III

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis..........................................................................   II

Abbildungsverzeichnis   III

Tabellenverzeichnis. III   

Abk  ürzungsverzeichnis  IV

1  Einleitung.  1

2  Einführung.  2

2.1  Einführung in die Wasserkraft  2

2.2  Techniken zur Nutzung der Wasserkraft.  3

2.3  Einführung in die Windkraft  3

2.4  Techniken zur Nutzung der Windenergie.  3

3  Potenziale  4

3.1  Wasserkraft.  6

3.2  Windkraft.  6

4  Ökologische Betrachtung.  7

4.1  Energetische Amortisation und Emission  8

4.2  Natur- und Landschaftsschutz  8

5  Externe Kosten.  10

6  Potenziale für Deutschland und die Kosten.  12

6.1  Potenziale  12

6.2  Kosten  13

6.2.1  Kosten der Wasserkraft.  14

6.2.2  Kosten der Windkraft  15

6.3  Förderungsmaßnahmen  17

6.3.1  Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)  17

6.3.2  Wirkungen des EEG.  18

7  Abschliessende Bewertung und Schluss.  18

Literaturverzeichnis   21

Anhang.......................................................................................... 25

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Externe Kosten ausgewählter

Energieträger ................................................................................ 11

Abbildung 2: Kostenentwicklung bei Windkraftanlagen

....................................................................................................... 16

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: CO 2 Emissionen ............................................................. 8

Tabelle 2: Technische und wirtschaftliche Daten ausgewählter Anlagen zur Nutzung der Wasserkraft ................... 14

Tabelle 3: Potenzial/Stromproduktion aus Wasserkraft

(TWh/a).......................................................................................... 26

Tabelle 4: Stromerzeugung ausgewählter Staaten

2004 ............................................................................................... 26

Tabelle 5: Vergütungssätze nach dem EEG für Neuanlagen, die ab 01.08.2004 in Betrieb genommen

wurden ........................................................................................... 27

Tabelle 6: Umrechnungsfaktoren ................................................. 27

Abkürzungsverzeichnis

BMU Bundesministerium für Umwelt,

Naturschutz und Reaktorsicherheit BWE e.V. Bundesverband Windenenergie e.V. bzw. beziehungsweise d. h. das heißt DEWI Deutsches Windenergie-Institut EE Erneuerbare Energien EEG Erneuerbare Energien Gesetz EWEA European Wind Association f. folgende ff. fortfolgende Hrsg. Herausgeber i. d .R. in der Regel ISI Frauenhofer-Institut für S ystemtechnik und Innovationsforschung IWR Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energie Kap. Kapitel o. D. ohne Datum o. V. ohne Verfasser S. Seite(n) s. A. siehe Anhang u. a. unter anderem z.B. zum Beispiel

1 Einleitung

Wichtige Herausforderungen die im 21. Jahrhundert bewältigt werden müssen sind der Schutz des globalen Klimas, die Schonung wertvoller Ressourcen und eine weltweite nachhaltige Entwicklung ¹ . Eine Voraussetzung dafür ist die Energiewende. Spätestens durch aktuelle Ölpreissteigerungen, Kostenerhöhungen der Stromproduzenten, gesteigerten Mehrverbrauch wachsender Wirtschaftsstandorte wird auf die Endlichkeit der traditionellen oder klassischen Primärenergien hingewiesen.

„How to Kick the Oil Habit - As prices rise, the race for new energy sources - from wind farms to liquid coal - heats up….”

TIME Asia, 31. Oktober 2005, S.26

Erneuerbare Energien (EE) sind eine wichtige Alternative zu fossilen Energieträgern, da sie sich laufend durch natürliche Prozesse erneuern und nach unseren Zeitmaßstäben unendlich lange verfügbar sind.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den natürlichen Energiequellen Wind und Wasser. Während Windmühlen aus dem Alltagsbild in Deutschland im letzten Jahrhundert verschwanden, als Elektrizität ausreichend u nd billig zur Verfügung stand, wurde Wasserkraft weiterhin genutzt. Die Ölkrisen der siebziger Jahre und das verstärkte Umweltbewusstsein belebten die Nutzung von Windenergie wieder. Heutzutage dienen in Deutschland Wind- und Wasserkraft fast ausschließlich elektrischer Stromerzeugung, im Gegensatz zu anderen Regionen der Welt, in denen Wind- und Wasserenergie zum Antrieb von Pumpen, Maschinen oder Generatoren eingesetzt werden.

¹ Nach Brundtland (1987); Rio-Agenda 21 (1992) wird nachhaltige Entwicklung

wie folgt definiert: „Nachhaltige Entwicklung befriedigt die Bedürfnisse der

heutig en Generation ohne die Fähigkeit künftiger Generationen zu

gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriediegen und ihre eigenen

Lebensstile zu wählen.“ (Vgl. BMU, 2004a, S.99)

Diese Arbeit bietet zunächst einen Überblick über Wind- und Wasserkraft und die Möglichkeiten der technischen Nutzung dieser beiden Energieformen.

Im darauf folgenden Kapitel wird der Begriff „Potenzial“ in der Energieerzeugung unter verschiedenen technischen, ökologischen und ökonomischen Restriktionen beschrieben. Danach werden am Fallbeispiel Deutschland das Potenzial und die Kosten dargestellt. Hierbei wird der Zusammenhang zwischen dem Marktwachstum und der Kostensenkung betrachtet. Dieser Zusammenhang ist u. a. wichtig in der Ausgestaltung der Fördermaßnahmen. Ein Vergleich zwischen verschiedenen

Förderungsmodellen in Europa würde den Rahmen der Arbeit sprengen, daher werden lediglich das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) und die Auswirkungen in Bezug auf Wind- und Wasserkraft in Deutschland betrachtet. S chließlich werde i ch noch mal kurz auf mögliche Entwicklungen eingehen.

2 Einführung

2.1 Einführung in die Wasserkraft

Auf der Erde wird ein natürlicher Wasserkreislauf aufrechterhalten. Dieser hängt u. a. vom Niederschlag, den Verdunstung, den Bodenverhältnisse und der Topografie ab. Diese Einflussgrößen weisen erhebliche räumliche und zeitliche Schwankungen auf (Kaltschmitt /Wiese, 1994, S. 112). Weltweit ist die Wasserkraft eine bedeutende regenerative Energiequelle mit einer ausgereiften Technologie. Im Jahre 2002 lieferte die Wasserkraft ca. 16,2% der Stromerzeugung weltweit. Dieses entspricht in etwa einem Anteil von 90% der genutzten EE (BMU, 2005c, S. 36). Jedoch stellt die Nutzung der Wasserkraft durch große Staudämme eine nicht nachhaltige Nutzung der EE dar, da sie z. T. mit gravierenden sozialen und ökologischen Folgen einhergeht (Vgl. 4.2, S.8).

2.2 Techniken zur Nutzung der Wasserkraft

Voraussetzung für die Nutzung der Wasserkraft zur Stromerzeugung ist eine ausreichende Menge und Fallhöhe des Wassers damit eine Wasserturbine angetrieben werden kann. Bei Anlagen zur

Nutzbarmachung des Energieangebots kann unterschieden werden zwischen Laufwasser- und Speicher- bzw. Pumpspeicherkraftwerken sowie Kleinwasserkraftwerken.

Folgende Techniken sind für die Nutzung der Wasserkraft in Verwendung:

- Speicherkraftwerke

- Laufwasserkraftwerke

- Kleinwasserkraftwerke

2.3 Einführung in die Windkraft

Luftbewegungen in den unteren Atmosphärenschichten werden als Wind bezeichnet. Diese Luftströmungen sind durch starke zeitliche und örtliche Schwankungen geprägt, die als Ausgleich von Gebieten unterschiedlichen Luftdrucks ( d. h. Hoch- und Tiefdruckgebiete) und dem daraus entstehenden Druckgefälle dienen. Die im Wind enthaltene Energie ist technisch mit Hilfe von Windkraftkonvertern nutzbar (Kaltschmitt/Wiese, 1993, S. 73). Der internationale Ausbau der Windenergienutzung ist besonders stark seit 1998 erfolgt. Europa ist der wichtigste Kontinent für die Windenergie zur Stromerzeugung mit einem Anteil von 72,5% (34.705 MW). Der europäische Markt wird dominiert von Spanien und Deutschland. Von den insgesamt 5.921 MW installierter Leistung im Jahr 2004 entfallen 4.101 MW auf diese beiden Länder (Ender, 2005b, S. 38).

2.4 Techniken zur Nutzung der Windenergie

Im Bereich Windenergie konnten durch technische Entwicklung enorme Fortschritte erzielt werden. In den letzten 20 Jahren hat sich die technische Entwicklung der Windkraftanlagen hauptsächlich auf die Konstruktion immer größere Anlagen konzentriert, zur optimalen Nutzung guter Windverhältnisse an den verschiedenen Standorten.

Die Strommenge, die eine vor zehn Jahren gebaute Windkraftanlage in einem Jahr erzeugte, speist eine moderne Anlage heute an einem einzigen Tag ins Netz. Im Jahr 2002 wurde ein Prototyp einer Windkraftanlage mit einer Leistung von 4,5MW installiert, der Ertrag entspricht in etwa dem Jahresstromverbrauch von 5000 deutschen Haushalten (BMU, 2004a, S. 25).

Durch technische Weiterentwicklung sind bedeutende Verbesserungen in folgenden Bereichen zu erwarten (Vgl. WindEnergie e.V., 2005):

- Optimierung der Komponenten, z.B. schlankere Rotorblätter für eine verbesserte Aerodynamik,

- Verbesserung der Regelungssoftware und Netzanbindungssysteme,

- Zukunftsweisende neue Baumaterialien und Konstruktionen für belastbare und dennoch leichte Windkraftanlagen.

Als Offshore-Windenergie wird die Nutzung der Windenergie im Meer bezeichnet. Hohe Windgeschwindigkeiten und die mögliche Errichtung sehr leistungsstarker Windparks offshore liefern nac h Westwood (2003) um 40% höhere Energieerträge als küstennahe Standorte auf dem Festland (Energie-fakten, 2005).

Die Windenergie-Technologie ermöglicht mittlerweile den Einsatz großer Windkraftanlagen mit einer Leistung von bis zu 5 Megawatt (MW). Mittelfristig bis langfristig wird davon ausgegangen, dass ein erheblicher Teil der Stromerzeugung über Offshore-Windparks abgedeckt werden könnte.

3 Potenziale

Bei der Behandlung regenerativer Energien wird der Begriff des „Potenzials“ genutzt. Dieser beschreibt, welchen Beitrag die Techniken der Nutzung EE zur Energieversorgung (in Zukunft) leisten können. Die Möglichkeiten zur Deckung der Energienachfrage werden ganz wesentlich von den verfügbaren Energiepotenzialen bestimmt. Unterschieden werden kann zwischen den theoretischen, den technischen, den wirtschaftlichen und den erschließbaren Potenzialen