Sonnenenergie & Co. – Erzeugungsarten bei Ökostrom

Wasserkraft: Der „Oldie“ unter dem Ökostrom

Wasserkraft zählt zu den ältesten Energiequellen der Menschheit. Wasser wurde vermutlich bereits 2500 v. Chr. in China zur Energiegewinnung genutzt – damals natürlich noch nicht zur Stromerzeugung, sondern zum Betrieb mechanischer Anlagen. Als Stromquelle dient Wasser seit der Erfindung des elektrodynamischen Generators in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Wasser bietet als Energiequelle den großen Vorteil, dass es meist sehr verlässlich und zudem sehr günstig oder kostenlos zur Verfügung steht.

Wasser ist weltweit die wichtigste regenerative Energiequelle, 2021 wurden beispielsweise rund 3,4 Prozent des gesamten Stroms mit Wasserkraft erzeugt. Betrachtet man nur die erneuerbaren Energien, ist Wasser für etwa drei Viertel der gesamten Stromerzeugung verantwortlich. Die weltgrößten Produzenten von Strom aus Wasserkraft sind China, Brasilien, Kanada, die USA und Russland. In Deutschland werden etwa dreieinhalb Prozent des Strombedarfs durch Wasserkraft gedeckt.

Die beiden am weitesten verbreiteten Wasserkraftwerkstypen sind das Laufwasserkraftwerk und das Wasserspeicherkraftwerk. Bei einem Laufwasserkraftwerk wird kontinuierlich Wasser durch die Turbinen geleitet, sodass fortlaufend Strom erzeugt wird. Dieser Kraftwerkstyp wird häufig an Flussläufen eingesetzt und liefert sehr verlässlich eine feste Menge Energie. Beim Wasserspeicherkraftwerk wird das Wasser, wie der Name schon sagt, „gespeichert“. In der Regel bedeutet dies, dass es mit Hilfe einer Staumauer gestaut wird und so jederzeit zur Stromproduktion zur Verfügung steht. Daher eignen sich solche Kraftwerke gut, um Verbrauchsspitzen im Stromnetz zu bedienen.

Neben den oben genannten Typen gibt es inzwischen auch einige Gezeitenkraftwerke, die den Tidenhub – den unterschiedlichen Wasserstand bei Ebbe und Flut – zur Stromgewinnung nutzen. Problematisch ist hier allerdings, dass der Strom nicht gleichmäßig produziert wird, zudem verursacht das Salzwasser des Meers einen höheren Wartungsaufwand als bei Süßwasserkraftwerken. Des Weiteren haben Gezeitenkraftwerke großen Einfluss auf Flora und Fauna der Küstengewässer.

Wellenkraftwerke – die nicht den Tidenhub sondern den Wellengang des Meers als Energiequelle nutzen – und Osmosekraftwerke – bei denen der unterschiedliche Salzgehalt in Süß- und Meerwasser zur Stromproduktion genutzt wird – befinden sich derzeit noch in der Erprobungsphase und spielen noch keine größere Rolle bei der Stromgewinnung.

Die Vor- und Nachteile von Wasserkraft kurz zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Wasser steht als regenerativer Rohstoff verlässlich und in großer Menge zur Verfügung.	Wasserkraftwerke stellen eine Barriere für Fische und andere Lebewesen dar, zudem können die Turbinen für sie zur tödlichen Gefahr werden.
Im Gegensatz zu vielen anderen erneuerbaren Energien lässt sich Wasser als Energiequelle sehr gut speichern.	Durch Talsperren und Stauseen werden teils riesige Flächen geflutet, sodass Lebensraum für Menschen und Tiere verlorengeht. Zudem wirken sich Stauseen auch auf die Ökologie des umliegenden Gebiets aus.
Wasserkraftwerke haben die höchste Wirtschaftlichkeit aller Stromerzeugungsarten.	Der Grundwasserspiegel kann unterhalb des Kraftwerks stark absinken, während er oberhalb des Kraftwerks ansteigt. Dies kann sich ebenfalls auf Flora und Fauna auswirken.
Wasserkraftwerke können zugleich als Hochwasserschutz und als Trinkwasserspeicher dienen.	Durch Faulungsprozesse entstehen nach dem Bau der Staumauer in Stauseen die Treibhausgase Kohlendioxid und Methan. So kann die positive Wirkung dieser Art der Stromerzeugung zum Teil wieder aufgehoben werden.

Windenergie: „Oldie“ Nummer zwei

Auch Wind wird schon seit Jahrtausenden als Energiequelle genutzt. Bei der Stromerzeugung kommt Windkraft seit Ende des 19. Jahrhunderts zum Einsatz, allerdings nur in sehr kleinem Maßstab. Einen nennenswerten Anteil an der weltweiten Stromproduktion macht Windkraft erst seit den 1990er Jahren aus. Rund drei Prozent des weltweiten Strombedarfs werden mit Hilfe von Windkraft gedeckt, in Deutschland sind es knapp neun Prozent. Mit etwa 34 Prozent Anteil ist die Windkraft zudem die wichtigste regenerative Stromquelle in Deutschland.

Windkraftanlagen werden meist in größeren Gruppen aufgestellt, um die in einem geeigneten Gebiet vorhandene Windkraft möglichst optimal zu nutzen. Solche Windparks können sowohl an Land („onshore“) als auch auf dem Meer („offshore“) errichtet werden, wobei Offshore-Windparks mit einem Anteil von knapp zwei Prozent bisher eher ein Nischendasein fristen.

Windkraftanlagen funktionieren vom Prinzip her genauso wie Wasserkraftwerke – es wird ein Rotor in Bewegung gesetzt, der wiederum einen Generator antreibt. Im Vergleich zur Wasserkraft sind Windkraftanlagen meist mit wesentlich weniger Aufwand zu errichten, dafür liefern sie auch weniger verlässlich Strom.

In Deutschland erreichte die Windenergie, nach den aktuell vorliegenden Daten der europäischen Netzbetreiber, im Januar 2022 einen neuen Rekordwert. Rund 16 Mrd. kWh Strom (Jan 2021: 11,5 Mrd. kWh) wurden in die deutschen Stromnetze eingespeist. Das ist im Vergleich zum Vorjahr 2021 ein Anstieg um insgesamt 39,1 Prozent.

Die Vor- und Nachteile von Windkraft kurz zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Wind steht kostenlos und – an günstigen Standorten – relativ verlässlich zur Verfügung.	Die Intensität der verfügbaren Windkraft schwankt teils stark.
Windkraftanlagen haben nur geringe Auswirkungen auf Flora und Fauna.	Windenergie lässt sich nicht direkt speichern.
An günstigen Standorten liegen die Stromentstehungskosten bei Windkraftanlagen unter denen von Kohle- oder Gaskraftwerken.	Durch die hohen Bau- und Betriebskosten erreichen Offshore-Windparks nicht die niedrigen Stromentstehungskosten anderer Windkraftanlagen.

Sonnenenergie: Die größte Energiequelle

Als Energiequelle ist die Sonne sicherlich der wichtigste Faktor auf der Erde, dennoch wird Solarenergie erst seit relativ kurzer Zeit im größeren Maßstab zur Stromerzeugung genutzt – etwa seit den 1970er Jahren. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen der Photovoltaik, bei der die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird, und der Solarthermie, bei der man die Sonnenstrahlung zur Erwärmung von Wasser oder anderen Wärmeträgern nutzt Im Jahr 2021 wurden etwa 240.000 Solaranlagen neu installiert, 2020 waren es 184.000 Systeme.

Während die Photovoltaik durch immer effizientere Produktionsmethoden immer weitere Verbreitung findet, wird die Solarthermie – zumindest im großen Maßstab – aufgrund steigender Preise für Solarmodule nicht mehr so häufig wie früher eingesetzt. Zur Energieerzeugung im Kleinen, beispielsweise zur Warmwassergewinnung bei Einfamilienhäusern, wird die Solarthermie hingegen noch gerne genutzt.

Weltweit macht die Solarenergie nur etwa ein Prozent der Stromproduktion aus, in Deutschland sind es immerhin fünf Prozent.
Die Vor- und Nachteile der Solarkraft kurz zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Solarkraft steht kostenlos und in großer Menge zur Verfügung.	In Deutschland ist Solarkraft nicht zuverlässig zu jeder Zeit verfügbar.
Durch kleine Solarkraftanlagen werden Kosten für Weiterleitung und Verteilung von Elektrizität eingespart.	Solarenergie lässt sich nicht direkt speichern.
Gerade bei kleinen Anlagen gibt es keine nennenswerten Auswirkungen auf Flora oder Fauna.	Die Stromentstehungskosten liegen derzeit noch über denen konventioneller Kraftwerke.

Geothermie: Strom von Mutter Erde

Als Geothermie wird die Nutzung der in der Erdkruste gespeicherten Wärme bezeichnet. Als direkte Wärmequelle wird diese Energie bereits seit Jahrhunderten genutzt, zur Stromproduktion dient Erdwärme erst seit Anfang des 20. Jahrhunderts.

Weltweit betrachtet spielt Geothermie bei der Stromproduktion eine unbedeutende Rolle, in Deutschland macht sie beispielsweise weit unter einem Promille der gesamten Stromproduktion aus. In Ländern mit günstigen geologischen Voraussetzungen sieht das hingegen anders aus – in Island wird zum Beispiel etwa 20 Prozent des Strombedarfs durch Erdwärme gedeckt. In der Regel wird Geothermie direkt als Wärmequelle genutzt, etwa mit Hilfe von Wärmepumpenheizung. Zwar ist die Installation der Anlagen recht aufwändig, dafür steht mit der Erdwärme eine kostenlose und verlässliche Energiequelle zur Verfügung.

Nach Angaben des Branchenverbandes Geothermie gibt es bundesweit 38 Anlagen. Eine weitere Anlage soll demnächst in der Region rund um Freiburg entstehen.

Die Vor- und Nachteile der Geothermie kurz zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Erdwärme steht kostenlos und sehr verlässlich zur Verfügung.	Geothermie lässt sich nicht an allen Orten effizient nutzen.
Mit Geothermie lässt sich zugleich Wärme erzeugen.	Die Stromentstehungskosten liegen deutlich über denen konventioneller Kraftwerke.
Geothermische Kraftwerke haben praktisch keine Auswirkungen auf Flora und Fauna.	Durch geothermischer Kraftwerke können seismische Ereignisse ausgelöst werden, die unter Umständen zu Sachschäden führen.

Biomasse: Der Weg alles Irdischen

Bei der Stromgewinnung mit Hilfe von Biomasse werden biologische Feststoffe oder Gase verwendet, um so Energie zu erzeugen. In der Regel wird die Biomasse dabei verfeuert, es gibt allerdings auch Anlagen, die mit Pyrolyse arbeiten. Meist werden Reste aus der Holzverarbeitung, Stroh oder Altholz als Brennstoff verwendet. Obwohl durch die Verbrennung Kohlendioxid in die Atmosphäre abgegeben wird, gilt Biomasse als klimaneutrale Energiequelle, da nur so viel Gas freigesetzt wird, wie zuvor durch die Pflanzen gebunden wurde.

Da Biomassekraftwerke nur einen Wirkungsgrad zwischen 30 und knapp 40 Prozent erreichen, dienen sie normalerweise zugleich als Heizkraftwerke, sodass die in Wärme umgesetzte Energie nicht verloren geht.

Biomasse als Stromlieferant wird in Deutschland im größeren Maßstab etwa seit der Jahrtausendwende genutzt. Aufgrund des relativ schlechten Wirkungsgrads macht Biomasse nur einen recht geringen Anteil bei der Stromproduktion aus – meist wird sie zur Wärmeerzeugung genutzt. Nur circa sieben Prozent des in Deutschland produzierten Stroms stammen aus Biomasse, weltweit sind es ungefähr zwei Prozent.

Die Vor- und Nachteile von Biomasse kurz zusammengefasst:

Vorteile	Nachteile
Biomasse kann zur Erzeugung einer konstanten Strommenge genutzt werden, sie ist also grundlastfähig.	Biomasse enthält häufig Schadstoffe, die aufwändig entsorgt werden müssen.
Energie lässt sich in Biomasse speichern und bei Bedarf nutzen.	Biomasse hat einen schlechten Wirkungsgrad und muss daher immer auch als Wärmequelle genutzt werden, wenn der Einsatz effizient sein soll – dadurch steigen die Baukosten.
Biomasse lässt sich standortunabhängig als Energiequelle nutzen.	Biomasse muss erzeugt werden, was Kosten verursacht und die Umwelt belastet.

Erneuerbare Energiequellen in Deutschland

2013 wurden in Deutschland rund 25 Prozent des gesamten Strombedarfs durch regenerativen Energien gedeckt. Betrachtet man die Erneuerbaren allein, entfallen 34 Prozent auf Windkraft, 27 Prozent auf Biomasse, 19 Prozent auf Photovoltaik und 14 Prozent auf Wasserkraft. Geothermie stellt mit etwa 0,03 Prozent einen verschwindend geringen Anteil. 

Da der Begriff „Ökostrom“ in Deutschland nicht geschützt ist, gibt es bei Ökostromtarifen keine gesetzlich festgelegten Anteile für die einzelnen Energiequellen. Verschiedene unabhängige Prüfungsinstitute vergeben allerdings sogenannte „Ökostrom-Labels“ , für die bestimmte Kriterien erfüllt sein müssen. Hierzu gehören unter anderem auch bestimmte Anteile für regenerative Energiequellen. Der TÜV Süd vergibt beispielsweise die folgenden vier Label:

• EE01: 100 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen, Zusammensetzung bleibt dabei dem Anbieter überlassen
• EE02: 100 Prozent Strom aus Wasserkraft
• UE01: Mindestens 50 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen, der Rest darf aus Kraft-Wärme-Kopplung stammen
• UE02: Mindestens 50 Prozent Strom aus erneuerbaren Energiequellen, der Rest darf aus Kraft-Wärme-Kopplung stammen (hier darf der Strom auch aus Kraftwerken älterer Baujahre stammen)

Weitere Ökostrom-Zertifikate und -Gütesiegel verwenden teils andere Gütekriterien. Zudem verpflichten sich einige Anbieter selbst dazu, bestimmte Energiequellen zu nutzen. So hat sich beispielsweise Greenpeace Energy dazu verpflichtet, einen gewissen Prozentsatz aus sogenannten „fluktuierenden erneuerbaren Energien“ – also Photovoltaik und Windkraft – zu beziehen. Generell haben Sie als Kunde aber nicht die Möglichkeit, die Zusammensetzung des Strommixes für Ihren Ökostromtarif zu bestimmen.

Besonders kostengünstige Erzeugungsarten kommen Ihnen als Kunden zwar nicht direkt zugute, wohl aber indirekt. Dies liegt an der Art, wie sich der Strompreis an der Strombörse errechnet. Zur Deckung des Strombedarfs werden zunächst die günstigsten Kraftwerke „verwendet“. Genügt deren Leistung nicht, werden immer teurere Kraftwerke hinzugenommen, bis der Bedarf gedeckt ist. Der Strompreis richtet sich nach den Kosten des teuersten noch benötigten Kraftwerks und gilt für den gesamten gehandelten Strom. Werden für Ihren Stromtarif besonders günstige Energiequellen genutzt, wirkt sich das also auch auf den Strompreis für Sie aus, da teurere Kraftwerke vom Markt verdrängt werden.

Perspektiven der regenerativen Energiequellen in Deutschland

Die Nutzung der erneuerbaren Energien hat in Deutschland – nicht zuletzt im Zuge der von der Politik beschlossenen Energiewende – stark zugenommen. Dabei haben sich die unterschiedlichen Erzeugungsarten allerdings sehr verschieden entwickelt. Während sich die Nutzung der Wasserkraft für die Stromerzeugung in den letzten 20 Jahren kaum verändert hat, sind Photovoltaik und Windkraft geradezu explodiert. Bei der Windenergie hat sich die produzierte Leistung von 1996 bis 2012 verzwanzigfacht, die eingespeiste Strommenge ist in diesem Zeitraum sogar um den Faktor 25 gestiegen. Noch extremer ist die Entwicklung bei der Photovoltaik – hier liegen die Faktoren für den Zeitraum von 1996 bis 2012 weiter über Tausend. Dies ist allerdings durch die geringe Strommenge zu erklären, die 1996 durch Photovoltaik erzeugt wurde. Absolut betrachtet, entsprach die produzierte Leistung bei der Photovoltaik 2012 in etwa der bei der Windenergie.

Auch die Nutzung von Biomasse wurde ausgebaut – hier stieg vor allem die eingespeiste Strommenge stark an.

Einer der Hauptgründe für den rasanten Ausbau dürfte sicher das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) sein, das Ökostromproduzenten feste Vergütungspauschalen zusichert, sodass sich Ökostrom wirtschaftlich produzieren lässt. 2014 beschloss die Bundesregierung allerdings eine Reform des EEG, durch die viele Förderungsvarianten entfielen oder eingeschränkt wurden.

Bei der Windkraft erhalten beispielsweise nur noch Betreiber kleinerer Anlagen eine feste Vergütung, andere Produzenten müssen ihren Strom direkt vermarkten. Für Photovoltaik-Anlagen wurden die Vergütungssätze, vor allem für größere Anlagen, deutlich gekürzt. Bei der Biomasse entfallen Sondervergütungen für die Einsatzstoffe, sodass in Zukunft vermutlich vor allem Reststoffe für die Energiegewinnung genutzt werden. Zudem wurden auch hier die Vergütungssätze gekürzt, besonders für größere Anlagen.

Des Weiteren wurden bestimmte „Ausbaupfade“ festgelegt, die für bestimmte Zeitpunkte – etwa 2020 oder 2030 – eine gewisse Menge an produzierter Leistung aus den verschiedenen Energiequellen vorsehen. Durch das Konzept des „atmenden Deckels“ fallen die Vergütungen weiter, sollte die tatsächlich produzierte Strommenge das angepeilte Ziel überschreiten. Diese Änderungen gelten allerdings nur für neue Anlagen, für bereits gebaute Kraftwerke gilt ein sogenannter Bestandsschutz. Hier kommen also weiterhin die alten Vergütungssätze und Förderungen zur Anwendung.

Ziel dieser Reform war es, die Entwicklung des Strompreises zu bremsen, außerdem sollte die Ökostromproduktion wettbewerbsfähiger gemacht werden. Durch den Wegfall und die Kürzung der Förderung ist allerdings auch damit zu rechnen, dass sich der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland verlangsamen wird.