Mario Liebensteiner im Energiegespräch

Prof. Dr. Mario Liebensteiner im Energiegespräch

Das vollständige Gespräch mit Prof. Dr. Mario Liebensteiner finden sie bei YouTube

1. Einleitung: Höhere Strompreise und neue Herausforderungen

Das zentrale Ergebnis des Gesprächs zwischen Prof. Heindl und Prof. Dr. Mario Liebensteiner lautet: In den kommenden Jahren bis 2030 dürfte der Strompreis in Deutschland und Europa voraussichtlich deutlich höher liegen als vor der Energiekrise – etwa um den Faktor drei. Zusätzlich wird die Preisdynamik zunehmen, was zu einer stärkeren Volatilität führt. Dahinter stehen mehrere Ursachen:

1. Wegfall günstiger Kraftwerke
   Nach dem Ausstieg aus der Kernenergie in Deutschland und den geplanten Stilllegungen von Kohlekraftwerken entfällt ein Teil grundlastfähiger, verhältnismäßig preisgünstiger Stromerzeugung.
2. Steigende Brennstoff- und CO₂-Kosten
   Die Kosten für Gasimporte sind nach der Abkehr von russischem Pipeline-Gas tendenziell höher, und die CO₂-Preise im europäischen Emissionshandel (EU ETS) dürften weiter anziehen.
3. Zunahme wetterabhängiger Erzeugung
   Der Anteil von Wind- und Solarstrom steigt stark, was bei gleichzeitig fehlendem adäquatem Netzausbau zu kräftigen Preisschwankungen führen kann.

Liebensteiner betont, dass insbesondere die Volatilität des Börsenstrompreises – also starke Schwankungen zwischen sehr niedrigen (teilweise sogar negativen) und sehr hohen Werten – in Zukunft noch ausgeprägter sein werde. Für Unternehmen wie auch für Privathaushalte werde das größere Flexibilität bedeuten: Wer zum Beispiel Lasten verschieben kann oder eigene Speicherkapazitäten besitzt, wird Vorteile haben.

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2. Marktmechanismen: Merit-Order, Börsenpreis und negative Preise

Ein zentrales Thema des Gesprächs ist das „Merit-Order“-Prinzip, das im öffentlichen Diskurs häufig kritisiert wird. Prof. Liebensteiner stellt jedoch klar, dass dies ein normales marktwirtschaftliches Verfahren ist, bei dem das zuletzt noch benötigte Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten den allgemeinen Börsenpreis setzt. Die wichtigsten Punkte:

• Merit-Order als Standard
  Ob Weizen oder Strom: In allen börslichen Märkten wird nach dem Grundsatz „von billig zu teuer“ angeboten. Das letzte, zur Bedarfsdeckung herangezogene Angebot bestimmt den Preis für alle Anbieter, was keinesfalls eine Strommarkt-Spezialität, sondern ein generelles Marktprinzip ist.

• Erneuerbare als Grenzkosten-Null-Technologien
  Wind- und PV-Anlagen haben sehr geringe laufende Brennstoffkosten (die „Sonne schickt keine Rechnung“). Sie bieten daher zu niedrigen Preisen an und drücken so häufig das Strompreisniveau. Allerdings ist ihre Verfügbarkeit wetterabhängig – fehlt Wind oder Sonne, steigen die Preise, weil dann teure Reservekraftwerke (häufig Gaskraftwerke) zum Einsatz kommen.

• Negative Preise
  Negative Strompreise entstehen zu Zeiten eines Überangebots, etwa wenn extrem viel Strom aus Wind- oder Solaranlagen produziert wird, während die Nachfrage gering ist und einige Kraftwerke (etwa Kohleblöcke) aus technischen Gründen nicht schnell heruntergefahren werden können. Dann erhalten Abnehmer Geld dafür, dass sie den Strom abnehmen. Allerdings profitieren davon in der Praxis weniger Haushalte als vielmehr Akteure im Großhandelsmarkt.

• Volatilität durch fluktuierende Erzeugung
  Weil erneuerbare Energien kein Grundlastverhalten aufweisen, entstehen stark schwankende Preise – an windstarken Tagen mit geringem Bedarf tendieren die Börsenpreise nach unten, während sie in wind- und sonnenarmen Zeiten hochschnellen können.

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3. Netzausbau, Kapazitätsmärkte und das Problem der Versorgungssicherheit

Wenn Kohle- und Kernkraftwerke vom Netz gehen und Gaskraftwerke oft nur wenige Stunden im Jahr laufen sollen, um Spitzenlasten auszugleichen, stellt sich die Frage nach Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit. Wesentliche Punkte:

• Netzengpässe und Redispatch
  Obwohl viel Strom aus dem windreichen Norden stammt, fehlen ausreichende Leitungen in den verbrauchsstarken Süden. Bei Überlastung müssen Windanlagen abgeregelt werden („Abregelung“), während man im Süden Kohlestrom anwirft. Das führt zu paradoxen Situationen, in denen trotz Überangebots im Norden teure und emissionsintensive Kraftwerke im Süden laufen. Ein grundsätzlicher Umbau des Marktdesigns in verschiedene Preiszonen wäre denkbar, ist politisch aber umstritten.

• Kapazitätsmarkt vs. Energy-Only-Markt
  Gegenwärtig herrscht der „Energy-Only-Markt“: Ein Kraftwerksbetreiber verdient nur dann Geld, wenn er Strom produziert und verkauft. Gaskraftwerke, die nur wenige Tage oder Stunden laufen, müssten bei hohen Börsenpreisen ihre gesamten Fixkosten decken können, damit sich die Investition lohnt. Das würde extrem schwankende – bisweilen sehr hohe – Preise bedeuten. Aus politischen Gründen könnte ein „Kapazitätsmarkt“ eingeführt werden, bei dem Stromerzeuger eine Prämie allein für das Bereithalten (die Kapazität) erhalten. Dies verringert Preisextreme, ist aber weniger markteffizient und verursacht zusätzliche Kosten.

• Stromausfallrisiko und Versicherungsmodelle
  In der Diskussion wurde auch erörtert, ob man den Blackout über Versicherungsmodelle in private Verantwortung legen könnte. Derzeit lösen jedoch staatliche Netzbetreiber und Regulierung diese Aufgabe. Für Großverbraucher wie Aluminiumwerke existieren bereits Entschädigungsmodelle, wenn sie den Verbrauch bei Engpässen drosseln („Demand-Side-Management“).

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4. Klimapolitik, CO₂-Bepreisung und internationale Wechselwirkungen

Das Gespräch widmete sich außerdem der europäischen Klimapolitik: Ob CO₂-Handel oder CO₂-Steuer, ob Subventionen für erneuerbare Energien oder Effekte des sogenannten grünen Paradoxons – das Zusammenspiel von Markt und Regulierung ist hochkomplex.

• EU-Emissionshandel und „Wasserbetteffekt“
  Innerhalb des EU-ETS (Emissionshandelssystems) existiert ein oberes Limit (Cap) für die Gesamtmenge an Emissionen. Wer CO₂ verursacht, muss ein Zertifikat erwerben. Gleichzeitig führt jede zusätzliche freiwillige Emissionsminderung in einem Land nur bedingt zu einer Minderung auf EU-Ebene, da die frei werdenden Emissionszertifikate in anderen Sektoren oder Ländern genutzt werden können (Wasserbetteffekt). Freiwilliger Klimaschutz in Deutschland hat also innerhalb des EU-ETS nur begrenzte Wirkung.

• Grünes Paradoxon nach H.-W. Sinn
  Global betrachtet kann ein sinkender Verbrauch in Europa den Ölpreis senken und damit die Ölnachfrage in anderen Weltregionen erhöhen, wenn das Angebot sich nicht entsprechend verringert. Dieses Phänomen spricht dafür, dass nationale Alleingänge wenig globale CO₂-Einsparungen bewirken, solange kein weltweit koordinierter Emissionspfad existiert.

• Kostendegression bei Solartechnik
  Ein positiver Effekt des deutschen EEG-Systems war allerdings, dass die internationale Photovoltaik-Herstellung stark skaliert und die Preise für Solarzellen drastisch gesunken sind. Damit wird diese Technologie für Schwellen- und Entwicklungsländer erschwinglich. Allerdings ist unklar, ob und in welchem Ausmaß das allein die globale Energiewende beschleunigt, solange fossile Energieträger weiter verfügbar und preisgünstig sind.

• Rolle der Kernenergie
  Während Deutschland aus der Kernenergie ausgestiegen ist, setzen Nachbarstaaten wie Frankreich oder Polen auf Neu- oder Ausbau von Atomkraftwerken. Auf dem europäischen Strommarkt könnte das den Börsenstrompreis tendenziell senken. Deutschland profitiert dann als Stromimporteur von preiswertem Atomstrom, ohne die Risiken der eigenen Kernkraftnutzung zu tragen. Langfristig jedoch bleibt die Frage der Endlagerung und der Akzeptanz bestehen.

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5. Perspektiven: Vom Smart Meter bis zur zukünftigen Preisgestaltung

Smart Meter und flexible Tarife
Eine wesentliche Diskussion betrifft die Frage, wie Endkunden – insbesondere Haushalte – durch Preissignale zu einem zeitlich angepassten Stromverbrauch animiert werden können. Mit Smart Metern und dynamischen Tarifen könnte man Spitzenlasten glätten und mittags bei hoher Solarproduktion günstigen Strom verbrauchen, während abends oder an windstillen Tagen höhere Preise gelten. Dazu ist eine Anpassung der Netzentgelte nötig, denn derzeit machen Steuern, Abgaben und Fixkosten den größeren Teil des Strompreises aus, während die rein marktbasierten Energiekosten oft nur ein Viertel oder ein Drittel ausmachen.

Zunehmende Bedeutung von Speicher und Eigenversorgung
Um in Zeiten negativer oder sehr niedriger Preise Strom aufzunehmen und ihn bei hohen Preisen abzugeben, könnten Speicher – von Batteriespeichern bis zu potenziellen Wasserstoffanlagen – wirtschaftlich interessanter werden. Darüber hinaus besteht weiterhin Handlungsbedarf beim Netzausbau, um Transportengpässe zu beheben, sowie in der europäischen Koordination, damit grenzüberschreitende Lieferungen effizienter ablaufen.

Fazit
Das Gespräch zwischen Prof. Heindl und Prof. Dr. Liebensteiner verdeutlicht, wie stark die Energiewelt bereits im Umbruch ist. Obwohl erneuerbare Energien auf dem Vormarsch sind, wird der Durchschnittsstrompreis absehbar steigen, da flexibel einsetzbare Kraftwerke – vor allem Gas- oder später wasserstoffbetriebene Anlagen – die Versorgungssicherheit gewährleisten müssen. Die politischen Diskussionen bewegen sich zwischen Marktlösungen und staatlicher Regulierung, etwa über Kapazitätsmärkte und Subventionen. Für Verbraucher wie Industrie ist eine steigende Preisdynamik zu erwarten, die nicht nur Anpassungsdruck, sondern auch Chancen für innovative Geschäftsmodelle und Technologien schafft. Mittel- bis langfristig bleibt der Ausbau der erneuerbaren Energien, kombiniert mit Flexibilität und Speichertechnologien, der Schlüssel für eine bezahlbare und nachhaltige Stromversorgung – nur wird dies teurer und komplizierter, als noch vor wenigen Jahren angenommen.

Die vollständige Liste aller Energiegespräche finden Sie hier: https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.html

Der Pfad der weltweiten Energiewende

Ein Zukunftsszenario für Solarenergie und CO₂-Emissionen

Haben wir eine Chance, das CO₂ Problem so weit zu managen, dass es zu keiner katastrophalen globalen Erwärmung kommt?

Hier ist eine Betrachtung, was in den nächsten Jahren passieren wird, unabhängig von der deutschen Energiepolitik. 

Erste Prämisse: Die Menge an CO₂ muss nicht global auf null, sondern auf netto Null gebracht werden. Das bedeutet, dass nicht mehr emittiert wird, als von der Natur aufgenommen werden kann. In Zahlen muss daher die Emission von 40 Gt (Kohleäquivalenz) auf 20 Gt gesenkt werden. Das ist immer noch eine enorme Verringerung, aber mir scheint das deutlich realistischer, da insbesondere die letzten 50 % Verminderung den höchsten Aufwand bedeuten.

Der Pfad wird über die Installation von PV gelingen, und wenn man die Zahlen betrachtet sogar praktisch kostenneutral. Dazu werden PV-Anlagen als "fuel-saver" also Brennstoff-Vermeider installiert. Immer wenn die Sonne scheint, und das tut die Sonne in sehr vielen Ländern fast das ganze Jahr tagsüber, ersetzt der Solarstrom die Brennstoffe Kohle, Öl oder Gas bei der Stromerzeugung durch Solarstrom. Dieser ist inzwischen aufgrund der sehr geringen Preise für Solarmodule aus China, unter 5 €ct/kWh in sonnigen Gebieten möglich.

Aus der Vergangenheit ist bekannt, wie viel PV Installationen jährlich bis 2023 durchgeführt wurden, dies ist in der Grafik als gelbe Linie dargestellt, die Skalierung ist auf der linken Seite und logarithmisch. Unter der Annahme, dass wir schon nahe der maximalen Produktionrate von PV sind, aktuell hat China etwa eine Produktionskapazität von 1000 GW/Jahr (entspricht  ~ 1 TWh/Jahr). Unter der Annahme einer typischen logistischen Kurve, das bedeutet, die Produktionskapazitäten werden aufgrund der Marktsättigung nur noch langsam ausgebaut und dann sogar ab 2035 langsam wieder abgebaut, ein Punkt, über den man diskutieren kann, werden im Maximum (Jahr 2035) etwa 1365 GW/Jahr installiert. 

Wachstum der PV Installation und dadurch verursachte Abnahme der CO₂ Emission.

Weiterhin ist bekannt, wie groß die Emissionen an CO₂ sind, berechnet man die tatsächlichen Emissionen, nach Abzug der Einsparung durch Fuelsaver PV, sieht man für das Jahr 2020 noch keinen nennenswerten Effekt, aber in den Folgejahren, wenn der Ausbau stetig wächst, blaue Kurve linke Skala in TWh, erreicht man 2034 bereits eine Reduktion von 40 Gt auf 30 Gt. und im Jahr 2050 sind es nur noch 20 Gt. Diese Menge an CO₂ kann von der Natur vollständig aufgenommen werden, sodass die Konzentration von CO₂ in der Atmosphäre bei etwa 500 ppm konstant bleibt. Dies entspricht etwa einer Temperaturerhöhung von 2.5°C (K) was mir erträglich erscheint.

Die Berechnungen enthalten kein Wirtschaftswachstum, aber auch keine Windkraftwerke oder Kernkraftwerke. Es ist bewusst eine grobe Abschätzung, die zeigen soll, welche Wirkung ein weiterer Ausbau der Solarenergie hat.

 

Einige Hinweise zur Berechnung: Es wurde angenommen, dass wesentliche Teile der Pkw Flotte elektrisch fährt und ein Liter Diesel/Benzin durch 3 kWh Strom ersetzt wird. Weiterhin wurde ein durchschnittlicher weltweiter Wirkungsgrad von 33 % für Kohle und Gaskraftwerke angenommen. 

Im Basisjahr 2019 (das Jahr vor Corona) wurden 144 576 TWh Energie aus fossilen Kraftwerken erzeugt, die gesamte Emission lag bei 39,32 Gt Kohlenstoff.

Prof. Dr. Martin Heimann

Prof. Dr. Martin Heimann: Kohlenstoffkreislauf und Klimawandel

Zusammenfassung des Energiegesprächs mit Prof. Dr. Martin Heimann. Er ist Director Emeritus am MPI Biogeochemie in Jena. Seine Forschung liegt im Bereich globaler Kohlenstoffkreislauf, Methan, Permafrost. 

Das ganze Gespräch mit Prof. Dr. Martin Heimann auf YouTube.

Einführung in den Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoffkreislauf ist ein zentrales Thema in der Klimaforschung, da er maßgeblich zur Regulierung der Erdatmosphäre beiträgt. Er umfasst die Aufnahme und Freisetzung von CO₂ durch Pflanzen, Ozeane und den Boden. Die natürliche Aufnahme von CO₂ durch Fotosynthese und die Speicherung in Wäldern und Böden stehen den menschlichen Emissionen gegenüber.

Auswirkungen von Wald- und Landnutzung

Die Landnutzung spielt eine entscheidende Rolle im Kohlenstoffkreislauf. Wälder fungieren als Kohlenstoffsenken, indem sie CO₂ aufnehmen und speichern. Aufforstungsprojekte können temporär zur Reduktion von atmosphärischem CO₂ beitragen, während Abholzung in den Tropen zu erhöhten Emissionen führt. Die Bewirtschaftung von Wäldern und die Nutzung von Holz als Baustoff oder Brennmaterial beeinflussen die Kohlenstoffbilanz erheblich.

Rolle der Ozeane

Ozeane sind die größten Kohlenstoffspeicher und nehmen CO₂ sowohl durch physikalische als auch durch biologische Prozesse auf. Die Dissoziation von CO₂ im salzhaltigen Meerwasser führt zu einer langfristigen Speicherung in Form von Bikarbonat und Carbonat. Die biologische Pumpe, durch die Plankton CO₂ aufnimmt und in tiefere Wasserschichten transportiert, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle.

Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs

Zur Vorhersage der CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre werden verschiedene Modelle verwendet. Das Berner Modell beispielsweise beschreibt die Verteilung von CO₂ zwischen Atmosphäre, Ozeanen und Landbiosphäre. Es berücksichtigt physikalische, chemische und biologische Prozesse und hilft, zukünftige CO₂-Konzentrationen unter verschiedenen Emissionsszenarien zu prognostizieren.

Unsicherheiten und Herausforderungen

Die größte Herausforderung in der Modellierung des Kohlenstoffkreislaufs liegt in der Komplexität der Prozesse und der Unsicherheit der Daten. Unterschiede in der regionalen Vegetation, Bodenbeschaffenheit und klimatischen Bedingungen führen zu variierenden Kohlenstoffflüssen. Besondere Unsicherheiten bestehen in den Permafrostregionen, wo tauender Boden Methan freisetzt, ein Treibhausgas, das viel stärker als CO₂ wirkt.

Zusammenfassung

Der Kohlenstoffkreislauf ist komplex und wird durch natürliche und menschliche Aktivitäten beeinflusst. Wälder und Ozeane spielen als Kohlenstoffsenken eine wichtige Rolle, während menschliche Aktivitäten wie Abholzung und Verbrennung fossiler Brennstoffe zu einer erhöhten CO₂-Konzentration führen. Modelle wie das Berner Modell helfen, diese Prozesse zu verstehen und zukünftige Entwicklungen vorherzusagen, obwohl Unsicherheiten bestehen bleiben, insbesondere in Bezug auf regionale Unterschiede und zukünftige Emissionen.

Die vollständige Liste aller Energiegespräche finden sich hier:

https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.html