2018/02/13

El Hierro - energieautark mit regenerativen Quellen?

In regelmäßigen Abständen berichtet Roger Andrews auf Energy Matters über ein Projekt auf der Kanaren-Insel El Hierro, das seit 2015 eine hundertprozentige Energieautarkie zum Ziel hatte, diese jedoch ebenso regelmäßig deutlich verfehlt.

Gorona del Viento (GdV) supplied 37.6% of El Hierro’s electricity in December and 8.6% of its energy, up from 24.7% and 5.7% in November. Since project startup in June 2015 GdV has supplied 40.9% of El Hierro’s electricity and 9.4% of its energy. In 2017 GdV supplied 46.3% of El Hierro’s electricity and 10.6% of its energy, up from 40.7% and 9.4% in 2016.

Die grundlegende Idee des Projekts war mittels eines Pumpspeicherkraftwerks die Schwankungen der Regenerativen abzupuffern, also die Produktionsüberschüsse in den oberen von zwei Speicherseen zu transferieren und daraus dann bei Windflaute die Energie wieder kontrolliert zu entnehmen. Allerdings konnte der untere der beiden Speicher nicht ausreichend groß angelegt werden (wohl aus geologischen Gründen), sodass das Kraftwerk nicht in der Lage ist, die kleine Insel völlig energieautark zu machen. Nach R. Andrews müsste der untere Speichersee dazu um den Faktor 40 (!) größer dimensioniert werden. Aber nicht nur das: auch die Kapazität der Windkraftanlagen müsste um 50% gesteigert werden, wollte man das großspurige Ziel erreichen.

Die Konsequenz: Man dümpelt deutlich unterhalb der Zielmarke herum, was die spanischen Medien jedoch nicht davon abhält, ins Schwärmen zu geraten (El Hierro makes utopia the norm - El Hierro macht Utopie zur Norm), während die Dieselgeneratoren auf der Insel tapfer die Stromversorgung aufrecht erhalten. Fake News vom Feinsten.

Zum ausführlichen Artikel geht's hier.


2018/02/10

Wahrscheinlichkeiten

In den Medien (und nicht nur dort, dort dafür aber besonders intensiv) wird oft mit Wahrscheinlichkeiten hantiert, vor allem natürlich mit der Absicht, die Leser zu beeindrucken oder ihr Denken in eine bestimmte Richtung zu lenken. Nun stammen die allermeisten dieser Zahlen gar nicht von den Medienleuten selbst, sondern aus diversen "Studien", deren Qualität gelegentlich selbst zu wünschen übrig lässt.

Vor nicht allzu langer Zeit wurde irgendwo darauf hingewiesen, dass die Wahrscheinlichkeit, Opfer eines Terroranschlags zu werden, bedeutend geringer ist, als zu Hause von der Leiter zu fallen und sich das Genick zu brechen. Das ist ein sehr interessantes Beispiel, weil es die Schwächen eines derart instrumentalisierten Wahrscheinlichkeitsbegriffs schön aufzeigt.

Dazu zunächst einmal die Frage: Wie werden Wahrscheinlichkeiten berechnet? Nun, im oben genannten Beispiel nimmt man die Anzahl der Opfer von Terrorattacken in einem bestimmten Gebiet (z.B. Frankreich) innerhalb eines bestimmten Zeitraums (z.B. ein Jahr) und dividiert durch die Anzahl der in diesem Gebiet lebenden Menschen. Und schon hat man x% Wahrscheinlichkeit dafür, einem Anschlag zum Opfer zu fallen.

Genauso hält man es mit der Vergleichsgröße. Da werden die Leiterstürze zusammengezählt und durch die Gesamtpopulation dividiert. Wieder erhält man eine Wahrscheinlichkeit von y% für das entsprechende Ereignis. So weit, so einfach.

Und genau hier hören die meisten Leute (und natürlich auch die Medienschreiber) zu denken auf. Dabei beginnt es erst hier richtig interessant zu werden. Ein Blick auf die Opfer kann dabei helfen.

Fangen wir mit den Leitern an. Babys und alte, gebrechliche Menschen steigen üblicherweise nicht auf Leitern. Dazu kommen eine Reihe anderer Leute, die aus bestimmten Gründen, etwa weil sie keine Leiter haben oder ihnen leicht schwindlig wird, niemals auf eine Leiter steigen. Außerdem gibt es unterschiedliche Frequenzen, mit denen Leitern benutzt werden. Für Maler und Anstreicher etwa ist die Benutzung einer Leiter täglicher Teil ihres Berufs. Andere Menschen steigen vielleicht nur einmal alle 10 Jahre auf eine Leiter. Es ist sofort intuitiv klar, dass die Unfallswahrscheinlichkeiten dann auch sehr unterschiedlich ausfallen können.

Es ist also unsinnig, die Wahrscheinlichkeit eines Leitersturzes mit Bezug auf die gesamte Bevölkerung zu berechnen. Würde man hingegen die Zahl jener Leute, die tatsächlich innerhalb eines bestimmten Zeitraums eine Leiter benutzen, als Bezugsgröße nehmen, erhielte man die korrekte Wahrscheinlichkeite. Diese Zahl herauszufinden, ist natürlich nicht trivial. Wir sollten aber dennoch versuchen, sie abzuschätzen.

Also ziehen wir von der Gesamtbevölkerung alle Babys unter einem Jahr, alle älteren Menschen über 70 Jahren sowie eine unbekannten Anzahl von grundsätzlich Leiterscheuen ab, dann kommen wir der Realität schon bedeutend näher. Gut, es mag den einen oder anderen 75jährigen geben, der gelegentlich auf einer Leiter turnt. Ich halte das aber eher nicht für repräsentativ. In jedem Fall, ist das, was wir hier tun, nur eine Abschätzung. Denn de facto ist es unmöglich zu wissen, wie viele Leute nun tatsächlich eine Leiter benutzen oder nicht. Ich würde mal grob auf 50% der Bevölkerung tippen. Und damit wäre die Wahrscheinlichkeit eines Leiterunfalls schon zweimal so hoch wie von den Medien kolportiert.

Wie sieht es nun auf Seiten der Terroropfer aus? Ist es hier gerechtfertigt, die Opferwahrscheinlichkeit auf die Gesamtbevölkerung zu beziehen? Ich meine nein. Denn das Risiko, Opfer zu werden ist in unterschiedlichen Segmenten der Bevölkerung sehr unterschiedlich verteilt. Man sehe sich die Opfer der Attacken von Paris an. Deutlich überwiegend junge Leute unter vierzig Jahren, die gerne abends ausgehen. Genauso war es auch in Manchester.

Wenn man etwas gründlicher darüber nachdenkt, wird klar, dass sich die beiden Kategorien Terroranschlag und Sturz von der Leiter nicht so ohne weiteres vergleichen lassen. Der Terrorist will möglichst viele Menschen zu Tode bringen und sucht sich deshalb Plätze, die von vielen Leuten frequentiert werden. Alle Arten von Ereignissen, die in erster Linie junge Menschen in größeren Massen anziehen, sind deshalb bevorzugte Ziele. Ältere Menschen sind auf solchen Events eher selten anzutreffen. Und dann gibt es noch Unterschiede zwischen Stadt und Land, was die Häufigkeit von Anschlägen betrifft. Eine Gleichverteilung der Wahrscheinlichkeit innerhalb der Bevölkerung existitert schlicht und einfach nicht.

Auch wenn es auf den ersten Blick sehr plausibel erscheint, deutlich unterschiedliche Ereignisse hinsichtlich ihrer Wahrscheinlichkeiten zu vergleichen, so ist dennoch äußerste Vorsicht angebracht. Allzu oft fallen bestimmte Aspekte unter den Tisch, bewusst oder unbewusst, die aber dazu angetan sind, das Ergebnis entscheidend zu verändern. Das sollte man sich vor Augen halten, wenn Wahrscheinlichkeiten in den Medien auftauchen.





2018/02/06

Regenerative Energien in Deutschland 2016

Ich vermeide, wenn möglich, den Begriff "erneuerbare Energien", denn Energie lässt sich nicht erneuern. Das ist physikalisch unmöglich und wird auch durch gebetsmühlenartige Wiederholung der Grünbewegten nicht anders.

Aus meiner Sicht ist der Begriff "regenerative Energien" deutlich passender. Energie kann durch Anzapfen einer (unendlich) großen Quelle (im Allgemeinen die Sonne) in stets gleicher Weise re-generiert werden. Das gilt sowohl für Photovoltaik und Solarthermie als auch für Wind, Wasser und Biomasse, die letztlich ebenso auf das Wirken der Sonne zurückgehen.

In den letzten eineinhalb Jahrzehnten (also seit Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, hier ist die physikalische Irreführung quasi amtlich-juristisch untermauert) wurde der Ausbau regenerativer Energieträger massiv betrieben. Wer auch nur kurze Strecken durch Deutschland fährt, kann sich davon ein Bild machen, wenn etwa riesige Windturbinen sanfte bewaldete Hügel durchschneiden oder einst sattgrüne Wiesen mit metallisch-grau glänzenden Solarpanelen verschandelt werden.

Immer wieder wird von den Protagonisten der "Erneuerbaren" auf die steigenden Erträge (in MWh) verwiesen und wieviel Prozent der Stromproduktion bereits mit Windrädern und Photovoltaik-Anlagen erzielt werden. Und wenn alles passt, also ein sehr niedriges Verbrauchsniveau auf eine frische Brise kombiniert mit strahlendem Sonnenschein trifft, mag es sogar gelingen, die Stromversorgung Deutschlands für ein paar Stunden ausschließlich mit regenerativen Energien zu bestreiten. So etwas wird dann auch brav im öffentlich-rechtlichen Propagandafunk berichtet.

Wie die Lage übers Jahr gesehen tatsächlich aussieht, lässt sich an folgendem Bild ablesen:


Hier werden die stündlichen Verbrauchswerte (Load) des Jahres 2016 der gesamten entsprechenden Produktion aus Wind und PV gegenüber- oder besser gesagt: untereinander gestellt. Es wird auf den ersten Blick klar, welche Lücke im allgemeinen besteht zwischen dem, was die deutsche Volkswirtschaft an elektrischer Energie braucht und dem, was von Wind und PV zusammen geliefert werden kann. Die Rohdaten für dieses Bild wurden der stets lesenswerten Webseite von Paul-Frederik Bach entnommen.

Dem Bild wurden noch die gleitenden Mittelwerte über 200-Stunden hinzugefügt. Auch für diese Mittelwerte ist der Unterschied zwischen dem regelmäßigen Verbrauchsmuster und der unregelmäßigen Verfügbarkeit von Wind und Sonne evident.

Es sind tatsächlich nur (stundenweise) Einzelfälle, in denen die Spitzen der Regenerativen in den unteren Bereich des Stromverbrauchs eindringen.

In mehr als 99,9% der Stunden eines Jahres reicht jedoch die geballte Kraft von Wind und Sonne nicht aus, um die (geringeren) Strombedürfnisse der deutschen Volkswirtschaft zu befriedigen. Und dafür werden jährlich viele Milliarden ausgegeben.





2018/01/31

Wie Kaliforniens Stromsektor 100% regenerativ werden kann

Diesmal verweise ich wieder auf den britischen Blog Energy Matters und einem Posting, das sich mit der Frage auseinandersetzt, wie es zu bewerkstelligen wäre, wollte man die Elektrizitätsversorgung Kaliforniens (mit rund 37 Mio. Einwohnern) 100% regenerativ gestalten kann.

Der Knackpunkt ist - wie stets, wenn um regenerative Energien geht - die Verfügbarkeit einer ausreichenden Speicherkapazität, um die unausweichlichen Fluktuationen sinnvoll ausgleichen zu können. Und dafür müsste ein richtig großes Rad gedreht werden. Mehr dazu hier.

2018/01/27

Vor hundert Jahren und heute

Vor hundert Jahren war Kohle der Energieträger, der Europas Industrialisierung und den darauf aufbauenden Wohlstand ermöglichte. In zwei Postings zu diesem Thema betrachtete ich im Detail die Entwicklungen in Großbritannien und Deutschland. Somit sollte klar sein, worauf unser gegenwärtiger Lebensstandard beruht: auf der Verfügbarkeit von billiger und stabiler Energie. 

Die Betrachtung der Verhältnisse vor hundert Jahren hat den Vorteil, dass es praktisch nur einen Energieträger gab, von dem alles abhing. Der Schlachtruf jener Epoche "Wenn dein starker Arm es will, stehen alle Räder still" bringt die Abhängigkeit, die man sich damit eingehandelt hatte, sehr klar zum Ausdruck. Wenn die Minenarbeiter streikten, bedeutete das eine latente Bedrohung für die gesamte Gesellschaft.

Der Treibstoff unserer Tage, Erdöl, spielte damals eine vernachlässigbare Rolle. Inzwischen haben sich die Gewichte, zumindest was Europa betrifft, deutlich verschoben. Kohle ist im Energiemix des Vereinigten Königreichs nur noch eine Randnotiz. Für die Energieversorgung Deutschlands ist sie hingegen wesentlich wichtiger, allem Palaver um die Energiewende zum Trotz: denn irgendwie müssen ja Schwankungen der regenerativen Energien ausgeglichen werden, um eine einigermaßen stabile Versorgung sicherzustellen.

Kann man nun den Energieverbrauch vergangener Zeiten mit dem gegenwärtigen vergleichen? Ja, das kann man. In der Zeit vor dem ersten Weltkrieg war Kohle der alles dominierende Energieträger, auch für die Stromerzeugung, zumindest in den beiden genannten Ländern.

Aus den Fördermengen für 1910 ergibt sich im Fall Großbritanniens ein jährlicher Pro-Kopf-Energieverbrauch von etwa 45,7 MWh. Hundert Jahre später, also 2010, lag der entsprechende Vergleichswert bei 39,5 MWh. Die neueren Daten stammen alle von Eurostat. Noch eine Anmerkung dazu: es handelt sich hierbei um einen Vergleich des Primärenergieverbrauchs.

Das gleiche Spiel können wir auch für Deutschland durchführen. Dort lag der Pro-Kopf-Verbrauch 1910 bei 18,8 MWh. Ein Jahrhundert später waren es dann 47,3 MWh.

Diese Zahlen bedürfen noch einer genaueren Interpretation. Der signifikant höhere Energieverbrauch des Jahres 1910 auf den britischen Inseln verglichen mit Deutschland lässt sich durch einen höheren Grad der Industrialisierung und durch eine größere Handelsflotte erklären. Hundert Jahre später hat sich das Blatt dann gewendet. Die Briten haben einen Großteil ihrer (Schwer)Industrie verloren, während Deutschland immer noch ein bedeutender Industriestandort ist.








2018/01/20

Eine kurze Geschichte der Kohle (2)

Diesmal am Beispiel Deutschlands.

Die Ähnlichkeiten zur Entwicklung Großbritanniens im selben Zeitraum sind frappierend.

Zunächst die Steigerung der Kohleförderung bis 1913 (in Millionen Tonnen, Quelle: hier):

1850 4
1860 13,5
1870 26,4
1880 46,9
1890 70,2
1900 109,1
1910 152,8
1913 190,1

Dann die Zunahme der Bevölkerung (in Millionen):

1850 29,8
1860 34
1870 41
1880 45,2
1890 49,4
1900 56,3
1910 64,9

Die Länge des Eisenbahnnetzes entwickelte sich wie folgt (in km, Quelle: Wikipedia):

1835 6
1840 548
1845 2300
1855 8289
1860 11660
1865 14690
1875 27930
1885 37650
1895 45560
1900 51000
1905 56980
1912 58297

Laut den Zahlen des deutschen Stahl-Zentrums stieg die Produktion von Rohstahl folgendermaßen an (in Kilotonnen, kt): 

1870 1042
1880 1892
1890 3100
1900 5703
1910 9781

Ich möchte an dieser Stelle nochmals darauf hinweisen, wie eng die Stahlproduktion mit der Kohlegewinnung zusammenhängt. Ohne eine Ausweitung der Kohleproduktion wäre eine Steigerung der Stahlmenge nicht möglich gewesen. Gleichzeitig bedurfte es einer Steigerung der Mobilität (Stichwort: Eisenbahn), um allein diese beiden Güter zu transportieren. Und natürlich wollten auch Menschen und andere Waren auf der Schiene transportiert werden.

Um die historischen Zahlen mit den gegenwärtigen zu vergleichen, bemühen wir das Statistikportal Statista, wo es heißt, dass 2016 Kohle mit dem Energiegehalt von 75,3 Millionen Tonnen Öläquivalent verbrannt wurde. Das entspricht etwa 875 TWh. Das Energieäquivalent der Kohleförderung des Jahres 1913 betrug demgegenüber etwas mehr als 1520 TWh, die natürlich ohne lästige Filter in die Luft geblasen wurden.

Über weitere Folgen des Mobilitätsbooms aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts werde ich mich in einem späteren Posting auslassen.

Nachtrag: Die oben genannten Werte für 2016 (Statista) umfassen den gesamten Verbrauch von Stein- und Braunkohle, während die Zahlen aus dem Jahr 1913 sich lediglich auf Steinkohle beziehen. In unseren Tagen wird das schwarze Gold hauptsächlich zur Stahlproduktion und Stromerzeugung eingesetzt. Die Verwendung für Heizzwecke dürfte vernachlässigbar sein.

Was die Stahlproduktion betrifft, findet man hier Zahlen für 2013. Demnach wurden 2013 etwa 15 Mt Kohle in diesem Bereich eingesetzt. Das entspricht einem Energiegehalt von rund 120 TWh. Die Werte für 2016 dürften nicht allzu sehr davon abweichen.

Nun zur Stromerzeugung. Nach den Daten der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen entfielen etwa 43% der Kohleverstromung in Deutschland auf Steinkohle. Das wären etwa 320 TWh.

Somit lässt sich folgern, dass der korrekte Vergleichswert (also nur für Steinkohle) aus dem Jahr 2016 bei etwa 440 TWh liegen müsste, also ziemlich genau die Hälfte dessen, was Statista für den Gesamtverbrauch ausweist.


2018/01/01

Energievergeudung im Dienste der Energiewende

Eigentlich werden wir ständig darauf hingewiesen, wie wichtig der sparsame Umgang mit Energie ist. Dass es auch anders geht, beweist Deutschland mit seiner Energiewende.

Wie Digital Trends berichtet, wurden kürzlich deutsche Unternehmen sogar noch dafür bezahlt, Strom zu verbrauchen. Der Grund: ein Überangebot an Windstrom, das die Preise in den negativen Bereich drückte.

Over the holiday weekend, a combination of low demand, strong winds, and warm weather combined for a surge in power generation.
The country’s nuclear and coal plants were unable to scale down their output quickly enough, leading to a bounty of about $60 per megawatt-hour for high-volume consumers such as factories.

Das ist übrigens keineswegs ein singuläres Ereignis.

Nicht schlecht, wenn man für Stromverbraten bezahlt wird. So macht die Klimarettung Spaß.