Die „natürlichen Kapazitätsfaktoren“ sind weltweit ein direktes Ergebnis des Standorts der Wind- oder Solaranlage.
Sie sind in keiner Weise von der eingesetzten Technologie abhängig und können nicht beeinflusst werden.
Anmerkung: Dieser Artikel erschien ursprünglich im Englischen. Wir übersetzen hier das englische „capacity factor“ mit „Kapazitätsfaktor“. Kapazitätsfaktor wird allerdings oft auch als „Nutzungsgrad“ bezeichnet.
Wenn es um die Stromerzeugung geht, werden Begriffe wie Kapazitätsfaktor („capacity factor“), Auslastung („utilization“) und Lastfaktor („load factor“) oft wie Konfetti bei einer Parade herumgeworfen. Dabei sind diese Begriffe nicht gleichbedeutend miteinander. Der Begriff „Kapazitätsfaktor“ wird in der Presse, sicherlich auch in der Politik und sogar unter „Energieexperten“, oft verwirrend verwendet.
Das ist allerdings verständlich. Zu wissen, was Begriffe wie „natürlicher Kapazitätsfaktor“ (nCF), „Auslastung“, Lastfaktor“ und „Wirkungsgrad“ wirklich bedeuten und was mit weiteren Investitionen beeinflusst/verbessert werden kann, ist meiner Meinung nach ein entscheidendes Teil des Puzzles „erneuerbare Energien“ … nun, wie immer bei einem Puzzle sollten wir mit einigen Eckpfeilern beginnen…
Aber zuerst ein paar Worte zu meiner Motivation und auch zu meiner Voreingenommenheit.
Warum interessiert mich das…
Energie ist all-umfassend, die Grundlage für alles um uns herum. So offensichtlich und einfach es auch sein mag, habe ich Jahrzehnte gebraucht, um dies wirklich zu verinnerlichen.
Ich bin mit Energie und Rohstoffen aufgewachsen, aber ich habe erst vor 20 Jahren angefangen, mit Rohstoffen und Energie zu arbeiten, als ich Rohstoffhändler wurde.
In dieser Zeit verbrachte ich einen großen Teil meiner beruflichen Laufbahn auf den globalen Kohlemärkten, aber auch in der Windenergiebranche. Beruflich beschäftigte ich mich auch mit Zement und Erzprodukten wie Eisenerz, Lithiumerz, Kupfererz, Chromerz und vielem mehr. Ich bin eindeutig voreingenommen!
Deshalb wird mir oft gesagt, dass ich keine „Autorität“ habe, um über Wind- oder Solarenergie zu sprechen. Oder dass ich aufgrund meines Hintergrunds im Bereich „konventionelle Energie“ als Rohstoffhändler, der Rohstoffe, einschließlich Kohleprodukte, vermarktet, „voreingenommen“ sei. Vielleicht ist es an der Zeit, diese beiden Punkte klarzustellen und zu erläutern, warum ich mich mit Wind- und Solarenergie mit so viel Interesse und Leidenschaft beschäftige.
Was meine Kompetenzen angeht, so bin ich Energieökonom mit einigen Jahrzehnten Erfahrung auf den Rohstoff- und Energiemärkten und in der Strategieberatung. Außerdem war ich 3 Jahre lang Geschäftsführer eines kleinen Windparks in Deutschland. Elektrizitätssysteme sind komplex, und ich lerne immer noch dazu.
Das Aufkommen von Wind- und Solarenergie im Netz, das zwar weitgehend mit guten Absichten entwickelt und umgesetzt wurde, ist buchstäblich eine Revolution für die Strommärkte, die, wie ich gelernt habe, unerwünschte Folgen hat. Diese Folgen habe ich in den letzten 10 Jahren untersucht, und ich treffe mich weiterhin mit politischen Entscheidungsträgern, Bildungseinrichtungen, Verbrauchern und Erzeugern auf der ganzen Welt in Bezug auf den Strommarkt. Meine „Autorität“ ergibt sich nicht aus meiner Ausbildung, meiner Erziehung oder irgendeinem Titel oder einer Veröffentlichung, sondern aus meiner tiefen Neugier und meiner völligen finanziellen und organisatorischen Unabhängigkeit in dieser Hinsicht. Dies, gepaart mit einem fast zwanghaften Interesse an kritischem Denken und Optimierung, hat mich dorthin geführt, wo ich heute bin.
Zu meiner Voreingenommenheit und meinen Motivationen. Ich spreche mich FÜR disponierbare (konventionelle) Energiesysteme aus, weil sie kostengünstig und zuverlässig sind. Während ich ausgewählte netzunabhängige Wind- und Solarprojekte unterstütze, spreche ich mich wegen der hohen Systemkosten, der Unzuverlässigkeit und der daraus resultierenden wirtschaftlichen und ökologischen Nachteile GEGEN netzgebundene fluktuierende Wind- und Solarsysteme aus. In meinen langjährigen Forschungen habe ich gelernt, dass große netzgebundene Wind- und Solarsysteme die Energieknappheit und die Kosten erhöhen. Die Strompreise werden daher steigen und damit auch die Preisvolatilität (Abbildung 1).
Ich möchte darauf hinweisen, dass die fossile Brennstoffindustrie in Zeiten der Energieknappheit florieren wird. Denn Zeiten der Energieknappheit werden immer mit hohen und schwankenden Rohstoff- und Strompreisen begleitet, was zu zusätzlichen Gewinnen für alle führt, die Energierohstoffe produzieren oder sogar damit handeln und Strom erzeugen. Die Rekordgewinne der großen Öl-, Gas- und Kohlekonzerne in den letzten 3 Jahren sind ein Beleg dafür.
Daher besteht für mich eher ein negativer Anreiz, über die Vermeidung von Energieengpässen in der Welt zu schreiben. Aus persönlicher wirtschaftlicher Sicht sollte ich schweigen. Meine Motivation ist jedoch, aufzuklären und zu erforschen, was für die Welt richtig ist und was wir tun können, um unsere Energieerzeugung zu optimieren. Ich bin von ganzem Herzen dafür, die Umweltbelastungen durch unser Energiesystem weiter zu reduzieren.
Was die Zukunft anbelangt, so wird deutlich, dass INvestitionen in und nicht DIvestitionen aus konventionellen Energieformen der einzig gangbare ökologische und wirtschaftliche Weg sind, bis wir eine sogenannte Neue Energierevolution erreichen. Die Neue Energierevolution ist der Zeitpunkt, an dem sich die Menschheit nachhaltig von fossilen Brennstoffen lösen kann. Ein solches neues Energiesystem kann völlig neuartig sein, möglicherweise eine Kombination aus Kernfusion oder Kernspaltung, Sonnenenergie, Gezeitenenergie, Erdwärme oder einer derzeit noch unbekannten Energiequelle. Es würde wahrscheinlich die Kraft der Kernkraft, die Kraft unseres Planetensystems (d. h. Sonne, Schwerkraft) und die Energie aus dem Inneren unseres Planeten nutzen. Mit den heutigen Wind- und Photovoltaiktechnologien wird sie aufgrund der physikalischen Grenzen der Energiedichte bzw. der pro m2 verfügbaren Energie und – was am wichtigsten ist – ihrer Intermittenz wenig zu tun haben.
Zur Verwirklichung dieser neuen Energiewende müssen wir die neuesten verfügbaren Technologien installieren und nutzen, nicht nur, aber vor allem bei der Kohle, die zu relativ geringen Kosten verfügbar ist.
Wir müssen alle möglichen Maßnahmen ergreifen, um die Netto-Energieeffizienz (eROI) bei der Stromerzeugung zu erhöhen und – völlig unabhängig davon und ganz eindeutig – die Energieeffizienz bei der Stromnutzung weiter zu steigern.
Daher fordere ich die Energiepolitiker auf, sich wieder auf die drei Ziele der Energiepolitik in dieser Reihenfolge zu konzentrieren: (a) Zuverlässigkeit, (b) Bezahlbarkeit und (c) ökologische Nachhaltigkeit. Daraus ergeben sich zwei Wege für die Zukunft der Energie:
(1) Investitionen in Bildung und Grundlagenforschung, um den Weg zu einer Neuen Energierevolution zu ebnen, in der die Energiesysteme nachhaltig von fossilen Brennstoffen entwöhnt werden können, wobei die Energieverfügbarkeit pro Kopf steigt.
(2) Parallel dazu muss die Energiepolitik Investitionen in konventionelle Energiesysteme unterstützen, um deren Wirkungsgrad zu verbessern und die Umweltbelastung durch die Energieerzeugung für unser Leben zu verringern, zumindest bis die Neue Energierevolution verwirklicht ist. Dazu gehören bei der Stromerzeugung – in der Reihenfolge ihrer Bedeutung – Kohle, Gas, Kernkraft, Wasserkraft, Abfall und Geothermie.
Nun zurück zu der entscheidenden Frage des Kapazitätsfaktors.
Abbildung 1: Volatilität der europäischen Strompreise. Anmerkung: Durchschnittliche Marktpreise für 5 Länder. Für Deutschland wird eine modifizierte Kurve dargestellt, bei der negative Preise stattdessen auf 0 gesetzt wurden, um die Auswirkungen großer negativer Preise auf die Durchschnittspreise hervorzuheben. – Quelle: Julian Jumaux substack, Juni 2024, basierend auf öffentlich zugänglichen Informationen
- Natürlicher Kapazitätsfaktor (nCF), Auslastung, Lastfaktor und Wirkungsgrad… was bedeutet das alles?
Der „natürliche Kapazitätsfaktor (nCF)“ ist der Prozentsatz der maximal möglichen Leistung des „Kraftwerks“ (Kohle, Gas, Kernkraft, Sonne, Wind, Wasser usw.), die unter den natürlichen Bedingungen des Standortes erreicht wird, wobei keine betrieblichen oder technischen Störungen oder Ausfälle angenommen werden.
Um Verwirrung zu vermeiden, verwende ich in meinen Texten nach Möglichkeit den Begriff „natürlicher Kapazitätsfaktor“ anstelle des kürzeren „Kapazitätsfaktors“.
Ich definiere „Auslastung“ als den prozentualen Anteil der im Jahresdurchschnitt genutzten tatsächlich verfügbaren Leistung des Kraftwerks, der nur durch technische, betriebliche oder wirtschaftliche Ausfälle oder Kürzungen reduziert wird… völlig unabhängig vom natürlichen Kapazitätsfaktor nCF.
Der „Netto-Lastfaktor“ ist – nach meiner Definition – das Produkt aus natürlichem Kapazitätsfaktor und Auslastung.
- natürlicher Kapazitätsfaktor (nCF) x Auslastung = Nettolastfaktor
Wenn wir also vom natürlichen Kapazitätsfaktor sprechen, beziehen wir uns nur auf den von der Natur abgeleiteten Kapazitätsfaktor, nicht auf die technologisch oder betrieblich bedingte „Auslastung“ (oft als Betriebszeit, Anlagen-Auslastungsfaktor oder „plant load factor PLF“ bezeichnet).
Mit anderen Worten: Wenn die Technik versagt oder ein Kraftwerk absichtlich abgeschaltet wird, verringert sich zwar die Auslastung, nicht aber der natürliche Kapazitätsfaktor.
Keiner dieser Begriffe hat etwas mit dem Wirkungsgrad zu tun, der das Verhältnis zwischen der Nutzleistung einer Energie-Umwandlungsmaschine (oder Fabrik oder Anlage) und dem Energieeinsatz misst. So ergibt sich z. B. der prozentuale Anteil des Stromes, den ein Gaskraftwerk aus dem einströmenden Gas „erzeugt“, oder der prozentuale Anteil des intermittierenden Stromes, den ein Solarpaneel aus der einfallenden Sonne „erzeugt“. Sowohl Gas als auch Sonnenschein sind Primärenergie; weitere Einzelheiten finden Sie in meinem jüngsten Blogbeitrag [in deutscher Übersetzung hier]
Nachdem wir nun ein besseres Verständnis der Terminologie haben, können wir fortfahren…
Abbildung 2: Globale durchschnittliche Kapazitätsfaktoren nach Carbajales-Dale et al. 2014 Quelle: Zugriff am 11. Februar 2022: Global Wind Atlas (Einstellung Mean Power Density – für die 10% der windstärksten Stellen in der Auswahlregion in 100m Höhe), www.globalwindatlas.info; Global Solar Atlas, www.globalsolaratlas.info (Einstellung Direct normal irradiance, DNI)
2. Zahlen und Fakten
Der weltweite Durchschnitt des natürlichen Kapazitätsfaktors der Solarenergie (nCF) liegt zwischen ~11-13 %. Selbst an den besten Standorten der Welt, nämlich in Kalifornien, Australien, Südafrika und der Sahara, übersteigt er nur selten 25 %. (Links im Abschnitt unten)
Betrachtet man den weltweiten Durchschnitt der natürlichen Kapazitätsfaktoren der Windenergie (nCF), so liegt dieser bei etwa 21-24 %, wobei die besten Offshore-Standorte in Nordeuropa selten über 40 % erreichen. In den meisten Teilen Asiens und Afrikas gibt es kaum nutzbaren Wind, und der durchschnittliche nCF liegt unter 15%, mit Ausnahme bestimmter Gebiete an den Küsten Südafrikas und Vietnams. (Links im Abschnitt unten)
Die natürlichen Kapazitätsfaktoren in Europa sind für Windenergie tendenziell höher als für Solarenergie. Obwohl die Windkraftanlagen in Nordeuropa einen Durchschnittswert von über 30 % erreichen könnten (wobei dieser Wert bei teureren Offshore-Windparks höher und bei Onshore-Windparks niedriger ist), sinkt dieser Durchschnittswert in Indien drastisch auf weniger als 15 % und in Indonesien auf weniger als 8 %.
Im Durchschnitt, wobei die Betonung auf Durchschnitt liegt, erreichen die jährlichen PV-Kapazitätsfaktoren in Deutschland ~10-11%, in Spanien ~17%, in Kalifornien ~25% und könnten in Indien 14-19% erreichen, liegen aber in den besiedelten Gebieten Indonesiens immer noch unter 15%.
Abbildung 3 unten zeigt einen zweiwöchigen Zeitraum im Mai 2022 (als ich das Kapitel unseres Buches „Unbequeme Wahrheiten… über Strom und die Energie Der Zukunft“ über Kapazitätsfaktoren schrieb), in dem der durchschnittliche Nettolastfaktor nur ~5% für ALLE deutschen Windanlagen (On- und Offshore) erreichte. Aufgrund der Einspeisepriorität in Deutschland für Wind entspricht der Nettolastfaktor praktisch dem natürlich Kapazitätsfaktor (Auslastung ist praktisch 100%)
Abbildung 3: Deutschland April/Mai 2022: Windflaute. Daten vom April und Mai 2022. Daten: Agora
3. „Natürlicher Kapazitätsfaktor“ und Auslastung erklärt
Wie bereits erwähnt, ergibt sich der „natürliche Kapazitätsfaktor“ aus dem Standort der PV-Anlage und nicht aus der Anlage selbst. Daher sind selbst hochmoderne PV-Anlagen immer noch mit den Grenzen der Wetterbedingungen und somit dem natürlichen Kapazitätsfaktors konfrontiert, der im Jahresdurchschnitt bei 10-25 % liegt, wobei andere Verluste aus der Aufbereitung, der Übertragung, dem Ausgleich oder der Speicherung stark intermittierender Stromquellen nicht berücksichtigt werden. (Schernikau und Smith 2021).
Wenn ich in der Presse lese, dass Kohle oder Gas im Durchschnitt einen „Kapazitätsfaktor“ von 60 % oder weniger haben, und dies mit einem „Kapazitätsfaktor“ von 30 % für Windkraftanlagen vergleiche, kann ich nicht umhin, die politische Motivation hinter dieser irreführenden oder sogar völlig falschen Aussage zu hinterfragen.
Ein solcher „Kapazitätsfaktor“ für Kohle oder Gas ist nicht ihr natürlicher Kapazitätsfaktor, sondern verdeutlicht vielmehr ihre geringe Auslastung, die mit dem zunehmenden Ausbau von Wind- und Solaranlage noch weiter sinkt und zum Anstieg der Stromsystemkosten beiträgt. Diese geringe Auslastung trägt zu dem niedrigen durchschnittlichen Netto-Lastfaktor eines Kohle- oder Gaskraftwerks bei, der dann nur 60 % oder weniger betragen kann.
Wie man nun sieht, sollte und kann die Auslastung nicht mit den „natürlichen Kapazitätsfaktoren“ verglichen werden, es handelt sich um zwei sehr unterschiedliche Messgrößen.
Konventionelle Kraftwerke haben natürliche Kapazitätsfaktoren von nahezu 100 %, aber ihre betriebliche und technologische Auslastung liegt oft deutlich unter 90 %, was oft, aber nicht nur, auf den Vorrang oder der Netzpriorität von Wind- und Sonnenenergie im System zurückzuführen ist.
Der andere Grund ist einfach die Reaktion auf Nachfrageschwankungen, die einsatzfähige Kohle- und Gaskraftwerke ausgleichen können. Bei konventionellen Kraftwerken ist der Nettolastfaktor aufgrund ihres hohen natürlichen Kapazitätsfaktors nur geringfügig niedriger als die Auslastung.
Im Gegensatz zu konventionellem Strom liegt die Auslastung von Wind- und Solarkraftwerken oft nahe bei 100 %, wobei ihr Nettolastfaktor nur geringfügig niedriger ist als ihr natürlicher Kapazitätsfaktor. Die hohe Auslastung ist auch, aber nicht nur, auf den Netzvorrang zurückzuführen, der in den meisten Netzsystemen für intermittierende Wind- und Solarenergie gewährt wird, und natürlich auf die Grenzkosten von nahezu Null.
- natürlicher Kapazitätsfaktor (nCF) x Auslastung = Nettolastfaktor
Wie in diesem kürzlich erschienenen Artikel erörtert [in deutscher Übersetzung hier], bedeuten die niedrigen MARGINALEN Kosten von Wind- und Solarenergie nicht gleichzeitig niedrige GESAMTSYSTEMKOSTEN, die für ein Land von Bedeutung sind.
Abbildung 4: Nettolastfaktor Wind + Solar für den ersten monatlichen 4-Stunden-Zeitraum in Deutschland 2000-2024. Quelle: Lars Schernikau, basierend auf Agora
4. Der Standort ist alles … aber ebenfalls begrenzt
Natürlich kann der „natürliche Kapazitätsfaktor“ von Wind- und Solarenergie (einschließlich Wasserkraft aufgrund natürlicher Flussläufe, die in Ländern wie Vietnam oder Indien durch hohe Schwankungen der Wasserkraft gekennzeichnet sind) weder genau vorhergesagt noch für einen bestimmten Zeitraum garantiert werden. Der „natürliche Kapazitätsfaktor“ kann nur auf Jahresbasis geschätzt werden, aber selbst dann schwankt er aufgrund seiner sehr unbeständigen Natur und des Wetters stark (siehe Europa 2021 und 2022). Wir haben gesehen, dass Wind- und Solarenergie selbst an Spitzenstandorten Tage und Wochen lang nahezu 0 % erreicht haben (Abbildungen 2 und 3).
Daher sind die „natürlichen Kapazitätsfaktoren“ weltweit ein direktes Ergebnis des Standorts der Wind- oder Solaranlage; sie hängen in keiner Weise von der eingesetzten Technologie ab und können von ihr nicht beeinflusst werden.
Der sehr wichtige Punkt, den ich hier anführen möchte ist, dass… keine technologischen Fortschritte die natürliche Verfügbarkeit von Wind, Sonne oder Flussläufen und somit das Wetter verändern/verbessern beeinflussen können. Damit kann auch keine Technologie den natürlichen Kapazitätsfaktor einer bestimmten Anlage verändern. Die Technologie KANN und WIRD verbessern, wie viel nutzbare Elektrizität aus dem natürlichen Eingangsprodukt (Wind, Sonne, Fluss, Gas, Kohle, Uran usw.) gewonnen werden kann, was als Wirkungsgrad bezeichnet wird und dessen Grenzen wir weiter unten erörtern werden.
Da wir die besten Standorte für Wind- und Solaranlagen nahe von bevölkerten Gebieten bereits besetzt haben, könnte man logischerweise erwarten, dass die durchschnittlichen „natürlichen Kapazitätsfaktoren“ im Laufe der Zeit sinken werden, was im Widerspruch zu den Net-Zero-Plänen steht, die oft davon ausgehen, dass die durchschnittlichen globalen natürlichen Kapazitätsfaktoren steigen werden (siehe IEA, McKinsey, BCG, IRENA und viele andere)
1. Bei einem Photovoltaik-Park hängt der natürliche Kapazitätsfaktor nCF vollständig von der Intensität und der Dauer der Sonneneinstrahlung ab, die von der Jahreszeit und der Bewölkung beeinflusst wird, von Tag und Nacht sowie von der Aufrechterhaltung der Oberflächentransparenz des PV-Panels, z. B. Staub, Wüstensand oder Schnee im Winter.
2. Die natürlichen Kapazitätsfaktoren von Windparks hängen von der Verteilung der Windgeschwindigkeit am Standort und der Sättigungsgeschwindigkeit der Windturbine ab. Der nCF einer Windkraftanlage wird durch die Anzahl der Stunden pro Jahr bestimmt, in denen der Windpark bei oder oberhalb der Sättigungswindgeschwindigkeit arbeitet (mehr bei Elsevier’s SSRN „An Introduction to Wind Energy“ by Smith und Schernikau 2022). Wenn die Windsättigungsgeschwindigkeit niedrig angesetzt ist, z.B. 4-5 m/s, produziert der Windpark wenig Energie, selbst wenn die Kapazitätsfaktoren hoch sind. Üblicherweise liegen die Windsättigungsgeschwindigkeiten bei 12-15 m/s.
Jetzt wird klar, warum die installierte Kapazität für Wind- und Solarenergie viel größer sein muss als für regelbare Energie wie Kernkraft, Kohle, Gas oder Wasser. Dieser beträchtliche Anstieg der Energieerzeugungskapazität zur Erzeugung der gleichen aber unvorhersehbaren Energiemenge ist mit einem wesentlich höheren Rohstoff- und Energieeinsatzfaktor für variable „erneuerbare“ Energie gekoppelt, der durch so genannte Brennstoffeinsparungen ausgeglichen werden muss.
Abbildung 5 veranschaulicht ein gutes Beispiel: In Deutschland hat sich die gesamte installierte Stromkapazität in den letzten 20 Jahren mehr als verdoppelt, was im Wesentlichen auf Wind- und Solarenergie zurückzuführen ist. Die installierte Wind- und Solarkapazität beträgt jetzt über 150 GW, was allein das Doppelte des Spitzenstrombedarfs in Deutschland von etwa 80 GW ist. Die in Deutschland installierte konventionelle Stromerzeugungskapazität, bestehend aus Kohle, Gas, früherer Kernkraft, Wasserkraft und Biomasse, deckt den Spitzenstrombedarf immer noch kaum ab. Selbst mit all diesen zusätzlichen Kapazitäten in Deutschland werden Wind und Sonne im Jahr 2022 nur etwas mehr als 30 % der gesamten Stromerzeugung und nur etwa 6 % des gesamten Energieverbrauchs ausmachen.
Der niedrige natürliche Kapazitätsfaktor von Wind- und Solaranlagen ist zweifelsohne zum Teil auf deren niedrige Netto-Energieeffizienz zurückzuführen.
(Link in section below – Source Schernikau et al 2022: Full Cost of Electricity ‘FCOE’ and Energy Returns ‘eROI.’ Journal of Management and Sustainability 12, no. 1 (May 2022): p96)
Abbildung 5: Installierte Leistung in Deutschland, Stromerzeugung, Primärenergie. Quellen: Schernikau auf Basis von Fraunhofer, Agora, AG Energiebilanzen. Siehe auch www.unpopular-truth.com/graphs.
5. Wirkungsgrad
Was also ist Wirkungsgrad? Der Wirkungsgrad misst das Verhältnis zwischen der generierten Nutzleistung einer „Energieumwandlungsmaschine“ und dem Primärenergieeinsatz, und zwar unabhängig vom natürlichen Kapazitätsfaktor oder der Auslastung einer solchen Anlage oder Ausrüstung. Lesen Sie auch hier mehr über das Verständnis oder Unverständnis über Primärenergie.
In Abbildung 6 finden Sie eine Zusammenfassung der Wirkungsgrade von Wind- und Solarkraftwerken und der Gesetze, denen sie folgen. Der Wirkungsgrad eines Solar- oder Gaskraftwerks misst im Wesentlichen, wie viel nutzbare Elektrizität das Kraftwerk aus der in der Sonne oder dem Gas enthaltenen Primärenergie „herausholen“ kann, mit der es „gefüttert“ wird.
Es ist richtig, dass der Primärenergieträger „Sonne“ erneuerbar ist, im Gegensatz zum Primärenergieträger „Gas“, der nicht erneuerbar ist. Aber die Anlagen, die zur Umwandlung dieses Primärenergieträgers (erneuerbar oder nicht) erforderlich sind, sind niemals „erneuerbar“. Am wichtigsten ist, dass die Energiedichte und die Unterbrechung der Energieversorgung die Größe und die Komplexität solcher „Anlagen zur Sammlung und Umwandlung von Primärenergie“ bestimmen. Für weitere Einzelheiten siehe hier.
Abbildung 6: Physikalische Gesetze begrenzen technologische Verbesserungen bei Wind und Sonne. Quelle: Schernikau und Smith Forschung und Analyse
6. Zusammenfassung
Das Verständnis der Feinheiten von Begriffen wie natürlicher Kapazitätsfaktor, Auslastung, Lastfaktor und Wirkungsgrad ist im Bereich der Energie- und Stromerzeugung von entscheidender Bedeutung, insbesondere angesichts der zunehmenden Integration von Wind- und Solarenergiequellen. Es kann sein, dass andere Begriffe für die gleichen Konzepte verwendetet werden, das ist aber irrelevant, solange man die Unterschiede verinnerlicht hat. Die oft von Medien und Politikern bestehende oder gestiftete Verwirrung macht den Bedarf an Klarheit noch deutlicher.
Es ist von entscheidender Bedeutung, zwischen dem natürlichen Kapazitätsfaktor (nCF), der durch die natürlichen Bedingungen am Standort des Kraftwerks bestimmt wird, und der Auslastung, die die betriebliche Nutzung während des Jahres widerspiegelt, zu unterscheiden. Diese Unterscheidungen sind wichtige Teile des Puzzles der „erneuerbaren“ Energien und helfen uns, die Herausforderungen und Grenzen zu verstehen, die mit der Nutzung von Energie aus variablen Quellen wie Wind und Sonne im Vergleich zu konventionellen, planbaren Stromsystemen verbunden sind.
Technologische Fortschritte können zwar die Effizienz der Umwandlung natürlicher Primärenergieressourcen wie Wind, Sonne, Kohle, Gas, Uran, Wasserströme usw. in nutzbare Elektrizität verbessern, sie können jedoch nichts an der grundsätzlichen Verfügbarkeit dieser Ressourcen ändern.
Die Variabilität der Wind- und Solarenergie, die durch den Standort und die natürlichen Bedingungen beeinflusst wird, macht deutlich, dass im Vergleich zu regelbaren oder berechenbareren Energiequellen wie Kohle, Gas oder Kernkraft größere installierte Kapazitäten erforderlich sind. Bei der weiteren Entwicklung unserer Energiesysteme wird die Berücksichtigung dieser Unterschiede von entscheidender Bedeutung sein, um realistische und effektive Strategien für erneuerbare Energien für die Zukunft zu entwickeln.
Ich hoffe, dass wir nun alle den Einfluss der Natur auf die Stromerzeugung aus Sonne und Wind besser verstehen.
Nichts von dem, was ich schreibe, schließt aus oder entbindet uns davon, alles in unserer Macht Stehende zu tun, um die ökologische und wirtschaftliche Effizienz unserer bestehenden Energiesysteme weiter zu verbessern.
Quellenangaben
- Global Wind Atlas
- Noland et al 2022: Spatial Energy Density of Large-Scale Electricity Generation from Power Sources Worldwide. Scientific Reports 12, no. 1 (December 2022): 21280. https://doi.org/10.1038/s41598-022-25341-9.
- Carbajales et al 2014: Can We Afford Storage? A Dynamic Net Energy Analysis of Renewable Electricity Generation Supported by Energy Storage. Energy & Environmental Science 7, no. 5 (April 2014): 1538–44. https://doi.org/10.1039/C3EE42125B.
- Schernikau et al 2022: Full Cost of Electricity ‘FCOE’ and Energy Returns ‘eROI.’ Journal of Management and Sustainability 12, no. 1 (May 2022): p96. https://doi.org/10.2139/ssrn.4000800.