Die Summe des Jahresverbrauchs in Bild 3E und der Jahresproduktion in Bild 4 E sind gleich, wie die Gesamtbilanz es erfordert. Die Verluste, aber auch die Stromproduktion sind wegen der Begrenzung der Konverter-Leistung in Bild 7 größer als in Bild 4D.
Der Saldo aus Verlusten und Einsparungen bei der Konverter-Leistung führt zu einer Reduktion der Gesamtkosten.
Details, wie die Gesamtkosten der Szenarien sich zusammensetzen, finden Sie im folgenden Kapitel "Das Gesamergebnis in Zahlen".
Die Dauerlinie in Bild 6 sagt nur, dass eine Leistung von 1,5 MW für etwa 1.500 Stunden zur Verfügung steht und die nutzbare Leistung für den Rest des Jahres darunter liegt. Der Verlust an Jahresertrag gegenüber einer Anlage mit 3 MW kann durch zusätzliche Windkraftkapazität derselben Leistung ausgeglichen werden, die aber nur wenige Stunden im Jahr genutzt wird. Grund: wichtig für die Kosten ist, dass die Maximalleistung von 1,5 MW zu keinem Zeitpunkt im Jahr überschritten wird.
Beim Vergleich der Bilder 4C und 4D sieht man, dass die Verluste und die Stromproduktion deutlich größer geworden sind. Der Grund ist der Entfall der oberen schraffierten Fläche in Bild 6 als Folge der Leistungsreduktion einer Schwachwindanlage. Der Entfall muß durch zusätzliche Anlagen ausgeglichen werden. Deren Produktion geht in den Speicher, weil sie nicht zum selben Zeitpunkt wie Leistungsreduktion gebaucht wird.
Die Kostenreduktion ist der Saldo aus Einsparung bei den Anlagen und den Kosten der Zusatzkapazität.
In den beiden Prozessen zur Konversion von Strom in Methan (Elektrolyseur und Mehaniseur) treten Verluste in Form von Wärme mit Temperaturen unter 100°C auf. Die Wärme kann man immer dann nutzen, wenn sie für Gebäudeheizung gebraucht wird. Wenn Elektrolyseur und Mehaniseur im Haus stehen, kann die Abfallwärme direkt in die Heizungsanlage eingespeist werden. Stehen Elektrolyseur und Mehaniseur an einem anderen Standort, kann die Abfallwärme über das dortige Nahwärmenetz an die angeschlossenen Nutzer verkauft werden. Diese Einsparung ist in der Gesamtrechnung enthalten. Durch die Nutzung der Konversionsverluste für die Heizung muß weniger Strom produziert, transportiert und konvertiert werden. Die nicht nutzbaren Verluste entstehen vor allem im Sommer, wenn weniger Bedarf an Heizwärme besteht.
In diesem Szenario wird die Gasheizung des Hauses durch eine Luft-Wärmepumpe ersetzt, weil auch Gasheizungen nicht CO2-frei betrieben werden können.
Wärmepumpen sind ein seit über hundert Jahren bekannter Prozeß, um der Umgebung Wärme zu entziehen und unter Energieaufwand auf eine höhere Temperatur (z.B. für Raumheizung) zu bringen. Grob gesagt: man kann mit 1 kWh Strom verlust- und abgasfrei etwa 2 bis 3 kWh Wärme von Umgebungstemperatur auf Raumtemperatur anheben. Dadurch sinken die Kosten der Produktion, der Konversion und des Transports von Strom.
Eine Wärmepumpe ist die einzige Möglichkeit, die CO2-Emissionen des Heizens auf Null zu bekommen. Die Kosten der Wärmepumpe sind mit 1.500 €/kW in der Gesamtrechnung enthalten.
Zu Szenario A:
Hier wird der gesamte Energieverbrauch für Strom, Wärme und PKW's des Jahres 2050 in Höhe von 7.800 MWh durch die Abwärme aus dem heute schon betriebenen Biogas-BHKW, eine PV-Anlage auf dem Dach und ein bis zwei 3 MW-Windkraftanlagen gedeckt. Die Windkraftanlagen können irgendwo in Deutschland stehen. Der Verbrauch stimmt bis auf den Sektor Verkehr (PKW's) mit dem Verbrauch des Jahres 2017 überein. Der Ausschnitt in Bild 3 zeigt die Betankung der Autos, nachts mit Strom und tags mit Gas aus dem Netz.
Der Vergleich der Bilder 3 und 4A (übereinstimmend mit Bild 4) zeigt die ganze Dramatik der CO2-freien Energieversorgung des Augustinum Ammersee: wegen der fast niie mit dem Verbrauch übereinstimmenden Produktion müssen große Strommengen (etwa 5.000 MWh/Jahr) in Mthan konvertiert, im Gasnetz gespeichert und zu einem anderen Zeitpunkt dem Netz wieder entnommen werden. Die bei der Konvertierung entstehenden Verluste kosten Geld, das die Gesamtkosten in die Höhe treibt. Die Gesamtkosten 2050 von gut 2.100 T€/Jahr sind deutlich höher als die Kosten im Jahr 2017 (752 T€/Jahr). Deshalb die folgenden "Maßnahmen zur Kostenreduktion" in den Szenarien B bis E.
Szenario
A Ersatz aller fossilen Energieträger des Jahres 2017 durch regenerative bis 2050
B Ersatz der Erdgasheizung durch eine Luft-Wärmepumpe mit Unterstützung durch Gasbrenner für Methan
C Nutzung der Verlustwärme aus der Konversion von Strom Methan für Heizzwecke
D Kauf und Einsatz einer 3 MW-Schwachwind-Anlage
E Absenkung der Maximalleistung der Strom-Konversionsanlage (Elektrolyseur und Methaniseur)
Werden alle Szenarien zur Kostenreduktion realisiert, kommen die Gesamtkosten 2050 mit 749 T€/Jahr in die Nähe der der heutigen Gesamtkosten in Höhe von 752 T€/Jahr.
Trägt man einen über das Jahr verteilten Wert unterschiedlicher Größe und Dauer nach Größe geordnet über den Stunden des Jahres auf, dann erhält man eine sogenannte Dauerlinie. Bild 5 zeigt die Dauerlinie des Windangebots bei Hof für eine Nabenhöhe von 135 m. Windgeschwindigkeiten über 20 m/s gibt es nur für wenige Stunden im Jahr, während Wind mit weniger als 1 m/s praktisch das ganze Jahr über bläst. Bild 6 zeigt die aus Bild 5 errechnete Dauerlinie einer 3 MW-Windkraftanlage Enercon E 101. Die Anlage wird bei 12 m/s abgeregelt (Bild 5) und erreicht für gut 500 Stunden pro Jahr eine Maximalleistung von 3 MW (Bild 6). Für den Rest des Jahres läuft sie mit geringerer Leistung. Die Fläche unter der Dauerlinie ist der Jahres-Energieertrag in Höhe von etwa 6.700 MWh.
Die Kosten einer Windkraftanlage sind - vereinfacht! - proportional zur Höchstleistung. Die Gestalt der Dauerlinie besagt: wenn man die Höchstleisung, und damit die Kosten, halbiert, verliert man nur etwa 20% des Jahres-Energieertrags. Diesen Verlust muß man durch zusätzliche Anlagenkapazität ausgleichen. Das zeigen die schraffierten Flächen in Bild 6. Die farbigen Pfeile in Bild 5 und 6 zeigen, dass die Höchstleisung der Enercon E 101 halbiert wird, wenn die Anlage nicht bei 12 m/s, sondern schon bei 9,5 m/s abgeregelt wird. Die Kosten dieser sogenannten "Schwachwindanlagen" sind der Saldo, gebildet aus der Einsparung durch Leistungsreduktion und den Mehrkosten durch Zusatzkapazität. Diese Kosten sind in der Gesamtrechnung enthalten.
Die Kostenreduktion besteht aus dem Saldo der Einsparung beim Konverter und den Kosten für zusätzliche Windkraftkapazität. Möglich wird die Kostenreduktion dadurch, dass die Einsparung und die Mehrkosten nicht zeitgleich sein müssen, weil das Gasnetz über das Jahr für einen Ausgleich sorgen kann. Den Verlust aus Bild 7 kann man gut beim Vergleich der Verluste in den Bildern 4 D und 4 E erkennen.
Auch Konversionsanlagen haben Dauerlinien. Ähnlich wie Windkraftanlagen laufen sie wenige Stunden im Jahr mit Höchstleistung und den Rest des Jahres mit reduzierter Leistung. Begrenzt man Konversionsanlagen in der Höchstleistung, dann müssen die zuliefernden Windkraftanlagen entsprechend abgeregelt werden, weil Leistungsspitzen nicht mehr in Methan umgewandelt werden können. Das ist ein echter Verlust. Dieser Verlust muß durch zusätzlich zu errichtende Windkraftanlagen ausgeglichen werden.
Die Gesamtkosten der Energieversorgung des Augustinum Ammersee betragen 2017 etwa 700 T€ pro Jahr. Ersetzt man im Jahr 2050 alle heute verbrauchten fossilen Energieträger durch regenerative, dann kostet die gesamte Energieversorgung etwa 2.100 T€, also rund das Dreifache. Das immer wieder zu hörende Argument, eine 100% regenerative Energieversorgung sei unbezahlbar, entbehrt also nicht einer gewissen Realität.
Es wird unterstellt, dass 2050 dieselbe Energiemenge (in kWh) verbraucht wird, wie 2017. Mit einer Ausnahme: bei einem Drittel der PKWs wird durch den besseren Wirkungsgrad von Elektromotoren, verglichen mit heutigen Verbrennern, weniger Antriebsenergie verbraucht. Die Stückkosten für PV-Module und die Windkraftanlage(n) wurden in derselben Höhe angesetzt, wie sie heute kosten. Grund: die Anlagen sind industrialisiert und lassen deshalb keine wesentlichen Kostendegressionen mehr erwarten. Eine Unsicherheit ist die noch ausstehende Industrialisiertung einer Anlage für die Konversion von Strom in Methan, bestehend aus Elektrolyseur und Mehtaniseur. Dafür gibt es den Audi-Prototyp in Werlte. Für Elektrolyseur und Mehtaniseur wurden hier jeweils 1.000 €/kW(peak) am Ende der Degressionskurve angesetzt. Diese Kosten müssen im Rahmen einer Industrialisierung noch verifiziert werden. Eine weitere Unsicherheit sind die Kosten für den Stromtransport vom Standort der Windkraftanlage(n) nach Dießen. Hier wurden 3,5 c/kWh angesetzt.
Referenz sind die abgerechneten Jahreskosten 2017 für Strom (1.597 MWh zu 0,18 €/kWh) und Wärme (4,922 kWh zu 0,05 €/kWh), sowie die an Tankstellen bezahlten Käufe von Treibstoff für 140 Pkw bei einer Fahrleisung von 20.000 km, einem Verbrauch von 6 l/100 km und einem Preis von 1,30 €/l. In Summe kommt man damit auf 752 T€ für 2017.
Durchgerechnet wurden auf Basis 100% regenerativ das Basisszenario A (keine Kostensenkung) und vier Szenarien B bis E für die Kostensenkung:
