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ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN POTENTIALABSCHAETZUNG .pdf


Original filename: ERNEUERBARE ENERGIEQUELLEN POTENTIALABSCHAETZUNG.pdf
Title: Microsoft Word - Erneuerbrae Energiequelle - Potentialabschätzung für Deutschland und die Welt
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. Als Beispiel hierfür ist das Gefälle eines Flusses auf
dem gesamten beobachteten Streckenabschnitt mit der entsprechenden potentiellen respektive kinetischen Energie seines Wassers - bei bekannter Grösse des Wasserfluss' pro
Zeiteinheit - genannt.
Das technische Potential ist jener Anteil des theoretischen Potentials, der mittels der aktuellen (und kurzfristig) absehbaren Technologie genutzt werden kann. Das technische
Potential ist folglich 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 (oder
einer Energiegewinnungstechnik), die nicht ökologisch oder wirtschaftlich begründet ist.
Verbrauch an Nutzenergie in Deutschland
Untenstehend sind die Potentiale der einzelnen Nutzungsformen erneuerbarer Energiequellen für Deutschland aufgeführt. Um diese Potentiale quantitativ werten zu können, ist
es an dieser Stelle sinnvoll den jeweiligen Gesamtverbrauch von Nutzenergie in DeutschSeite 1 von 16

land zu kennen. Hierzu gehören der jährliche Bedarf an Elektrizität, an Wärmeenergie und
an 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 sich 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 etwa 8.5 Millionen Tonnen Kerosin (Flugbenzin) verbraucht [6].
Die im Folgenden gemachten Angaben zu den durch erneuerbare Energiequellen 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.
Nebst der Aufzählung quantitativer Werte der einzelnen regenerativen Energiequellen
(respektive -techniken) finden sich im weiteren Verlauf des Textes auch zusammenfassende Werte-Tabellen.
Potentiale regenerativer Energiequellen in Deutschland
1. Sonnenenergie
1.1

Photovoltaik
Privater Einsatz:
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
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53 [7] - 116 GWp [7] an installierter Solarmodul-Leistung, 130 GWp
[8], 161 GWp [9], 275 GWp [10]
Grosstechnischer Bereich:
Erwartetes Potential (wirtschaftlich):
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 ist gleich
viel wie 13.6 - 15.2% der gesamten in Deutschland pro Jahr nachgefragten Wärmeenergie (Jahr 2016: 1373.6 TWh = 100% [2]).
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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 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 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 in
Deutschland nur in einem nicht relevanten, kleinen Ausmass. Wasserkraftwerke
sind vielmehr im Besitz von Elektrizitätsgesellschaften oder von Kommunen (respektive Bundesländern).
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.
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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 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.
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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: Ein Temperaturbereich, welcher 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, äquivalent zu
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
entspricht 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 an Primärenergie 13'699 Megatonnen Öleinheiten (Öleinheit = Energiemenge, die beim Verbrennen von einem Kilogramm
Erdöl freigesetzt wird; 1 Öleinheit (ÖE) = 41.9 MJ = 11.6 kWh) [26]. Dies entspricht
159'319 TWh, wovon etwa die Hälfte als Wärmeenergie für Heizungs- und Kühlungszwecke in Industrie, Haushalten und Landwirtschaft eingesetzt wurde, also etwa 79'660 TWh
[27]. Die Stromerzeugung belief sich auf 21'963 TWh [26]. Der restlichen 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 [28]. 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 folglich 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 GWp steigt und die installierte Leistung bis 2030 zwischen 3`000
und 10`000 GW erreicht [29]. - 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 auf die
horizontale Fläche, durchschnittlich etwa 100 W/m2, 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 [30, 31]. - 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)
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und der Jahresertrag elektrischer Energie pro kWp installierte Photovoltaik folglich auf etwa 2500 kWh [31]. Die weltweit im Durchschnitt
auf der Erdoberfläche auftreffende Sonnenstrahlung beträgt weltweit
etwa 165 W/m2 (bezogen auf 24 Stunden) [32], entsprechend einem
Jahresertrag der Globalstrahlung 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 wohl 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 [33] können alleine in Südeuropa (Portugal, Spanien,
Italien, Malta, Griechenland) an geeigneten Standorten solarthermische
Kraftwerke (konzentrierende Solartechnik) etwa 1433 TWh elektrischen
Strom pro Jahr wirtschaftlich produzieren (wirtschaftliches Potential; technisches Potential etwa 2216 TWh pro Jahr). Dies entspricht etwa dem halben
Strombedarf der Staaten der EU (2845 TWh im Jahr 2015 [34]). Südlich des
Mittelmeers ist das Potential für solarthermische Kraftwerke um etwa den
Faktor 400 grösser und somit nach menschlichem Ermessen fast unbegrenzt
[33].
Im Jahr 2016 waren weltweit etwa 456 GW Sonnenkollektoren für die
Warmwassergewinnung installiert, welche pro Jahr etwa 375 TWh thermische Energie produzieren [35]. Der grösste Teil dieser SonnenkollektorAnlagen 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:
850 GWtherm, entsprechend etwa 15 EJ im Jahr 2030 [36] = 4167 TWh
= 5.2% des weltweiten Wärmeenergieverbrauchs (Jahr 2014: 79'660
TWh = 100% [27]).
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% [27]) respektive 2.5%
im Jahr 2050.
Nach anderer Quelle [37] insgesamt 14 EJ = 3889 TWh im Jahr 2030
und 97 EJ = 26'945 TWh im Jahr 2050. Diese Zahlen belaufen sich
folglich auf 4.9% des weltweiten Wärmeenergieverbrauchs im Jahr
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2030 (Jahr 2014: 79'660 TWh = 100% [27]) respektive auf 33.8% im
Jahr 2050.
2. Windenergie:

Technisches Potential:

Weltweit können laut einer Studie [38] mittels Windkraftanlagen (Onshore- und Offshore-Anlagen zusammen) pro Jahr etwa 840`000 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 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 [39], 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 [35]. 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 [39], 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 [40] - 1.548 EJ [41] 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 [40]. Dies entspricht 27`778 - 83`334 TWh respektive 17.4 Seite 9 von 16

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” [42] 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 (siehe
oben) und bei Annahme folgender Wirkungsgrade 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 TWh. Die
Summe an diesen drei Energie-formen 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 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 WärmeSeite 10 von 16

energie 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 in Wohnhäusern (85.21 EJ = 23´669 TWh im Jahr 2010 [43]; Geschäftshäuser
zusätzlich 29.29 EJ = 8 136 TWh) mittels Wärmepumpen gedeckt, so
führt dies zu einer Zunahme des weltweiten Bedarfs an Elektrizität um
durchschnittlich 11% und um maximal 65% in Spitzenzeiten [44].
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 wird 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.
1. Nutzenergie Elektrizität
Regenerative Energiequelle respektive technik
Photovoltaik
Windenergie (Onshore
und Offshore zusammen)
Wasserkraft
Biomasse
Total der Potentialabschätzungen
Elektrizitätsverbrauch
Total in Prozent des
Elektrizitätsverbrauchs

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

880 - 2‘802

861‘572 - 879‘667

524
(Jahr 2014 [1])
168% - 535%

21`963
(Jahr 2014 [26])

3923% - 4005%

Tabelle 1: Potentialabschätzung 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
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eine weitverbreitete Verwendung von Wärmepumpen zu Heiz- und Kühlzwecken
zu.
Regenerative Energiequelle respektive technik
Solarthermie
Biomasse
Total der Potentialabschätzungen
Wärmeverbrauch
Total in Prozent des
Wärmeverbrauchs

Potentialabschätzung
für Deutschland [TWh]

Potentialabschätzung
weltweit [TWh]

187 - 203
137

26'944
2‘000 - 15‘000

358 - 374

28`944 - 41`944

1374
(Jahr 2016 [2])
26% - 27%

79'660 TWh
(Jahr 2014 [26])
36% - 53%

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

3. Treibstoffe
Regenerative Energiequelle respektive technik
Biomasse
Total der Potentialabschätzungen
Treibstoffverbrauch
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 für Deutschland als auch weltweit - unter Nutzung von elektrischer Energie auch zu Heizzwecken und zum Antrieb von Verkehrsmitteln - nach dem heutigen Kenntnisstand möglich! So ergeben die Abschätzungen zur Produktion von Elektrizität aus erneuerbaren Quellen weltweit eine 40 (!)
mal höhere Energiemenge pro Jahr als der aktuelle Verbrauch an elektrischem
Strom. - 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!
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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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