ERNTEFAKTOR

EROI verschiedener Energiewandler; zum Vergr. anklicken

von Irene und Simon Aegerter
Wenn der Bauer im Frühling eine Kartoffel in die Erde setzt, dann erwartet er, dass er im Herbst mehr als eine ernten kann. Wie viele Kartoffeln muss er ernten können, damit sich der Anbau lohnt? Schwer zu sagen, wenn man nicht weiss, wie gross das Kartoffelfeld ist. Zwei geerntete Kartoffeln für eine gesetzte, das ist sicher zu wenig. Das wäre ein Erntefaktor von zwei. Eine braucht er im nächsten Frühling als Saatkartoffel und mit dem Ertrag aus der zweiten muss er finanzieren, was mit dem Anbau zusammenhängt: den Traktor, den Dünger, das Pflanzenschutzmittel, die Unkraut-Vertilgung. Wahrscheinlich braucht er dafür sogar mindestens zwei extra Kartoffeln, also einen Erntefaktor von drei. Damit hat er aber noch nichts verdient und er hat noch nichts gegessen. Damit sich der Anbau von Kartoffeln lohnt, muss der Erntefaktor bedeutend grösser sein als drei.


In der Energietechnik gelten ähnliche Überlegungen. Um ein Kraftwerk zu bauen, gleich welcher Art, braucht es Energie. Diese Energie ist wie eine Geld-Investition, von der man hofft, dass sie einen Ertrag abwerfen wird. In der (angelsächsisch dominierten) Betriebswirtschaft spricht man von „Return On Investment“ (ROI), also von dem durch die Investition generierten Ertrag. Wie bei den Kartoffeln hofft man, dass der insgesamt zurückfliessende Ertrag grösser ist als die Investition, dass der ROI grösser sei als 1. Bei der Investition von Energie spricht man logischerweise von „Energy Returned on Energy Invested“ (EROEI), meistens kurz EROI.

Bild rechts: Wie man sieht, sind die Unterschiede frappant! Was heisst “Ökonomische Schwelle“? Damit ist der EROI gemeint unterhalb dem kein lohnender Betrieb der Anlage möglich ist. Gemäss dieser Grafik beträgt diese Grenze 7. Warum? Erinnern Sie sich an den Bauern mit den Kartoffeln? Eben! Der ist mit einem Erntefaktor von 3 auch nicht zufrieden.
 

Den EROI einer bestimmten Energie-Erzeugungsanlage zu berechnen ist keine einfache Aufgabe. Jeder Fall ist anders und man kann sich oft darüber streiten, welche aufgewendete Energie berücksichtigt werden muss, wo die Abgrenzung liegt. Wie viel Energie ein Kraftwerk schliesslich liefert, hängt von seiner Lebensdauer ab, ebenfalls eine Grösse, die nicht zum Vornherein genau bekannt ist. Das PSI (Paul Scherrer Institut) verfügt mit der Gruppe von Stefan Hirschberg über weltweit anerkannte Fachkompetenz. Grundlage für die Berechnung des EROI ist eine „Life Cycle Analysis“, also die Untersuchung des ganzen Lebenszyklus’ einer Anlage von ihrem Bau – einschliesslich der Herstellung der Bestandteile und der Transporte – den Betrieb, die Stilllegung und Entsorgung. Eine andere Gruppe, die ähnliche Arbeiten publiziert hat, ist die von Daniel Weissbach in Berlin. Wir verwenden hier beide Quellen.

Eine methodische Schwierigkeit bei der Berechnung des EROI einer Anlage ergibt sich daraus, dass verschiedene Arten von Energie unterschiedlich wertvoll sind. Es ist wie beim Bauern, der sowohl grosse wie auch kleine Kartoffeln erntet; man kann sie nicht einfach nur zählen. Man muss sie wägen. Bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische oder elektrische Energie findet man meist einen Wirkungsgrad von 30 bis 35%. Deshalb setzt man bei der Berechnung der Energieinvestition die Wärmeenergie zu 1/3 ein.

Es gibt Kraftwerke, die ihre Produktion zu jeder Zeit dem Bedarf anpassen können, zum Beispiel unsere Speicherkraftwerke. Andere können das nicht und benötigen eine Zwischenspeicherung, eine Pufferung. Beispiele sind Photovoltaikanlagen und Windturbinen. Bei der Berechnung des EROI muss der Energieaufwand für die Herstellung der Puffer mit einbezogen werden. In der oben stehenden Grafik sind beide Varianten dargestellt, mit und ohne Pufferung.

Allerdings ist die Sache hier ein wenig komplizierter. Keine Angst! Wir machen es einfach:

·       Alles Geld, das in der Schweiz in einem Jahr verdient wird, nennt man das Brutto-Inland-Produkt (BIP). Es beträgt zur Zeit grob 600 Milliarden Franken.

·       Für die Herstellung all der Güter und die Erbringung der Dienstleistungen, welche diese 600 Milliarden wert sind, braucht man Energie. Das ist der Endenergieverbrauch. Er beträgt gegenwärtig etwa 240 Terawattstunden pro Jahr – das sind 240 Milliarden kWh.

·       Wenn man den Wert der geschaffenen Güter und Dienstleistungen durch die aufgewendete Energie dividiert, erhält man eine Zahl, welche die Energieeffizienz unserer Volkswirtschaft beschreibt. Sie beträgt Fr. 2.50 pro kWh.

Der Endenergieverbrauch setzt sich zu 1/4 aus elektrischer und zu 3/4 aus thermischer Energie (in Form von Brenn- und Treibstoffen) zusammen. Elektrische Energie ist 3 mal wertvoller als thermische Energie, sie erbringt darum etwa die Hälfte der Wertschöpfung, also Fr. 1.25 pro kWh. Für eine kWh bezahlen die Stromkonsumenten im Mittel 15 bis 18 Rappen. Mit anderen Worten: mit einer Investition von 15 bis 18 Rappen schafft man einen Wert von 1 Fr. 25 – das 7-fache. Wenn man dieses Geld in etwas investiert, das weniger als das 7-fache zurückgibt, dann ist das tendentiell eine Fehlinvestition.
So gesehen ist jede Investition in Photovoltaik und Strom aus Biomassse eine Fehlinvestition, aber auch Windstrom ist nur dann sinnvoll, wenn er ohne Zwischenspeicherung direkt genutzt wird. Die ganzen „Energy-to-Gas“-Konzepte sind damit reine Energieverschwendung.

Warum hat man das nicht längst erkannt? Schliesslich ist diese Erkenntnis so etwas wie ein Todesurteil für die Energiewende! Drei mögliche Gründe:

·       Die meisten Energiepolitiker sind keine Kartoffelbauern. Wir streiten uns darüber, ob PV-Panels einen EROI von mehr als 1 haben oder nicht, aber wir sind uns nicht bewusst, dass „besser als 1“ bei weitem nicht genügt.

·       Dass es bei weitem nicht genügt wird durch Subventionen versteckt. Zwischen Energie und Geld besteht gemäss Energieeffizienz ein enger Zusammenhang. Was energetisch nicht rentiert, rentiert auch monetär nicht. Wenn man das, was nicht rentiert, durch Subventionen künstlich rentabel macht, bleibt die Tatsache bestehen, dass es energetisch nicht rentiert.

·       Der durch die Fehlinvestition angerichtete Schaden trifft weder den Produzenten der Anlagen, noch den Käufer derselben. Den Schaden trägt die Volkswirtschaft als Ganzes, also die Allgemeinheit und da ist er weder leicht zu sehen noch genau zuzuordnen. Aber angerichtet ist er!

Ja, das Todesurteil für die Energiewende ist gesprochen, aber es ist noch nicht vollstreckt. Das Stimmvolk wird’s richten.

Ergänzung

·       Für einmal haben wir selbst einen Kommentar: Ein renommierter Ökonom macht uns mit Recht darauf aufmerksam, dass das Gleichnis mit dem Kartoffelbauern nur stimmt, wenn der Preis für Kartoffeln gleich bleibt. Wenn Kartoffeln im Herbst 10 mal teurer sind, genügt auch ein kleinerer Erntefaktor.
Das gilt sinngemäss auch für Strom. Darum können Pumpspeicherwerke rentieren, obwohl ihr EROI kleiner ist als 1. Das sind aber Speicher und nicht Produktionsanlagen.

Simon Aegerter

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

D. Weißbach et al. „Energy“ April 6, 2013, 
 http://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf
Peter Lang: Solar Power Realities 
 https://bravenewclimate.files.wordpress.com/2009/08/peter-lang-solar-realities.pdf
Hirschberg, S. Externalities in the Global Energy System. In: Energy for Development: Resources, Technologies, Environment, Environment & Policy., Springer Science+Business Media, Dordrecht, Netherlands
John Morgan: „The Catch-22 in Energy Storage“  
http://bravenewclimate.com/2014/08/22/catch-22-of-energy-storage/
Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2013, BfE

Übernommen vom Blog "Kalt Duschen mit Doris" hier

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  •  Über die Autoren
  • Irene und Simon Aegerter haben vor 50 Jahren haben Physik studiert. Dabei haben sie auch gelernt, einen Leichtwasserreaktor zu „fahren“.

    Simon studierte bei Hans Oeschger, einem der Klimaforscher der ersten Stunde. Im Militär war er Chefphysiker; als solcher weiss man, was Radioaktivität ist und wie sie wirkt. Während einiger Jahre arbeitete er in einem Energie Think-Tank und hat an der Weltenergiekonferenz referiert.

    Irene doktorierte im damaligen Eidgenössischen Institut für Reaktorforschung über radioaktiven Bombenfallout. Später arbeitete sie u.a. beim Verband Schweizerischer Elektrizitätswerke, war Mitglied der Eidgenössischen Kommission für die Sicherheit der Atomanlagen und sie gründete das weltweite Netzwerk „Women in Nuclear“ (WiN).

    Sie verfügen über Faktenwissen rund um die komplexen Zusammenhänge in der Stromversorgung. Und wir vertreten niemanden, ausser unsere Nachkommen. Wir sind finanziell völlig unabhängig und gehören keiner Lobby an. Uns bezahlt niemand.

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14 Kommentar(e)

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1
Ulrich Wolff

„Die dümmsten Bauern haben die größten Kartoffeln!“ - ist das Motto deutscher Energiepolitik! (Ihre Politiker funktionieren unbelastet von jeglicher Fachkunde!)

Die Autoren erklären sehr gut die Methodik und die Kriterien nach denen die deutschen Energieversorger bis zum Eingriff der „Energiewende“ sicher, zuverlässig und umweltfreundlich Haushaltsstrom für 12 Cent/kWh liefern durften!

2

#4 Ulf Bossel
"Kernenergie könnte lediglich 5% des Energiebedarf der Menschheit decken, denn auch Uran ist endlich und kaum noch mit positiver Energiebilanz zu nutzen."
Na, da hat man Ihnen ja einen schönen Bären aufgebunden.
Mit Brutreaktoren lässt sich aus dem "Atomabfall" ein Mehrfaches der Energie gewinnen als dieser bisher geliefert hat. Den bleibenden "Rest" für die nächsten Jahrhunderte liefert Thorium.Viel Zeit bis zur Kernfusion.
Der erste Brutreaktor lief übrigens 1951 an.

Das Land der Technikfeinde wird diese Technologie allerdings von Indern, Chinesen oder Amerikanern kaufen müssen - obwohl der erste kommerzielle Brutreaktor ja mal in Deutschland gebaut wurde.
Aber Griechenland war ja auch mal führend in der Wissenschaft.

P.S. Hätte man in den letzten Jahren mehr in die Technologie sparsamer Verbrennung investiert, dann hätte Deutschland echte Exportchancen und Arbeitsplätze geschaffen. Statt 1 Billion € in Stotterenergien zu verschwenden, wär wohl ein Zehntel ausreichend gewesen.
Um Ihnen das zu illustrieren:
2% Einsparung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe in Deutschland hätte alle 25.000 Windrädchen kompensiert!

3

#4 U Bossel
die fossilen Brennstoffe reichen noch mindestens 200 Jahre. In der UK und Deutschland hätte es alleine Gas und Ol fuer 70 Jahre. Aber man kann natürlich auch die Augen verschliessen und die Ressourcen im Gestein lassen. Von den "unconventionals" haben wir nur die Spitze des Eisbergs angeschnitten - N-Amerika hat locker für 200 Jahre - Russland gar für 300+ Jahre. Und das bei einem recovery von 5-7%! Falls das gesteigert werden kann - oder anders geerntet - dann geht uns nicht so schnell das Licht aus. Ausser man versteift sich auf die Luft/Sonne. Ich denke Ihr Buch würde von diesen Erkenntnissen einen schönen Zuschuss kriegen.
Ich will hier mal gar nicht zum Thema Klimawandel meinen Senf geben - aber ich denke in jeder kann ja selber entscheiden ob der Lebenstandard sich über die letzten 20 Jahre verbessert hat oder ob es und nun wirklich so schlecht geht wie die Modelle alle vorausgesagt haben in den 1990, 2000 und 2010er!

4

@Ulf Bossel #4
Jezt hat man es ihnen in diesen Artikel schon sehr schön erklärt, wie weit Sie mit einen Erntefaktor von 1 oder 2 kommen. Sie werden in einer 100% Erneuerbaren Energiewelt nicht mal mehr in der Lage sein, ihre Windmühlen und Solarmodule zu produzieren. Sie werden täglich um das Überleben kämpfen und sich in einer Mangel und Armutsgesellschaft befinden. Und wenn die EE-Technik aus Mangel an Ereneuerbarer Energie nicht mal mehr sich selbst herstellen bzw. am laufen halten kann, dann sagt doch schon alles über diese Grünen Energiewende Visionen aus.

5

Beweist die unfreiwillige Zwischenlandung des Solarbetriebenen Fliegers,mangels Energiezufuhr, nicht die (Un)zuverlässigkeit der solaren Energieversorgung?

6
Martin Zühlsdorf

#4,
Das gibt aber sehr schön die momentane Stoßrichtung der grün-braunen wieder.

Da die "Vorhersagen" des Club of Romes alle nicht eingetroffen sind, und die konventionellen Energieträger auf absehbare Zeit weder knapp noch teuerer werden, so das auch alle Argumente "die NIE rechnen sich irgendwann dann doch" ins leere laufen, wird jetzt schlicht behauptet, man dürfe sie nicht verwenden, zwecks heiligen Klimas.
Passend dazu der Aufruf an Berlin, nicht mehr in konventionelle Energieformen zu investiern, oder sehen sie sich den "Kohleatlas" auf der Homepage der Grünen an.

...Wobei "Energiewende" ist dort schon von Platz 1 der Themen von "gesundem Essen" verdrängt worden, mit Anti-Kohlekraft kann man offenbar nicht so viele Leute aktivieren, wie gegen "Atom"

7
Alwin Bruno

@#4: Ulf Bossel, zu Ihrer Buch-Propaganda (die veröffentlichte Kurzbeschreibung):

Wieso trauen Sie den Fachleuten nicht zu die Welt vor Ihren Horrorvisionen und auch gleich noch vor den Falschaussagen-Climastrologen und Falschaussagen-Politikern zu retten, haben Sie sich das bisher wirklich noch nicht überlegt? Haben Sie etwa nur Seilschaften mit Apokalyptikern und nicht mit vertrauenswürdigen Fachleuten, lehnen letztere Sie gar ab?

Wieso müssen ausgewiesen esoterisch unwissende Amateure mit gerade 'mal ein bisschen Energie-Erfahrung an Herdplatten und Kochstudio-Werbebotschaften im Fernseher etwas können was keine Fachleute sonst können ohne karrierelange Erfahrung in mindestens mehr als nur einem unstrittig vergleichbahrem Projekt, mit dem die Welt auch tatsächlich (äh, mindestens ein bisschen, aber für Jederman selbst und zuhause deutlich erkennbar) gerettet wurde?

8
Katrin Meinhardt

#4: Ulf Bossel

Es wird nicht einen einzigen, überzeugenden und richtigen Grund geben, Ihr Buch zu erwerben. Das ist absolut unmöglich. Geld- und Zeitverschwendung.

9
Gerald Pesch

Bemerkung zur Ergänzung. Ein PSW ist streng betrachtet eine Energiesenke ! Wirtschaftlich nur wegen dem Strompreisunterschied zwischen Schwachlasttarif und Höchstlasttarif, und dadurch durchaus sinnvoll im Zusammenwirken mit preiswerten Grundlastkraftwerken wie Braunkohle oder KKW. Als Lückenfüller für die stochastischen WKA aber technisch wie wirtschaftlich nicht darstellbar. Aber soweit denken unsere grünen „Energieexperten“ ohne jede Technikkenntnisse aber nicht....

10

Der Wirkungsgrad von Faulgasanlagen (neudeutsch "Biogasanlagen" genannt) beträgt unglaublich schlechte 25% bis 30% je nach Anlagengröße. Der Treppenwitz schlechthin ist, daß größere Faulgasanlagen mit höherem Wirkungsgrad geringer subventioniert werden als kleine mit schlechtem Wirkungsgrad.

Von 100 Hektar "Energiemais" verpuffen also über 70% in der Atmosphäre. In Kraftwärmekopplung laufen die allerwenigsten Anlagen. Angesichts dieser Zahlen dürfte "skandalös" die zutreffende Bezeichnung sein.

11

Die Autoren wissen sicherlich auch, dass Energie nicht erzeugt oder geschaffen werden kann. Man kann sich lediglich von einer in eine andere Form umwandeln (Hauptsätze der Thermodynmik). Woher soll die Energie kommen, wenn die Fossilen erschöpft sind oder aus Klimagründen nicht mehr eingesetzt werden dürften. Kernenergie könnte lediglich 5% des Energiebedarf der Menschheit decken, denn auch Uran ist endlich und kaum noch mit positiver Energiebilanz zu nutzen. Wartet man etwa auf Kernfusion (Prof. Hälg 1960: wird bereits 1980 verfügbar sein). Der Vergleich mit Kartoffeln trifft besonders für die nukleare Beheizung von Dampfkrafterken zu. Wie kann man nur so blind und unkritisch über Energie fachsimpeln, wenn man die Grundlagen der Thermodynamik nicht wahrhaben will. Mir würde es reichen, wenn man wenigsten sagen könnte, woher die Energie kommen soll. Es bleibt nur die Sonne und damit auch die Energiewende. Diese lässt sich problemlos erledigen, denn uns bleibt keine Wahl. Ich empfehle mein Buch zu diesem Thema: "Energiewende zu Ende gedacht -Was denn sonst?" (ISBN 978-3-033-04773-0)

12

#2 Rainer Facius
"Zum Hinrichten wird jedenfalls schon öffentlich aufgerufen."

EU-Moloch und die geplante Toleranz-Kontrolle
07:05 Uhr | Vertrauliche Mitteilungen

Der EU-Moloch hat mehr denn je die eigene Bevölkerung im Visier. Er bereitet sich in diesem Zusammenhang einerseits immer stärker auf die Niederschlagung möglicher Proteste der eigenen Bürger vor. Dazu werden praktisch überall in Europa Sondereinsatzkräfte auf die gewaltsame Niederschlagung befürchteter Proteste vorbereitet.

Damit es dazu tunlichst erst gar nicht kommen kann, wird andererseits eine Maßregelung und Umerziehung vermeintlich "Falschdenkender" in immer nähere Erwägung gezogen. Möglichst "still und heimlich" soll dazu das vom "European Council on Tolerance and Reconciliation" (ECTR) entwickelte "EU-Toleranzpapier" zunächst durch die europäischen Institutionen und dann die nationalen Parlamente gewunken werden.

Mehr davon auf Goldseiten.de unter "Weitere interessante Links im Web."

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Rainer Facius

Die wenigsten Politiker – insbesondere unter den Umwelt- und Energiepolitikern – haben JEMALS irgend etwas Nützliches produziert, geschweige denn so etwas Nützliches wie Kartoffeln.

In der Schweiz mag das Stimmvolk vielleicht tatsächlich noch etwas richten, bevor der Kollaps nicht mehr abzuwenden ist. Das durch die Medien konditionierte deutsche Stimm-Vieh wird da wohl nichts mehr richten – außer vielleicht Realisten wie Sie hin-richten, weil sie das Scheitern verursacht haben. Zum Hinrichten wird jedenfalls schon öffentlich aufgerufen – und das zunehmend und ohne jeden Protest durch die staatstragenden Medien.

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Ein schöner und verständlicher Beitrag. Sollte in den deutschen Leitmedien mal abgedruckt werden.
Eine Ergänzung hätte ich aber noch...
Zur Rentabilität eines Kraftwerkes gehört es auch, dass dieses Kraftwerk nahe beim Verbraucher bzw. bei größeren Siedlungen aus denen dann auch Ballungsräume entstanden bzw. entstehen.
Die Basis für unsere wirtschaftliche Wertschöpfung geht somit von den Kraftwerken = Energieträgern Kohle, Gas und Uran aus. Die Energiewende = EEG bringt dagegen nur eine selbst subventionierte Mangel- und Armutgesellschaft hervor.