Die Klimakrise eilt. Wir müssen so schnell wie möglich fossile Energie ersetzen. Aber welche klimafreundliche Energie lässt sich am schnellsten zubauen?
Inhalt
Kernkraft und Wasserkraft lassen sich von allen klimafreundlichen Erzeugern am schnellsten zubauen.
Das zeigen alle bisherigen Versuche bei der Dekarbonisierung von nationalen Energiesystemen.
Von den 15 größten Dekarbonisierungserfolgen in einer Dekade, gelangen 8 dank Kernkraft und 6 dank Wasserkraft.
Das mag überraschen, weil man immer wieder hört neue Kernkraftwerke kämen zu spät für den Klimaschutz.
Das Gegenteil ist der Fall: Kernkraft ist gut vier Mal so schnell zugebaut, wie Wind und Solar zusammen.
Schnellster Zubau klimafreundlicher jährlicher Energie nach Land pro Kopf
Die Dekade mit dem schnellsten Zubau von klimafreundlicher jährlicher Energieerzeugung pro Kopf war:
1998-2008 Wasserkraft Island
1980-1990 Wasserkraft Norwegen
1976-1986 Kernkraft Schweden
1980-1990 Kernkraft Litauen
1979-1989 Kernkraft Frankreich
1971-1981 Wasserkraft Kanada
1975-1985 Kernkraft Finnland
1978-1988 Kernkraft Belgien
1988-1998 Kernkraft Slowenien
2010-2020 Windkraft Schweden
1969-1979 Wasserkraft Schweden
1975-1985 Kernkraft Schweiz
1978-1988 Wasserkraft Neuseeland
1976-1986 Kernkraft Kanada
1989-1999 Wasserkraft Slowenien
Von den 15 größten Dekarbonisierungserfolgen ist nur einer dank dem Ausbau von Windrädern gelungen. Die größeren Zahlen ergeben sich fast ausschließlich aus dem Ausbau von Offshore Wind.
Photovoltaik ist noch langsamer im Zubau. Der bisher schnellste Ausbau in Australien ist der einzige unter den Top 50 Dekarbonisierungserfolgen.
Der schnellste Zubau klimafreundlicher Energieerzeugung erfolgte durch Kernkraftwerke und Wasserkraftwerke mit mehrmals höheren Ausbauraten.
Die Rekorde der Wasserkraft stammen vor allem aus den Siebzigern, die der Kernkraft aus den Achtzigern und die von Windkraft und Photovoltaik aus den Zwanzigzehnern.
Die Zahlen zur Energieerzeugung in diesem Artikel stammen aus dem aktuellen Statistical Review of World Energy von BP1. die Bevölkerungszahlen stammen von der Weltbank 2.
Vergleich der Energiewende in Deutschland und Frankreich
Deutschland und Frankreich sind exemplarisch für zwei dieser Dekaden des Ausbaus. Die beiden Länder sind ähnlich groß mit ähnlichem Energiebedarf und einem vergleichbaren Grad der Industrialisierung.
Die französische Energiewende passierte lange vor der deutschen:
1974-1990: Messmer Plan in Frankreich
2000-20??: Energiewende in Deutschland
Der französische Ausbau der Kernkraft mit dem Messmer Plan wurde 1974 angekündigt. Zwischen 1980 und 1988 gingen im Schnitt 5 Reaktoren pro Jahr an das Netz. 70% des französischen Strommix stammen aus Kernkraft.
Deutschland kündigte seine Energiewende im Jahr 2000 an. Zwischen 2010 und 2014 wurden im Schnitt 7,6 GW Solar zugebaut und zwischen 2014 und 2017 im Schnitt 5,5 GW Windkraft. 30% des deutschen Strommix stammen aus Wind und Solar.
Der große Unterschied bei den Anteilen im Strommix äußert sich auch bei den Treibhausgasen. Die energiebedingten CO2-Emissionen von Frankreich sind nur ein Zehntel so hoch, wie die von Deutschland.
Größte Kraftwerke nach Stromerzeugung in Deutschland & Europa
Aber wie kann das sein? Ein Windrad ist doch schnell gebaut und Dachsolar noch viel schneller installiert. Das stimmt zwar, aber wichtig ist die Energiedichte.
Das größte Kernkraftwerk Europas Gravelines erzeugt 110 mal so viel Energie wie der größte Solarpark Europas Cestas – beide in Frankreich.
Das jeweils größte klimafreundliche Kraftwerk in Europa nach Stromerzeugung ist:
38.500 GWh/Jahr Kernkraftwerk Gravelines (FR)
13.000 GWh/Jahr Staudamm Zhiguli (RU)
4.500 GWh/Jahr Offshore Wind Borssele (NL)
1.300 GWh/Jahr Laufwasserkraftwerk Vamma (NO)
1.100 GWh/Jahr Windpark Fântânele-Cogealac (RO)
350 GWh/Jahr Solarpark Cestas (FR)
Das jeweils größte klimafreundliche Kraftwerk in Deutschland nach Stromerzeugung ist:
Das größte Kernkraftwerk erzeugt jeweils deutlich mehr Energie als alle anderen größten Kraftwerke zusammen, egal ob in Europa oder in Deutschland. Die Energiedichte von Uran ist enorm.
Auch Wasserkraftwerke können riesig werden. Die 6 größten Kraftwerke der Welt sind Wasserkraftwerke. Der Drei-Schluchten-Damm in China erzeugt doppelt so viel Energie, wie das größte Kernkraftwerk der Welt, Bruce in Kanada.
Europas Wasserkraftwerke sind im globalen Vergleich klein und die in Deutschland sind winzig. Wir haben im flachen Deutschland leider nicht die Geologie dazu.
Mindestlaufzeit von Kraftwerken: Neubau und Nachhaltigkeit
Der Unterschied zwischen Solar- und Windparks gegenüber Wasser- und Kernkraftwerken ist sogar noch deutlicher als man an der reinen Stromerzeugung pro Jahr erkennt.
Dies sind die Mindestlaufzeiten von Energiequellen bei einem Neubau heute:
80 Jahre Wasserkraftwerk
60 Jahre Kernkraftwerk
25 Jahre Windrad
25 Jahre Photovoltaik
Während der Lebenszeit eines Wasserkraftwerks, müssen Windräder und PV-Anlagen rund drei Mal neu gebaut werden. Pro Kernkraftwerk sind es immer noch gut 2 Neubauten bei Wind und Solar.
Das größte europäische Kernkraftwerk Gravelines erzeugt pro Jahr 110 mal so viel Strom, wie der größte Solarpark Europas Cestas. Wenn Gravelines 60 Jahre am Netz ist und Cestas 25 Jahre, dann sind es über die Lebenszeit sogar 264 mal so viel Strom.
Die Mindestlaufzeiten verbessern sich, wenn die Technologie besser wird. Vor wenigen Jahren noch ging man von 20 Jahren Laufzeit für Windräder und Solaranlagen aus. Beim Bau der Kernkraftwerke in den Achtzigern nahm man noch 40 Jahre Mindestlaufzeit an.
Es können außerdem bei allen Erzeugern längere Laufzeiten erreicht werden. Es gibt schon Kernkraftwerke, deren eigentlich 40-jährige Laufzeiten auf 80 Jahre verlängert wurden. Selbst 100 Jahre sind schon im Gespräch.
Natürlich können Länder sich entscheiden Kraftwerke noch vor Erreichen der Mindestlaufzeit auszumustern, zum Beispiel beim deutschen Atomausstieg. Hier geht es aber um eine technische Betrachtung, ohne Berücksichtigung politischer Dummheit.
Maximaler Ausbau von Kraftwerken am Strommix
Die längeren Laufzeiten sind nicht nur wichtig für mehr Nachhaltigkeit. Kurze Laufzeiten begrenzen zudem die maximale klimafreundliche Energieerzeugung.
Über längere Zeiträume wird durch eine bestimmte Zubaurate ein Maximum erreicht, weil langfristig alte Anlagen schneller ausgemustert werden als neue gebaut werden.
Am Beispiel Schweden kann man diese Ausbau-Limits gut errechnen. Die Rekord-Dekaden Schwedens waren:
6,45 Zubau in MWh pro Kopf 1976-1986 Kernkraft
2,52 Zubau in MWh pro Kopf 2010-2020 Solar & Wind
2,32 Zubau in MWh pro Kopf 1969-1979 Wasserkraft
Bei rund 10 Millionen Schweden und den Mindestlaufzeiten von oben ergibt das folgende jährliche Maximalwerte für die schwedische Stromerzeugung:
3.868 TWh bei Zubau von 64 TWh pro Jahr Kernkraft
1.857 TWh bei Zubau von 25 TWh pro Jahr Wasserkraft
629 TWh bei Zubau von 23 TWh pro Jahr Solar & Wind
Der jährliche schwedische Stromverbrauch liegt aktuell bei rund 140 TWh. Schweden wird durch diese Maximalwerte also nicht limitiert, selbst wenn sich der Stromverbrauch durch Sektorkopplung auf 560 TWh vervierfachen sollte.
Natürlich gelten diese Maximalwerte nur, falls Schweden seinen Rekordzubau auch in Zukunft halten kann. Sollte der Zubau einbrechen, dann sinken auch die Maximalwerte mit Verzögerung von einer Laufzeit.
Deutschlands Zubau-Limit: Reproduktionsrate von Wind und Solar
Deutschlands Zubau-Limit ist hingegen bereits erreicht. Im Jahr 2020 hatten wir 183 TWh Erzeugung durch Wind und Solar. Wir müssen also mindestens 7,3 TWh/Jahr zubauen (183 TWh durch 25 Jahre), nur um unser heutiges Niveau langfristig halten zu können.
Der Ausbau 2020 lag mit 8,0 TWh/Jahr zusätzlicher Erzeugung leicht über dieser Reproduktionsrate. Der Ausbau von 2021 mit 6,7 TWh/Jahr lag darunter. Wir können also mit dem aktuellen Ausbau unseren Anteil am Strommix von 30% langfristig gerade so halten – falls der Stromverbrauch nicht steigt.
Das Ausmustern von Altanlagen fiel in den Zahlen bisher nicht ins Gewicht, weil fast der komplette Ausbau von Wind und Solar in den letzten 15 Jahren geschehen ist. Ebenso sind fast alle Kernkraftwerke noch keine 50 Jahre alt.
Bis wir auf Nullemissionen kommen, wird sich das aber ändern. Uns steht bis 2050 die erste große Stilllegungswelle von Windrädern, Solaranlagen und Kernkraftwerken bevor. In Zukunft muss das Ausscheiden alter Anlagen berücksichtigt werden.
Die nötige Reproduktionsrate von Kernkraftwerken ist wegen der längeren Laufzeiten weniger als halb so hoch wie die von Wind und Solar, die von Wasserkraftwerken weniger als ein Drittel so hoch. Um 183 TWh Kernkraft zu halten, müsste man nur 3,1 TWh/Jahr zubauen.
Kernkraft & Wind/Solar: Was bedeutet das für Deutschland?
Wenn man die Lebenszeit von Kernkraft, Wind und Solar berücksichtigt, ergibt sich ein noch deutlicheres Bild bei der Ausbaugeschwindigkeit der jeweils 15 besten Dekaden:
387 GWh/Kopf 1976-1986 Kernkraft Schweden
276 GWh/Kopf 1980-1990 Kernkraft Litauen
273 GWh/Kopf 1979-1989 Kernkraft Frankreich
232 GWh/Kopf 1975-1985 Kernkraft Finnland
185 GWh/Kopf 1978-1988 Kernkraft Belgien
152 GWh/Kopf 1988-1998 Kernkraft Slowenien
136 GWh/Kopf 1975-1985 Kernkraft Schweiz
124 GWh/Kopf 1976-1986 Kernkraft Kanada
88 GWh/Kopf 1975-1985 Kernkraft Deutschland
88 GWh/Kopf 1980-1990 Kernkraft Ukraine
83 GWh/Kopf 1973-1983 Kernkraft Bulgarien
82 GWh/Kopf 2000-2010 Kernkraft Tschechien
81 GWh/Kopf 1982-1992 Kernkraft Ungarn
77 GWh/Kopf 1977-1987 Kernkraft Japan
76 GWh/Kopf 1979-1989 Kernkraft Spanien
63 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Schweden
46 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Norwegen
45 GWh/Kopf 2009-2019 Solar & Wind Dänemark
45 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Irland
40 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Australien
39 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Deutschland
38 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Finnland
36 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Belgien
30 GWh/Kopf 2003-2013 Solar & Wind Spanien
29 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Großbritannien
29 GWh/Kopf 2003-2013 Solar & Wind Portugal
28 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Niederlande
27 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Griechenland
22 GWh/Kopf 2006-2016 Solar & Wind Kanada
17 GWh/Kopf 2010-2020 Solar & Wind Chile
Wasserkraft ist hier nicht berücksichtigt, weil sie in Deutschland kaum noch ausbaubar ist.
In den jeweils 15 schnellsten Dekaden wurden durchschnittlich ausgebaut:
156 GWh/Kopf mit Kernkraft
36 GWh/Kopf mit Wind & Solar
Der Ausbau von Kernkraft ist im Schnitt also rund 4,3 Mal so schnell, wie mit Wind und Solar zusammen.
Exkurs: Bauzeit der EPR-Prototypen Hinkley, Flamanville & Olkiluoto
Wenn es um die Bauzeit von Kernkraft geht, werden oft die 3 europäischen Prototypen des EPR (European Pressure Reactor) angeführt, Hinkley Point C (Großbritannien), Flamanville 3 (Frankreich) & Olkiluoto 3 (Finnland).
Tatsächlich sind deren Bauzeiten mit um die 15 Jahre mehr als doppelt so hoch wie die mittlere Bauzeit für Kernkraftwerke von 7,5 Jahren. Auch der vierte EPR-Prototyp in Taishan (China) wurde mit 9 Jahren deutlich schneller gebaut.
Nach diesen gut 15 Jahren Bauzeit, ist dann aber eine Stromquelle am Netz, die eine enorme Menge Energie über ihre Laufzeit erzeugt.
Hier ist die Energieerzeugung über die Lebenszeit des Kernkraftwerks Hinkley Point C im Verhältnis zu einem fünfzehnjährigen Ausbau von Wind und Solar in Deutschland wie im Jahr 2021:
1.514 TWh Hinkley Point C mit Bauzeit 15 Jahre
1.455 TWh Deutscher Ausbau Solar 2021 mal 15 Jahre
1.058 TWh Deutscher Ausbau Wind 2021 mal 15 Jahre
Selbst wenn man in Deutschland 15 Jahre lang so viel Solaranlagen zubauen würde wie im Jahr 2021, könnte man damit noch nicht so viel Energie erzeugen wie das Kernkraftwerk Hinkley Point C. Man müsste 11.500 Windräder an Land mit 3 MW Leistung bauen um Hinkley Point C zu ersetzen.
Ein Prototyp ist außerdem keine Referenz für die Serienproduktion. In Mittel- und Nordeuropa wurden rund 2 Jahrzehnte keine neuen Kernkraftwerke mehr gebaut. Ein großer Erfahrungsschatz ging verloren und die Zulieferindustrie atrophierte.
Der EPR ist außerdem mit Features überfrachtet, zum Beispiel hat er ein Doppelcontainment. Die verschlankte Nachfolger-Version EPR2 verarbeitet die schlechten Erfahrungen beim Bau der EPR-Prototypen und sollte sich schneller bauen lassen.
Wir können es uns für effektiven Klimaschutz nicht leisten noch so ein einzelnes Kernkraftwerk wie Hinkley Point C zu bauen. 20 Kernkraftwerke wie Hinkley Point C in Serie gebaut hingegen wären die günstigste Art klimafreundlichen Strom zu erzeugen.
Exkurs: Ist das Wachstum der Photovoltaik exponentiell?
Photovoltaik spielt bei den Rekord-Zubauraten kaum eine Rolle. Australien ist mit dem besten Photovoltaik-Zubau weltweit auf Platz 40. Die meisten Rekord-Dekaden von Photovoltaik gehen allerdings bis heute. Das heißt viele Länder sind noch mitten im Rekord-Ausbau.
Das liegt daran, dass die Kosten von Photovoltaik deutlich niedriger sind als noch vor 10 Jahren. Es ist also sehr gut möglich, dass der Ausbau-Rekord von Photovoltaik noch nicht erreicht wurde.
Einige Optimisten erwarten in Zukunft sogar einen exponentiellen Ausbau bei der Photovoltaik. Der beste Fit für die globale PV-Wachstumskurve ist allerdings polynomiell, nicht exponentiell. Der weltweite Zubau wird außerdem vom Späteinstieg des bevölkerungsreichsten Landes angeführt: China.
Wenn man hingegen zu den Early Adoptern der Phototovoltaik schaut, sieht man hauptsächlich S-Kurven mit einem Plateau in der zweiten Hälfte der Dekade. Auch das Gesamtwachstum in der Europäischen Union ist in den letzten Jahren stagniert.
Ist das polynomielle Wachstum weltweit nur eine verzögerte Überlagerung von S-Kurven einzelner Länder? Aus den exponentiell steigenden Systemkosten von Solarstrom ergibt sich zumindest ein wirtschaftlich sinnvolles Maximum. Vielleicht ist das bei unter 10% Anteil am Strommix bereits erreicht?
Gegen ein zukünftiges exponentielles Wachstum spricht auch die Umkehr beim Preistrend von Photovoltaik, wegen Rohstoffmangel. Die PV-Preise im Jahr 2022 sind wieder auf dem Stand von 2019, nach einer kurzen Kostensenkung in 2020.
Bis 2025 sollte sich herauskristallisiert haben, ob der Wachstumseinbruch bei Early Adoptern der Photovoltaik sich auch auf die Nachzügler überträgt.
