Das Ergebnis in aller Kürze: Wenn alle heute genutzten fossilen Energieträger durch regenerative ersetzt werden sollen, sind Windkraft und PV die tragenden Säulen dieser Transformation. Dafür muß in Deutschland der heutige Bestand an Windkraft- und PV-Anlagen nach einem einfachen Dreisatz etwa verfünfzehnfacht werden. Aus meteorologischen Gründen stimmt dann die aktuelle Produktion fast nie mit dem aktuellen Verbrauch überein. Die Überschüsse und Defizite sind in Deutschland so groß, dass sie, anders als heute, nicht mehr durch Export oder Import ausgeglichen werden können. Deshalb muß im Land gespeichert werden. Strom kann in Batterien gespeichert werden. Das ist sehr teuer. Eine bessere und billigere Alternative ist die Umwandlung überschüssigen Stroms in Methan und dessen Speicherung in ausgeförderten Erdgaslagern. Diese Lager sind dicht und werden heute für die Strategische Gasreserve genutzt. Muss in einem schlechten Erntejahr dem Speicher mehr Gas entnommen werden als er enthält, kann das Defizit aus einem globalen Erdgasspeicher ausgeglichen und diese „Anleihe“ in einem guten Erntejahr wieder zurückgespeist werden. Der erforderliche Austausch nationaler Methanspeicher mit globalen Erdgasspeichern setzt gleiche Speicher-medien, Transportmöglichkeiten und ein effizientes Speichermanagement voraus.

Maßstab für die Kosten sind die Gesamtkosten der heutigen Energieversorgung. Setzt man alle Energieträger zu heutigen Marktpreisen an und lässt den Verbrauch bei Strom und Wärme unverändert, dann erhöhen sich die Gesamtkosten von heute etwa 250 Mrd €/Jahr auf rund 560 Mrd €/Jahr. Mehrere Maßnahmen zur Kosten-senkung bringen die Kosten wieder in die Nähe der heutigen Gesamt-kosten. Die Gesamtinvestition beträgt nach Kostensenkung gut 2.100 Mrd €. Dieses Geld muss nicht der Staat bezahlen. Es sind Kredite an Unternehmen, die damit Geld verdienen können.

Der Kostendruck erzwingt Konkurrenz der Anlagenbetreiber um Netzanschluss und Konkurrenz der Netzbetreiber um Kunden. Damit wird das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) etwa ab 2025 entbehrlich.

Rund die Hälfte der heutigen Gesamtkosten werden für Brennstoffkäufe im Ausland und die Mineralölsteuer gebraucht. Bei CO2-freier Energieversorgung entfallen diese beiden Positionen. Die Zahlungen der Kunden stehen in voller Höhe zur Finanzierung der Anlagen-Investitionen zur Verfügung. Bis zur Tilgung der Kredite gehören die Anlagen der Bank, danach dem Investor. Jeder Kunde, vom Groß-Unternehmen bis zum Hartz IV-Empfänger, bezahlt mit seiner Rechnung einen Teil der Tilgung beim Investor. Es besteht also die Möglichkeit, den Energiekunden mit jeder bezahlten Energierechnung eine Gutschrift über einen Anteil am Eigentum an den Produktionsanlagen und Netzen zu geben. Diese Gutschrift kann am Ende der Tilgung der Bankkredite in Eigentum umgewandelt werden. Das würde Widerstände abbauen. Wer demonstriert schon gegen etwas, das ihm später gehört? Diese Eigentumsfragen kann nur der Gesetzgeber regeln.

Die Umwandlung von Strom in Methan und die Industrialisierung dieses zweistufigen Prozesses müsste Teil der Wasserstoff-Strategie der Bundesregierung werden. Auf alles andere, wie zum Beispiel die ständige Novellierung des EEG, sollte der Staat künftig verzichten können.

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Zusammenfassung

CO2-freie Energieversorgung heißt: Ersatz aller heute für Strom, Wärme und Verkehr genutzten fossilen Energieträger bis 2050 durch regenerative. Untersucht werden im fölgenden die Bundesrepublik Deutschland und, als konkrete Anwendung, das Augustinum Ammersee in Dießen.

2015 beträgt der Anteil der fossilen Energieträger am Gesamtverbrauch etwa 85%. Die Regenerativen teilen sich auf in 10% für Biogas + Biomasse + Wasserkraft und rund 5% für Windkraft + Photovoltaik (PV). In Summe sind Biogas, Biomasse und Wasserkraft aus geografischen Gründen nur noch geringfügig ausbaufähig. Das Ausbaupotential von Windkraft und PV ist praktisch unbegrenzt. Dieses Potential muss vor allem genutzt werden, um alle fossilen Energieträger bis 2050 durch regenerative zu ersetzen. Dafür muss der Bestand an Windkraft- und PV-Anlagen des Jahres 2015 bis 2050 um einen Faktor von 85%/5% = 17 vervielfacht werden. Da Windkraft- und PV-Anlagen heute industriell voll entwickelt sind, kann der Ausbau einfach durch Vergrößerung der heutigen Anlagenzahl erfolgen. Dieser Ausbau wird das Land grundlegend verändern. Solange es keine anderen regenerativen Energiequellen gibt, ist dies der einzige Weg zu einer CO2-freien Energieversorgung. Echte Einsparungen wie z.B. im Verkehr, sollten sie erreicht werden, verkleinern den Ausbaufaktor.

Ähnlich sieht es im Augustinum Ammersee aus. 2017 betrug der Anteil der fossilen Energieträger Erdgas und Öl/Benzin 86%, 14% Regenerative entfallen auf die Abwärme eines virtuell mit Biogas betriebenen Blockheizkraftwerks. 2050, wenn Öl/Benzin für Autos und Erdgas für Heizung nicht mehr zu haben sind, muß der Energieverbrauch durch eine PV-Anlage auf dem Dach und ein bis zwei 3-MW-Windkraftanlagen gedeckt werden. Diese Windkraftanlagen können irgendwo in Deutschland stehen. Der Stromtransport nach Dießen muß extra bezahlt werden..

Einzelheiten dazu im Abschnitt "Energieverbrauch und -produktion". Dafür klicken Sie hier auf Deutschland oder Augustinum

Die Stromproduktion aus Windkraft und PV folgt nicht dem Verbrauch, sondern einem meteorologischen Zyklus. Obwohl im Jahresmittel Produktion und Verbrauch gleich groß sind, ist die aktuelle Produktion entweder deutlich größer als der Verbrauch, oder zeitweise fast Null. Will man Überschüsse nicht durch Abregeln der Produktionsanlagen beseitigen und Defizite nicht durch schnell zuschaltbare (Gas-)Kraftwerke kompensieren, muß man speichern. Speichern kann man Strom in Batterien oder, nach Umwandlung in Gas (Wasserstoff oder Methan), in Untertagespeichern.

Einzelheiten dazu im Abschnitt "Speicher". Dafür klicken Sie hier auf Deutschland oder Augustinum

Kommen wir zum Geld. Die CO2-freie Energieversorgung kostet in Deutschland, je nach Einsparszenario zwischen 4.600 Mrd € und 2.300 Mrd €. Beim Augustinum liegen zwischen 18 und 7 Mio €. Dieses Geld muß nicht der Staat bezahlen. Es sind Kredite an Unternehmen, die damit, wie bei jedem Investment, Geld verdienen können. Die heutigen Gesamtkosten der Energieversorgung für Deutschland betragen etwa 250 Mrd €/Jahr. Gut die Hälfte davon wird für den Kauf von Kohle, Öl, Erdgas und Uran im Ausland und für die Mineralölsteuer im Inland ausgegeben. Setzt man jede 2050 regenerativ erzeugte Kilowattstunde zu heutigen Preisen (in €/kWpeak) an, dann ergeben sich mit 4% Zins und 7% für Reparatur/Wartung + Tilgung + Gewinn bei Szenario A Gesamtkosten für Deutschland in Höhe von 587 Mrd €/Jahr, also gut das Doppelte der heutigen Kosten. Beim Augustinum ist es etwa das Dreifache.

Die Hoffnung, dass die Preise regenerativer Energieträger oder der Verbrauch auf weniger als die Hälfte fallen, um die Kosten in die Nähe der heutigen Gesamtkosten zu bringen, ist eine Illusion. Bleibt nur die Senkung der Kosten. Untersucht wurden 4 Szenarien zur Kostensenkung. Das wichtigste darunter: Ersatz aller Kohle- und Ölheizungen durch elektrische Luft-Wärmepumpen mit Methanunterstützung

Mit den Kostensnkungsmaßnahmen kommen die Kosten 2050 tatsächlich in die Nähe der heutigen Gesamtkosten. Jede weitere Energieeinsparug, wie z.B. die im Bereich Verkehr von 2015 auf 2050, senkt die Gesamtkosten weiter.

Einzelheiten dazu im Abschnitt "Maßnahmen zur Kostenreduktion". Dafür klicken Sie auf Deutschland oder Augustinum 

Mehr finden Sie im Abschnitt "Das Gesamtergebnis in Zahlen". Klicken Sie auf Deutschland oder Augustinum

Heute verdienen alle Anbieter von fossilen Energien Geld. Anderenfalls würden sie dieses Geschäft nicht machen. Ab 2050 entfällt diese Geschäftsgrundlage, weil es keine fossilen Energien mehr gibt. Können die Anbieter regenerativer Energien an deren Stelle treten? Heute regelt den Einsatz regenerativer Energieträger das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG). Nach EEG wird der produzierte Strom nicht an die Verbraucher geliefert und mit ihnen abgerechnet, sondern an der Leipziger Strombörse verkauft. Die Differenz zwischen dem erzielten Börsenerlös und dem gezahlten EEG-Erlös wird als EEG-Umlage im Nachhinein auf die Stromkunden umgelegt. Die EEG-Umlage ist ein ständiges Ärgernis für private Stromverbraucher, weil sie die Umlage nicht beeinflussen können und die meisten industriellen Verbraucher davon befreit sind.

Was passiert, wenn 2050 die gesamte Energieproduktion, nach EEG abgerechnt und der Strom an der Leipziger Strombörse verkauft wird? Dann würde praktisch der gesamte Energiemarkt den EEG-Erlösen für Windkraft, PV und Wasserkraft unterliegen. Das wäre Planwirtschaft pur. Der Verkauf des gesamten Stroms an der Börse würde bedeuten, dass bei einem meteorologisch bedingten Überangebot die Anlagen adgeregelt würden, um die Preise nicht zu verderben. Bei meteorologisch bedingtem Defizit müßte teurer Import oder fossile Zusatzproduktion dafü sorgen, dass die Preise nicht in die Höhe schießen.

Die Lösung sind Speicher. Einbeziehung von Speichern würde das heute schon "bürokratische Monster EEG" um eine neue Komponente erweitern. In seiner Wirkung hat das EEG bis heute die Erlöse für regenerative Energien ständig abgesenkt und die Mengen "gedeckelt". Es hat genau das Gegenteil dessen bewirkt, was bis 2050 erforderlich wäre.

Schon diese Überlegungen zeigen, dass das EEG für die Organisation einer CO2-freien Energieversorgung nicht geeignet ist. Das setzt sich fort mit dem Anschluß von Erzeugungsanlagen an das Netz. Unter dem EEG hat jeder Anlagenbetreiber das Recht zum Anschluß seiner Anlage an das Netz. Im Interesse der Verbraucher wäre es

jedoch besser, wenn nur derjenige das Recht zum Anschluß nutzen kann, der den Strom am billigsten ins Netz einspeist. Genau das sieht das EEG jedoch nicht vor. Das geht nur durch Wettbewerb der Anbieter von Erzeugungsanlagen. Diesen Wettbewerb kann nur der Netzbetreiber organisieren. Denn nur er kann entscheiden, ob der Preis

eines Anlagenbetreibers mit dem Preis für Strom und Methan kompatibel ist, den er mit seinen Kunden vereinbart hat. Der Netzbetreiber ist in seiner Entscheidung aber nicht frei, denn auch er unterliegt dem Wettbewerb. Reichen seine Einnahmen aus dem Verkauf von Strom und Methan an seine Kunden nicht aus, um die Kosten zu decken, die er mit seinen Anlagenbetreibern für deren Einspeisung in sein Netz vereinbart hat, wird er vom Markt verschwinden und durch einen anderen Netzbetreiber ersetzt werden, der das besser kann.

Die vertraglichen Bindungen zwischen Kunden, Netzbetreibern und Anlagenbetreibern sollten langfristig sein, also etwa 20 Jahre dauern. 2050 wird die Struktur von Kunden und Anlagenbetreibern regional sein. Die Zahl der Netzbetreiber sollte sich an der Zahl der Methanspeicher orientieren, um die Transportwege für Strom und Methan möglichst kurz zu halten. Die Zahl der regionalen Netzbetreiber wird sich von heute etwa 700 auf rund 30 reduzieren. 

Neben dem Preis ist die Höhe der Kundenbeteiligung ein Element des Wettbewerbs. Kundenbeteiligung heißt, dass jedem Energiekunden, vom Großunternehmen bis zum Hartz IV-Empfänger, mit seiner bezahlten Energierechnung ein Teil des Eigentums an der Anlage, aus der er seine Energie bezogen hat, gutgeschrieben wird, Heute ist es so, dass kreditfinanzierte Anlagen so lange der Bank gehören, bis der Kredit getilgt ist. Danach gehört die Anlage dem Investor, obwohl der Kunde mit der Bezahlung seiner Energierechnung auch die Tilgung und die Abschreibung bezahlt hat. Da liegt es nahe, den Kunden am Eigentum der Anlage zu beteiligen. Mit der Beteiligung der Kunden am Eigentum der Anlagen wird ein Weg geöffnet, um Widerstände der Bürger gegen Windmühlen, Stromtrassen und Speicher abzubauen. Wer demonstriert schon gegen etwas, an dem er später beteiligt ist?

Einzelheiten in den Abschnitten "Kundenbeteiligung". Klicken Sie dazu auf Deutschland oder Augustinum

Wie im Abschnitt "Speicher" gezeigt wurde, ist Methan das billigste und am besten geeignete Speichermedium. Erforderlich sind dafür Anlagen zur Umwandlung von Strom in Methan. Diese Anlagen sind einerseits mit dem Stromnetz und andererseits mit dem Gas(=Methan)-Netz verbunden. Die Methanspeicher müssen beladen und wieder entladen werden. Damit erweitert sich die Rolle der Verteilnetzbetreiber gegenüber heute ganz wesentlich. Die heute sehr schwache Konkurrenz der Verteilnetzbetreiber wird sich bis 2050 zum Nutzen der Kunden deutlich intensivieren.

Einzelheiten finden Sie in den Abschnitten "Schlußfolgerungen". Klicken Sie dazu auf Deutschland oder Augustinum

Ferner finden Sie dort einen Aktionsplan für die Umsetzung des Projekts "CO2-freie Energieversorgung", bis 2023 mit EEG, danach ohne EEG.

Wichtigste Aufgabe der Wirtschaft ist bis 2025 die Industriealisierung der Anlagen zur Konversion von Strom in Methan. Am Elektrolyseur wird im Rahmen des Wasserstoffprogramms der Bundesregierung gearbeitet. Es fehlt die Industrialisierung der zweiten Umwandlungsstufe Wasserstoff in Methan (Sabatier-Prozeß), für die es bisher nur einen Prototyp in Werlte gibt. Das Kostenziel 1.000 €/kWpeak für jede Umwandlungsstufe sollte verifiziert werden. Wird es um 100% verfehlt, steigen die Gesamtkosten um 15% an. 

Dem Bürger wird zugemutet, den Konflikt zwischen seinem Wunsch nach CO2-freier Energieversorgung und der Optik und dem Schall zahlreicher Windräder auzuhalten. Die Kundenbeteiligung könnte diesen Konflikt abmildern. Aufgabe des Staates ist die Umsetzung der Kundenbeteiligung in ein geeignetes Gesetz.

Praktisches Werkzeug der folgenden Untersuchung ist ein mathematisches Modell der Energieversorgung in Form einer Excel-Tabelle. Sie bildet die Produktion und den Verbrauch für Deutschland und das Augustinum Ammersee im Stundentakt über ein ganzes Jahr ab. Alle Ergebnisse werden durch Bilden der Bilanzen für Strom, Wärme, Verkehr und Speicher, sowie die Gesamtbilanz (Produktion = Verbrauch + Verluste) überwacht.

Zusammengefaßt wurde wie folgt vorgegangen: Maßstab für alle folgenden Überlegungen ist der Verbrauch an Endenergie. Verluste werden nur insoweit berücksichtigt, als sie bei der Umwandlung von Endenergie, wie z.B. Strom in Wasserstoff, entstehen. Im Jahr 2015 entspricht in Deutschland der Verbrauch an Endenergie mit etwa 2.500 TWh der Jahresproduktion von rund 250 Kernkraftwerken vom Typ Biblis. Im Augustinum Ammersee entspricht der Verbrauch im Jahr 2017 mit knapp 8.000 MWh etwa der Jahresproduktion von ein bis zwei 3-MW Windkraftanlagen. Der Pro-Kopf-Verbrauch (in kWh/Jahr oder kW) ist in der Größenordnung für Deutschland (2,9 kW) und für das Augustinum Ammersee (2,1 kW) vergleichbar. Der Unterschied kommt daher, dass im Wert für Deutschland der Industrieverbrauch enthalten ist.

Einzelheiten dazu können Sie im Abschnitt "Basisdaten der Energieversorgung" sehen. Dafür klicken Sie hier auf Deutschland oder Augustinum.

Für die Bereiche Wärme und Strom wird 2050 derselbe Verbrauch an Endenergie angesetzt wie 2015. Dafür gibt es vor allem zwei Gründe:

1. bei der Industrie sind die meisten Einsparpotentiale aus Kostengründen schon heute praktisch ausgeschöpft

2. beim Bürger wirkt der sogenannte "rebound-effect". Dieser Effekt bedeutet, dass Einsparungen fast immer durch mehr Konsum aufgefressen werden.

Beim Verkehr ist der Verbrauch an Endenergie 2050 kleiner als 2015. Grund: es wird angenommen, dass 1/3 aller Fahrzeuge für Elektroantrieb ausgelegt ist. Der bessere Wirkungsgrad von Elektro-Motoren gegenüber Verbrennern führt zu einer Einsparung an Endenergie. Die übrigen Fahrzeuge werden mit Methan aus dem Speicher betankt.