How Can we Generate 100% Renewable Electricity?

Dieser Artikel, verfasst von Charlie Cook vom Imperial College's Master of Science in Climate Change, Management and Finance, untersucht den Fahrplan zu einer Welt, in der der Strom zu 100 % aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird. Finden Sie die originale Veröffentlichung am Grantham Institute.„Wenn du nicht weißt, wohin du willst, ist jeder Weg richtig“, weist der Grinsekatze Lewis Carroll’s Alice darauf hin. Das Pariser Abkommen hat uns ein klares Ziel gesetzt: eine Welt, in der der Anstieg der globalen Temperaturen auf maximal 1,5 °C oder im schlimmsten Fall 2 °C beschränkt wird. Wenn dies unser Ziel ist, wie sieht dann die Karte aus, die uns dorthin führt?

Mindestens ein Teil der Antwort liegt darin, wie schnell wir fossile Brennstoffe abschaffen und 100 % unseres Stroms aus erneuerbaren Quellen wie Solar- oder Windenergie gewinnen können. Um dies zu erreichen, müssen Forschungsinstitutionen und politische Entscheidungsträger sowohl ermitteln, welche Mischung aus Energiequellen erforderlich ist, als auch festlegen, wie schnell diese bereitgestellt werden müssen.

Das Ziel

Was bedeuten die Pariser Ziele hinsichtlich der Reduktion von Treibhausgasemissionen? Der Bericht über die Machbarkeit der Begrenzung der Erwärmung auf 1,5 °C und 2 °Cvon Climate Analytics kommt zu dem Schluss, dass “die globalen CO₂-Emissionen aus Energie und Industrie bis etwa 2050 auf null sinken müssen”, um die globale Erwärmung auf 1,5 °C zu begrenzen. Daher liegt die monumentale Herausforderung darin, innerhalb von etwas mehr als 30 Jahren eine klimaneutrale Gesellschaft aufzubauen. Derzeit macht der Strom- und Heizungssektor ein Viertel der globalen Treibhausgasemissionen aus (Abbildung 1). Daher trägt jede neue Windturbine, Wellenturbine und Solarpanel dazu bei, diesen großen Anteil des Kuchens sowie die Gesamtgröße des Kuchens selbst zu verkleinern.

Die Route planen

Mehrere Modelle sind sich einig, dass Stromnetze, die zu hundert Prozent aus erneuerbaren Energien gespeist werden, in der Lage sind, den nationalen Strombedarf Tag und Nacht, 365 Tage im Jahr und sogar unter extremen Umständen zu decken (siehe Tabelle 1).

Diese Modelle folgen einem gemeinsamen Thema. Bis 2050 wird die elektrische Energieerzeugung aus einer Kombination von Technologien stammen, einschließlich Windturbinen, Wellenkraftanlagen und solarphotovoltaischen Modulen sowie einer Grundlastgeneration. In einem traditionellen System ist die Grundlast eine Quelle für die kontinuierliche Stromversorgung des Netzes. Die Modelle schlagen typischerweise vor, dass die Grundlast durch Biomasse, Biokraftstoffe, Kernenergie oder Carbon Capture and Storage (CCS) bereitgestellt wird. Im Jahr 2009 schlugen Jacobson und Delucchi ein Szenario vor, in dem die Elektrizität bis spätestens 2030 nahezu vollständig aus einer Kombination von Wind, Wasser und Sonne (genannt WWS) erzeugt wird. Der Plan wurde veröffentlicht im Jahr 2010. Dies ist eine der optimistischsten Prognosen, die den saubersten erdenklichen Energiemix bietet, aber es ermöglicht uns, die alternativen Modelle und Szenarien ins richtige Licht zu rücken.

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Laut dieser Studie ist es nicht notwendig, Biomasse, Biokraftstoffe, Kernenergie oder CCS zu verwenden, da dies negative Folgen wie Atommüll und Konkurrenz um landwirtschaftliche Flächen mit sich bringt. Stattdessen schlagen sie eine Kombination aus Wind, Wasser und Sonne vor, um den intermittierenden, Spitzen- und Grundlaststrombedarf zu decken. Weltweit würde dieses Szenario Folgendes erfordern:

• 3,8 Millionen Windturbinen (19.000 GW)
• 49.000 konzentrierte Solarenergie-Kraftwerke (14.700 GW)
• 40.000 solar-photovoltaische Anlagen (12.000 GW)
• 1,7 Milliarden Solarpanel-Photovoltaikanlagen (5.100 GW)
• 900 Wasserkraftwerke (1170 GW)
• 720.000 Wellenkraftwerke (540 GW)
• 5.350 Geothermiekraftwerke (535 GW)
• 490.000 Gezeitenkraftwerke (490 GW)

All diese Gigawatt (GW)-Werte beziehen sich auf die installierte Kapazität, das heißt, die potenzielle oder maximale Leistung aller installierten Turbinen zusammen. Wenn Sie an Klimaschutzlösungen interessiert sind, sollten Sie das Solutions Project überprüfen, das von Mark Jacobson, einem der beiden Autoren dieses Papiers, gegründet wurde. Wie läuft es bisher für uns?

Die Karte entfalten

Nehmen wir das Beispiel Solarenergie und betrachten wir, was derzeit installiert ist und welche Installationsrate erforderlich wäre, um die von Jacobson und Delucchi festgelegten Zahlen zu erreichen. Das Wachstum der Solarenergie im globalen Maßstab hat sich in den letzten 15 Jahren alle zwei Jahre kontinuierlich verdoppelt. Hinter den dramatischen Wenden der Politik und Schwierigkeiten in der Industrie verbirgt sich eine sehr gleichmäßige, steile Kurve. Das gleiche konstante Wachstum gilt auch für andere erneuerbare Energietechnologien. Im Jahr 2015 waren 237 GW an Solartechnologie in Betrieb. Das entspricht 0,9 % des WWS-Ziels von 26.700 GW bis 2030.

Es mag ein langer Weg sein, aber bei einer aktuellen Wachstumsrate von 140,6 % (2000-2015) würde die Solarenergie ihr Ziel bis 2029 erreichen. Selbst eine etwas langsamere Wachstumsrate von 137 % würde dazu führen, dass die Solarenergie das Ziel im Jahr 2030 erreicht.

Abbildung 3. Die Kapazität der Solarenergie wächst tatsächlich schnell genug, um ihr Ziel bis 2030 zu erreichen (Bildnachweis: CharlieonEnergy)

Verfolgen

Das WWS-Szenario legt fast die gesamte Verantwortung auf Wind- und Solarenergie, um den saubersten möglichen Energiemix zu erreichen. Es scheint jedoch unwahrscheinlich, dass die Kernenergieindustrie in absehbarer Zeit zum Stillstand kommt. Daher würde jede Erhöhung der Kapazität von Kernkraft, Biomasse, Biokraftstoffen oder CCS, obwohl sie fraglos weniger bevorzugte Optionen sind, die Notwendigkeit für so viel Wind- und Solarenergie verringern. Unabhängig vom genauen Weg, den wir einschlagen, sind die Ziele zur Emissionsreduzierung abstrakt und schwer nachzuvollziehen. Im Gegensatz dazu ist es relativ einfach, die installierte Kapazität von Wind- und Solarenergie zu verfolgen, was eine einfache Kontrolle des globalen Fortschritts in Richtung sauberer Elektrizität bietet. Die Zeit wird zeigen, ob die erneuerbare Kapazität in den kommenden Jahren mit den Fahrplänen übereinstimmt, was Wissenschaftlern, Regierungen und der Industrie eine Vorstellung vom Fortschritt in der bedeutendsten technologischen Transformation seit der industriellen Revolution vermittelt. Charlie Cook verfügt über einen MEng in Bauingenieurwesen von der University of Nottingham und arbeitete zwei Jahre bei CERN, bevor er zu der ersten Kohorte des neuen MSc in Klimawandel, Management und Finanzen am Imperial College stieß.