio. kWh, sodass von der Gesamtmenge noch mehr als 100 Mio. kWh

abgezogen werden müssen.

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Erneuerbare Energien in Südbaden Werden diese f en, erscheint es als möglich, dass Zahlen au den Regierungsbezirk Freiburg bezog

zur bereits heute produzierten Menge etwa weitere 1.400 GWh/a erzeugt werden könnten, wovon alleine das Wasserkraftwerk Neu-Rheinfelden knapp 400 GWh/a (285 GWh deutscher Anteil) zur Verfügung stellen könnte. Die restliche Menge müsste in den kleineren und mittleren ren südbadischer Anteil mit mindestens einem Drittel der Ge-Kraftwerken erzeugt werden, de samtm enge angesetzt werden kann, was aufgrund des heutigen Anteils auch als technisch möglich scheint. Darüber hinaus sind die Gesamtvoraussetzungen im Schwarzwald eigentlich auch unter Beachtung nicht die Natur belastender Maßnahmen für kleine Wasserkraftwerke gut geeignet, auch wenn dennoch der Einfluss auf das Gesamtsystem immer ganz genau beachtet werden muss.

Andere Quellen wie der Landtag von Baden-Württemberg gehen hingegen von einem abrufbaren Potential von lediglich 6.300 GWh/a aus (vgl. Landtag Baden-Württemberg, 1996. http:// www3.land ). Das würde be-tag-bw.de/WP12/Drucksachen/0000/12_0493_D.PDF. 26.11.2003 deuten, das ere 1.700 GWh/a zum heutigen Bestand zugebaut werden könnten, s insgesamt weit wobe lei isierungen und Erweiterungen von Kraftwerken im Rei al ne 570 GWh/a durch Modern gierungsbe elle aufzeigt. Inszirk Freiburg erreicht werden sollten, was auch untenstehende Tab

besondere an Hochrhein bestehen dafür noch größere Ausbau- bzw. Modernisierungskapazitäten. Letzt en, dass viele der Hochrheinkraftwerke schon ere sind insbesondere darauf zurückzuführ knapp 100 Jahre ohne größere Modernisierungsmaßnahm en in Betrieb sind.

Tabelle 4: Zusätzliche mögliche Stromerzeugung aus Wasserkraft bei Modernisierung und Erweiterung bestehen-

. S. 24 und Burger, 2000. S. 135ff, sowie ei-der Wasserkraftwerke im Regierungsbezirk Freiburg (vgl. Nitsch, 2002

gene Berechnungen).

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Weitere 600 GWh/a könnten durch ein Großkraftwerk südlich von Karlsruhe gewonnen werden, was den Schluss nahe legt, dass noch etwa 600 GWh/a durch neue kleine und mittlere Anlagen im ganzen Land gewonnen werden sollten, wobei es möglich wäre mindestens ein Drittel davon im Regierungsbezirk Freiburg zu produzieren. Das würde ein zusätzlich erschließbares Gesamtpotential von etwa 770 GWh/a für die Region bedeuten. Neue Pumpspeicher- bzw. Speicherkraftwerke mit natürlichem Zufluss sind in den Berechnungen nicht aufgeführt, da für diese Arten heutzutage in einem eher dicht besiedelten Gebiet wie Südbaden, kaum noch Raum vorhanden ist.

Wie viel Energie durch Wasserkraft tatsächlich in Südbaden erzeugt werden kann, wird auf-grund verschiedenstartistger Faktoren wahrscheinlich nie genauestens errechnet werden können. Soll dennoch ein ungefähres Potential genannt werden, scheinen die Annahmen des Landtags bzw. von Nitsch etwas realistischer, als die des Instituts für Wasserbau, da noch zu zeigen sein wird, ob die kleinen und mittleren Anlagen tatsächlich solch ein großes Potential erreichen werden. Wie so oft könnte die Wahrheit aber auch irgendwo in der Mitte der angenommenen Werte liegen, was bedeuten würde, dass in Südbaden zusammen mit den bisherigen Mengen ein Gesamtpotential zwischen 3.370 und 3.900 GWh/a bestehen würde. Es wäre also durchaus im Bereich des Möglichen etwa die eineinhalbfache Menge der bisher durch Wasserkraft versorgten Haushalte mit elektrischem Strom zu versorgen.

3.1.5. Vor- und Nachteile der Nutzung der Wasse rkraft W pitel 2.2 ersichtlich gibt es in Bezug auf die klimawirksamen Gase keine ie aus Ka wurde, ‚ egewinnungsa ie Wasserkraft. Auch die Abwärme - im Gegensatz zu sauberere’ Energi rt als d

den Kernkraftwerken - spielt kaum eine Rolle. Hinzu kommt, dass nach der Fertigstellung der Anlage keine fossilen Ressourcen für den gewöhnlichen Betrieb verbraucht werden, und trotzd her Wirkungsgrad über eine lange Zeit hinweg erreicht wird. em ein ho

usammenspiel mit den sehr niedrigen Wartungs- und Betriebskosten resultieren aus Im Z

dieser einfachen und bewährten Technologie niedrige Stromgestehungskosten - und das bei einer Lebensdauer, die ihresgleichen sucht. So sind am Hochrhein immer noch Großanlagen am Netz, die aus der Zeit vor dem I. W men. eltkrieg stam en Vorteil kan sserkraft dank der Pumpspeicherkraftwerke zur Verfü-Einen enorm n die Wa

gung stellen, denn durch diese T chnik kann - wenn auch nicht nerative - Energie gespei-e rege

chert und zur Deckung der Spitzenlast eingesetzt werden.

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Bei größeren Laufwasser- oder Speicherkraftwerken kommt hinzu, dass neben der Stromgewinnung noch eine Mehrzwecknutzung gegeben ist, denn das aufgestaute Wasser kann auch zur Bewässerung herangezogen werden oder die Trinkwasserversorgung unterstützen. Dazu kommt, dass auch der Grundwasserspiegel in der Umgebung des Staus steigt, was sich positiv auf die Landwirtschaft auswirken kann.

Ein weiterer Faktor, der sich wirtschaftlich positiv auswirken kann ist, dass die Schifffahrt von einem gleichmäßigen Wasserspiegel genauso profitiert wie die Anlieger, die dadurch vor Hochwässern geschützt werden. Hinzu kommt ein touristischer Aspekt, denn die vielen Stauen und Flussstauungen können auch als Naherholungsgebiet genutzt werden. se

Der größte Vorteil der Wasserkraft gegenüber anderen erneuerbaren Energieträgern ist sicherlich, dass sie zumindest in einem normalen Wasserjahr grundlastdeckend genutzt werden kann. Selbst in einem sehr niederschlagsarmen Jahr ist allerdings der Planungszeitraum im Normalfall so groß, dass frühzeitig Alternativen herangezogen werden können.

Natürlich hat die Nutzung der Wasserkraft auch gewisse Nachteile. Nicht unbedingt Klima schädigender Art, aber für Mensch, Tier und Natur ist sie doch nicht immer ganz unproblematisch. Insbesondere bei Großanlagen - der Drei-Schluchten-Damm in China kann hier als Beispiel herangezogen werden - kommt man meist nicht umhin viele Menschen umzusiedeln, was hrt und ethisch sehr fragwürdig erscheint. zu großen sozialen und emotionalen Problemen fü

Aber nicht nur die Bevölkerung in der zu überflutenden Region muss sich umstellen, auch die Tierwe or d ieser Effekt wird etwas lt hat v en heranflutenden Wassermassen zu flüchten. D

abgemildert durch die Tatsache, dass in der Folgezeit auch neue Lebensräume für die Tierwelt entstehen und sich Arten ansiedeln, die ansonsten nicht in diesem Bereich leben würden - das natürliche Gleichgewicht im System ist aber gestört.

Neben der Vertreibungsproblematik wird bei Großstauseen auch eine gigantische Landflätvolle oder geschichts-che überspült, die neben Acker- und Siedlungsland auch ökologisch wer träch tige Landschaften und Monumente vernichten kann. Einher geht natürlich auch eine Störung des Geschiebe- und Wasserhaushalts, was sich insbesondere am Nil nach Installation des Assuan-Damms bemerkbar machte. Die bis dato seit Jahrtausenden immer wiederkehrende ares Ablagerungsmaterial für die kargen Schlammflut blieb aus und mit ihr auch neues fruchtb Böde n der Unterlaufanrainer.

Aber auch kleinere Flusslaufwasserkraftwerke wie die Hochrheinkraftwerke verändern die charten unterbrochen, was dazu führt, sie umgebende Natur. Oft werden Wanderungswege für Fis

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Erneuerbare Energien in Südbaden

dass diese nicht mehr ihre Laichplätze erreichen können. Nur durch ambitioniert angelegte Passiermöglichkeiten für die Fische wird dieser Effekt verhindert. Des Weiteren sind die hohen Investitionskosten (500 - 3.000 €/kW installierter Leistung) zu nennen, die zwar wieder eingespielt werden, zu Beginn aber einen hohen Kapitalbedarf nötig machen. Dieser ist je nach Standort auch deshalb so hoch, weil häufig große Entfernungen zwigünstigen Wasserkraftstandorten und Verbraucherzentren vorherrschen, und so zunächst schen

neue Stromnetze geschaffen werden müssen. Für arme Volkswirtschaften ist eine Nutzung der Wasserkraft meist aus diesem Grund nicht möglich, denn ein großes Kohle- oder Öl-Kraftwerk ist meist günstiger im Bau.

Aber nicht nur große Wasserkraftanlagen, sondern gerade auch die kleineren sind je nach Standort heftiger Kritik ausgesetzt - und dies trotz ihrer eigentlich kleinen Installationsfläche. Aufgrund ihrer Bauweise und den Standorten an kleinen Flüssen und Bächen haben sie jedoch meist einen relativ größeren Einfluss auf das jeweilige Ökosystem, als die Großkraftwerke. D urch den geringeren Wasserabfluss gehen auch hier plötzlich Laichplätze für Fische und Amphibien verloren, und zudem kann sich der Geschiebehaushalt drastisch ändern.

Aus den genannten Aspekten kann also geschlossen werden, dass bei verantwortungsvollem Bau des Kraftwerks die Nutzung der Energie des Wassers eine insgesamt gesehen umweltschonende Energiegewinnungsart ist, die auch in Zukunft verfolgt werden sollte.

3.2. Die Windenergie

Bereits seit etwa 5.000 Jahren nutzt der Mensch die Kraft des Windes zur Arbeitserleichterung. Zu dieser Zeit wurde zwar nur die darin gespeicherte kinetische Energie zur Fortbewegung der

egelschiffe genutzt. Dies kam allerdings dennoch einer Revolution in der Schiffstechnik Nil-S

gleich. Neben der Schifffahrt wurde der Wind anhand von Windmühlen vorrangig zur Verrichtung schwerer mechanischer Arbeiten genutzt. Das Mahlen von Getreide ging so genauso einfacher von der Hand, wie das Entwässern der Marschen in den Niederlanden. Aber was ist überhaupt Wind? Im Allgemeinen wird der Begriff auf natürliche, horizontale Bewegungen der Atmosphäre angewandt, wohingegen Bewegungen in vertikaler (oder nahezu en genannt werden. Wie Wind entsteht, und welchen Anteil er vertikaler) Richtung Strömung einm al am PEV zu leisten vermag, wird in den kommenden Kapiteln genauso behandelt wie die tatsächlichen technischen Voraussetzungen dieser Art der Energiegewinnung und die heutige Nutzung.

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Auch wenn Kindern glauben, dass der Wind durch das Pusten der Wolken entsteht, ist doch ein gänzl ich anderer Effekt dafür verantwortlich, denn durch

… großflächige Unterschiede in der Strahlungsbilanz der Erdoberfläche [entstehen] Zonen mit unter-schiedlichen Lufttemperaturen ²² und unterschiedlichen Luftdrücken. Diese großräumigen Druckunterschiede wirken auf die Luftpartikel beschleunigend und lösen damit die Luftbewegung aus, die

man als Wind bezeichnet. (Kleemann, 1993. S. 241).

Dieses System könnte auch mit einem aufgepumpten Fahrradschlauch verglichen werden. Zuindrückt werden, woraufhin im Innern ein größerer Luftdruck als erst muss Luft mit Kraft hine außen herrscht. Wird das Ventil gelöst, strömt die Luft wieder heraus. Sie bewegt sich also vom Gebiet höheren Druckes zum Gebiet tieferen Druckes.

Für die Bewegungsrichtung des Windes ist aber nicht nur die aus dem Druckunterschied erfol-gende Kraft ²³ verantwortlich, sondern auch die aus der Drehung der Erde resultierende Coriolis-Kraft. ²⁴ Diese lenkt die Druckgradientenkraft in großflächigen Systemen ab bis ein Kräfteleichgewicht entsteht. Der so entstandene ‚geostrophische Wind’ verläuft parallel zu den Iso-G

baren und trägt somit nicht mehr zum Abbau des ihn erzeugenden Druckgegensatzes bei (vgl. Nolzen, 1988. S. 133f). von 1.000 Metern Beachtet werden muss, dass sich dieses System nur in Höhen oberhalb

ber der Erdoberfläche einstellen kann, da ansonsten der Effekt eintritt, dass die Reibung bei ü

indrichtung und -geschwindigkeit Einfluss nimmt. Ihre Kraft ist dabei immer der momentanen W

Windrichtung entgegengesetzt, und verstärkt so die Ablenkung bei abnehmender Höhe über der

²⁵ Erdoberfläche. Hinzu kommen noch die Eigenschaften der durchströmten Luftmassen. Diese Effekte führen dazu, dass kein ‚geostrophischer Wind’ entsteht, sondern ein Wind, der schräg zu den Isobaren läuft. Er enthält „also eine isobarenparallele Komponente (geostrophische Komponente) und eine Komponente in Richtung des Druckgefälles (ageostrophische Komponente).“ (ebd., S. 134).

²² Die Aufnahmefähigkeit für die Strahlungsenergie der Sonne ist vom jeweiligen Breitengrad abhängig. Am Äquator treffen die

Sonnenstrahlen fast senkrecht auf die Erde und die Erwärmung übersteigt die Wärmeabgabe des Bodens an die Luft, welche sie

durch Konvektion abtransportiert. Der Äquatorbereich hat somit hohe Temperaturen. An den Polen wird die Sonnenstrahlung

aufgrund des flachen Winkels sehr stark reflektiert und der Wärmeentzug durch Luftkonvektion übersteigt die Erwärmung. Die

Pole haben somit niedrige Temperaturen.

²³ Die sog. Gradientenkraft; die immer senkrecht zu den Isobaren verläuft. Umso größer der Druckunterschied, desto höher ist

die Windgeschwindigkeit.

²⁴ Die ablenkende

rechts (in Beweg ungsrichtung) abgelenkt werden. Auf der Südhalbkugel erfolgt eine Ablenkung in die andere Richtung.

²⁵ Die Rauheit der Oberfläche kann hierbei auch eine Rolle spielen

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Erneuerbare Energien in Südbaden

Abb. 7: Die Entstehung des Reibungs-

windes (Entwurf: Goßmann. In: Nolzen,

1988. S. 135).

Unter diesen Voraussetzungen entstehen sowohl die globalen, als auch die jahreszeitlichen und lokalen Windsysteme. Erstere beruhen auf der Ta tsache, dass aufgrund der beschriebenen unterschiedlichen globalen E rwärmung verschiedene Luftdruckgürtel entstehen (vgl. untenstehende Abb.). Ungefähr zwischen dem 10. nördlichen und dem 10. südlichen Breitengrad liegt beispielsweise der Tiefdruckgürtel der Kalmen. Etwa 30 Breitengrade vom Äquator entfernt bilden sich auf beiden Hemisphären die Rossbreiten bzw. subtropischen Hochdruckgürtel, die sich durch Windstille oder nur leichten, veränderlichen Winden auszeichnen. Zwischen diesen Gürteln findet ein großflächiger Luftmassenaustausch statt, der bodennah von den Rossbreiten zum Kalmengürtel weht und als Passat bezeichnet wird. Er ist der vorherrschende Wind der niederen Breiten, und aufgrund der ablenkenden Corioliskraft weht er auf der nördlichen Erdhalbkugel r südlichen Erdhalbkugel der Südost-Passat aus Nordost (Nordost-Passat), wohingegen auf de auftritt.

In Richtung der Pole nimmt der atmosphärische Druck wieder ab, woraus die Tiefdruckzonen der mittleren und hohen Breiten resultieren. Die aufgrund dieser Drucksysteme polwärts strömenden Winde werden durch die Erdrotation nach Osten abgelenkt, und es entsteht die sog. e Westwindzirkulation. Wandernde zyklonale und antizyklonale Störungen beeinflussen dies tsächlichen Richtungen von Tag zu Tag ändern. An den Polen Westwinde, wodurch sie ihre ta

ch wieder Hochdruck-Systeme vor, und die von diesen Regionen ausge-selbst herrschen jedo wer-henden Winde werden durch die Erdrotation so abgelenkt, dass sie zu polaren Westwinden

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