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ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN POTENTIALABSCHAETZUNG .pdf



Original filename: ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN POTENTIALABSCHAETZUNG.pdf
Title: Microsoft Word - Erneuerbrae Energiequelle- Potentialabschätzung für Deutsc╦
Author: Muus

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Erneuerbare Energiequelle: Eine Potentialabschätzung für Deutschland und die
Welt anhand wissenschaftlicher Quellen
Philipp Weber, CH-Muttenz, ph.weber@sunrise.ch, 15. Juli 2019

Potential-Begriffe
Bei Potential-Abschätzungen von Energieträgern unterscheidet man drei verschiedene
Potential-Begriffe:
1.) Theoretisches Potential
2.) Technisches Potential
3.) Erwartetes Potential
Das theoretische Potential umfasst das gesamte physikalische Angebot eines
Energieträgers im einem Untersuchungsgebiet ohne Berücksichtigung der tatsächlichen
nutzungsbedingten Einschränkungen.
Das technische Potential ist jener Anteil des theoretischen Potentials, der unter
Berücksichtigung technischer Restriktionen genutzt werden kann. Das technische
Potential ist abhängig von einer jeweiligen Technologie und ändert sich deswegen mit der
Zeit.
Das erwartete Potential ist der Anteil des theoretischen Potentials, der ökologische,
wirtschaftliche und soziale Kriterien und Beschränkungen berücksichtigt. Das erwartete
Potential bildet das Potential eines Energieträgers unter möglichst realen Bedingungen ab
und wird deshalb insbesondere auch für erneuerbare Energieträger verwendet.
- Ökologisch ist das Potential, wenn es zu keiner zusätzlichen Beeinträchtigung des
Lebensraums von Pflanzen oder Tieren kommt
- Wirtschaftlich ist das Potential, wenn die Gesamtkosten für die Energieumwandlung
eines Energieträgers kleiner oder gleich gross sind wie die Kosten konkurrierender
Energieträger respektive Energiegewinnungstechniken. Das wirtschaftliche Potential ist
von Annahmen und schwankenden Einflussparametern abhängig (z.B. Zinssatz,
Abschreibungsdauer, Preisentwicklungen) und deshalb mitunter nur schwierig
quantifizierbar.
- Die soziale Akzeptanz berücksichtigt die positive oder negative Haltung von Gruppen
(z.B. Verbände, politische Parteien) und Individuen gegenüber einem Energieträger, die
nicht ökologisch oder wirtschaftlich begründet ist.

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Verbrauch an Nutzenergie in Deutschland
Untenstehend sind die Potentiale der einzelnen Nutzungsformen erneuerbarer Energie für
Deutschland aufgeführt. Um diese Potentiale quantitativ werten zu können, ist es an dieser
Stelle sinnvoll den jeweiligen Gesamtverbrauch von Nutzenergie in Deutschland zu
kennen. Hierzu gehören der jährliche Bedarf an Elektrizität, an Wärmeenergie und a
Kraftstoffen für den motorisierten Verkehr.
In Deutschland beträgt der Nettostromverbrauch - also nach Abzug des Eigenbedarfs der
Kraftwerke und der Übertragungs- und Netzverluste - pro Jahr rund 524 TWh (2014) [1].
Hiervon entfallen auf die Industrie etwa 46.6% (244.4 TWh), auf die Haushalte etwa 24.8%
(129.7 TWh), auf Handel und Gewerbe etwa 14.7% (77.0 TWh), auf die öffentlichen
Einrichtungen etwa 9.9% (51.8 TWh), auf den öffentlichen Verkehr etwa 2.2% (11.6 TWh)
und auf die Landwirtschaft etwa 1.8% (9.5 TWh).
Im Jahre 2016 wurden in Deutschland 4945.0 PJ (1373.6 TWh) an Wärmeenergie
gebraucht [2]. Hiervon benötigten die Haushalte 43.5% (2151.8 PJ = 597.7 TWh), die
Industrie 38.2% (1888.9 PJ = 524.7 TWh), Gewerbe, Handel und Dienstleistungen 18.0%
(891.6 PJ = 247.7 TWh) sowie der Verkehr 0.3% (12.7 PJ = 3.5 TWh).
Auf den Strassen Deutschlands wurden im Jahre 2016 70.7 Mia Liter Treibstoff verbrannt
[3]. Dies entspricht etwa 57.6 Mio Tonnen Kraftstoff (2017) mit einem Energiegehalt von
etwa 636.3 TWh (Annahme: 1 Liter Treibstoff mit einer Energiedichte von 9 kWh/l für den
Treibstoffmix aus Benzin und Diesel) [4]. Davon verbrauchte der Personenverkehr 48.3
Mia Liter (68.3%) und der Güterverkehr 22.4 Mia Liter (31.7%) [3]. Aufgeteilt auf die
Treibstoffarten ergaben 63.8% Dieselkraftstoff, 30.5% Benzin, etwa 4.7% Biokraftstoffe
und etwa 1% Erdgas respektive Flüssiggas (Bezogen auf den Energiegehalt) [5]. – Zudem
wurden im Jahr 2015 in Deutschland 2015 etwa 8.5 Millionen Tonnen Kerosin
(Flugbenzin) verbraucht [6].
Die im Folgenden gemachten Angaben zu den durch erneuerbare Energien
bereitstellbaren Mengen an Nutzenergie in Prozent zu den gesamthaft in Deutschland pro
Jahr verwendeten Energiemengen beziehen sich jeweils auf möglichst aktuelle Zahlen der
letzteren. Es ist hierbei unbedingt zu beachten, dass durch eine Steigerung der
Energieeffizienz diese nachgefragten Mengen an Nutzenergie in Zukunft (deutlich) kleiner
und die erwähnten Anteile entsprechend grösser ausfallen können. Dabei ist auch der
Zeithorizont für die Installation von erneuerbarer Energietechnik in genügendem Ausmass
zu berücksichtigen.
Potentiale regenerativer Energien in Deutschland
1. Sonnenenergie
1.1

Photovoltaik
Privater Einsatz:
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
53 [7] - 116 GWp [7], 130 GWp [8], 161 GWp [9], 275 GWp [10]
Grosstechnischer Bereich:
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
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143 GWp [11], zusätzlich 53 GW durch Agrophotovoltaik [12],
zusammen also 196 GWp
Insgesamt:
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
249 - 471 GW (Summe aus den obenstehenden Angaben), dies
entspricht bei einem durchschnittlichen Jahresertrag von etwa 1000
kWh/kWp einem Gesamt-Jahresertrag von etwa 249 - 471 TWh. Dies
wiederum entspricht etwa 48% - 90% des Jahresbedarfs an
elektrischem Strom in Deutschland (Jahr 2014: 524 TWh = 100% [1])
1.2

Solarthermie
Privater Einsatz:
Technisches Potential:
203 - 280 PJ pro Jahr = 56.4 - 77.8 TWh pro Jahr für Anlagen mit
einer Grösse von maximal 20 m2 auf Einfamilienhäusern,
Doppeleinfamilienhäusern und Reihenhäusern [13]. Dies entspricht
etwa 4.1 – 5.7% des gesamtem Wärmeenergiebedarfs in Deutschland
pro Jahr (Jahr 2016: 1373.6 TWh = 100% [2]) respektive 9.4 - 13.0%
des Wärmebedarfs der deutschen Haushalte pro Jahr (Jahr 2016:
597.7 TWh = 100% [2]).
Erwartetes Potential:
127 - 174 PJ pro Jahr = 35.3 - 48.3 TWh pro Jahr [13]. Dies ist
äquivalent zu 2.6 - 3.5% des gesamtem Wärmeenergiebedarfs in
Deutschland pro Jahr (Jahr 2016: 1373.6 TWh = 100% [2]) respektive
5.9 - 8.1% des Wärmebedarfs der deutschen Haushalte pro Jahr (Jahr
2016: 597.7 TWh = 100% [2]).
Grosstechnischer Bereich:
Technisches Potential:
470 PJ = 130.6 TWh [14], entsprechend 24.9% des gesamten
Wärmebedarfs der Industrie in Deutschland (Jahr 2016: 524.7 TWh =
100% [2]).
Insgesamt:
Technisches Potential:
673 - 750 PJ pro Jahr = 186.9 - 208.3 TWh pro Jahr. Dies gleich viel
wie 13.6 - 15.2% der gesamten in Deutschland pro Jahr
nachgefragten Wärmeenergie (Jahr 2016: 1373.6 TWh = 100% [2]).

2. Windenergie
Grosstechnischer Bereich/Insgesamt:
Technisches Potential:
Onshore:
200 GW [15] - 1190 GW [16]. Dies entspricht bei im
Durchschnitt angenommenen 2440 Vollaststunden einem
Energieertrag von etwa 488 - 2900 TWh, was wiederum etwa
93 - 553% (!) des Jahresbedarfs an Strom in Deutschland
entspricht (Jahr 2014: 524 TWh = 100% [1]). Eine andere
Berechnung [17] geht von einer installierbaren Leistung an
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Windkraftanlagen von 722 GW an Land aus. In dieser Studie
wird von mindestens 1600 Vollaststunden pro Jahr
ausgegangen. Hieraus errechnet sich eine jährliche Menge an
elektrischer Energie von mindestens etwa 1155.2 TWh
entsprechend etwa dem 2.2-fachen an der jährlich in
Deutschland benötigten Menge elektrischer Energie.
Offshore:
9 GW [18] - 85 GW [19]. Bei durchschnittlich etwa 3600
Vollaststunden pro Jahr (mittlere Entfernung von der Küste)
ergibt dies pro Jahr elektrische Energie im Umfang von 32.4
TWh - 306.0 TWh, entsprechend etwa 6.1% - 58.4% des
jährlichen Strombedarfs in Deutschland (Jahr 2014: 524 TWh =
100% [1]).
3. Wasserkraft
Privater Einsatz: Wasserkraftwerke im Besitz von einzelnen Bürgern gibt es
praktisch nicht. Wasserkraftwerke sind in Deutschland alle im Besitz von
Elektrizitätsgesellschaften oder von Kommunen.
Grosstechnischer Bereich:
Theoretisches Potential:
92.6 TWh [20]
Technisches Potential:
28 TWh [21] - 42.1 TWh [20]. Dies entspricht etwa 5.3% respektive
6.3% - 8.0% des Jahresbedarfs an elektrischem Strom in Deutschland
(Jahr 2014: 524 TWh = 100% [1])
Bereits Installiert:
4.05 GW entsprechend 20.9 TWh pro Jahr (2007, [20]), nach
anderer Quelle: 23 TWh (2013 [21])
Zusätzliches technisches Potential:
5 TWh [21] - 21.2 TWh [20], vor allem durch die Modernisierung
bereits errichteter oder ausser Betrieb befindlicher Anlagen. Nur
wenige neue Wasserkraftwerke.
4. Biomasse (Bioenergie)
Die heute bekannten Potentialabschätzungen für Biomasse betreffen jeweils die
Angebotsmenge Biomasse, also die möglichen Energiemengen aus Energiepflanzen,
Restholz/Altholz, Biomüll/Grünabfall. Ebenfalls möglich ist die Abschätzung nach den
daraus möglichen Mengen an Elektrizität, Wärmeenergie und Treibstoffen. - Bisher gibt
es keine Aufteilung dieser Potentiale nach einem privaten und einem grosstechnischen
Einsatz. Dies ist jedoch auch nicht unbedingt notwendig, da Biomasse als
Energieträger grundsätzlich universell einsetzbar ist. Dies trifft insbesondere für den
grosstechnischen Bereich zu. Im privaten Gebrauch kann insbesondere durch die
Verbrennung von Biomasse (z.B. Holzpellets) und dem Einsatz von
Kraftwärmekopplung sowohl elektrische Energie als auch Wärmeenergie gewonnen
werden. - Zudem sind auch andere Formen von auf Biomasse basierenden
Energieträgern (z.B. Biokraftstoffe) oder die daraus gewinnbare Nutzenergie (z.B.
Wärme mittels Fernwärmenetzen oder Elektrizität mittels Stromnetze) für Private
nutzbar. - Die Überführung von Biomasse in Energieträger respektive in Nutzenergie
geschieht jedoch vor allem grosstechnisch. – Im Folgenden ist deshalb nur die Angabe
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des Gesamtpotentials für Biomasse ohne die Unterscheidung in „privater Einsatz“ und
„grosstechnischer Einsatz“ aufgeführt.
Insgesamt:
Technisches Potential:
Möglicher Anbau von Energiepflanzenanbau in Deutschland auf einer
Fläche von 4 Mio ha ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittelerzeugung
[22]. Zusammen mit biogenen Reststoffen (z.B. Stroh, Gülle, Restholz)
können auf diese Weise etwa 16% (= 83.8 TWh, bezogen auf das
Jahr 2014) des Bedarfs an Elektrizität, etwa 10% (137.4 TWh,
bezogen auf das Jahr 2016) des Wärmebedarfs und etwa 12% (= 76.4
TWh, bezogen auf das Jahr 2016) des Bedarfs an Treibstoffen
produziert werden.
Bis 50 Prozent eines bis dahin reduzierten Kraftstoffbedarfs aller
Verkehrsarten in Deutschland können bis ins Jahr 2050 mittels
Biomasse gedeckt werden [23].
5. Wärmepumpen
Privater Einsatz:
Erwartetes Potential:
65 - 90% der Niedertemperaturwärme in Gebäuden (privat und
industriell) bis ins Jahr 2050 [24]. Die Haushalte in Deutschland
benötigen pro Jahr etwa 2151.8 PJ an Wärmeenergie, entsprechend
597.7 TWh jährlich [2]. 65 - 90% davon berechnen sich zu etwa
1398.7 - 1936.6 PJ = 388.5 - 537.9 TWh.
Grosstechnischer Bereich:
Technisches Potential:
 Niedertemperaturbereich bis 70 °C: Raumwärme, Warmwasser,
Prozesswärme: 211 PJ pro Jahr = 50.1 TWh pro Jahr, dies entspricht
etwa 11% des industriellen Wärmebedarfs in Deutschland [25].
 Hochtemperaturbereich von 70 °C - 100 °C: 226 PJ pro Jahr = 62.8 TWh
pro Jahr entsprechend etwa 12% des industriellen Wärmebedarfs in
Deutschland Erweiterung des Temperaturbereichs von 100°C - 140 °C,
eine Temperatur, welche bereits heute von einigen Wärmepumpen
erreicht wird: 174 PJ pro Jahr = 48.3 TWh, dies ist etwa gleich 9% des
industriellen Wärmebedarfs in Deutschland.
 Insgesamtes technisches Potential: 611 PJ = 161.2 TWh entsprechend
etwa 32% des industriellen Wärmebedarfs in Deutschland.
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
Annahme, dass 20% des theoretischen Potentials wirtschaftlich auch
effektiv realisierbar sind. Dies wären dann pro Jahr 122 PJ = 33.9
TWh, gleichbedeutend mit etwa 6.2% des industriellen Wärmebedarfs
in Deutschland.
Insgesamt:
Erwartetes Potential:
1520.7 - 2058.6 PJ pro Jahr, entsprechend 422.4 - 571.8 TWh. Dies
ist gleichbedeutend mit etwa 30.7 - 41.6% des gesamten
Wärmebedarfs in Deutschland (Jahr 2016: 1373.6 TWh = 100% [2])
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Verbrauch an Nutzenergie weltweit
Im Jahr 2014 betrug der gesamte weltweite Verbrauch von Primärenergie 13`699
Megatonnen Öleinheiten [26]. Dies entspricht 159’319 TWh, wobei etwa die Hälfte als
Wärmeenergie für Heizungs- und Kühlungszwecke in Industrie, Haushalten und
Landwirtschaft eingesetzt wurde, also etwa 79’660 TWh [26a]. Die Stromerzeugung belief
sich auf 21’963 TWh [26]. Der Rest zu 57'697 TWh wurde grösstenteils als Treibstoffe im
Strassen-, Flug- und Schiffverkehr verwendet.
Potentiale regenerativer Energien weltweit
Bei den nachfolgend aufgeführten Potentialabschätzungen regenerativer Energien
weltweit entfällt die Unterscheidung zwischen dem privaten und dem grosstechnischen
Bereich. Es wird jeweils lediglich eine gesamthafte Abschätzung der Potentiale
angegeben.
1. Sonnenenergie
1.1 Photovoltaik
Theoretisches Potential:
Als die größte Energiequelle liefert die Sonne pro Jahr eine
Energiemenge von etwa 1.5 x 1018 kWh auf die Erdoberfläche [27].
Diese Energiemenge entspricht mehr als dem 10.000fachen des
Weltenergiebedarfs der Menschheit im Jahre 2010 (1.4 x 1014
kWh/Jahr).
Technisches Potential:
Bei einer vereinfachten Annahme von Solarmodulen mit einem
Wirkungsgrad von nur 10% (heute sind Wirkungsgrad von etwa 16 18 % üblich) würde als die Belegung nur eines Tausendstel der
Erdoberfläche ausreichen, um den ganzen Energiebedarf der
Menschheit zu decken, zumindest dann, wenn die technischen
Probleme von weltweit ausreichenden Transport- und ggf.
Speichermöglichkeiten für elektrischen Strom gelöst sind.
Erwartetes Potential:
Man geht davon aus, dass der jährliche Zubau bis ins Jahr 2020 auf
100 GW steigt und die installierte Leistung bis 2030 zwischen 3`000
und 10`000 GW erreicht [28]. - In Deutschland kann pro kWp
installierte Photovoltaik-Leistung etwa mit einem Jahresertrag 1.000
kWh Elektrizität pro Jahr gerechnet werden rechnen, wobei die Werte
zwischen etwa 900 kWh (jährliche Globalstrahlung 900 kWh/m2,
durchschnittlich etwa 100 W/m2 auf die horizontale Fläche, bezogen
auf Tag und Nacht zusammen) in Norddeutschland und 1200 kWh in
Süddeutschland (jährliche Globalstrahlung etwa 1200 kWh/m2,
durchschnittlich etwa 135 W/m2) schwanken [29, 30]. Süddeutschland befindet sich etwa auf dem 48. nördlichen Breitegrad.
In der Sahara / In der Nähe des Äquators beläuft sich die
Globalstrahlung auf etwa 2500 KWh/m2 (durchschnittlich etwa 285
W/m2 auf die horizontale Fläche) und der Jahresertrag elektrischer
Energie pro kWp installierte Photovoltaik folglich auf etwa 2500 kWh
[30]. Die weltweit im Durchschnitt auf der Erdoberfläche auftreffende
Sonnenstrahlung beträgt weltweit etwa 165 W/m2 (bezogen auf 24
Stunden) [31], entsprechende einem Jahresertrag der Globalstrahlung
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von etwa 1450 kWh/m2. - Aus den weltweit durchschnittlich etwa 1450
kWh pro installiertem kWp an Solarmodulen ergibt sich folglich im Jahr
2030 gemäss obenstehenden Annahmen etwa ein Jahresertrag von
4350 TWh – 14`500 TWh., tendenziell sogar mehr, da die Dichte an
Photovoltaikanlagen in Gebieten nahe dem Äquator höher sein wird
als in äquatorfernen Gebieten. Dies entspricht im Jahr 2013 folglich
einem Anteil von Solarstrom von etwa 19.8% bis 66.0% am
Weltstromverbrauch (Jahr 2014: 21`963 TWh = 100% [26]).
1.2 Solarthermie
Gemäss einer Studie [32] können alleine in Südeuropa (Portugal, Spanien,
Italien, Malta, Griechenland) an geeigneten Standorten solarthermische
Kraftwerke (konzentrierende Solartechnik) mehr als 1500 TWh elektrische
Energie produzieren. Dies entspricht etwa dem halben Strombedarf der
Staaten der EU und benötigt insgesamt eine Fläche von etwa 8100 km2, was
wiederum z.B. der halben Fläche des Bundeslands Thüringen (16`202 km2)
entspricht. - Südlich des Mittelmeers ist das Potential für solarthermische
Kraftwerke um etwa den Faktor 400 größer und somit nach menschlichem
Ermessen praktisch unbegrenzt [31].
Im Jahr 2016 waren weltweit etwa 456 GW Sonnenkollektoren für die
Warmwassergewinnung installiert, welche pro Jahr etwa 375 TWh
thermische Energie produzieren [33]. Der grösste Teil dieser
Sonnenkollektor-Anlagen war in China installiert (325 GW, 267 TWh
Thermische Energie pro Jahr). Analog zu den konzentrierenden
Solarthermie-Anlagen zur Produktion von Strom ist auch das Potential zur
Produktion von Wärmeenergie nach menschlichem Ermessen beinahe
unerschöpflich.
Technisches Potential:
15 EJ im Jahr 2030 [33a] = 4167 TWh = 5.2% des weltweiten
Wärmeenergieverbrauchs (Jahr 2014: 79’660 TWh = 100% [26a]).
Erwartetes Potential:
0.5 - 3.3 EJ im Jahr 2030 = 139 - 917 TWh und 5.6 EJ =1556 TWh im
Jahr 2050. Zusätzlich für Kühlzwecke 0.1 EJ = 28 TWh im Jahr 2030
und 1.5 EJ = 417 TWh im Jahr 2050. - Insgesamt also 0.6 - 3.4 EJ =
167 - 944 TWh im Jahr 2030 und 7.1 EJ = 1972 TWh im Jahr 2050,
entsprechend 0.2% - 1.1% des weltweiten Wärmeenergieverbrauchs
im Jahr 2030 (Jahr 2014: 79’660 TWh = 100% [26a]) respektive 2.5%
im Jahr 2050.
Nach anderer Quelle [33b] insgesamt 14 EJ = 3889 TWh im Jahr 2030
und 60 - 100 EJ = 16'667 - 27’778 TWh im Jahr 2050. Diese Zahlen
belaufen sich folglich auf 20.9% - 34.9% des weltweiten
Wärmeenergieverbrauchs (Jahr 2014: 79’660 TWh = 100% [26a]).
2. Windenergie:
Technisches Potential:
Weltweit können laut einer Studie [36] mittels Windkraftanlagen
(Onshore- und Offshore-Anlagen zusammen) pro Jahr etwa 840`000
Terawattstunden (TWh) elektrische Energie erzeugt werden. Dies
entspricht etwa dem 38fachen (3824.6%) des jährlichen Bedarfs an
elektrischer Energie weltweit (Jahr 2014: 21`963 TWh = 100% [2]) und
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etwa dem 5fachen (527.2%) des gesamten weltweiten Energiebedarfs
(Jahr 2014: 159`319 TWh = 100% [26]).
3. Wasserkraft:
Technisches Potential:
Das technische Potential der Wasserkraft weltweit beträgt etwa
26`000 TWh [37], entsprechend etwa 118.4% des weltweiten Bedarfs
an elektrischer Energie (Jahr 2014: 21`963 TWh = 100% [26]).
Erwartetes Potential:
Weltweit waren im Jahr 2016 Wasserkraftwerke mit einer
Gesamtleistung von etwa 1100 GW in Betrieb, welche zusammen
etwa 4100 TWh elektrische Energie lieferten [33]. Damit liefert
Wasserkraft etwa 18.7% des weltweiten Bedarfs an elektrischer
Energie (Jahr 2014: 21`963 TWh = 100% [26]). - Das unter
ökologischen, ökonomischen und sozialen Gesichtspunkten
erschliessbare Potential an weltweiter Wasserkraft wird auf etwa
16`000 TWh geschätzt [37], was gleichbedeutend ist mit 72.8% des
weltweiten Bedarfs an elektrischer Energie (Jahr 2014: 21`963 TWh =
100% [26]).
4. Biomasse (Bioenergie):
Technisches Potential:
Angaben für das Jahr 2050: 500 [38] - 1.548 EJ [37] basierend auf
Energiepflanzen und biogenen Reststoffen, entsprechend 138`889 430`000 TWh respektive 87.2% - 269.9% des weltweiten
Energiebedarfs (Jahr 2014: 159`319 TWh = 100% [26]). Die grossen
Unterschiede kommen aufgrund stark unterschiedlicher Annahmen für
den Agrarflächenbedarf für die Nahrungsmittelerzeugung und für den
Schutz der Biodiversität zustande.
Erwartetes Potential:
Das bis ins Jahr 2050 realisierbare Potential wird auf 100 bis 300 EJ
geschätzt [38]. Dies entspricht 27`778 - 83`334 TWh respektive 17.4 52.2% des Energiebedarfs weltweit (Jahr 2014: 159`319 TWh = 100%
[26]).
Der Wissenschaftliche Beirat der deutschen Bundregierung zu den
Globalen Umweltveränderungen (WBGU) kommt im Jahr 2008 in
seinem Gutachten “Welt im Wandel: Zukunftsfähige Bioenergie und
nachhaltige Landnutzung” [40] auf tiefere Werte für das technische
Potential von Biomasse respektive von Bioenergie: 80 - 170 EJ =
22`222 - 47`222 TWh entsprechend 17.2 - 29.6% des primären Weltenergiebedarfs (Jahr 2014: 159`319 TWh = 100% [26]) sowie für das
erwartete Potential auf die halben Werte: 40 - 85 EJ = 11`111 - 23`611
TWh entsprechend 8.6 - 14.8% des primären Weltenergiebedarfs
(Jahr 2014: 159`319 TWh = 100% [26]).
Je nach Quellen ergibt sich folglich ein erwartetes Potential für
Bioenergie weltweit von 40 - 300 EJ = 11‘111 - 83`334 TWh. Bei
gleicher Aufteilung der Biomasse auf die Energieformen respektive träger Elektrizität, Wärmeenergie und Treibstoffe wie in Deutschland
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(siehe oben) und bei Annahme folgender Wirkungsgrad der
Umwandlung von Biomasse in Elektrizität, Wärmeenergie und
Treibstoffe von 25%, 60% und 40% ergeben sich etwa folgende
Energiemengen: Elektrizität aus Biomasse 1‘222 - 9‘167 TWh,
Wärmeenergie aus Biomasse 2‘000 - 15‘000 TWh und Treibstoffe aus
Biomasse 1‘156 - 8‘667. Die Summe an diesen drei Energieformen
respektive -träger beläuft sich demzufolge auf 4‘378 - 32‘834 TWh.
5. Wärmepumpen:
Insgesamt:
Technisches Potential:
Das Potential an Umweltwärme, das mit Hilfe einer Wärmepumpe aus
der Luft, dem Wasser und dem Erdreich auf ein nutzbares
Temperaturniveau gebracht werden kann, ist nach menschlichem
Ermessen unerschöpflich. Die Erzeugung von Wärme zur Erwärmung
von Brauchwasser und zur Heizung von Räumen mittels
Wärmepumpen sowie deren Einsatz zu Kühlzwecken wird folglich nur
durch die Verfügbarkeit von elektrischem Strom - möglichst aus
erneuerbaren Quellen - beschränkt. - Mit dem weltweiten Ausbau
insbesondere der Windkraft und der Photovoltaik-Technik kann hierfür
in Zukunft genügend Elektrizität zur Verfügung gestellt werden. - Hinzu
kommt, dass moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen bis zu einer
Temperatur der Aussenluft von -20°C funktionieren, wenn auch mit
schlechterer Leistungszahl (= Verhältnis zwischen zur Verfügung
gestellter Wärmeenergie und hierfür eingesetzter elektrischer
Energie). Die Anwendung von Wärmepumpen ist folglich nur im
Winterhalbjahr in polwärts gerichteten Regionen nicht oder nur schwer
möglich.
Wird der weltweite Bedarf an Wärme zur Raumerwärmung (85.2 EJ =
23‘667 TWh im Jahr 2010 [41] mittels Wärmepumpen gedeckt, so
führt dies zu einer Zunahme des weltweiten Bedarfs an Elektrizität um
durchschnittlich 11% und um maximal 65% in Spitzenzeiten [42].
Tabellarischer Zusammenzug der Potentialabschätzungen
Die nachfolgende Tabellen 1 und 2 zeigen einen Zusammenzug der oben angegebenen
Potentialabschätzungen für Deutschland respektive weltweit für Elektrizität und für
Wärmeenergie. Es werden pro regenerative Energiequelle respektive -technik nur die
jeweils gesamthafte Potentialabschätzung aufgeführt. Es werden wenn möglich gerundete
Werte zum erwarteten Potential verwendet, ansonsten solche zum technischen Potential.

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1. Nutzenergie Elektrizität
Regenerative
Energiequelle
respektive -technik
Photovoltaik
Windenergie (Onshore
und Offshore zusammen)
Wasserkraft
Biomasse

Potentialabschätzung
für Deutschland [TWh]

Potentialabschätzung
weltweit [TWh]

249 - 471
520 - 2‘206

4‘350 – 14‘500
840`000

28 - 42
83

16‘000
1‘222 - 9‘167

Total der
880 – 2‘802
Potentialabschätzungen
Elektrizitätsverbrauch
524
(Jahr 2014 [1])
Total in Prozent des
168% - 535%
Elektrizitätsverbrauchs

861‘572 – 879‘667
21`963
(Jahr 2014 [26])
3923% - 4005%

Tabelle 1: Potentialabschätzung für für die Gewinnung von Elektrizität aus erneuerbaren
Quellen für Deutschland und weltweit

2. Nutzenergie Wärme
Da die gesamthaft installierte Leistung von Wärmepumpen schliesslich vom
Ausmass der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie abhängt, werden
Wärmepumpen in der folgenden Tabelle 2 nicht aufgeführt. Das geschätzte
Ausmass der Produktion von Elektrizität aus erneuerbaren Quellen (siehe Tabelle
1) lässt jedoch eine weitverbreitete Verwendung von Wärmpumpen zu Heiz- und
Kühlzwecken zu
Regenerative
Energiequelle
respektive –
technik
Solarthermie
Biomasse

Potentialabschätzung für
Deutschland [TWh]

Potentialabschätzung
weltweit [TWh]

187 – 203
137

26’944
2‘000 - 15‘000

Total der
358 – 374
Potentialabschätz
ungen
Wärmeverbrauch 1374
(Jahr 2016 [2])
Total in Prozent
26% – 27%
des Wärmeverbrauchs

28`944 – 41`944
79’660 TWh
[Jahr 2014 [26]
36% - 53%

Tabelle 2: Potentialabschätzung für die Gewinnung von Wärme aus erneuerbaren Quellen für
Deutschland und weltweit

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3. Treibstoffe
Regenerative
Energiequelle
respektive –
technik
Biomasse
Total der
Potentialabschätz
ungen
Treibstoffverbrau
ch
Total in Prozent
des Treibstoffverbrauchs

Potentialabschätzung für
Deutschland [TWh]

Potentialabschätzung
weltweit [TWh]

76

1‘156 - 8‘667

76

1‘156 - 8‘667

636
(Jahr 2016 [3])
12%

57'697
(Jahr 2014 [26])
2 - 15%

Tabelle 3: Potentialabschätzung für die Gewinnung von Treibstoffen aus erneuerbaren
Quellen für Deutschland und weltweit

Fazit: Eine insgesamt weitgehende bis vollständige Deckung des Energiebedarfs
aus erneuerbaren Quellen ist sowohl in Deutschland als auch weltweit - unter
Nutzung von elektrischer Energie auch zu Heizzwecken und zum Antrieb von
Verkehrsmitteln - nach dem heutigen Kenntnisstand möglich! – Es ist wichtig zu
beachten, dass hierbei eine effizientere Nutzung von Energie noch nicht
berücksichtigt ist. Ist dies einst der Fall, wird die Deckung des Energiebedarfs aus
erneuerbaren Quellen nach heutigem Kenntnisstand gut möglich sein!
Grundlast und Spitzenlast
Es kann weiterhin zwischen den erneuerbaren Energieformen, welche dauernd
Nutzenergie liefern und somit einen Beitrag zur Abdeckung einer entsprechenden
Grundlast leisten können, und jenen welche nicht kontinuierlich Nutzenergie bereitstellen
können – sogenannte volatile Energieformen – unterschieden werden. Zur ersten Gruppe
gehören Wasserkraft, Biomasse sowie (weitgehend) Windenergie und Wärmepumpen. Zur
zweiten Gruppe insbesondere die Photovoltaik und die Solarthermie. Durch den Einsatz
und die Weiterentwicklung von Technologien zur Speicherung von Elektrizität respektive
Wärme kann auch die Einsatzbreite der erneuerbaren Energieformen der zweiten Gruppe
nochmals deutlich verbreitert werden.
Speichermöglichkeiten
Speichermöglichkeiten für Elektrizität sind z.B. Akkumulatoren, Wasser-Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher, für Wärme z.B. sensible Wärmespeicher (Pufferspeicher, Proportionalspeicher, kein Phasenübergang), Latentwärmespeicher (Phasenübergang) sowie thermochemische Wärmespeicher (Sorptionsspeicher, Speicherung von
Wärme mit Hilfe von endo- und exothermen Reaktionen).
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