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Auf dem Weg zu optimalen Energieinfrastrukturen - ein Suchprozess
Dr. Phil, Dipl. Ing.
Kurator'in für: Europa Volk und Wirtschaft
Jahrgang 1953
Studium der Elektrotechnik und Elektronik
Forschung / Lehre auf dem Gebiet der Wissenschafts- und Innovationstheorie
Entwicklung von Forschungsprogrammen im IKT-Sektor für verschiedene Bundesministerien und Begleitung der Programme und Projekte - darunter Smart Energy, Elektromobilität, netzbasiertes Lernen, Industrie 4.0
Nun im Un-Ruhestand
Die Wahl der Kombination der richtigen Energiequellen und Energieinfrastrukturen ist in Volkswirtschaften komplex. Suboptimale oder falsche Entscheidungen haben u.U. tragische Folgen. Ein Faktor ist z.B. der teils erhebliche Materialeinsatz für verschiedene Energiequellen und Speicher.
Wie wir den Übergang zu kohlenstoffarmer Energie gestalten, wird also erheblichen Einfluss auf den Umfang und die Qualität haben, wie wir unsere Erde zukünftig durch den Bergbau verändern, verunstalten. Darüber sollten wir also unbedingt differenzierter diskutieren.
Ein weiterer Faktor für die Effizienz zukünftiger Energieinfrastrukturen ist der optimale Strommix und die Speicherfrage. Die als Stromquelle inhärent schwankenden Windräder oder Solaranlagen sind und bleiben ein Problem für die preiswerte, schlanke und sichere Energieversorgung. Wichtig ist daher ein Anteil konstant verfügbarer Energie, die aber auch zur Lastfolge fähig sein sollte. Dazu die NZZ:
Wenn wir eine kohlenstoffarme Wirtschaft aufbauen wollen, müssen wir eine Menge verschiedener Mineralien abbauen bzw. gewinnen. Für den Bau von Solarzellen benötigen wir Silizium, Nickel, Silber und Mangan. Wir brauchen Eisen und Stahl für Windturbinen, Uran für die Kernkraft und Lithium und Graphit für Batterien.Wie "Our World in Data" recherchiert hat, ist dabei die Kernenergie die Energieart, die mit Abstand am wenigsten Abraum etc. erfordert - gemessen in Kilogramm bewegten Materials pro Gigawattstunde (GWh) erzeugtem Strom. Die Grafik zeigt für ein moderneres KKW AP 1000 einen Wert von knapp 10 kg an. Der AP1000 ist ein von der Westinghouse Electric Company entwickelter und verkaufter modernerer Druckwasserreaktor mit verbesserter passiver nuklearer Sicherheit - konstruiert zur Senkung der Kapitalkosten und zur besseren Wirtschaftlichkeit. Vergleicht man die dabei anfallende Menge des Abbaumaterials mit den EE, so werden bei der Offshore-Windenergie knapp 35 kg bewegt, für Batteriespeicher knapp 40 kg und für Solaranlagen gut 45 kg. Unschlagbar schlecht ist natürlich Kohle mit etwa 1,2 Millionen kg pro erzeugter GWh.
Wie wir den Übergang zu kohlenstoffarmer Energie gestalten, wird also erheblichen Einfluss auf den Umfang und die Qualität haben, wie wir unsere Erde zukünftig durch den Bergbau verändern, verunstalten. Darüber sollten wir also unbedingt differenzierter diskutieren.
Ein weiterer Faktor für die Effizienz zukünftiger Energieinfrastrukturen ist der optimale Strommix und die Speicherfrage. Die als Stromquelle inhärent schwankenden Windräder oder Solaranlagen sind und bleiben ein Problem für die preiswerte, schlanke und sichere Energieversorgung. Wichtig ist daher ein Anteil konstant verfügbarer Energie, die aber auch zur Lastfolge fähig sein sollte. Dazu die NZZ:
Konstant gelieferter Strom für den Grundbedarf wird als Bandenergie bezeichnet. Eine Reihe von Energiesystemanalysen zeige, dass ein extrem hoher Anteil an fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen die Systemkosten enorm anhebe, sagt Pautz. «Dann muss man viel bei der Speicherung und beim Netzausbau machen.» Höhere Systemkosten bedeuten auch einen höheren Strompreis. Der PSI-Wissenschafter vermutet, dass es ein Optimum für die Anteile an Bandenergie und an fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen gibt. Seiner Ansicht nach ist ein Anteil von 20 bis 25 Prozent an Bandenergieerzeugung vernünftig. Der Institutskollege McKenna sieht das genauso. Aus Kostensicht sei es nicht unbedingt optimal, auf 100 Prozent erneuerbare Energiequellen zu setzen.Lastfolge heißt, dass die Stromerzeugung von Kraftwerken dem Strombedarf angepasst werden kann. Dafür kann man zum Beispiel Wasserkraft- oder Gaskraftwerke nutzen, aber auch Kernkraftwerke. So ist es technisch möglich, die Leistung von Kernkraftwerken innerhalb von einer Minute um einige Prozent zu senken oder zu steigern. Kernkraft gehört (nicht nur lt. Our World in Data) auch zu den sichersten und saubersten Energiequellen. Die Sterberaten pro erzeugter Energieeinheit (gemessen anhand der Todesfälle durch Unfälle und Luftverschmutzung pro Terawattstunde) liegen mit 0,03 zwischen Wind (0.04) und Solar (0,02). Und auch wenn immer wieder behauptet wird, Kernkraft sei die teuerste Energieform, gibt es ernsthafte Gegenrechnungen (oder hier):
"Kernkraft erfordert unbestritten sehr hohe Anfangsinvestitionen“, sagt Prasser, „aber ein modernes Kernkraftwerk läuft viele Jahrzehnte“. Weil, anders als bei Gas und Kohle etwa, die Brennstoffkosten kaum ins Gewicht fallen, sei der Atomstrom langfristig eine sehr günstige Energieform, so Prasser. Ein AKW, das von den 8760 Stunden des Jahres 7000 bis 8000 am Netz sei und 40 Jahre lang laufe, liefere über seine Lebensdauer Strom für vier bis fünf Cent die Kilowattstunde im Schnitt. Moderne AKW seien nach 30 Jahren abgeschrieben und danach „Gelddruckmaschinen“, sagt Prasser."Zumal KKW auch den Aufwand für Systemkosten und Netzausbau stark senken. Man sollte sich daher nicht wundern, wenn eine Renaissance der Atomkraft ernsthaft auf der Tagesordnung steht. Aber wie in diesen Fragen immer, gibt es einen erbitterten und leidenschaftlichen Kulturkampf darüber, ob und wie gut sich verschiedene Energiequellen kombinieren lassen. Grundsätzlich finden aber viele Wissenschaftler,
dass die Diversifizierung bei der Stromversorgung eine Stärke sei. Vor zwei Jahren hätten Kollegen vom PSI untersucht, wie es um die Versorgungssicherheit der nationalen Stromsysteme in Europa stehe. Frankreich habe da relativ schlecht abgeschnitten, weil dort die Kernenergie so dominant sei. Eine höhere Punktzahl erreichten Länder mit einer stärkeren Mischung der Stromquellen wie zum Beispiel Dänemark, Island, Schweden und die Schweiz.Dazu muss das Stromnetz allerdings intelligenter werden. All das sind Langfristprozesse, von denen wir noch nicht wissen können, wie am Ende ein Optimum aussieht. Wobei wohl, wie die NZZ m.E. richtig bemerkt, die größten Herausforderungen
bei der Aufgabe, verschiedene Energiequellen miteinander in Einklang zu bringen, …. jedoch nicht technische Hindernisse (sind), sondern solche wie Ideologie, soziale Akzeptanz und finanzielle Risiken, ….
Quelle: Hannah Ritchie Bild: Seaver Wang et al... EN ourworldindata.org
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Google will KI-Rechenzentren mit kleinen Atomkraftwerken betreiben
https://www.zeit.de/di...
Was in den hier präsentierten Artikeln und Statistiken fehlt, sind Aussagen über die Aufwendungen für die Endlagerung von Atommüll. Wenn der reine Materialaufwand für die Kernenergie herangezogen wird oder die Kosten am unteren Rand veranschlagt werden, überzeichnet man doch die tatsächliche Effizienz der Energieerzeugung. Gibt es dazu Studien?
1) Die WirtschaftsWoche erwähnt zwar, dass die Langfristkosten wie Endlager für den Atommüll nicht in den betrachteten Indikator LCOE einfließen. Schon damit hinkt der Vergleich, denn bei Solar- und Windenergie sind die verwendeten Materialen hochgradig recyclebar.
2) Auf der im Pick verlinkten Seite des KKW Gösgen steht, dass die Kosten für die Entsorgung zwei Drittel der gesamten Brennstoffkosten ausmachen. Diese Aussage verweist auf die Website von swissnuclear:
Die Nagra (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle) ist zuständig für Forschung, Planung und Standortsuche für die geologischen Tiefenlager.
Durch Einzahlungen in zwei staatlich kontrollierte Fonds „... entstehen künftigen Generationen keine ungedeckten Kosten.
... Was Stilllegung und Entsorgung kosten werden, bestimmt eine vom Bund eingesetzte Kommission.“
https://www.kernenergi...
Schön, wenn sich die Schweizer auf diese Regeln und Versprechen verlassen könnten ...
3) Der Link auf die NZZ funktioniert nicht.
4) Our World in Data verwendet den Indikator kg/GWh (Masse des verwendeten Materials im Verhältnis zur Elektroenergieerzeugung). Aufgrund des hohen Wirkungsgrades ist die Kernenergie ohne Konkurrenz.
Frage: Ist auch der Materialbedarf für Endlager einbezogen?
CH ist wegen ihrer vorhandenen Bergmassive in diesem Punkt möglicherweise gegenüber D im Vorteil.
5) Die deutsche Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH (BGE) beantwortet allgemeine Fragen, u.a.:
- Warum soll der radioaktive Abfall tiefengeologisch gelagert werden? Ist das nicht das Prinzip „Aus den Augen aus dem Sinn“? Ist das nicht unverantwortlich?
https://www.bge.de/de/...
Auch die Option der Nutzung heutiger Abfälle als Wertstoffe wird dabei offengelassen.
Allerdings wird sich dann der Wirkungsgrad reduzieren – um wie viel?
Gibt es eine Chance für Wirtschaftlichkeit?
Wenn ja, müsste nicht jetzt alles daran gesetzt werden, die verbliebene Energie zu recyceln – bestenfalls in einem internationalen Projekt – anstelle einer aufwändigen (staatlich betriebenen) Endlagerung mit noch geringerer Aussicht auf Wirtschaftlichkeit in der Zukunft?
6) Ergänzend die FR zu einem aktuellen Dissens zwischen Bayern und Niedersachsen: https://www.fr.de/wirt...
Mein Fazit ist, dass noch viel genauer hingeschaut werden muss, bei allem unvermeidbaren „Try and error“ – Vergleiche der Energieträger sind an einigen Stellen, die CO2-Reduzierung ausgenommen, nur eingeschränkt belastbar.
Eine entscheidende Ergänzung:
Die Atomlobby will das Ergebnis einer Volksabstimmung in der Schweiz von 2017 kippen.
Wirtschaftliche und politische Beharrungskräfte begründen das mit der Ideologie der "Technologieoffenheit".
Dieser Hintergrund fehlt in diesem naturwissenschaftlich-technologischen Pick. Wird er einblendet, ergeben sich traditionelle Recht-Links-Konstellationen.
https://www.tagesschau...