Erneuerbare Energien

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Als erneuerbare Energien (fachsprachlich oftmals auch mit Majuskel: Erneuerbare Energien), regenerative Energien oder alternative Energien werden Energieträger bezeichnet, die im Rahmen des menschlichen Zeithorizonts praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen[1][2] oder sich verhältnismäßig schnell erneuern. Damit grenzen sie sich von fossilen Energiequellen ab, die sich erst über den Zeitraum von Millionen Jahren regenerieren. Erneuerbare Energiequellen gelten, neben höherer Energieeffizienz, als wichtigste Säule einer nachhaltigen Energiepolitik (englisch sustainable energy) und der Energiewende.[3] Zu ihnen zählen Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlung, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe.
Der Begriff "erneuerbare Energien" ist nicht im streng physikalischen Sinne zu verstehen, denn Energie lässt sich nach dem Energieerhaltungssatz weder vernichten noch erschaffen, sondern lediglich in verschiedene Formen überführen. Auch aus erneuerbaren Energien gewonnene sekundäre Energieträger (Elektrizität, Wärme, Kraftstoff) werden oft unpräzise als erneuerbare Energien bezeichnet.[4] Als Bezeichnung für thermische Energie, die aus Geothermie, Solarthermie oder Bioenergie gewonnen wird und für die indirekte Nutzung von Sonnenenergie durch Solararchitektur wird auch der Begriff erneuerbare Wärme verwendet. Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen wird auch als Grünstrom und Ökostrom bezeichnet.

Der Ausbau der Erneuerbaren Energien wird in vielen Staaten weltweit vorangetrieben. [5][6] Im Jahr 2012 deckten die Erneuerbaren Energien (EE) etwa 19 % des weltweiten Endenergiebedarfs. Im Stromsektor lag der Anteil 2013 bei 22,1 %. In mindestens 144 Staaten weltweit gibt es Ausbauziele für Erneuerbare Energien, in 138 Staaten existieren Fördermaßnahmen für ihre Verbreitung, darunter in 95 Entwicklungs- und Schwellenländern.[7] Besonders ehrgeizige Ziele hat sich die Volksrepublik China gesetzt. Dort stammte im Jahr 2013 rund 30 % der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen, bis 2017 soll die Produktion um fast 50 % gesteigert werden. Zugleich übertrafen in diesem Jahr die Investitionen in Erneuerbaren Energien erstmals die Investitionen in konventionelle Kraftwerke.[8]
In Deutschland lag der Anteil der Erneuerbaren Energien im Jahr 2013 bei 12,3 % des Endenergie-verbrauchs; in der Stromerzeugung bei 25,4 %.[9] Im ersten Halbjahr 2014 wurde im Stromsektor ein Anteil von 31 Prozent an der deutschen Stromerzeugung erreicht.[10]

Erneuerbare Energiequellen
Die Basis für die erneuerbaren Energien bilden die drei Energiequellen Kernfusion der Sonne, Gezeitenkraft aufgrund der Planetenbewegung und Geothermie des Erdkerns. Die mit Abstand ergiebigste Form ist dabei die Sonnenenergie, deren jährliches Energieangebot auf der Erde 3.900.000.000 PJ beträgt. Geothermie stellt 996.000 PJ bereit, während die Gravitation 94.000 PJ liefert.[1]

Sonnenenergie (Strahlungsenergie)
Die Sonne emittiert große Mengen Energie, die als Solarstrahlung (elektromagnetische Strahlung) die Erde erreichen. Die von der Sonne auf die Erde abgestrahlte Leistung beträgt circa 174 PW (Petawatt). Etwa 30 % der Strahlung wird reflektiert, sodass circa 122 PW die Erde (Erdhülle und Erdoberfläche) erreichen. Das sind etwa 1.070 EWh (Exawattstunden) im Jahr und damit derzeit circa das 10.000 fache des Weltjahresenergie-bedarfs.
Sonnenenergie lässt sich direkt oder indirekt vielfältig nutzen. Die direkte Nutzung erfolgt mit Photovoltaikanlagen sowie als Sonnenwärme, daneben "liefert" die von der Atmosphäre und von der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie zudem mechanische, kinetische und potentielle Energie. 

Potentielle Energie wird produziert, indem durch atmosphärische Prozesse Wasser in höhere Lagen transportiert wird. Die Sonnenenergie erzeugt zudem in der Atmosphäre durch meteorologische Prozesse Winde. Diese Winde (= bewegte Luftmassen) enthalten kinetische Energie (Windenergie); sie erzeugen auf den Meeren Wellen (Wellenenergie). Pflanzen absorbieren die Strahlung im Zuge der Photosynthese und fixieren sie in Biomasse, die zur Energiewandlung genutzt werden kann. Auch die Nutzung der Umgebungswärme mittels Wärmepumpen mit oberflächennahen Erdwärmekollektoren oder von Luft-Luft- Wärmepumpen zählt zur Solarenergie.
Grundsätzlich kann die Energie der Sonne neben der direkten Nutzung auch in Form von Bioenergie, Windenergie und Wasserkraft verwertet werden. Mögliche Nutzungsformen sind:
  • Solarenergie 
    • Photovoltaik (Photovoltaikanlage)
    • Solarthermie (Sonnenkollektor, Sonnenwärme-kraftwerk)
    • Solarchemie
    • Thermik (Thermikkraftwerk)
  • Bioenergie (aus Biomasse in unterschiedlichster Form, siehe Artikel biogener Brennstoff und Biokraftstoff) 
    • Holz
    • Pflanzenöl
    • Biodiesel
    • Bioethanol und Cellulose-Ethanol
    • Biogas
    • BtL-Kraftstoffe
    • Biowasserstoff
    • Muskelkraft (Fahrrad, Göpel, Draisine, Arbeitskraft von Nutz- und Zugtieren)
  • Wasserkraft 
    • Staudämme und Staumauern
    • Laufwasserkraftwerke, Wassermühlen, Strombojen
    • Wellenenergie des Meeres
    • Strömungsenergie des Meeres
    • Meereswärme
    • Osmosekraftwerk (Unterschiedlicher Salzgehalt von Süß- und Salzwasser)
    • Hammerwerke,
    • Schöpfräder, Wasserkunst, Hydraulischer Widder
  • Windenergie 
    • Windenergieanlage
    • Höhenwindenergie
    • Aufwind- oder Thermikkraftwerk
    • Fallwindkraftwerk
    • Windmühlen
    • Segelschiff
Geothermie (Erdwärme)
Die im Erdinneren gespeicherte Wärme stammt zum einen von Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung. Zum anderen erzeugen dort radioaktive Zerfallsprozesse primordialer Radionuklide und die durch Gezeitenkräfte verursachte Reibung zwischen fester Erdkruste und flüssigem Erdkern laufend weitere Wärme. Sie kann für Heizzwecke (vor allem oberflächennahe Geothermie) oder auch zur Stromerzeugung (meist Tiefengeothermie) genutzt werden.
In Deutschland, Österreich und der Schweiz finden sich hauptsächlich Niederenthalpie- Lagerstätten. In diesen Lagerstätten strömt die Wärme aus den tieferen Schichten aber nicht in dem Maße nach, wie sie durch eine geothermische Anlage entnommen wird, so dass sich der Bereich der Entnahmestelle abkühlt und die Entnahme nur über einen begrenzten Zeitraum von einigen Jahrzehnten möglich ist, nach der eine Regeneration des Wärmereservoirs notwendig wird. Oberflächennahe Anlagen können allerdings im Sommer mit Wärmeenergie aus Kühlprozessen aufgefüllt werden, indem die Transportrichtung der Energie umgekehrt wird. Geothermieprojekte erfordern eine sorgfältige Erkundung und Analyse der geologischen Gegebenheiten, da Eingriffe in den Schichtenaufbau schwerwiegende Folgen haben können.

Wechselwirkung der Erde mit Sonne und Mond (mechanische Energie)
Die Anziehungskraft (Schwerkraft) von Sonne und Mond (und anderen Himmelskörpern) verursacht in und auf der rotierenden Erde die Gezeiten, wobei die Drehgeschwindigkeit der Erde durch diese Energieumwandlung allmählich abgebremst wird. Die dadurch induzierten Strömungen können in Gezeitenkraftwerken und Meeresströmungs- kraftwerken genutzt werden. Diese Anziehungskräfte führen außerdem zu Deformationen des Erdkörpers und dadurch in der festen Erde und im flüssigen Erdkern zu Reibung, die dem Erdinneren weitere Wärme zuführt. Die Reibungsenergie beträgt ca. 2,5 TW, das wirtschaftlich nutzbare Potenzial wird auf etwa 9 % dieser Energie geschätzt.[11]

Ausbaupotenzial und Prognosen

Potential

Globale Potentiale
Die auf die Erde eingestrahlte Sonnenenergie entspricht mehr als dem Zehntausendfachen des aktuellen menschlichen Energiebedarfs.[13] Erdwärme und Gezeitenkraft liefern deutlich geringere, aber im Vergleich zum menschlichen Bedarf hohe Beiträge. Rein physikalisch betrachtet, steht damit ein Vielfaches der Energie zur Verfügung, als in absehbarer Zukunft gebraucht werden wird, auch wenn sich das hier genannte theoretische Potential u.a. durch technische und ökologische Belange reduziert. Auch die notwendigen Technologien sowie die Konzepte zur Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung gelten als vorhanden.[14]
Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, dass weltweit bis 2030 mehr als ein Viertel des Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien gedeckt werden kann. Laut IPCC könnten unter optimistischen Annahmen bis 2050 sogar 77 % des weltweiten Energieverbrauches aus erneuerbaren Energien stammen.[15]

Wissenschaftler der Universitäten Stanford und Davis haben in einem Plan für eine emissionsfreie Welt bis 2030 errechnet, dass die weltweite Umstellung auf Wind-, Wasser- und Sonnenenergie rund 100.000 Milliarden US-Dollar kosten würde, wobei Geothermie- und Gezeitenkraftwerke unter Wasserenergie und Wellenkraftwerke unter Windenergie aufgeführt werden. Diese Berechnung beinhaltet Kosten für Speicherkraftwerke und Maßnahmen für einen intelligenten Stromverbrauch, nicht aber die Infrastruktur zur Verteilung des Stroms.[16] Deutlich höher wären die Kosten für das Festhalten an den fossil-atomaren Energien, wie Berechnungen der Energy Watch Group ergaben. Demnach wurden weltweit im Jahr 2008 zwischen 5500 und 7750 Milliarden Dollar für fossile und atomare Energien ausgegeben; bereits ein Anstieg der Energiepreise um 20 % würde die Ausgaben auf fast 10.000 Milliarden Dollar pro Jahr ansteigen lassen.[17]

Potentiale in Deutschland
Jedes Jahr wird mittels des Sonnenlichts etwa das Hundertfache des deutschen Primärenergie-verbrauchs auf Deutschland eingestrahlt.[18] Dazu muss noch das Potential der Geothermie sowie der Windenergie gerechnet werden, wobei alleine die Windenergie an Land über ein nutzbares Potential von ca. 2400 TWh pro Jahr (ca. das Vierfache der deutschen Stromerzeugung) verfügt.[19] Prinzipiell ist deshalb eine autarke Komplettversorgung Deutschlands mit Erneuerbaren Energien alleine mit heimischen Quellen möglich, auch wenn die meisten 100-%- Szenarien einen Import aus Nachbarstaaten vorsehen, da sich auf diese Weise die Versorgungssicherheit erhöhen sowie der notwendige Speicherbedarf infolge von Ausgleichseffekten reduzieren lassen.[20]
Im Jahr 2008 ging das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) in seiner Leitstudie davon aus, dass die erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2020 einen Anteil von 30 % an der Stromversorgung erreichen.[21] Damit könnte der ursprünglich bis zu diesem Zeitpunkt geplante Wegfall an Kernenergiekapazitäten (Atomausstieg) vollständig ersetzt werden. Mittlerweile (Dezember 2012) wird von einem deutlich stärkeren Ausbau ausgegangen. Laut Branchenprognose der Erneuerbare- Energien-Industrie können die erneuerbaren Energien in Deutschland bereits im Jahr 2020 mit 48 % knapp die Hälfte des gesamten deutschen Strombedarfs decken. Nach Beschluss der schwarzroten Bundesregierung aus dem Jahr 2014 soll der Ökostromanteil bis 2020 auf 40-45 % und bis 2035 auf 55 bis 60 % gesteigert werden.[22]

Laut dem im Januar 2010 von der Agentur für Erneuerbare Energien vorgelegten Potenzialatlas sind die technischen Potenziale in Deutschland zur Nutzung regenerativer Energien noch größtenteils unerschlossen. Der Potenzialatlas berechnet den Flächenverbrauch von heute bis zum Jahre 2020, der für erneuerbare Energien bei deren weiterem Ausbau benötigt wird. Demnach könne beispielsweise die Windenergie an Land bis 2020 ein Fünftel des deutschen Strombedarfs decken. Dafür benötige sie etwa 0,75 % der Landesfläche. Die Bioenergie stelle demnach im Jahr 2020 einen Anteil von 15 % an der gesamten Strom-, Wärme- und Kraftstoffversorgung, wofür eine Fläche von 3,7 Millionen Hektar (heute: 1,6 Millionen Hektar) notwendig sei. Eine Konkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung (Flächenkonkurrenz) sei aufgrund der EU-weiten Getreideüberschüsse nicht zu befürchten. Auch das Potenzial der Solarenergie sei noch weitgehend unerschlossen. Nur 2,5 % der geeigneten Gebäudeflächen würden bisher für Strom oder Wärme aus der Sonne genutzt.[23]

Ein Gutachten des Sachverständigenrats für Umweltfragen kam 2010 zu dem Ergebnis, dass Deutschland im Jahr 2050 seine Stromversorgung vollständig aus erneuerbaren Energien decken könne. Laut Olav Hohmeyer, Hauptautor des Gutachtens, ist bereits 2030 eine Vollversorgung mit Strom aus erneuerbaren Energien möglich, wenn die konventionellen Kraftwerke frühzeitig abgeschaltet sowie die Netz- und Speicherinfrastruktur angepasst würden. Die Studie enthält eine Reihe von Szenarien, denen zufolge selbst eine rein nationale Vollversorgung mit erneuerbaren Energien möglich sei. Einfacher und kostengünstiger sei jedoch ein Stromaustausch mit Nachbarländern und Regionen. So könne beispielsweise Norwegen zeitweise Stromüberschüsse aus Windenergie aufnehmen und dann Strom aus Wasserkraft zur Verfügung stellen, wenn in Deutschland wenig Wind weht.[24]

Auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kam zu dem Ergebnis, dass die deutsche Energieversorgung (Strom- und Wärmesektor) mit einer Vollversorgung mit erneuerbaren Energien bis 2050 technisch möglich sei und sich finanziell nicht belastend auswirke. Für das Gelingen müssten demnach jedoch vor allem im Wärmesektor noch einige Weichen gestellt werden. So müsse der Heizwärmebedarf für Gebäude durch energetische Gebäudesanierung auf rund 50 Prozent des Wertes aus dem Jahr 2010 sinken.[25]

Prognosen
Im Rückblick betrachtet wurden die in den letzten Jahrzehnten gemachten Prognosen und Szenarien die Potentiale der erneuerbaren Energien systematisch unterschätzt, oft sogar sehr stark. Neben Kritikern der Energiewende unterschätzten jedoch häufig auch Befürworter das Wachstum der Erneuerbaren Energien.[26]
Die Prognosen der Europäischen Union (EU) und der Internationalen Energieagentur (IEA) weichen dabei besonders stark von der tatsächlichen Entwicklung ab. So wurden die in der 1994 vorgelegten "Primes"-Studie der EU[27] für 2020 angenommenen Kapazitäten bereits 2008 deutlich überschritten. Die IEA erwartete in ihrem World Energy Outlook 2002 für 2020 einen Anstieg der Windenergieproduktion auf 100 GW.[28] Dieser Wert wurde 2008, wenige Jahre nach der Veröffentlichung der Prognose, von der tatsächlichen installierten Leistung um mehr als 20 % übertroffen.[29]

Die größten Unterschiede zwischen Prognose und Realität des Ausbaus der erneuerbaren Energien in Deutschland ergeben sich für die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) in Auftrag gegebenen Studien der Prognos AG. Zum Beispiel war die reale Nutzung erneuerbarer Energien im Jahr 2000 fast dreimal so hoch wie die Prognose von 1998. Die für das Jahr 2020 erwartete Stromproduktion erreichten die erneuerbaren Energien bereits 2007.[30] Der Prognos-Studie von 1984 zufolge würden Windenergie, Photovoltaik, Biogas, Geothermie, Solarthermie und Biokraftstoffe selbst im Jahr 2000 gar keinen Beitrag zur Energieversorgung leisten.[31] Die in der Prognos-Studie von 2005 für 2030 vorhergesagten Werte für Strom aus Bioenergie und Photovoltaik und für Wärme aus erneuerbaren Energien wurden bereits 2007, nur zwei Jahre nach Veröffentlichung der Studie, erreicht. Die prognostizierte Biokraftstoffmenge für 2020 wurde ebenfalls schon 2007 übertroffen.[32]

In Deutschland wird das Ausbauziel bis zum Jahr 2020, zu dem sich Deutschland bei der EU verpflichtet hat, laut Bundesumwelt-ministerium voraussichtlich übertroffen. Statt 18 % Anteil am Endenergie-verbrauch würden dann sogar 19,6 % regenerativ erzeugt. Im Stromsektor erwartet das Ministerium einen Beitrag der erneuerbaren Energien von 38,6 %.[33]
Global sieht Bloomberg New Energy Finance derzeit einen sog. tipping point bei Wind- und Solarenergie. Die Preise für Wind- und Solarstrom seien in den letzten Jahren stark gefallen und würden heute (1/2014) in einigen Bereichen bzw. Teilen der Welt bereits unter den Preisen der konventionellen Stromerzeugung liegen. Die Preise würden weiter fallen. Die Stromnetze seien weltweit stark ausgebaut worden, so dass diese nun auch Strom aus erneuerbaren Energien aufnehmen und verteilen könnten. Auch hätten die erneuerbaren Energien weltweit dafür gesorgt, dass die Strompreise stark unter Druck geraten seien. Zudem würden die erneuerbaren Energien enthusiastisch von den Verbrauchern aufgenommen. Bereits im Jahr 2014 soll dieser Systemwechsel für sehr viele Menschen offensichtlich werden.[34]
Auch die Deutsche Bank prognostiziert bei der Photovoltaik ein starkes Wachstum. In mindestens 19 Märkten weltweit sei Netzparität erreicht (1/2014). Die Preise für Photovoltaik würden weiter sinken. Es würden sich zunehmend Geschäftsmodelle jenseits von Einspeisetarifen durchsetzen. Das weitere Wachstum sei darin begründet, dass Photovoltaik immer wettbewerbsfähiger werde.[35]

Ausbau der Erneuerbaren Energien

Weltweite Lage
In vielen Ländern findet derzeit ein starker Ausbau der erneuerbaren Energien statt. Neben den klassischen Bereichen Wasserkraft und Bioenergie betrifft dies insbesondere die zuvor unbedeutenden Bereiche Windenergie und Sonnenenergie.
In der internationalen Berichterstattung über Rolle und Potenzial der Erneuerbaren Energien haben die beiden Institutionen IEA und IRENA eine herausgehobene Stellung inne. Während die Gründung der IEA im Jahr 1973 eine Reaktion auf die Ölkrise war, fand die Gründungskonferenz der IRENA erst Anfang 2009 in Bonn statt, wobei jedoch ihre Geschichte bereits mit dem 1980 erschienenen Brandt-Bericht beginnt.[37] Neben diesen Publikationen veröffentlicht das Regierungsforum REN21 regelmäßig Statusberichte zum weltweiten Ausbau der erneuerbaren Energien. Der jährlich erscheinende "Global Status Report" gilt als Standardwerk der Erneuerbare-Energien- Branche.[38]

Nach diesem Bericht verfügten Anfang 2014 mindestens 138 Staaten über politische Ziele zum Ausbau der erneuerbaren Energien oder ähnliche Regelungen, davon waren 95 Schwellen- oder Entwicklungsländer.[7] 2005 waren es 55 Staaten gewesen. Während Windenergie derzeit in mindestens 83 Staaten der Erde zum Einsatz kommt, sind Photovoltaikanlagen in über 100 Staaten installiert. Bestimmte erneuerbare Energien sind in manchen Regionen bereits wettbewerbsfähig und können dort günstiger Strom produzieren als fossile Anlagen.[39]

Insgesamt lag der Anteil der Erneuerbaren Energien am globalen Endenergiebedarf 2012 bei 19 %. Davon entfiel mit 9 % knapp die Hälfte auf die traditionelle Biomassenutzung, während moderne Erneuerbare Energien 10 % lieferten. 78,4 % der Endenergie wurde von fossilen Energieträgern gedeckt, weitere 2,6 % entfielen auf die Kernenergie.[7]
Im Stromsektor wird der Anteil der Erneuerbaren Energien weltweit im Jahr 2013 auf 22,1 % geschätzt, während 77,9 % der elektrischen Energie durch fossile Energien sowie durch die Kernenergie produziert wurden. Wichtigste regenerative Energiequelle war demnach die Wasserkraft, die 16,4 % des weltweiten Strombedarfs deckte. Die Windenergie lieferte 2,9 % des Stroms, Biomasse 1,8 % und die Photovoltaik 0,7 %, sonstige Erneuerbare erreichten 0,4 %.[7] In absoluten Zahlen lag die regenerative Stromerzeugung bei ca. 5.070 TWh.[40]
Insgesamt betrug die Installierte Leistung der Erneuerbaren Energien Ende 2013 rund 1.550 Gigawatt und damit acht Prozent mehr als im Vorjahr. Im Jahr 2004 waren es noch 800 GW gewesen. Während die Leistung von Wasserkraftwerken in dem genannten Zeitraum von 715 GW auf 1000 GW zulegte, stieg die Leistung der anderen Erneuerbaren Energien von 85 auf 560 GW, wobei die Windenergie mit einer installierten Leistung von 318 GW den größten Anteil an diesem Anstieg hatte. Ebenfalls sehr stark wuchs die Photovoltaik, die von 2,6 auf 139 GW zulegte. Biomasse stieg von unter 36 GW auf 88 GW, während geothermische und solarthermische Kraftwerke mit 12 bzw. 3,4 GW vergleichsweise unbedeutend blieben.[7]

Auch im Jahr 2013 beschränkte sich der Zubau an regenerativer Kraftwerkskapazität vorwiegend auf Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik. Ein Drittel der neu installierten Leistung von 120 ging auf die Wasserkraft zurück (40 GW), ein weiteres Drittel auf Photovoltaik (39 GW), die damit zum ersten Mal einen höheren Kapazitätszuwachs verzeichnete als die Windkraft (35 GW). Die Länder mit der höchsten installierten Leistung von Stromerzeugungs-anlagen sind China, die Vereinigten Staaten, Brasilien, Kanada und Deutschland. Zum ersten Mal überstieg 2013 in China die neu installierte Leistung von Erneuerbare-Energien- Anlagen die von Kernkraftwerken und fossilen Kraftwerken. In der EU überstieg 2013 die neu installierte Leistung der Erneuerbaren erneut die von konventionellen Kraftwerken.[7]
In den letzten Jahren sind die Stromgestehungskosten der Erneuerbaren Energien wie Onshore-Windkraft und insbesondere der Photovoltaik stark gefallen (siehe unten). Mittlerweile können in verschiedenene Staaten unter günstigen Bedingungen Windkraftanlagen und Solarprojekte ohne finanzielle Beihilfen realisiert werden. Dadurch stieg die Zahl von Investitionen in Erneuerbare Energien deutlich an.[7]
So wurden laut World Energy Investment Outlook 2014 der IEA 2013 ca. 1,6 Billionen Dollar weltweit im Energiesektor investiert, hiervon mehr als 1 Billion für fossile Energieträger und Kraftwerke und 250 Mrd. für Erneuerbare Energien.[41] Im Stromsektor sind die Erneuerbaren Energie seit langem die dominierende Investitionsform. Im Zeitraum 2000-2013 wurden weltweit etwa 57 % der jährlichen Investitionen im Sektor der Erneuerbaren Energien getätigt, während 40 % auf fossile Kraftwerke und 3 % auf Kernkraftwerke entfielen.[42]
Ein sehr starker Ausbau der Windenergienutzung, aber auch anderer erneuerbarer Energien, findet zurzeit in den USA, China und in den vergangenen Jahren auch in Dänemark, Deutschland, Spanien etc. statt. Die folgende Grafik gibt eine Übersicht über die Top 10-Investoren in erneuerbare Energien weltweit:[43]

Investitionen in Erneuerbare Energien nach Staat:
Die weltweiten staatlichen Subventionen für erneuerbare Energie betrugen im Jahr 2012 rund 100 Milliarden Dollar. Im selben Zeitraum wurden fossile Energieträger direkt mit 544 Milliarden Dollar und indirekt mit der Nichtbepreisung entstehender Umwelt- und Gesundheitsschäden gefördert, so die Internationale Energieagentur (IEA).[44]

Situation in der Europäischen Union
Im Jahr 2012 lag der Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttoendenergie-verbrauch in den EU-28-Staaten bei 14,1 %. Der Anteil ist seit mindestens 2004 (dem ersten Jahr, für das solche Daten vorliegen) in allen EU-Staaten im Steigen begriffen. Der höchste Anteil wurde mit 51 % in Schweden erreicht, es folgen Lettland (35,8 %), Finnland (34,3 %) und Österreich (32,1 %). Das größte Wachstum wiesen Schweden, Dänemark, Österreich, Griechenland und Italien auf.[45] Im Zeitraum 1999 bis 2009 war der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttoinlandsenergie-verbrauch in den EU-27-Staaten bereits von 5 % auf 9,0 % angestiegen.[46]
Die Europäische Union verpflichtete sich am 9. März 2007 verbindlich, den Ausstoß von Treibhausgasen bis 2020 um ein Fünftel im Vergleich zu 1990 zu verringern und den Anteil erneuerbarer Energien im Durchschnitt auf 20 % bis 2020 zu erhöhen.[47] Im Januar 2008 beschloss die Europäische Kommission verbindliche Vorgaben für die einzelnen Mitgliedsstaaten.[48] Die Richtlinie 2009/28/EG (Nachfolger der Richtlinie 2001/77/EG) verpflichtet die Mitgliedstaaten zur Festlegung nationaler Richtziele für den Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch, wobei den einzelnen Staaten hinsichtlich der Fördersysteme im Einzelnen ausdrücklich freie Hand gelassen wird.[49] Der nationale Zielwert bis zum Jahr 2020 nach der EU-Richtlinie 2009/28/EG ist demnach für Deutschland 18 % und für Österreich 34 % des Endernergieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu erzielen.
Erneuerbaren Energien am Bruttoendenergie-verbrauch der EU im Jahr 2030 an.[50]
In den politischen Leitlinien des neuen Kommissionspräsidenten, Jean Claude Juncker, vom 15. Juli 2014 ist geplant, die Energiepolitik Europas zu reformieren und neu zu strukturieren und eine neue europäische Energieunion zu schaffen:
"Ferner müssen wir den Anteil erneuerbarer Energie am Energiemix auf unserem Kontinent erhöhen. Dies ist nicht nur eine Frage verantwortlicher Klimaschutzpolitik, sondern auch industriepolitisch unumgänglich, wenn Energie auch mittelfristig erschwinglich sein soll. Ich glaube fest an das Potenzial ökologischen Wachstums. Deshalb möchte ich, dass die Energieunion Europas weltweit die Nummer eins bei den erneuerbaren Energien wird."
- Jean-Claude Juncker, Politische Leitlinien für die nächste Europäische Kommission, S. 6.[51]

Wandel des Energiesystems
Der Wandel von der konventionellen Energiebereitstellung zu erneuerbaren Energien verändert die Struktur der Energiewirtschaft massiv. Statt der Stromerzeugung in Großkraftwerken mit z. T. mehr als 1000 Megawatt Leistung (Kern-, Braunkohle- und Steinkohle-kraftwerke) nimmt die Erzeugung in Kleinanlagen mit wenigen kW (beispielsweise Photovoltaik) bis wenige MW (kleinere Windparks) zu.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der dezentralen Energieversorgung ist die Verkürzung der Transportwege bzw. der Vermeidung von Transporten (von Brennstoffen wie Heizöl, Erdgas, Kohle). Auch verschiedene Infrastrukturen wie Öl- und Gaspipelines sind nicht bzw. in geringerem Umfang notwendig. Dies gilt insbesondere bei der Nutzung von Biomasse, Geothermie und Solarthermie, die jeweils vor Ort bzw. lokal bereitgestellt werden können. Zudem erleichtern Kleinkraftwerke die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Erzeugung von Strom mit der Nutzung von Abwärme, beispielsweise für Heizzwecke, kombiniert wird und so der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird. Bei zentralen Großkraftwerken dagegen wird die Abwärme häufig nicht genutzt. Die dezentrale Energieversorgung stärkt zudem die regionale und nationale Wirtschaft durch Schaffung von Arbeitsplätzen in Installation, Betrieb und Wartung der Anlagen.

Als großer Vorteil der dezentralen Energiewende gilt ihre schnellere Umsatzbarkeit. Dadurch, dass die Anlagen kleiner sind und damit auch keine großen Investitionen benötigen, sei ihren Befürwortern zufolge ein schnellerer Ausbau der Erneuerbaren Energien als mit einer auf Großstrukturen basierenden Energiewende möglich. Zugleich käme es durch viele unterschiedliche Akteure zu mehr Wettbewerb am Energiemarkt. Da Großprojekte hingegen vor allem durch kapitalkräftige Unternehmen wie den etablierten Energiekonzernen gebaut werden müssten, die aufgrund der Konkurrenzsituation zu bestehenden Kraftwerken kein Interesse an einem schnellen Ausbau der Erneuerbaren Energien hätten, sei von dieser Seite kein schneller Umbau der Energieversorgung zu erwarten.[52]
Allerdings hat nicht jede Region die Potentiale für eine Selbstversorgung mit Energie. Zum anderen überwiegt in manchen Regionen die Produktion, beispielsweise von Strom mit Windkraftanlagen in Norddeutschland, zeitweise oder häufig den lokalen Bedarf, so dass die Stromnetze zu den Verbrauchern ausgebaut werden müssen.

Kritik finden vor allem Konzepte für eine vollständig autarke Energieversorgung. Betont wird hierbei insbesondere die Versorgungssicherheit durch weitgespannte Netzwerke, durch die sich Überangebot und Mangel in verschiedenen Regionen ausgleichen können. Zum Beispiel würde im Sommer ein Überschuss von Solarstrom aus den Mittelmeerländern geliefert, während im Winter Windstrom aus Nord- und Westeuropa genutzt werden könnte. Auch viele Befürworter einer dezentralen Energieversorgung wie beispielsweise Canzler und Knie gehen davon aus, dass Eigenverbrauch und dezentrale Lösungen in Zukunft zwar eine wichtige Rolle spielen werden, Autarkie jedoch nur in den seltensten Fällen erreicht werde.[53]

Der Umbau der Energieversorgung auf Nachhaltigkeit bedeutet jedoch nicht notwendigerweise ausschließlich dezentrale Versorgung. Einige Konzepte, wie beispielsweise Offshore-Windparks und Solarfarmkraftwerke, oder auch die Studien von TREC, setzen auch bei erneuerbaren Energien auf zentrale Gewinnung und großräumige Verteilung. Ein Beispiel für ein solches Großprojekt ist das Mitte 2009 in Planung gegangene DESERTEC-Projekt. Studien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ergaben, dass mit weniger als 0,3 % der verfügbaren Wüstengebiete in Nord-Afrika und im Nahen Osten durch Solarthermische Kraftwerke genügend Strom und Trinkwasser für den steigenden Bedarf dieser Länder sowie für Europa erzeugt werden kann. Alleine in den Mittelmeeranrainer-staaten könnten auf 500.000 km², was 6 % der Fläche dieser Staaten entspricht, das Vierfache der Weltstromerzeugung Ende der 1990er Jahre produziert werden.[54] Die DESERTEC Foundation und die Industrieinitiative Dii GmbH setzen sich für eine solche kooperative Nutzung der Solarenergie ein. Eine Nutzung der Passatwinde im Süden Marokkos soll die solare Stromerzeugung ergänzen.

Neben Desertec sind derzeit noch weitere Projekte in Planung, die einen Beitrag zum Klimaschutz leisten können. Beispiele hierfür sind Gobitec, wo Solar- und Windstrom aus der Mongolei in die dicht besiedelten und industriell hoch entwickelten Räume Ostchinas, Koreas und Japans geliefert werden soll, sowie der Vorschlag der Australian National University in Canberra, Südostasien mit nordaustralischem Solarstrom zu versorgen. Es werden ebenfalls Konzepte zur Errichtung eines globalen Stromnetzes (Global Grid) evaluiert, mit dem das Ziel verfolgt wird, die fluktuierende Erzeugung von Erneuerbaren Energien sowie die unterschiedliche Stromnachfrage zu glätten und somit den notwendigen Speicherbedarf zu minimieren.[55] Bei einer Stromübertragung mittels HGÜ-Technik und einer Spannung von 800 kV treten bei Transportentfernungen von 5.000 km Verluste von weniger als 14 % auf. Die Investitionskosten für die Stromleitungen selbst werden mit 0,5 bis 1 ct/kWh prognostiziert.[56]
Heute wird davon ausgegangen, dass die zukünftige Energieversorgung vermutlich aus einer Mischung von dezentralen und zentralen Konzepten bestehen wird.[52] Es gilt als gesichert, dass der Umbau der Energieversorgung weder ausschließlich durch lokale Kleinsysteme noch durch Großstrukturen erfolgen kann, sondern ein Mix aus beiden Varianten erforderlich ist.[57]


Sektorkopplung
Die Verknüpfung der verschiedenen Bereiche der Energieversorgung (Strom, Wärme und Verkehr) eröffnen weitere Gestaltungsmöglichkeiten der Energiegewinnung und -versorgung.[75] Dafür ist statt dem Abbremsen des Ausbaus der Erneuerbaren Energien ein beschleunigter Ausbau erforderlich, um zusätzliche Strommengen auch für den Verkehrs- und Wärmebereich bereitstellen zu können, obwohl Sektorkopplung nicht mit einer 100% Elektrifizierung gleichzusetzen ist. Beispielsweise können Wärmespeicher und ein zeitlich intelligenter Verbrauch erneuerbarer Wärmeenergien (Solarthermie, Geothermie, Bioenergien) zur zeitlichen Anpassung des Strombedarf an die fluktuierende Erzeugung beitragen.[76] Für die Sektoren Strom- und Wärmeversorgung hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Jahr 2012 in einem Szenario für etwa das Jahr 2050 berechnet, dass die Gesamtkosten für den Bau, den Erhalt und die Finanzierung einer auf 100 % erneuerbaren Energien basierende Strom- und Wärmeversorgung in Deutschlands nicht höher sind, als die Kosten der heutigen Versorgung.[77]


Gründe für den Umstieg auf Erneuerbare Energien

Klimaschutz
Bei der energetischen Nutzung fossiler Energieträger werden große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO2) ausgestoßen. Der menschengemachte Treibhauseffekt ist maßgeblich durch die Zunahme des Verbrauchs fossiler Energieträger verursacht.[58] Da Erneuerbare Energien in der Regel deutlich geringere Mengen an Treibhausgasen emittieren, treiben viele Staaten weltweit den Ausbau der Erneuerbaren Energien mit ehrgeizigen Zielen voran.[59] Mit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien und dem damit eingesparten fossilen Brennstoff soll somit der durch die menschliche Wirtschaftsweise verursachte Kohlendioxid-ausstoß verringert werden.[60] So werden in einem Braunkohle-kraftwerk beispielsweise pro kWh ca. 850-1200 g CO2 freigesetzt, während in Windkraftanlagen und Wasserkraftanlagen nur ca. 10-30 g CO2 pro kWh emittiert werden (Stand 2007).[61] Die Freisetzung von Treibhausgasen erfolgt dabei hauptsächlich bei der Herstellung sowie in geringerem Ausmaß beim Transport der Anlagen, da beim heutigen Energiemix hierfür noch überwiegend auf Energie aus fossilen Energieträgern zurückgegriffen wird, der Betrieb selbst ist emissionsfrei. Diese Emissionen werden jedoch in der Lebenszeit mehrfach amortisiert, so dass netto eine deutliche Einsparung an Klimagasen zu bilanzieren ist. Im Jahr 2012 haben die erneuerbaren Energien in Deutschland 145 Mio. Tonnen CO2 eingespart, was 15% der gesamten Emissionen entspricht.[62]

Ein spezieller Fall ist Bioenergie, bei deren Nutzung in Biomasseheiz-kraftwerken, Biogasanlagen oder als Biokraftstoff in Verbrennungsmotoren CO2 freigesetzt wird. Dieses wurde jedoch zuvor beim Wachstum der verwendeten Pflanzen im Zuge der Photosynthese gebunden, weshalb die Bioenergie prinzipiell klimaneutral ist.[63] Netto beschränkt sich die tatsächliche CO2-Emission also auf den Aufwand an fossiler Energie für land- und forstwirtschaftliche Maschinen (Dieselkraftstoff), Mineraldünger-herstellung und anderes. Zu beachten sind allerdings auch die Emissionen der starken Klimagase Lachgas und Methan, die bei bestimmten Anbau- und Nutzungsarten von Biomasse freigesetzt werden können und die Gesamtbilanz der Bioenergien in diesem Fall verschlechtern.[64]
Ob die erhofften ökologischen Vorteile im Einzelfall zutreffen, kann durch eine Ökobilanz festgestellt werden. So müssen beispielsweise bei der Bioenergie auch negative Auswirkungen wie Landverbrauch, Abbrennen von Urwald für Anbauflächen von Sojabohnen oder Ölpalmen (und speziell damit verbundene Reduzierung der Artenvielfalt), energieintensive Produktion von künstlichen Düngemitteln, Einsatz von Herbiziden und Pestiziden, sowie der verstärke Anbau von Monokulturen wie beispielsweise Mais, den positiven Effekten gegenübergestellt werden.
Endlichkeit fossiler und nuklearer Brennstoffe

Ölförderungs- Prognose der ASPO
Die Vorkommen fossiler Energieträger sind endlich. Dadurch, dass das fossile Energiesystem auf dem Verbrauch begrenzter Bestände von Energierohstoffen basiert, kann es somit nicht von Dauer sein, da die Energierohstoffe nach einer gewissen Zeitspanne verbraucht sein werden.[65] Die Reichweite der fossilen Energieträger wurde im Jahr 2009 auf 41 Jahre bei Erdöl, 62 Jahre bei Erdgas und 124 Jahre bei Steinkohle geschätzt.[66] Das globale Ölfördermaximum (Peak Oil) wird von der Internationalen Energieagentur (IEA) etwa auf das Jahr 2020 datiert, was auf die zunehmende Förderung von unkonventionellem Erdöl zurückzuführen ist. Das Fördermaximum bei konventionellem Erdöl wurde bereits 2006 erreicht.[67]
Gemäß Förderanalyse der ökologisch ausgerichteten Energy Watch Group ist es wahrscheinlich, dass um das Jahr 2030 die weltweite Erdölförderung um etwa 40 Prozent gegenüber 2012 zurückgehen wird. Die europäische Gasförderung befindet sich seit dem Jahr 2000 im Förderrückgang.[68] Nach dem Fördermaximum wird mit sinkenden Fördermengen bei gleichzeitig steigendem Weltenergiebedarf gerechnet. Dies schlägt sich in steigenden Preisen nieder. Nach einem Bericht der Landesregierung Schleswig-Holstein zur Energiepreis-entwicklung sind beispielsweise von 1998 bis 2012 die Heizölpreise um ca. 290 % und die Erdgaspreise um 110 % gestiegen. Die Strompreise erhöhten sich im selben Zeitraum um 50 %.[69]
Auch Uran und andere Kernbrennstoffe sind begrenzt, weshalb die Kernenergie aufgrund der begrenzten Ressourcen keine Alternative zu den fossilen Energieträgern darstellt.[66] Man geht davon aus, dass die Uranreserven bei gleichbleibendem Verbrauch noch für ca. 60 Jahre ausreichen.[70] Aufgrund dieser Begrenztheit der fossilen und nuklearen Ressourcen sind mittelfristig Alternativen notwendig. Durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen werden diese Ressourcen geschont. Ein frühzeitiger Ausbau der erneuerbaren Energien verlängert die Übergangsphase und könnte so eine wirtschaftliche Abwärtsspirale und Verteilungskonflikte vermeiden.[71] Da die chemische Industrie stark vom Rohstoff Erdöl abhängt, sichert die Ressourcenschonung langfristig die Rohstoffzufuhr.

Aus umwelthistorischer Sicht betrachtet stellt die mit der Industriellen Revolution begonnene industrielle Epoche ein instabiles System dar, das im physisch-energetischen Sinn nicht nachhaltig ist.[72] Phasen mit exponentiellen (materiellem) Wachstum, wie sie seit Beginn der Industrialisierung auftreten, sind grundsätzlich nur temporär möglich, da die Welt physische Grenzen besitzt; ein permanentes Wachstum ist deshalb physikalisch unmöglich.[73] Das fossilenergetische Wirtschaftssystem befindet sich deshalb aktuell in einer "Pioniersituation" des relativen Energieüberflusses, die nach Ablauf dieser Ausnahmesituation wiederum von der Energieknappheit abgelöst wird.[65] Auf diese aus historischer Sicht kurze Ausnahmesituation weist auch der englische Wirtschaftshistoriker Edward Anthony Wrigley hin, der in der fortgesetzten Abhängigkeit von fossilen Energieträgern vor dem Hintergrund der Endlichkeit der fossilen Energieträgern sowie der durch ihre Verbrennung mitausgelösten globalen Erwärmung einen "Weg in die Katastrophe"[74] sieht.[75]

Ökonomische Bewertung

Importabhängigkeit
Der Ausbau der Erneuerbaren Energien wird überdies mit einer reduzierten Importabhängigkeit und damit einer erhöhten Versorgungssicherheit begründet, mit denen auch eine Erhöhung der inländischen Wertschöpfung einhergeht.[76] Auch politische Abhängigkeiten von einzelnen Staaten (z. B. Russland), instabilen Regionen (z. B. dem Mittleren Osten) oder einzelnen Konzernen bzw. Kartellen mit großer Machtfülle (Gazprom, OPEC), sollen durch höhere Energieautonomie mittels erneuerbarer Energien und der damit einhergehenden Diversifizierung der Ressourcenbasis verringert werden.[77]

Wirtschaftswachstum und Wertschöpfung
Eine Studie der Vereinten Nationen unter Leitung von Caio Koch-Weser, ehem. Vizepräsident der Weltbank gelangte 2014 zu dem Ergebnis, dass der schnelle Ausbau der Erneuerbaren Energien und andere Klimaschutz-maßnahmen wirtschaftlich sinnvoll sind und das Wirtschaftswachstum beleben.[78] Für Deutschland belegte das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), dass der Ausbau der erneuerbaren Energien netto zu einem kräftigeren Wirtschaftswachstum und einem anziehenden Konsum führt.[79] Demnach werde das Bruttoinlandsprodukt im Jahr 2030 um rund 3 % über dem Niveau liegen, das ohne einen Ausbau erneuerbarer Energien erreicht würde. Der private Konsum solle um 3,5 %, die privaten Anlageinvestitionen gar um 6,7 % über dem Niveau liegen, das sich ergeben würde, wenn kein Ausbau erneuerbarer Energien stattfände. Diesen Berechnungen liegt jedoch die Annahme zugrunde, dass es durch den Umstieg auf erneuerbare Energien zu keiner Verschlechterung der internationalen Wettbewerbsfähigkeit durch steigende Energiepreise kommt. In einem weiteren Szenario, in dem eine beeinträchtigte internationale Wettbewerbsfähigkeit angenommen wurde, liegt das BIP im Jahr 2030 um 1,0 % über dem Nullszenario, wobei die Studie über das angenommene Ausmaß der Wettbewerbsbeeinträchtigung, unter der es zu diesem Ergebnis kommt, keine Auskunft gibt. Das DIW hat die volkswirtschaftliche Nettobilanz mit einem Modell untersucht, das auch die gesamtwirtschaftlichen Wechselwirkungen und die internationalen Verflechtungen abbildet. Berechnungsbasis der angenommenen Ausbauzahlen war das Leitszenario 2009 des Bundesumwelt-ministeriums, das einen Anteil der erneuerbaren Energien am deutschen Endenergie-verbrauch von 32 % im Jahr 2030 prognostiziert.

Ähnliche Ergebnisse liefert eine Studie der Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung (gws) und des Instituts für Energie- und Umweltforschung Heidelberg: Mehr Erneuerbare und mehr Energieeffizienz bewirken demnach eine höhere Wirtschaftsleistung, zusätzliche Investitionen und Arbeitsplätze sowie langfristig geringere Energiekosten. Da auch andere Staaten künftig ihre Energiesysteme umbauen werden, eröffnen sich Exportmöglichkeiten für deutsche Unternehmen.[80]
Die Wertschöpfung durch erneuerbare Energien wurde für 2012 auf 17 Milliarden Euro (direkt) plus 9,5 Milliarden Euro (indirekt über Zulieferer und Vorleistungen) veranschlagt. Zwei Drittel der Wertschöpfung komme dabei Städten und Gemeinden zugute und leiste einen Beitrag zur Entwicklung strukturschwacher Räume.[81] Wie das Statistische Bundesamt mitteilte, wurden in Deutschland mit klimaschutzrelevanten Waren und Dienstleistungen 2011 mehr als 45 Milliarden Euro Umsatz erwirtschaftet. Dies entspricht knapp zwei Prozent des gesamten Bruttoinlandsproduktes (BIP). In Sachsen-Anhalt wurden vier Prozent des BIP durch klimaschutzbezogene Umsätze erwirtschaftet, in Bayern 3,5 Prozent. Den größten Anteil am Gesamtumsatz hatte die Solarenergiebranche mit einem Umsatz von 14,3 Milliarden Euro, aber auch der Wind- (8,3 Milliarden Euro) und der Bioenergiesektor (2,2 Milliarden Euro) konnten zum BIP beitragen.[82] Nach Analysen der zur Weltbank gehörenden International Finance Corporation und der Unternehmensberatung A.T. Kearney ist in Osteuropa, Zentralasien, dem Mittleren Osten und Nordafrika bis 2020 ein Investitionspotenzial von rund 640 Milliarden Dollar für Klimaschutztechniken vorhanden. Der größte Posten entfällt mit 52 Milliarden Dollar auf die Windenergie.[83]
Neben dem Heimatmarkt sorgt aber auch die steigende Nachfrage nach EE-Anlagen aus dem Ausland in der deutschen Industrie für Wachstum. So betrug beispielsweise die Exportquote der deutschen Windenergiebranche im Jahr 2011 rund 66 %.[84]

Arbeitsmarkt
Weltweit waren im Jahr 2013 rund 6,5 Mio. Menschen in der Branche der Erneuerbaren Energien beschäftigt. Etwa 40 % dieser Arbeitsplätze entfielen auf China, Deutschland lag hinter Brasilien, den USA und Indien auf dem fünften Rang. Wichtigster Teilsektor mit knapp 2,3 Mio. Beschäftigen war die Photovoltaikindustrie.[85]

Laut Erhebungen der Bundesregierung waren im Jahr 2013 ca. 371.400 Menschen durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien beschäftigt. Dies ist ein deutlicher Rückgang gegenüber 2012 von über sieben Prozent. Wichtigste Branche war die Windenergie mit 138.000 Beschäftigten, die 2013 einen Beschäftigtenzuwachs von über 13 Prozent verzeichnen konnte. Während die Bioenergie als zweitwichtigster Arbeitgeber mit rund 126.000 Beschäftigten ungefähr auf dem Niveau des Vorjahres verblieb, gab es in der Solarenergie-Sparte, insbesondere bei der Photovoltaik, gegenüber dem Vorjahr einen starken Einbruch: Waren dort 2012 aufgrund des Booms der Branche mit 114.000 ähnlich viele Menschen beschäftigt gewesen wie in der Wind- und Bioenergiebranche, reduzierten sich die Beschäftigtenzahlen innerhalb eines Jahres auf nunmehr 68.500 Beschäftigte. Damit waren dort jedoch weiterhin mehr Menschen beschäftigt waren als noch 2011 (49.200). Dieser Rückgang ist vor alle auf den deutlich gebremsten Photovoltaik-Ausbau in Deutschland zurückzuführen, der einen Beschäftigungsabbau sowohl bei der Produktion als auch bei der Installation der Anlagen zur Folge hatte.[86][87]

Obwohl der Anteil der Erneuerbaren Energien am Energiebedarf erst bei rund 12 % liegt, sind Deutschlandweit mittlerweile deutlich mehr Menschen in der Erneuerbare-Energien- Branche beschäftigt als in der konventionellen Energiebranche. 2003 belief sich die Gesamtzahl der Arbeitsplätze in der konventionellen Energiewirtschaft auf 260.000; eine Zahl, die von der Regenerativbranche bereits im Jahr 2007 mit rund 250.000 Stellen fast erreicht wurde.[88] Im Jahr 2014 waren rund 123.000 Arbeitsplätze dem Export von Erneuerbaren Energien zuzuschreiben, was 44% der Beschäftigten bei Anlagen und Komponenten entspricht.[86]

Demokratisierung der Energieversorgung
Der Umstieg auf Erneuerbare Energien soll zudem auch die Demokratisierung der Energieversorgung fördern. Eine Möglichkeit, die gesellschaftliche Partizipation an der Energieversorgung zu erhöhen, ist die Gründung von Bürgerenergie-genossenschaften, wie in einigen Staaten weltweit der Fall. In den letzten Jahren wurden in einer Reihe von Staaten Bürgerenergie-genossenschaften gegründet, besonders in Kanada, den USA, im Vereinigten Königreich, Dänemark und Deutschland. Typischerweise folgen Bürgerenergie-genossenschaften weltweit den sieben Grundsätzen, die 1995 von der International Co-operative Alliance verabschiedet wurden: Freiwillige und offene Mitgliedschaft, demokratische Mitgliederkontrolle, ökonomische Partizipation der Mitglieder, Autonomie und Unabhängigkeit, Ausbildung, Fortbildung und Information, Kooperation mit anderen Genossenschaften und Vorsorge für die Gemeinschaft.[89]

2013 existierten in Deutschland 718 seit 2008 gegründete Energie-genossenschaften, die zusammen rund 145.000 Mitglieder, größtenteils Privatpersonen, hatten. Diese können sich zumeist bereits mit Beiträgen ab 500 Euro beteiligen. Zusammen haben diese Genossenschaften bisher ca. 1,35 Mrd. Euro in erneuerbare Energien investiert. Durch die EEG-Novelle 2014 wird jedoch infolge verschlechterter Investitionsbedingungen insbesondere für Bürgerprojekte ein starker Rückgang der Neuinvestitionen erwartet.[90]
Bürgerengagement in der Energieversorgung besitzt in Deutschland eine lange Tradition. Bereits im ausgehenden 19. Jahrhundert wurden in ländlichen Gegenden mehrere Energie-genossenschaften gegründet, um elektrische Energie zu produzieren oder ein Verteilnetz zu bauen und zu betreiben. Hintergrund war, dass von Seiten größerer Energieunternehmen zumeist kein wirtschaftliches Interesse bestand, in dünnbesiedelten Regionen ein Stromnetz aufzubauen, da sich dieses dort aufgrund der geringen Stromabnahme nicht gerechnet hätte.[91]

Ökologische Bewertung
Die unterschiedlichen Technologien zur Nutzung jeder Form von Energie, also auch erneuerbarer Energien, haben grundsätzlich immer Auswirkungen auf die Biosphäre, also auch auf Menschen und das ihr Leben ermöglichende Ökosystem. Neben direkten Emissionen, der Klimabilanz und dem Ressourcenverbrauch müssen für eine ganzheitliche Betrachtungsweise auch Aufbau und Abbau der Anlagen (Warenlebenszyklus), Herstellung, Betrieb, Entsorgung etc. betrachtet werden. Diese Auswirkungen müssen verstanden, quantitativ dargestellt und mit den Alternativen verglichen werden. Erst dann werden Nutzen und Schaden in der Energie- und Entropiebilanz, für die Artenvielfalt und soziale Folgen deutlich.
Grundsätzlich lässt sich festhalten, dass Erneuerbare Energien verglichen mit konventionellen Energienutzungsformen eine bessere Umweltbilanz aufweisen.[92][93] Diese äußert sich nicht zuletzt in den deutlich geringeren Externen Kosten von Erneuerbaren Energien, die im Energiesektor vor allem durch Umwelt-, Gesundheits- und Klimafolgeschäden verursacht werden (s.u.).[94] Insbesondere die Verbrennung fossiler Energieträger ist durch die dabei entstehenden Verbrennungsrückstände und Treibhausgase lokal wie auch global hochgradig umweltbelastend.[95] Durch Umstellung der Energieversorgung auf ein regeneratives Energiesystem lässt sich somit die durch den Energiesektor verursachte Umweltbelastung reduzieren.[96]

Solarenergie

Photovoltaik
Die energetische Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen beträgt derzeit (Stand 2013) nach einer Studie von Peng et al. global betrachtet zwischen 0,75 und 3,5 Jahren, je nach Standort und verwendeter Photovoltaiktechnologie. Der Mittelwert schwankt im Bereich von ca. 1,5 bis 2,5 Jahren. Dies bedeutet, in diesem Zeitraum hat die Photovoltaikanlage wieder die Energie hereingespielt, die insgesamt während ihres gesamten Lebenszyklus verbraucht wurde. Berücksichtigt sind also die Herstellung der Anlagen, ihr Transport, die Errichtung, Betrieb und der Rückbau bzw. Recycling. Die rechnerischen CO2-Emissionen von Photovoltaikanlagen je nach Technik und Standort zwischen 10,5 und 50 g CO2/kWh, mit Durchschnitten im Bereich 35 bis 45 g CO2/kWh. Als Lebensdauer wurde in der Studie 30 Jahre für Module auf Basis kristalliner Siliciumzellen und 20-25 Jahren für Dünnschichtmodule angenommen, für Lebensdauer der Wechselrichter wurden 15 Jahre angenommen.[97] Nicht berücksichtigt sind der in gesamtsystemischer Sicht evtl. nötige Betrieb von Energiespeichern oder Backupkraftwerken.[98]

Es werden etwa fünf Kilogramm Silizium pro Kilowatt installierter Leistung (mono- und polykristalline Zellen) benötigt.[99] Hinzu kommen wie bei allen elektronischen Bauteilen zum Teil giftige Schwermetalle. Diese Stoffe verbleiben bei Silizium- und CIGS-Technologien jedoch weitgehend in der Fabrik. Hier enthält das fertige Solarmodul selbst keine giftigen oder gefährlichen Stoffe und stellt einen recycelbaren Wertstoff dar. Module auf Cadmium-Tellurid-Basis enthalten giftige Schwermetalle, sind jedoch auch recycelbar.

Sonnenkollektoren
Bei solarthermischen Sonnenkollektoren werden ungiftige Metalle wie Kupfer und Aluminium verwendet. Die energetische Amortisationszeit eines Solarthermiesystems beträgt 12 bis 24 Monate, d. h. in dieser Zeit haben die Kollektoren die gleiche Menge an Energie der Heizung zugeführt, die für die Produktion usw. der Anlage aufgewendet werden musste. Die Lebensdauer der Kollektoren liegt bei mindestens 30 Jahren.[100]

Wasserkraft
Die Errichtung von Talsperren und Staumauern ist ein massiver Eingriff in die Umwelt. Das aufgestaute Wasser überflutet Landflächen, die vorher anderweitig genutzt werden konnten. Wenn dort Menschen lebten, müssen sie wegziehen.[101] Bei vielen Stauseeprojekten kam es zu Veränderungen im Ökosystem, da in die saisonalen Wasserstandschwankungen der Flüsse und den Schwemmstofftransport der Flüsse eingegriffen wurde. Als besonders bekanntes Beispiel gilt der Nassersee (Nil / Ägypten).

In Regionen mit Wassermangel kommt es zu Nutzungskonflikten zwischen Oberliegern und Unterliegern. So staut zum Beispiel Tadschikistan den Syrdarja (und Nebenflüsse) im Sommer auf, um im Winter Strom zu erzeugen. Das flussabwärts gelegene Kasachstan benötigt das Wasser aber im Sommer für seine Landwirtschaft. Ein weiteres Beispiel ist das Südostanatolien-Projekt (22 Staudämme, 19 Wasserkraftwerke und Bewässerungsanlagen entlang der beiden Flüsse Euphrat und Tigris), siehe Südostanatolien-Projekt#Probleme mit den Anrainerstaaten.
Auch Laufwasser-kraftwerke greifen in "ihren" Fluss ein. Allerdings werden die meisten europäischen Flüsse ohnehin für Binnenschifffahrt und für andere Zwecke aufgestaut (Vermeidung von Hochwasser und Niedrigwasser, Sicherstellung genügender Kühlwassermengen für große Kraftwerke, z.B. Kernkraftwerke und fossile Kraftwerke, etc.).

Windenergie
Windparks werden von einigen Landschaftsschützern kritisch gesehen. An bestimmten Standorten besteht unter Umständen eine Gefahr für Vögel oder Fledermäuse (Vogel- und Fledermausschlag). Laut NABU sterben in Deutschland jährlich etwa eintausend Vögel durch Kollision mit einer Windkraftanlage, was ca. 0,5 Vögeln pro Anlage und Jahr entspricht. Dem gegenüber stehen etwa fünf bis zehn Millionen getöteter Vögel durch Straßenverkehr und Stromleitungen.[102] Belastbare Datenreihen für gefährdete Vogelarten wie den Rotmilan und den Weißstorch zeigen stabile Bestände seit den 1990er Jahren, trotz erheblichem Windkraftzubau.[103]

Lärm- und Infraschallentwicklung können prinzipiell belastend sein; in den gesetzlich vorgegebenen größeren Entfernungen gehen die Schallemissionen jedoch normalerweise im Hintergrundrauschen unter, das im Wesentlichen von Verkehr und Industrie sowie dem lokalen Wind geprägt wird.[104] Der "Disco-Effekt" durch Reflexion der Sonne an den Windkraftanlagen wird inzwischen durch Auftragung matter Farben auf den Windflügeln vollständig vermieden[105], jedoch kann auch der Schattenschlag der Rotorblätter negativ wahrgenommen werden. Zur Minimierung des Schattenschlages werden zeit- und sonnengesteuerte Abschaltsysteme eingesetzt, die den Schattenschlag auf die per Immissionsschutzgesetz maximal zulässige Schattenwurfdauer von theoretisch 30 Stunden pro Jahr (entsprechend etwa 8 Stunden real) und 30 Minuten pro Tag begrenzen.[106][107]
Bei bestimmten Typen von Windkraftanlagen wird Neodym als Baumaterial für den Generator eingesetzt. Der Abbau dieses seltenen Metalles geschieht überwiegend in China und erfolgt dort mit Methoden, die sowohl die Umwelt als auch die Arbeiter schädigen.[108] Die deutschen Windanlagenhersteller REpower Systems und Enercon betonen, kein Neodym in ihren Windanlagen zu verbauen.[109]

Bioenergie
Bioenergie umfasst die Nutzung von festen, flüssigen und gasförmigen biogenen Energieträgern, vor allem von Holz, landwirtschaftlichen Produkten (Energiepflanzen) und organischen Abfällen.
Die Verbrennung von Biomasse kann mit Gefahren für die menschliche Gesundheit einhergehen, wenn sie an offenen Feuerstellen oder in Öfen ohne Filtersysteme erfolgt, da Luftschadstoffe wie Stickoxide, Schwefeldioxid und Feinstaub entstehen. In Deutschland ist die Nutzung in Öfen, Kaminen und anderen Anlagen in der Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (1. BImSchV) geregelt und schreibt Grenzwerte und verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise Filtersystem, vor. (siehe auch Artikel Holzheizung)
Die verfügbare Fläche für den Anbau der Biomasse ist begrenzt und kann in ein Spannungsverhältnis zum Nahrungsmittelanbau und zum Natur- und Landschaftsschutz (beispielsweise Schutz der Biodiversität) geraten. Während beispielsweise die Nutzung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe als unproblematisch gilt, ist der intensive Anbau von Nahrungspflanzen oder die Reservierung von Anbauflächen für geeignete Pflanzen (beispielsweise Zuckerrohr) zur Herstellung von Treibstoffen in die Kritik geraten. Insbesondere Palmöl steht in der Kritik, da häufig artenreiche und als Kohlenstoffspeicher fungierende tropische Regenwälder für Ölpalmenplantagen gerodet werden und dabei der gespeicherte Kohlenstoff beim Brandroden wieder als CO2 freigesetzt wird. (siehe Artikel Flächen- bzw. Nutzungskonkurrenz und Nahrungsmittelkonkurrenz)

Diskutiert wird auch der Nutzen von Biokraftstoffen. Für die Erzeugung beispielsweise von Rapsöl werden große Mengen an synthetischen Düngemitteln (Mineraldünger) und Pestiziden eingesetzt, die Mensch und Umwelt belasten. Strittig ist bisher auch, wie groß der Beitrag zum Klimaschutz ist, da beispielsweise durch Stickstoffdüngung verursachte Emissionen des sehr starken Treibhausgases Lachgas (rund 300-fach stärkeres Treibhausgas als CO2) schwer zu quantifizieren sind. Zahlreiche Gutachten bestätigen die positive Klimabilanz von Biodiesel, betonen aber die Bedeutung der Anbaumethoden.[110] Mit gesetzlichen Vorgaben (EU-Richtlinie 2009/28/EG (Erneuerbare-Energien- Richtlinie) und deren Umsetzung in deutsches Recht mit der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung) soll die nachhaltigere Erzeugung von Biokraftstoffen sichergestellt werden.
Von noch in der Entwicklung befindlichen Biokraftstoffen der zweiten Generation, wie Cellulose-Ethanol und BtL-Kraftstoffe erhofft man sich bessere ökologische Bilanzen, da diese Ganzpflanzen und Reststoffe nutzen und so höhere Erträge pro Fläche liefern können als die derzeit dominierenden Ölpflanzen. Jedoch ist der Herstellungsprozess deutlich aufwendiger als bei den Biokraftstoffen der ersten Generation.
Biomasse eignet sich auch zur Herstellung von Wasserstoff in einer Wasserstoffwirtschaft.

Geothermie
Auch bei der Geothermie können negative Umwelteinwirkungen eintreten. Bei der Stimulation von untertägigen Wärmeübertragern können seismische Ereignisse auftreten, die jedoch meist unterhalb der Fühlbarkeitsgrenze liegen (Dezember 2006, Basel, Magnitude 3,4). Diese haben jedoch bisher weltweit weder Personenschäden noch strukturelle Gebäudeschäden verursacht. In Basel wurden jedoch Bagatellschäden mit einer Gesamtsumme von 3 und 5 Millionen Franken (ca. 1,8 bis 3,1 Millionen Euro) auf dem Kulanzwege durch Versicherungen entschädigt.[111] Das Projekt wurde eingestellt. Der verantwortliche Ingenieur wurde zunächst zwar angeklagt, dann aber freigesprochen.
Unter bestimmten geologischen Bedingungen, die Anhydrit-haltige Gesteinsschichten beinhalten, und vermutlich unsachgemäßer Ausführung der Bohrarbeiten bei oberflächennahen Geothermieprojekten können auch erhebliche kleinräumige Hebungen der Erdoberfläche auftreten, wie im Jahr 2007 in Staufen geschehen.

Wirtschaftlichkeit und Kosten

Direkte Kosten
Die Wettbewerbsfähigkeit der einzelnen Energiewandlungs-technologien hängt in großem Maße von den Energiegestehungs-kosten ab, die sich aus den bei der Errichtung anfallenden Investitions- und Finanzierungskosten sowie den Betriebskosten inklusive Wartungs- und ggf. Brennstoffkosten ergeben. Nicht bei der Berechnung der Stromgestehungskosten berücksichtigt werden externe Kosten (s. u.), da es sich bei der Ermittlung von Energiegestehungskosten um betriebswirtschaftliche, nicht um volkswirtschaftliche Kosten handelt. Während die Externen Kosten konventioneller Kraftwerke vergleichsweise hoch sind, zeichnen sich Erneuerbare Energien durch niedrige Externe Kosten aus.[112] Mit Ausnahme der Biomassenutzung zeichnen sich die meisten Erneuerbaren Energien durch eher hohe Investitionskosten und niedrige Betriebskosten aus.

Die Bandbreite der Stromgestehungs-kosten Erneuerbarer Energien ist relativ hoch: Die Energiewandlung aus Wasserkraft ist häufig die günstigste Form der Stromerzeugung und daher bereits seit langem etabliert. Aktuelle Neubauten liegen bei Stromgestehungskosten von 2 bis 8,3 ct/kWh, wobei der untere Bereich nur von Großkraftwerken erreicht wird.[114] Auch Windkraftanlagen an Land können an guten Standorten bereits die Kosten von Steinkohle- und Gaskraftwerken unterbieten, während sie an schlechten Standorten noch etwas teurer sind.[115] Ihnen kommt daher eine wichtige Rolle zur Dämpfung des Strompreisanstiegs zu.[116] Demgegenüber liegen die Kosten von Offshore-Windparks, Biogasanlagen und den bisher weitestgehend unbedeutenden Geothermiekraftwerke z.T. noch deutlich über den Kosten fossiler Kraftwerke. Photovoltaikanlagen können teilweise bereits mit Gaskraftwerken konkurrieren, sind aktuell jedoch noch teurer als Kohlekraftwerke (siehe Tabelle rechts).

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme veröffentlichte im November 2013 eine aktualisierte Studie zu den Stromgestehungskosten von regenerativen und konventionellen Kraftwerken.[113] Demnach belaufen sich die Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Kleinanlagen in Deutschland auf 9,8 bis 14,2 ct/kWh, Freiflächenanlagen kommen auf 7,9 bis 11,6 ct/kWh. In Regionen mit höherer Sonneneinstrahlung als in Deutschland werden auch günstigere Werte erreicht. Damit liegen die Stromgestehungskosten von PV-Anlagen unter dem Endkundenstrompreis, der in Deutschland Stand 2013 durchschnittlich 28,9 ct/kWh beträgt, womit die Netzparität erreicht ist. Die Wettbewerbsfähigkeit von Onshore- Windkraftanlagen verglichen mit konventionellen Kraftwerken ist laut Gutachten an guten Standorten bereits erreicht. So liegen die Stromgestehungskosten an Land zwischen 4,5 ct/kWh und 10,7 ct/kWh und damit im Bereich von konventionellen Kraftwerken. Offshore-Anlagen sind dagegen aufgrund höherer Finanzierungs- und Betriebskosten trotz mehr Volllaststunden deutlich teurer, ihre Stromgestehungskosten liegen derzeit bei 11,9 bis 19,4 ct/kWh. Solarthermische Kraftwerke können für 18-24 ct/kWh Strom produzieren und sind damit derzeit teurer als Photovoltaikanlagen. Allerdings weisen sowohl Offshore-Windkraftanlagen als auch Solarthermische Kraftwerke den Vorteil von höheren Volllaststunden auf, letztere bieten ebenfalls den Vorteil der Energiespeicherung. Diese Vorteile wurden in der Fraunhofer-Studie jedoch nicht berücksichtigt. Die Stromgestehungskosten von Biogasanlagen liegen zwischen 13,5 und 21,5 ct/kWh. Die Studie geht davon aus, dass bei 2030 die Kosten der Erneuerbaren Energien weiter sinken werden, wobei insbesondere der Photovoltaik und der Offshore-Windenergie noch großes Kostensenkungspotential eingeräumt wird. Bei konventionellen Kraftwerken gehen die Autoren u.a. durch sinkende Auslastung bis 2030 von einem deutlichen Ansteigen der Stromgestehungs-kosten aus.

Eine Prognos-Studie im Auftrag der "Agora Energiewende" zum Kostenvergleich kohlendioxidarmer Technologien ermittelte Anfang 2014, dass Strom aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen inzwischen um bis zu 50% günstiger ist als aus neuen Kernkraftwerken. Ausschlaggebend dafür seien die hohen Kostensenkungen bei Erneuerbaren Energien von bis zu 80% seit 2009. Die Analysen basieren auf den Vergütungssätzen für neue Kernkraftwerke in England sowie auf den Vergütungssätzen für Ökostrom gemäß dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz in Deutschland. Auch die Stromerzeugung aus neuen Kohlekraftwerken mit CO2-Abscheidung und -Speicherung ist demnach erheblich teurer als Investitionen in Erneuerbare Energien und auf ähnlichem Niveau wie Kernkraftwerke. Neben den Kosten der Stromerzeugung wurden in der Studie auch die Kosten für ein Stromerzeugungssystem abgeschätzt, in dem die wetterabhängige Einspeisung aus Wind- und Sonne durch gasbefeuerte Reservekraftwerke ausgeglichen wird. Nach diesem Szenario ist eine Stromversorgung durch Wind- und Sonnenkraftwerke kombiniert mit Gaskraftwerken um 20 Prozent günstiger als eine Stromversorgung, die auf Kernenergie basiert.[117]

Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung (DIW) kam zu dem Ergebnis, dass die Kosten für erneuerbare Energien in der Vergangenheit häufig überschätzt wurden und bislang weit schneller gesunken sind als noch vor kurzem erwartet. Beispielsweise sei in einem 2013 erschienenen Bericht der EU-Kommission noch von Kapitalkosten ausgegangen worden, die "bereits heute zum Teil unterhalb der Werte liegen, die die Kommission für das Jahr 2050 erwarte".[118]
Es wird erwartet, dass fossile und atomare Energiegewinnung tendenziell immer teurer wird.[119] und dass die Kosten erneuerbarer Energien weiter sinken.[113] Dadurch ist es möglich, dass die Kosten eines regenerativen Strommixes mittelfristig unter die Kosten eines Strommixes aus fossilen und atomaren Energiequellen fallen. Besonders stark war der Rückgang bei Solarmodulen: Infolge der Marktankurbelung durch Einspeisevergütungen in Deutschland, Italien und einer Reihe weiterer Staaten sowie der damit einhergehenden sehr steilen Lernkurve sanken die Modulpreise von 6-7 US-Dollar/Watt im Jahr 2000 auf 0.5-0.6 $/Watt im Jahr 2013.[120]

Strom (staatliche Förderung)
Hinsichtlich der Förderung erneuerbarer Energien in Deutschland spielt das im April 2000 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien- Gesetz (EEG) eine besondere Rolle. Dieses regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Die Kosten dafür werden über die EEG-Umlage auf den allgemeinen Strompreis umgelegt und damit von den Stromverbrauchern getragen. Aus Wettbewerbsgründen sind dabei jedoch gewerbliche Verbraucher mit einem Stromverbrauch über 1 GWh pro Jahr (Stand 2013) mit dem 1 GWh übersteigenden Stromverbrauch weitgehend von der EEG-Umlage befreit. Insbesondere diese Ausnahmeregelungen sind Gegenstand der politischen Diskussion.

Trotz erheblicher Kürzungen der Vergütungssätze pro Kilowattstunde ist die EEG-Umlage in den letzten Jahren aufgrund des starken Ausbaus der erneuerbaren Energien, des Merit-Order-Effekts sowie weiterer verzerrender Sondereinflüsse, stark angestiegen. Im Jahr 2014 betrug sie 6,24 Cent je Kilowattstunde. Für die kommenden Jahre wird eine Stabilisierung erwartet. Für 2015 wird ein Rückgang prognostiziert.[121]

Aufgrund zahlreicher verzerrender Effekte gilt die EEG-Umlage nicht als valider Indikator für die Kosten der erneuerbaren Energien. [122] Insbesondere führen erneuerbare Energien zu sinkenden Börsenstrompreisen (Merit-Order-Effekt), während die EEG-Umlage aber als Differenz zwischen dem Börsenstrompreis und den gesetzlichen Einspeisetarifen gemessen wird. Je niedriger also der Börsenstrompreis, desto höher bei sonst gleichen Bedingungen die Umlage für Erneuerbare Energien. Einen Vergleichsmaßstab ermöglicht der so genannte "Energiewende-Kosten-Index" (EKX), der die EEG-Umlage um die verzerrenden Effekte (u. a. Ausnahmetatbestände für die Industrie) bereinigt und im Gegenzug weitere Kostenfaktoren (wie beispielsweise die Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung) miteinbezieht, ohne jedoch die Kosten für den Bau und Betrieb der zusätzlich benötigten Netze sowie der Speicher und/oder Schattenkraftwerke zu berücksichtigen. Demnach beruht der Zuwachs der Stromkosten zwischen 2003 und 2012 zu über 50 % auf höheren Brennstoffpreisen und industriepolitischen Umverteilungseffekten.[123]

Laut dem ehemaligen Bundesumweltminister Peter Altmaier könnte die Energiewende insgesamt bis zu einer Billion Euro bis zum Jahr 2040 kosten (einschließlich Wärme und Verkehr).[124] Gegenüber dem Bundestag konnte das Bundesumweltministerium jedoch nicht schriftlich erläutern, wie diese Zahl berechnet wurde.[125] Der Bundesverband Erneuerbare Energie wies die Zahl als "unseriös" zurück, da diese den Eindruck erwecke, dass der Gesellschaft keinerlei zusätzliche Kosten entstünden, wenn der Ausbau erneuerbarer Energien gebremst würde.[126] Das Forum Ökologisch-Soziale Marktwirtschaft legte indes eine Analyse vor, welche die Förderkosten für erneuerbare Energien, die vermiedenen Kosten für fossile Energien, die Kostendämpfung an der Strombörse und vermiedene Umweltschadenskosten gegenüberstellt. Demzufolge generiert die Energiewende eine volkswirtschaftlich positive Bilanz ab 2030.[127] Nach dem Subventionsbericht der EU-Kommission erhalten Atom- und Kohlekraftwerke mehr Subventionen als alle erneuerbaren Energien insgesamt.[128]

Die Internationale Energieagentur (IEA) urteilte in ihrem Länderbericht 2013 zu Deutschland: "Die Kostenauswirkungen des EEG müssen im Kontext der allgemeinen Entwicklungen im Energiesektor bewertet werden. Der jüngste Strompreisanstieg bereitet vor allem Haushalten mit geringem Einkommen Schwierigkeiten, wohingegen Großverbraucher von der Umlage weniger betroffen sind und zugleich in den Genuss der durch die erneuerbaren Energien herbeigeführten Senkung der Großhandelstarife kommen. Zudem erhöht sich die Energiearmut auch durch den starken Anstieg der Kosten fossiler Brennstoffe. Kosten und Nutzen der erneuerbaren Energien müssen fair und transparent verteilt werden."[129]

Wärme
Nach einer Studie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) können Privathaushalte durch den Einsatz von regenerativer Wärme im Vergleich zu Ölheizungen Betriebskosten sparen. Demnach sparten die 4,3 Millionen deutschen Privathaushalte, die erneuerbare Energien zur Wärmeversorgung einsetzen, im Jahr 2009 verbrauchsgebundene Heizkosten in Höhe von durchschnittlich 595 Euro pro Haushalt. Trotz des verhältnismäßig niedrigen Preisniveaus von konventionellem Heizöl und Erdgas wären diesen Haushalten Mehrkosten von insgesamt 2,56 Milliarden Euro entstanden, wenn sie ihren Wärmebedarf nur mit fossilen Brennstoffen gedeckt hätten. Die Investitionskosten in eine neue Heizanlage sind bei diesem Wert allerdings nicht berücksichtigt.[130]
Für Eigenheimbesitzer ist der Austausch alter Öl- oder Gasheizungen durch Heizsysteme auf Basis erneuerbarer Energien finanziell attraktiv, wie Berechnungen von ZDF Wiso sowie der Agentur für erneuerbare Energien übereinstimmend zeigen. [131][132] Das Marktanreizprogramm des Bundesumwelt-ministeriums vergibt Zuschüsse für Heizungen auf Basis von Solar-, Umwelt- oder Bioenergie; die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergibt zinsgünstige Darlehen.[133] Gefördert werden regenerative Wärmeerzeuger mit dem Erneuerbare-Energien- Wärmegesetz.
Darüber hinaus liegt bei den meisten Gebäuden in der Wärmedämmung ein erhebliches Einsparpotential.

Vermeidung Externer Kosten
Bei externen Kosten handelt es sich um Beeinträchtigungen, "die durch ein Vorhaben einem Dritten, häufig der Allgemeinheit, zugefügt werden, ohne dass der Betroffene entschädigt wird. "[135] In die Volkswirtschaftslehre eingeführt wurde dieser Begriff vor rund 100 Jahren von Arthur Cecil Pigou.[136] Im Energiebereich wurden erste umfassende Untersuchungen um 1990 durch Olav Hohmeyer vorgenommen[137]; seit diesem Zeitpunkt ist die Berücksichtigung externer Kosten bei der Energiewandlung Kernbestandteil umwelt- und energiepolitischer Betrachtungen. Probleme verursacht hingegen noch ihre genaue Quantifizierung.[138]
Aus theoretisch-volkswirtschaftlicher Sicht sind bei einer Bewertung unterschiedlicher Techniken alle Kosten und Nutzen zu berücksichtigen, die der Gesellschaft aus der Nutzung entstehen.[139] Auch bei der Energiegewinnung entstehen neben den direkten Erzeugungskosten externe Kosten, also Kosten, die nicht über den Energiepreis abgewickelt werden, sondern vom Steuerzahler oder anderen Teilen der Gesellschaft übernommen werden müssen. Hierzu zählen beispielsweise die durch Schadstoff- und Kohlenstoffdioxidausstoß verursachten oder die sich aus den Risiken der Kernenergienutzung ergebende Kosten. Im Energiesektor werden externe Kosten hauptsächlich durch Umwelt-, Gesundheits- und Klimaschäden verursacht.[140] Grundsätzlich gilt, dass die Kosten der konventionellen Energieversorgung nicht die tatsächlich bei dieser Form der Energienutzung verursachten externen Kosten widerspiegeln.[141] Zwar treten auch bei der Nutzung von Erneuerbaren Energien externe Kosten auf, diese sind jedoch deutlich geringer als bei der Nutzung konventioneller Energieträger.[137][142] Dadurch wird der wirtschaftliche Wettbewerb zwischen Erneuerbaren Energien und herkömmlichen Energieträgern zu Lasten der regenerativen Energien verzerrt.[143]

Soll, wie mit der Liberalisierung angestrebt, der Markt die volkswirtschaftlich effizienteste Produktionsweise finden, so müssen deshalb zwingend alle wettbewerbsverzerrenden Faktoren vermieden und eine Kostenwahrheit durch Internalisierung aller externen Faktoren hergestellt werden.[144] Geschieht dies nicht, können die Effizenzvorteile eines liberalisierten Marktes durch negative Effekte auf die Umwelt zunichte gemacht werden. Möglichkeiten zur Herstellung dieser Kostenwahrheit sind Lenkungsabgaben wie z. B. eine CO2-Steuer oder ein funktionierender Emissionshandel. Einem völlig freien Energiemarkt sind durch diese notwendigen Mechanismen Grenzen gesetzt.[145] Bisher (April 2014) ist eine Internalisierung dieser externen Effekte nur zu einem kleinen Teil erfolgt, eine vollständige Internalisierung ist nicht absehbar. So zieht z. B. der "Jahresbericht  Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2013" der AG Energiebilanzen das Fazit, dass "die mit dem Emissionshandel intendierten Anreize für ein emissionsminderndes Verhalten bei derartigen Zertifikatspreisen [von ca. 5 Euro/Tonne] nicht zu erwarten" seien.[146] Da es sich um ein Marktversagen handelt, sind für eine Internalisierung üblicherweise staatliche Eingriffe notwendig, wobei sowohl marktwirtschaftliche als auch ordnungspolitische Maßnahmen in Frage kommen.[142]

Laut Umweltbundesamt (2012) betragen die externen Kosten der Stromproduktion in Deutschland bei Steinkohle 8,9 Ct/kWh, bei Braunkohle 10,7 Ct/kWh, bei Erdgas 4,9 Ct/kWh, bei Wind 0,3 Ct/kWh, bei Wasser 0,2 Ct/kWh und bei Photovoltaik 1,2 Ct/kWh. Biomasse liegt im Schnitt bei ca. 3,8 Ct/kWh. Die Externen Kosten des Strommixes in Deutschland im Jahr 2010 lagen bei 7,8 ct/kWh bei Berücksichtigung der Externen Kosten der Kernenergie und bei 7,0 ct/kWh ohne deren Berücksichtigung, wobei die Bandbreite der Kernenergie je nach Methodik sehr weit schwankt und der Wert deshalb nur schwer zu beziffern ist. Der Strommix der Erneuerbaren Energien lag bei 1,8 ct/kWh.[147] Im Jahr 2011 vermieden die erneuerbaren Energien in den Sektoren Strom, Kraftstoffe und Wärme externe Kosten in Höhe von etwa 8,9 Mrd. Euro, zudem wurden Brennstoffimporte von 2,9 Mrd. Euro vermieden.[148] Mit rund 8 Mrd. Euro fand im Strombereich die größte Vermeidung von externen Kosten statt.[149]

Kosten für Unternehmen
Die Energiekosten und damit die EEG-Umlage haben im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland nur einen geringen Anteil am Bruttoproduktionswert, verglichen etwa mit den Material- und Personalkosten. Nach Angaben des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung machten die gesamten Stromkosten im Schnitt ca. 3% des Umsatzes eines Unternehmen aus, wovon die EEG-Umlage nur gering beitrage. Bei stromintensiven Unternehmen liegen die Kosten höher, allerdings seien diese von EEG-Umlage und Ökosteuer größtenteils ausgenommen, um Wettbewerbsnachteile zu vermeiden. Energieintensive Branchen profitierten zudem derzeit von historisch niedrigen Preisen an der Strombörse.[150]

Laut Bundesnetzagentur verbrauchten im Jahr 2012 einige hundert Firmen rund 18 % des Stroms, zahlten aber nur 0,3 % der EEG-Umlage, da viele Großverbraucher von der EEG-Umlage befreit sind.[151] Mit Inkrafttreten der EEG-Novelle 2012 wurden die Ausnahmetatbestände für die Industrie erheblich ausgeweitet, was die EEG-Umlage zusätzlich steigen ließ, da diese Kosten auf die übrigen Umlagezahler umgelegt werden. Diese Umverteilung stößt aufgrund von Wettbewerbsverzerrungen, Mehrbelastungen für Privatverbraucher und ökologisch fraglichen Entlastungseffekten auf Kritik. Die Zahl der befreiten Unternehmen stieg daraufhin auf 2098 im Jahr 2013. Da mit dieser Entlastung zugleich eine Wettbewerbsverzerrung auftritt, wurde durch die EU-Kommission im Juni 2012 ein Beihilfeverfahren gegen Deutschland eingeleitet.[152] Nach Schätzungen betragen die Ausnahmeregelungen im Jahr 2012 auf 2,7 Mrd. Euro, im Jahr 2013 etwa 5,0 Mrd. Euro und 2014 rund 7,0 Mrd. Euro.[153]

Aufgrund des Merit-Order-Effekts sanken die Strompreise an der Strombörse durch die Einführung der durch die EEG-Umlage finanzierten Erneuerbaren Energien.[154] Da industrielle Großverbraucher fast vollständig von der EEG-Umlage ausgenommen sind, zugleich aber von den gefallenen Börsenstrompreisen profitieren, könne die EEG-Umlage laut Erik Gawel kaum für eine etwaige Abwanderung von Betrieben ins Ausland verantwortlich gemacht werden.[155]

Aufgrund der verschiedenen steuer- und abgabenrechtlicher Privilegierungen sowie infolge des Merit-Order-Effekts erneuerbarer Energien sinkender Großhandelspreise bezieht die energieintensive Industrie in Deutschland im Vergleich zu den Vorjahren sowie im Vergleich zu anderen Industrieländern relativ günstig Strom. Die KfW stellte etwa fest, dass der Industriestrompreis (inklusive aller Steuern und Abgaben) zwischen 2008 und 2012 im EU-weiten Durchschnitt um fünf Prozent gestiegen ist, während er in Deutschland nur um 4,8 Prozent gestiegen ist.[156] Auch die Strompreise im außerbörslichen Handel werden in Deutschland günstiger. Für die Jahre 2015 bis 2017 kostet der Strom bei direkten Lieferverträgen laut dem Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft (VIK) zwischen 2,68 und 4,28 Cent pro Kilowattstunde.[157]

Preissenkender Effekt an der Strombörse
Die Preisbildung an der Strombörse orientiert sich nicht an den Stromgestehungskosten, sondern an den Grenzkosten der anbietenden Kraftwerke, d. h. an den jeweiligen variablen Kosten. Als Grenzkosten werden die zusätzlichen Kosten bezeichnet, die durch eine Erhöhung der Produktion entstehen. Sie ergeben sich zum größten Teil aus den Brennstoffkosten eines Kraftwerks sowie aus den Kosten für Emissionsrechte.[158] Der Begriff der Grenzkosten kommt aus der Betriebswirtschaftslehre und spielt im Zusammenhang mit der als Merit-Order (englisch für Reihenfolge der Leistung/des Verdienstes) bezeichneten Einsatzreihenfolge der Kraftwerke zur Stromerzeugung für die erneuerbaren Energien, eine wesentliche Rolle.[159] Die genaue Höhe der Grenzkosten eines Kraftwerk zu bestimmen ist problematisch, da die Grenzkosten ganz erheblich davon abhängen, von welchem Betriebszustand man ausgeht, d. h. mit wie viel Prozent seiner Höchstleistung das Kraftwerk gerade ausgelastet ist.

Beginnend mit den niedrigsten Grenzkosten werden am Strommarkt solange Kraftwerke mit höheren Grenzkosten zugeschaltet, bis die Nachfrage gedeckt ist. Zusätzlich aber hängen die Grenzkosten auch davon ab, mit welcher Dauer der bevorstehenden Zuschaltung oder Abschaltung der Betreiber rechnen muss. Die Einsatzreihenfolge wird jedoch für einen Großteil der Grundlastkraftwerke nicht am Spotmarkt ermittelt, sondern am Terminmarkt vorweggenommen, so dass Grundlastkraftwerke trotz ihrer höheren Grenzkosten auch an Tagen mit hoher Solar- und Windstromeinspeisung weiterhin vergleichsweise hohe Leistungen einspeisen. An sonnig-windigen Tagen steht dann am Spotmarkt dem Angebot von Solar- und Windstrom keine ausreichende Stromnachfrage gegenüber (denn die wurde bereits am Terminmarkt weitgehend befriedigt). Das Stromüberangebot am Spotmarkt kann dann zu negativen Börsenpreisen führen. Diese treffen nahezu ausschließlich den Strom aus Erneuerbaren Energien, nicht aber den am Terminmarkt vorher verkauften Strom aus Grundlastkraftwerken.

Da bei der Gewinnung von erneuerbaren Energien keine Brennstoffkosten anfallen und die Wartungskosten bei einer "zusätzlichen" Nutzung der Energieerzeugungsanlage kaum ansteigen, tendieren die Grenzkosten der erneuerbaren Energien gegen Null. Dies gilt im Wesentlichen für alle Formen der erneuerbaren Energien.[160] Lediglich die Verbrennung oder Vergasung von Biomasse bzw. Speichergas[161] verursacht Brennstoffkosten.
So führen die steigenden Einspeisungen von erneuerbaren Energien in Deutschland seit der Novellierung des EEG-Wälzungsmechanismus im Jahr 2009 über die Merit-Order an sonnigen und windreichen Tagen dazu, dass der Börsenstrompreis stark sinkt - in Einzelfällen (Situationen mit starker Produktion von Erneuerbaren Energien bei zugleich niedriger Stromnachfrage) sogar auf negative Werte. Dies ist ein wesentlicher Grund, der die EEG-Umlage in den letzten Jahren hat deutlich ansteigen lassen.[162] Dieser preissenkende Effekt kommt durch die fehlerhafte Konstruktion des EEG-Ausgleichsmechanismus jedoch nicht beim Privatkunden an, sondern verteuert paradoxerweise die Stromkosten von Privatkunden, während hingegen die Industrie von den gesunkenen Beschaffungskosten an der Strombörse profitiert.[163]

Laut einer Studie des Instituts für Zukunfts-Energiesysteme, die Uwe Leprich im Januar 2012 vorstellte, senkte im Jahr 2011 alleine die Photovoltaik den durchschnittlichen Börsenpreis um bis zu 10%, während der Mittagsstunde um bis zu 40%. Im Tagesschnitt entspräche dies einem Rückgang der Börsenstrompreise zwischen 0,4 und 0,6 ct/kWh. Daraus ergäbe sich für 2011 ein preissenkender Effekt zwischen 520 und 840 Mio. Euro. Allerdings komme dies vor allem der stromintensiven Industrie zugute, da diese teilweise von der EEG-Umlage befreit ist, zugleich aber durch den Stromkauf an der Börse von der dortigen Preissenkung profitiere, während Haushaltskunden an ihre Stromverträge gebunden seien. Würde dieser Effekt korrigiert, würden die Haushaltsstrompreise um 0,11 bis 0,175 ct/kWh gesenkt werden können.[164]
Der Strompreis an der Strombörse war bis zum Jahr 2008 kontinuierlich gestiegen und erreichte im Jahr 2008 das Maximum von 8,279 Cent/kWh. Unter anderem durch das vermehrte Auftreten der erneuerbaren Energien ist der Strompreis deutlich gefallen.[165]

Einbindung von Erneuerbaren Energien in das Stromsystem
Um hohe Anteile an Strom aus erneuerbaren Energien an der Versorgung zu ermöglichen, können verschiedene Maßnahmen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Studien, beispielsweise der Fraunhofer IWES im Auftrag des BEE (Dezember 2009) belegen, dass so eine zuverlässige Stromversorgung möglich ist.[166]
Zu diesen Maßnahmen zählen z. B. die Verstetigung der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien, der Ausbau der Stromnetze, die Schaffung intelligenter Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen, sowie der (Aus)bau von Stromspeichern. Während manche Maßnahmen wie beispielsweise der Ausbau der Stromnetze bereits bei vergleichsweise niedrigen Anteilen von fluktuierenden Erzeugern sinnvoll sind, sind andere Mittel wie z. B. der Bau von Speicherkraftwerken zwecks Vermeidung von unnötigen Energieverlusten und Kosten erst bei hohen Anteilen geboten.

Notwendig ist auch ein Mix verschiedener regenerativer Energiequellen, da sich verschiedene Erneuerbare Energien gegenseitig ergänzen. Beispielsweise existiert in Deutschland für die Photovoltaik ein Potential von mehr als 1000 GW, womit sich pro Jahr rund 1000 TWh elektrischer Energie produzieren ließen; deutlich mehr als der derzeitige deutsche Strombedarf. Da damit jedoch große Überschüsse produziert würden und enorme Speicherkapazitäten aufgebaut werden müssten, ist ein solch starker Ausbau nur einer Technologie nicht sinnvoll und die Kombination mit anderen Erneuerbaren Energien erheblich zweckmäßiger.[167] Über die größten Potentiale zur Stromerzeugung verfügen in Deutschland die Windenergie und die Photovoltaik, mit deutlichem Abstand folgt die Biomasse.[168]

Verstetigung der Stromerzeugung
Die Nachfrage nach Strom, der sogenannte Lastgang, schwankt im tageszeitlichen Verlauf stark. Da elektrische Energie nur aufwendig und mit Verlusten speicherbar ist, wird sie durch das Kraftwerksmanagement entsprechend der Nachfrage bereitgestellt. In Deutschland wird die Grundlast bisher vor allem von Braunkohle- und Kernkraftwerken bereitgestellt, während die Mittellast von Steinkohlekraftwerken abgedeckt wird. Die Spitzenlast lieferten in der Vergangenheit vor allem Gas- und Pumpspeicher-kraftwerke, wobei mittlerweile durch die verstärkte Einspeisung von Erneuerbaren Energien insbesondere der Anteil der Gaskraftwerke zurückgegangen ist.

Mit zunehmenden Anteilen an Strom aus erneuerbaren Energien ist ein verändertes Kraftwerksmanagement notwendig. Zwar sind Geothermiekraftwerke, Wasserkraftwerke und Biomassekraftwerke grundlastfähig und wie konventionelle Kraftwerke regelbar, die Stromerzeugung aus Sonnenenergie und Wind unterliegt dagegen starken Schwankungen, die durch Einsatz von regelbaren Kraftwerken oder Speichern ausgeglichen werden müssen. Teilweise korrelieren diese Schwankungen aber mit dem Tages- bzw. Jahres-Lastgang. So wird Strom aus Sonnenenergie zu den Hauptbedarfszeiten bereitgestellt. Strom aus Windenergie fällt verstärkt im Winterhalbjahr an und kann die zu der Zeit verringerten Ausbeuten von Solaranlagen ausgleichen, wodurch die Kombination dieser beiden Quelle bei Betrachtung des jahreszeitlichen Verlaufes zu einer Verstetigung der Produktion führt. Bei der Betrachtung kürzerer Zeitabschnitte kommen jedoch große Schwankungen vor, die ausgeglichen werden müssen.[169]

Bei Biogasanlagen kann die Energieumwandlung mehrere Stunden ohne größere Verluste aufgeschoben werden, auch viele Laufwasserkraftwerke können mittels Schwallbetrieb ihre Produktion um einige Stunden zurückfahren und somit vorwiegend zu nachfragestarken Stunden, bzw. während Zeiten niedriger Produktion aus Wind- und Solarenergie Strom liefern. Photovoltaik- und Windenergieanlagen können gedrosselt bzw. komplett abgeschaltet und innerhalb von etwa 30 s (Selbsttest und Anfahren eines Photovoltaik-Wechselrichters) bis wenige Minuten (größere Windenergieanlagen) wieder in Betrieb genommen werden. Dies ist sogar ein Vorteil gegenüber großen Dampfkraftwerken und Kernkraftwerken, die beim Hochfahren mehrere Stunden bis zur vollen Leistung benötigen. Allerdings wird durch die Abschaltung von Photovoltaik- oder Windenergieanlagen, anders als bei Biogasanlagen und konventionellen Kraftwerken, kein Brennstoff gespart und somit auch keine Kosten vermieden. Um größere Leistungen bereitzustellen, sollen auch zunehmend GuD-Kraftwerke eingesetzt werden, da diese auf schnelle Lastwechsel ausreichend reagieren können.

Zur Abfederung fluktuierender Einspeisemengen können Wasserkraftwerke und Biogaskraftwerke kurzzeitig über ihrer Durchschnittsleistung, die durch den Nachschub an Wasser und Biomasse begrenzt ist, betrieben werden. Besondere Bedeutung kommt dabei flexibilisierten Biogasanlagen zu, die perspektivisch ein verfügbares Ausgleichspotenzial von insgesamt rund 16.000 MW anbieten können. Innerhalb weniger Minuten könnte diese Kapazität bei Überangebot im Netz gedrosselt oder bei steigender Nachfrage hochgefahren werden. Zum Vergleich: Die Kapazität der deutschen Braunkohle-kraftwerke wird von der Bundesnetzagentur auf rund 18.000 MW beziffert. Diese fossilen Großkraftwerke könnten wegen ihrer technisch bedingten Trägheit jedoch nur wenige Tausend Megawatt für den kurzfristigen Ausgleich von Solar- und Windstrom zur Verfügung stellen.[170]
Durch eine Flexibilisierung des Stromsystems kann die Überproduktion auch bei stark steigenden Anteilen erneuerbarer Energien abgefedert werden. Notwendig ist hierzu eine starke Flexibilisierung des Stromsystems und damit eine Reduzierung der so genannten "Must-Run"-Kapazitäten.[171]

Um den Einsatz der anderen Energiearten planen zu können, ist eine möglichst genaue Kurz- und Mittelfristvorhersage der zu erwartenden Windleistung und Solarleistung wichtig.[172] Das Kraftwerksmanagement kann die kurzfristig und vor allem die längerfristig regelbaren Kraftwerke so besser steuern.

Ausbau der Stromnetze
Mit dem Ausbau von Windparks abseits der bisherigen Erzeugungszentren sowie verschiebt sich die Struktur der Netzeinspeisung. Dies erfordert sowohl die Modernisierung als auch einen Ausbau der Stromnetze. Im Speziellen trifft dies auf die Errichtung von Offshore-Windparks zu, durch die ein Ausbau der Höchstspannungstrassen notwendig wird.[173] Durch die Verknüpfung von Regionen mit hohen Kapazitäten an Stromerzeugung aus Wind mit Regionen mit vielen Wasser- bzw. Pumpspeicher-kraftwerken können zudem Leistungsspitzen gespeichert und die Erzeugung verstetigt werden. Bei einer intelligenten Verschaltung mehrerer regenerativer Energiequellen durch Virtuelle Kraftwerke sowie die Implementierung von Smart Grids lässt sich der Bedarf an zusätzlichen Höchstspannungs-übertragungsleitungen reduzieren.[174] In Deutschland ergibt sich der Netzausbaubedarf zudem aus dem unabhängig von der Energiewende notwendigen Ausbau der grenzüberschreitenden Stromerzeugung.[175]

Laut Netzentwicklungsplan 2012 der Bundesnetzagentur müssen bis 2022 rund 3800 Kilometer neue Stromtrassen gebaut werden, bis dahin mindestens 35 % erneuerbare Energien im Netz integrieren zu können. Außerdem sollen rund 4000 Kilometer vorhandener Trassen aufgerüstet werden.[176] Dies erfordert Investitionen von jährlich ca. zwei Milliarden Euro, wovon 1,2 Milliarden auch ohne Ausbau der erneuerbaren Energien angefallen wären, etwa aufgrund des zunehmenden Stromhandels in der EU. Die neuen Leitungen seien zudem nötig, um das Herunterfahren von Kraftwerken zur Vermeidung von Netzüberlastungen zu vermeiden. Die dabei entstehenden Kosten lägen laut der Behörde bereits heute im dreistelligen Millionenbereich. Bis 2022 könnten sie ohne Netzausbau auf 800 Millionen Euro pro Jahr wachsen.[177]
Zudem müssen nach der von der Deutschen Energie-Agentur (dena) veröffentlichten Verteilnetzstudie (2012) bis 2030 Stromnetze in einer Größenordnung von 135.000 km bis zu 193.000 km ausgebaut und auf einer Länge von 21.000 bis zu 25.000 km umgebaut werden. Dafür müssen zwischen 27,5 Milliarden und 42,5 Milliarden Euro investiert werden. Allerdings weisen die Verteilnetze derzeit noch erhebliche Reserven für den Zubau erneuerbarer Energien auf. Durch technische Innovationen könne deren Kapazität zudem weiter erhöht werden.[178]

Der Bundesverband Erneuerbare Energie, der Branchenverband der Erneuerbare-Energien- Industrie, unterstützt den Ausbau der Stromnetze und hält die Kosten für überschaubar; umgelegt auf den gesamten Investitionszeitraum, machten die veranschlagten Kosten nur einen Betrag von maximal 0,5 Cent pro Kilowattstunde Strom aus. Weitere Verzögerungen des Netzausbaus würden letztlich viel teurer, da der Aufwand für die Stabilisierung des Netzes weiter steigen würde und regenerative Kraftwerke zunehmend abgeregelt werden müssten, so der Verband.[179]
Wegen regional teils zu knapper Netzkapazitäten ist die Zwangsabschaltung von Windparks in Deutschland von 2010 auf 2011 um fast 300 Prozent gestiegen. Demnach ging 2011 der Rekordwert von bis zu 407 Gigawattstunden (GWh) Windstrom verloren, im vorangegegangenen, besonders schwachen Windjahr 2010 waren es 150 GWh gewesen.[180] Im Jahr 2012 sank die abgeregelte Arbeit auf 385 GWh, was ca. 0,71 % der insgesamt eingespeisten Windstromproduktion entspricht. Hauptsächlich betroffen waren mit ca. 93,2 % Windkraftanlagen. Hierfür wurden Entschädigungen in Höhe von 33,1 Mio Euro gezahlt.[181] Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist eine geringfügige Abregelung von Windkraftanlagen während seltener Leistungsspitzen sinnvoll, da somit die Kosten des Netzausbau deutlich geringer ausfallen als bei einer vollständigen Einspeisung bei jeder Netzsituation. So betonen Jarass et al.:[182]

"Diese Anweisung zu einer gewissen Beschränkung des windbedingten Netzausbaus drückt eigentlich nur die wirtschaftliche Selbstverständlichkeit aus, dass für die wenig Energie erbringenden sehr seltenen kurzen Spitzen der Windleistung keine teure zusätzliche Übertragungskapazität von den Stromkunden bezahlt werden muss. Die Auswertung der Grenznutzenkurven zeigt, dass bei einem Netzausbau bis zum volkswirtschaftlichen Optimum deutlich weniger als 1% der möglichen Windenergieerzeugung "ausgesperrt" werden muss, aber je nach Einzelfall beträchtliche Netzausbaukosten eingespart werden."
- Lorenz Jarass, Gustav M. Obermair, Wilfried Voigt, Windenergie. Zuverlässige Integration in die Energieversorgung, Berlin - Heidelberg 2009, S. XIX.

Ende Dezember 2012 wurde mit der Inbetriebnahme der u. a. als Windsammelschiene bezeichneten 380-kV-Leitung von Schwerin nach Krümmel sowie der Verstärkung der Süddeutschen Strombrücke zwischen dem thüringischen Remptendorf und der bayerischen Grenze mit Hochtemperaturseilen die Übertragungskapazität zwischen dem ostdeutschen und dem westdeutschen Stromnetz deutlich erweitert.[183][184] Zuvor existierten nur drei Ost-West-Kuppelleitungen, wodurch die beschränkte Übertragungskapazität zwischen Ost- und Westdeutschland als Engpass im deutschen Stromnetz galt. Insbesondere die süddeutsche Stromleitung gilt auch weiterhin als überlastet, weswegen mit der Thüringer Strombrücke auch der Neubau einer weiteren thüringisch-bayerischen Stromleitung notwendig ist. Derzeit fließt der im Norden produzierte Windstrom über Polen und Tschechien nach Bayern und Österreich; in Tschechien führt der Strom bereits zu starker Beanspruchung der Netze. [185]
Strom kann auch in abgelegenen Regionen erzeugt und über lange Strecken in die Verbrauchszentren transportiert werden, beispielsweise mit Offshore-Windkraftanlagen oder in solarthermischen Kraftwerken wie z. B. beim Desertec-Projekt in der Sahara. Die Übertragung erfolgt dabei nicht, wie üblich, als Wechselstrom, sondern verlustärmer per Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Bei einer Betriebsspannung von 800 kV treten mit solchen Leitungen bei Transportentfernungen von 5.000 km Verluste von weniger als 14 % auf.[186] Eine große Rolle spielen HGÜ-Systeme in China, wo auch mit der HGÜ-Trasse Hami-Zhengzhou die Leitung mit der bisher größten Übertragungskapazität (8.000 MW, entspricht der Leistung von ca. 8-10 großen Kohlekraftwerks-blöcken) realisiert wurde.

Intelligenter Stromverbrauch
Mit der heutigen Informationstechnik ist es möglich, zeitlich flexible Stromverbraucher wie zum Beispiel Zementmühlen, Kühl- und Heizsysteme, sog. "Lastabwurfkunden", mittels Demand Side Management vorübergehend herunter- oder abzuschalten. Eine Regulierung über einen zeitnahen Strompreis wird angedacht, ähnlich dem sogenannten Niedertarifstrom (Nachtstrom). Der Preis würde bei Stromüberangebot gesenkt, bei Strommangel dagegen angehoben. Intelligente Stromverbraucher (zum Beispiel entsprechend ausgerüstete Waschmaschinen, Spülmaschinen usw.) schalten bei geringem Strompreis ein und bei hohem Strompreis aus. In der Industrie könnten kurzzeitige Erzeugungsspitzen zwischengespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden.[187] Im Privathaushalt können auch Wärmepumpen zur intelligenten Verknüpfung von Strom- und Wärmemarkt dienen In Frage kommen sowohl Anlagen mit zusätzlichem Wärmespeicher als auch ohne einen solchen.[188][189]

Ein Gutachten des Büros für Technikfolge-abschätzung beim Deutschen Bundestag kam zu dem Ergebnis, dass die Netzintegration des Ökostroms in den kommenden Jahren mit einer Vielzahl von Flexibilisierungs-maßnahmen technisch umgesetzt werden kann. Zur Flexibilisierung der Stromerzeugung gehört demnach vor allem eine Kombination der einzelnen regenerativen Energien und schnell zuschaltbaren Kraftwärmekopplungsanlagen. Virtuelle Kombikraftwerke auf der Basis erneuerbarer Energien könnten zusammen mit einer Steuerung der Stromnachfrage einen bedeutenden Ausgleich der Solar- und Windstromerzeugung leisten. Mit der Ausnutzung von Temperaturmonitoring und neuartiger Leiterbeseilung an bestehenden Hochspannungsmasten ließen sich Engpässe auf der Hochspannungsebene zügig, manchmal sogar ohne Leitungsneubau, beseitigen.[190]

Einsatz von Virtuellen Kraftwerken
Um zu testen, ob ein größeres Gebiet teilweise oder vollständig mit Strom aus erneuerbaren Energien sicher versorgt werden kann, gibt es Pilotprojekte, die die Dynamik und Einsatzmöglichkeiten von sogenannten Kombikraftwerken oder virtuellen Kraftwerken untersuchen. Hierbei werden Anlagen aus den verschiedenen erneuerbare Energie-Bereichen (Wasser, Wind, Sonne, Biogas etc.) virtuell zu einem Kraftwerk zusammengeschlossen und simuliert, den zeitgenauen Strombedarf, zum Beispiel einer Großstadt zu decken. Studien der TU Berlin und der BTU Cottbus zeigen, dass eine solch intelligente Vernetzung dezentraler regenerativer Kraftwerke einen erheblichen Beitrag dazu leisten kann, große Mengen fluktuierenden Stroms optimal in das Versorgungsnetz zu integrieren. Die Studien ergaben außerdem, dass sich Strombedarf und -produktion einer Großstadt wie Berlin mit Hilfe gezielter Steuerung gut aufeinander abstimmen lassen. Dadurch kann demnach sowohl die höhere Netzebene entlastet als auch der Bedarf an konventionellen Reservekapazitäten deutlich verringert werden.[191] Im Oktober 2013 kam das Forschungsprojekt "Kombikraftwerk 2" mit einem Feldtest sowie mit regional Simulationen zu dem Ergebnis, dass die Netzstabilität in einer vollständig erneuerbaren eine sichere Stromversorgung gewährleistet werden kann.[192]

Energiespeicherung
Je größer der Anteil der erneuerbaren Energien wird, desto größer wird die Bedeutung von Speichermöglichkeiten, um die Schwankungen der Energieerzeugung an die Schwankungen des Energieverbrauchs anzugleichen und somit Versorgungssicherheit herzustellen. In der Fachliteratur wird davon ausgegangen, dass ab einem Erneuerbare- Energien-Anteil von ca. 40 % in größerem Maße zusätzliche Speicher benötigt werden, vereinzelt wird auch die Zahl 70% genannt.[193] Langfristspeicher werden erst ab einem Anteil von über 70% benötigt.[194] Unterhalb von 40% Erneuerbaren Energien stellt eine Ausregelung durch Wärmekraftwerke sowie eine geringfügige Abregelung von Erzeugungsspitzen der Erneuerbaren Energien eine effizientere Möglichkeit zum Ausgleich dar. Daher werden zusätzliche Speicher in Deutschland frühestens ab dem Jahr 2020 für notwendig gehalten.[195]

In seinem Sondergutachten 100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar von Mai 2010 bekräftigt der von der Bundesregierung eingesetzte Sachverständigenrat für Umweltfragen, dass die Kapazitäten in Pumpspeicher-kraftwerken v.a. in Norwegen und Schweden bei Weitem ausreichen, um schwankende Energiebereitstellung - insbesondere von Windkraftanlagen - auszugleichen. Dabei sei allerdings zu beachten, dass dies den Bau von Höchststromtrassen (umgangssprachlich als Stromautobahnen bezeichnet) in viel größerem Ausmaß voraussetze, als dies im Moment im Rahmen des Netzentwicklungsplanes vorgesehen ist.[196]

Die Entwicklung von wirtschaftlichen Speicherkraftwerken befindet sich zum Teil noch im Frühstadium. Zu den Speichermöglichkeiten gehören:
  • Pumpspeicher-kraftwerke nutzen bei der Speicherung Strom, um Wasser bergauf zu pumpen. Wird wiederum Strom gebraucht, fließt das Wasser wieder nach unten und treibt einen Generator an. Pumpspeicher-kraftwerke werden aufgrund des relativ günstigen Preises zurzeit als Großanlagen eingesetzt. Insbesondere Norwegen verfügt über ein großes Ausbaupotenzial, wodurch es eine wichtige Rolle bei der Stromspeicherung in Europa spielen könnte, sofern geeignete verlustarme Stromleitungen (HGÜs) nach Europa verlegt werden.[197][198]
  • Akkumulatoren: Akkumulatoren und Redox-Flow-Zellen speichern Strom elektrochemisch. Die Preise fallen stark, wodurch diese Speicher immer interessanter werden. Potenzielle Einsatzbereiche befinden sich in Haushalten, z. B. in Form von Solarbatterien, großtechnisch kommen Batterie-Speicherkraftwerke in Frage. Erste Anlagen werden bereits zur kurzfristigen Bereitstellung von System-dienstleistungen eingesetzt.
  • Wärmespeicher: Mit Sonnenwärme wird Wasser erhitzt oder mit überschüssigem Strom Wasser in warme Schichten unter der Erde gepumpt, um dieses natürlich zu erwärmen. Dieses kann für die Beheizung von Gebäuden genutzt werden, die so Wärme vom Tag in der Nacht oder Wärme vom Sommer im Winter nutzen können, oder für die zeitversetzte Stromerzeugung in solarthermischen Kraftwerken, die so in die Lage versetzt werden, 24 Stunden pro Tag Strom aus Sonnenenergie herzustellen.
  • Power-to-Gas: Durch Elektrolyse, ggf. ergänzt durch Methanisierung, lässt sich aus temporär überschüssigem Strom Wasserstoff bzw. Methan erzeugen, welche später bei Bedarf zur Stromproduktion oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden kann. Gespeichert werden kann das EE-Gas in bereits vorhandenen unterirdischen Erdgasspeichern, deren Kapazität bereits heute für eine regenerative Vollversorgung ausreichen würde.[199] Die Effizienz der Wasserstoffspeicherung liegt höher als bei der Methanisierung. Bei der Wasserstoff-speicherung können perspektivisch elektrische Gesamtwirkungsgrade (Elektrolyse ? Speicherung ? Rückverstromung) von 49 bis 55 % erreicht werden.[200] Bei der Methanisierung liegt der Gesamtwirkungsgrad bei Rückverstromung in einem GuD-Kraftwerk bei 39 %. Kommt bei der Gasherstellung sowie der Rückverstromung eine Kraft-Wärme-Kopplung zum Einsatz, sind Gesamtwirkungsgrade bis über 60 % möglich.[201]
  • Power-to-Heat: Überschüssiger Strom wird direkt zur Erzeugung von Wärme für Heizungsanlagen oder Warmwasserbereitung verwendet und ersetzt so fossile Energieträger. Eine Rückwandlung in elektrische Energie ist nur unter bestimmten Voraussetzungen sinnvoll.
  • Thermodynamische Speicher: In Druckluftspeicher-kraftwerken wird Luft in Kavernen gedrückt. Im Bedarfsfall entweicht die Luft wieder, wobei der Luftdruck einen Generator antreibt. In adiabatischen Druckluftspeicher-kraftwerken wird die bei der Kompression freiwerdende Wärme in Wärmespeichern zwischengespeichert und bei der Expansion wieder abgegeben. Somit kann eine Wirkungsgradsteigerung erreicht werden.
  • Schwungrad-Speicher: Ebenfalls zur kurzfristigen Speicherung sowie für Systemdienstleistungen eingesetzt werden können Schwungradspeicher.[202] Schwungräder werden über einen Motor angetrieben, um Energie aufzunehmen. Über einen Generator wird das Schwungrad wieder abgebremst, um so elektrische Energie zu erzeugen. Vorteilhaft ist die sehr hohe Zyklenzahl infolge nur sehr geringer Abnutzung im Betrieb. Nachteilig ist dagegen die vergleichsweise hohe Selbstentladung, weshalb Schwungräder zur Stabilisierung von Stromnetzen und zum Ausgleich von erneuerbaren Energien im Zeitraum eines Tages eingesetzt werden.
Text-Quelle Wikipedia: 
Bitte weiter lesen unter
https://de.wikipedia.org/
wiki/Erneuerbare

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