Physik · P9 · Klima und Energieversorgung
Energieversorgung im Vergleich
Jede Art der Stromerzeugung hat Stärken und Schwächen. Hier stehen Größenordnungen für Kohle, Erdgas, Kernkraft, Wind und Sonne nebeneinander, alle mit Quelle. Welche Mischung die beste ist, sagt diese Seite nicht: Das hängt davon ab, was man für wichtig hält. Das sollst du selbst abwägen und begründen.
So gehst du vor
- 1Schalte zwischen den drei Maßstäben um und lies die Erklärung dazu.
- 2Überlege, welche Quelle bei welchem Maßstab vorne liegt. Gibt es eine, die überall vorne liegt?
- 3Stelle mit den Reglern einen Strommix zusammen, der genau 100 % ergibt.
- 4Vergleiche, wie sich CO₂, Wetterabhängigkeit, Brennstoff und nötige Leistung ändern.
- 5Bearbeite die Aufträge. Es gibt dort keine Musterlösung für die Bewertung: Zähle deine Gründe.
Vergleichen: drei Maßstäbe
Maßstab
- Kohle820 g (740 bis 910 g)
- Erdgas (GuD)490 g (410 bis 650 g)
- Kernkraft12 g (3,7 bis 110 g)
- Wind an Land11 g (7,0 bis 56 g)
- Wind auf See12 g (8,0 bis 35 g)
- Sonne (Photovoltaik)48 g (18 bis 180 g)
CO₂ je Kilowattstunde: Treibhausgase über den ganzen Lebensweg, umgerechnet in CO₂, also auch für den Bau der Anlage und die Gewinnung des Brennstoffs. Der schwarze Strich ist der mittlere Wert (Median) aus vielen Studien, die Farbe zeigt die ganze Spanne. Die Werte sind von 2014: Bei Solarmodulen sind neuere Studien niedriger.
Strommix selbst zusammenstellen
Kohle
0 %Erdgas (GuD)
0 %Kernkraft
0 %Wind an Land
0 %Wind auf See
0 %Sonne (Photovoltaik)
0 %Anteile am Jahresbedarf von rund 500 TWh: es fehlen noch 100 %
Was dein Mix bedeutet
Treibhausgase: rund 0 Millionen Tonnen im Jahr, das sind 0 g je kWh
Davon wetterabhängig: 0 % der Strommenge
Brennstoff, der eingesetzt werden muss: 0 TWh
Nötige Leistung aller Anlagen: rund 0 GW
Rechnung für ein ganzes Jahr: Menge = Leistung · Volllaststunden, bei Kohle mit dem Mittelwert aus Stein- und Braunkohle. Der Rechner weiß nicht, ob der Strom auch zur richtigen Stunde da ist. Windstille Winterwochen, Speicher, Netzausbau und Kosten fehlen, ebenso Flächenbedarf, Abfälle, Unfallrisiken und Rohstoffe. Auch diese Punkte gehören zum Abwägen.
Rechenbeispiel: Wie viele Anlagen sind das?
Aus der Menge E und den Volllaststunden tV folgt die nötige Leistung P = EtV. Beispiel: 100 TWh aus Wind an Land brauchen 100 000 000 MWh1718 h ≈ 58 000 MW. Das sind rund 12 000 Anlagen mit je 5 MW. Für dieselbe Menge aus einem Kraftwerksblock mit 1000 MW und 7700 h braucht man rund 13 Blöcke. Die Zahlen sagen nichts darüber, was besser ist: Es kommt auch auf Fläche, Kosten, Sicherheit und Brennstoff an.
Woher die Zahlen stammen
- Wirkungsgrad: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR_next, „Wenn du Wasser in einem Topf erhitzt …“ (Kernkraftwerk 35 %, andere Kraftwerke über 40 %, Gas-und-Dampf-Kraftwerk 60 %); Agora Energiewende (Annahme 55 % für Gas); Binder, TU Darmstadt 2007 (Kraftwerk Moorburg 46,5 %). Wind: Leistungsbeiwert moderner Rotoren 0,4 bis 0,5, Grenze 16 : 27 nach Betz. Sonne: Serienmodul von Fraunhofer ISE und Heckert Solar 2023 mit 20,5 %, übliche Module 20 bis 22 %.
- CO₂ je kWh: IPCC 2014, Fifth Assessment Report, Working Group III, Annex III, Tabelle A.III.2 (Minimum, Median, Maximum, in Gramm CO₂-Äquivalent je kWh).
- Volllaststunden: Wind 2022: Umweltbundesamt, Zeitreihen erneuerbarer Energien. Photovoltaik 2021: Fraunhofer ISE, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik (Dach 922 h, Freifläche 987 h). Kohle, Gas und Kernenergie 2008: Faltlhauser 2016 (Steinkohle 3550 h, Braunkohle 6650 h). Zusammengestellt im Wikipedia-Artikel „Volllaststunde“. Die Jahre unterscheiden sich, die Werte zeigen nur die Größenordnung.
- Jahresbedarf: AG Energiebilanzen: Bruttostromerzeugung in Deutschland 2024 rund 500 TWh. Kernkraftwerke sind in Deutschland seit April 2023 abgeschaltet, in anderen Ländern laufen sie weiter.
Aufträge
- Erstelle für alle Quellen eine Rangliste nach jedem der drei Maßstäbe. Warum sind die drei Ranglisten verschieden?
- Rechne für Kohle nach: 500 TWh mal 820 g je kWh ergibt wie viele Millionen Tonnen? Prüfe mit dem Regler.
- Warum ist „Kohle läuft nur 3550 Stunden“ etwas anderes als „Sonne liefert nur 950 Stunden“?
- Stelle einen Mix zusammen, der unter 100 g je kWh bleibt, und einen zweiten, der höchstens 30 % wetterabhängig ist. Geht beides zugleich? Welchen Preis zahlst du dafür?
- Nenne drei Punkte, die der Rechner nicht berücksichtigt und die dir wichtig wären. Suche dazu selbst eine Zahl mit Quelle.
- Lege dich fest: Wie sähe dein Mix aus? Begründe ihn in fünf Sätzen. Tausche dich mit jemandem aus, der anders gewählt hat, und nenne das stärkste Argument der anderen Seite.
Kapitel „Treibhauseffekt“. Siehe auch die Seiten „Einfaches Treibhausmodell“ und „Energieumwandlung und Wirkungsgrad“. Einheit der Leistung je Fläche: Wm².