Energieversorgung der Zukunft
Sie fahren mit dem Auto. Ihre Tankanzeige meldet, dass Sie bei der nächsten Möglichkeit tanken sollten. Sie fahren zur Tankstelle, aber dort gibt es keinen Kraftstoff …
Sie haben noch ein bisschen Reserve. Nach bangen Minuten haben Sie die nächste Tankstelle erreicht, aber auch diese ist leer. Nichts geht mehr, bis auf die wenigen Verbraucher, die durch die Energie in der Batterie angetrieben werden. Dieser Speicher ist bald verbraucht – dann ist der Energiehaushalt zu Ende. So ungefähr stellt sich die Situation in Europa gerade dar. Europa ist zu einem großen Teil von Energieimporten in Form von Erdgas und Erdöl aus anderen Nationen abhängig und die ungeplanten Veränderungen bei den globalen Energielieferketten führen zu erheblichen Herausforderungen für nationale Energiehaushalte.
Dieses plakative Beispiel soll verdeutlichen, wie abhängig unsere Gesellschaft von Energie und im Speziellen von fossilen Energieträgern ist. Der Vorteil dieser Energieträger ist zwar, dass sie eine hohe Energiedichte bei wenig Raumvolumen haben. Die Nachteile sind jedoch, dass sie nur an bestimmten Orten sowie in lediglich endlichen Mengen verfügbar sind. Wenn die fossilen Energieträger allerdings einmal verbrannt (benutzt) sind, würden sie zum Treibhauseffekt beigetragen haben. Vereinfacht gesagt, steht diese Energie für die nächsten 100 000 Jahre nicht mehr zur Verfügung, da der ökologische Kreislauf, von der Pflanze bis zum Rohöl, diese Zeitspanne benötigt. Eine Herstellung auf synthetische Weise, in Form von Bio-Treibstoffen, wäre möglich, steht aber derzeit in unmittelbarer Konkurrenz zur Lebensmittelindustrie.
Um unseren zukünftigen Energiebedarf zu decken, muss sich die Art und Weise, wie zurzeit Energie produziert wird, drastisch ändern. Dabei gibt es folgende Vorgaben zu berücksichtigen:
- Die Abhängigkeit von anderen Nationen ist zu verringern.
- Die Klimaziele sind ehest zu erreichen.
- Die Erwärmung der Erdoberfläche ist auf 1,5 °C zu begrenzen.
Die Produktion muss weg von fossilen Brennstoffen und hat sich an erneuerbaren Energiequellen zu orientieren. Allein durch die Solarenergie, die über das Jahr auf die Erde trifft, könnte die Erdbevölkerung mit dem aktuellen Energieverbrauch etwa zehntausend Mal versorgt werden.
Die Herausforderung dabei ist, dass ein Großteil der erneuerbaren Energieträger nicht ständig verfügbar ist (etwa bei Nacht oder Windstille). Die Energie muss daher irgendwie gespeichert werden, um bei Bedarf verwendet werden zu können. Dazu gibt es zwei Ansätze: Energie ist zentral zu produzieren und über Leitungen zum Bedarfsträger zu bringen und/oder Energie wird dezentral produziert und vor Ort verbraucht.
Energieerzeugung in Österreich
Wie aus der Gegenüberstellung des Stromerzeugungsmix von 1990 und 2020 ersichtlich ist, wird in Österreich im Vergleich zum restlichen Europa und auch global gesehen schon ein hoher Prozentsatz der Energieproduktion durch umweltfreundliche Energieformen erzeugt. Da sich aber Österreich mit dem Klima- und Energiepaket der Europäischen Union (EU) das Ziel gesetzt hat, gemeinsam mit den anderen 26 EU-Mitgliedstaaten die Treibhausgasemissionen um insgesamt 55 Prozent gegenüber dem Niveau des Jahres 1990 zu senken, muss der Energieverbrauch sowie die Energieproduktion als europäische Gesamtaufgabe betrachtet werden.
Durch die EU-Entscheidung wurde dieses Ziel im Bereich der Nicht-Emissionshandelssektoren (z. B. Verkehr, Gebäude, Landwirtschaft) auf die Mitgliedstaaten aufgeteilt („Effort Sharing“). Daher wurde Österreich verpflichtet, die von diesen Sektoren verursachten Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2020 um 16 Prozent gegenüber dem Jahr 2005 zu reduzieren.
Da die nationalen Emissionshöchstmengen in den Jahren 2013 bis 2016 unterschritten wurden, konnte ein Guthaben von rund neun Millionen Tonnen CO2-Äquivalent aufgebaut werden. Dieses Guthaben konnte in die Bilanz der Folgejahre mit Zielwertüberschreitungen (2017 bis 2019) miteingerechnet werden. Aus diesem Grund sowie durch den COVID-19-bedingten Rückgang der wirtschaftlichen Aktivität im Jahr 2020 hat Österreich die Klimaschutzziele über die Gesamtperiode 2013 bis 2020 erreicht. Der derzeitige Emissionstrend ist allerdings nicht ausreichend, um die Einhaltung der Klimaschutzziele 2030 und 2040 zu gewährleisten. Daher sind rasch zusätzliche, konkrete Maßnahmen im Einklang mit dem nationalen Energie- und Klimaplan (NEKP) und dem aktuellen Regierungsprogramm 2020 bis 2024 vorzubereiten und umzusetzen. Die Erreichung des Klimazieles Österreichs bis 2030 außerhalb des Anwendungsbereiches des Emissionshandels (minus 36 Prozent gegenüber 2005 nach gegenwärtiger Rechtslage; nach aktuellem Vorschlag soll dieser Wert auf minus 48 Prozent angehoben werden) sowie des nationalen Zieles der Klimaneutralität im Jahr 2040 erfordert ein deutlich höheres Ambitionsniveau im Klimaschutz als derzeit.
Zukünftige Energieproduktion Österreichs
Die Auswertung des Energieflusses aus dem Jahr 2021 durch das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) hat gezeigt, dass in Österreich trotz des hohen Anteiles an umweltfreundlicher Energieerzeugung der Anteil an fossilen Energieträgern in Form von Öl, Gas und Kohle, hauptsächlich für den Bedarfsträger „Verkehr“, hoch ist. Um die Abhängigkeit zu reduzieren und die Klimabilanz zu verbessern, müssen daher diese Energieerzeugungsformen durch klimaneutrale oder allenfalls klimafreundliche Energieerzeugungsformen ersetzt werden. Für Österreich wurden mögliche Ausbauszenarien erarbeitet und im Klimaschutzgesetz beschlossen.
Wie aus der Grafik Energieproduktion bis 2030 hervorgeht, soll der Ausbau von erneuerbaren Energiesystemen in Österreich wesentlich verstärkt werden. Dabei ist das größte Wachstumspotenzial im Bereich der Photovoltaik-Anlagen zu finden. Gesamt ergibt sich somit ein Wachstumspotenzial von etwa 30 Terawattstunden (TWh). Würde man jedoch nur den Energiebedarf in Österreich, der durch fossile Energieträger bereitgestellt wird, in der Größenordnung von ca. 800 Petajoule (diese Einheit wird bei großen Energiemengen verwendet) ersetzen müssen, so wäre ein Energiebedarf von ca. 200 TWh notwendig. Das beinhaltet nicht den noch immer steigenden jährlichen Energiebedarf der kommenden Jahre. Dieses anschauliche Beispiel zeigt, dass es sich bei der Energiewende um ein „Drehen an mehreren Schrauben“ handeln muss. Österreich alleine könnte die Energie, die durch den Ersatz der fossilen Energieträger notwendig wäre, nicht bzw. nur durch großen Einsatz decken. Nur in einem europäischen/globalen Gesamtansatz und durch ein gut ausgebautes Stromnetz kann diese Herausforderung durch z. B. Offshore-Windkraftanlagen, Wüstensolarparks, Großspeicheranlagen etc. gelöst werden. Fossile Energieträger werden auch in Zukunft noch zum Einsatz kommen, jedoch in geringerer Menge und in nur unbedingt notwendigem Ausmaß.
Herausforderung mit erneuerbaren Energieträgern
Erneuerbare Energieformen haben die unangenehme Eigenschaft, nicht immer verfügbar zu sein. Das Energieverbrauchsprofil ist im Laufe des Jahres fast immer gleich, jedoch deckt es sich nicht mit dem Energieerzeugungsprofil von erneuerbaren Energieträgern. Es ist notwendig, einen technischen Ausgleich zwischen Bedarf und Erzeugung herzustellen. Dies kann durch ausreichend Speicherkapazitäten, direkte und indirekte Verbrauchersteuerung und Durchmischungseffekte bei der Energieerzeugung bewerkstelligt werden. Der Energieausgleich kann jedoch nur erreicht werden, wenn eine ausreichende Netzkapazität vorhanden ist. In Österreich sowie im restlichen Europa ist der Netzausbau zurzeit noch nicht auf dem Niveau, um die zukünftigen Herausforderungen bewältigen zu können.
Wenn alle erneuerbaren Energieerzeugungsformen die maximale Energie erzeugen, dann kommt es zu einer zwei- bis dreifachen Lastüberdeckung. In diesem Fall muss es möglich sein, die überschüssige Energie effizient speichern zu können, um bei Nacht oder Windstille die Energie abrufen zu können. Ebenso zeigt sich ein zusätzlicher Energiebedarf von 46 TWh, wenn Teile der Industrie sowie der Verkehr ebenfalls auf erneuerbare Energieträger umgestellt werden.
Speichersysteme Österreichs
Speichersysteme stellen eine wesentliche Schlüsselfunktion in der zukünftigen Energiewende dar. Dabei wird zwischen zwei Systemen unterschieden: die zentrale Speicherung und die dezentrale Speicherung. Österreich befindet sich in der glücklichen Lage, durch die Alpen über eine große Menge an Energiespeicherkapazitäten in Form von Pumpspeicherkraftwerken zu verfügen. Zurzeit können ca. 3,3 TWh eingespeichert und eine maximale Leistung von 4,3 GW entnommen werden. Die gegenwärtig eingesetzten Heimspeichersysteme spielen derzeit in der österreichischen Energiewirtschaft noch eine untergeordnete Rolle. Dies sollte sich jedoch mit dem Ambitionsziel 2030 ändern. Dann sollte die Energiemenge, die in Heimspeichersystemen eingespeichert wird, in Summe von ca. 45 GWh möglicher Leistungsentnahme auf ca. 29 GW gesteigert werden.
Aktuelle Speichertechnologien
Speichertechnologien bieten unterschiedliche Energiespeichermöglichkeiten mit verschiedenen Eigenschaften. Für die Energiewende am interessantesten sind jene Speicherformen, die eine große Energiemenge möglichst lange speichern können. Dabei sind für die zentrale Energiespeicherung Pumpspeicher, Druckspeicher, Fernwärmespeicher sowie chemische Speicher „Power to Gas“, z. B. die Wasserstoffproduktion, am besten geeignet. Die Nachteile der chemischen Speichersysteme liegen darin, dass es derzeit noch eines großen Energieaufwandes für die Einspeicherung der Energie in Form von beispielsweise Wasserstoff bedarf. Der Wirkungsgrad, die Energieproduktion in einen chemischen Energieträger umzuwandeln, zu speichern und zu verbrauchen, liegt zurzeit bei maximal 20 Prozent. Bei einem elektrochemischen bzw. mechanischen Speicher beträgt der Wirkungsgrad etwa 90 Prozent. Das bedeutet, dass man für die Einspeicherung einer bestimmten Menge an Energie bei einer chemischen Speicherung etwa eine fünf Mal größere Energiemenge benötigt, um die gleiche Energie am Ende verfügbar zu haben. Daher macht die Umwandlung in einen chemischen Speicher nur dann Sinn, wenn die Energie im Überfluss vorhanden ist und nicht abtransportiert werden kann.
Auswirkungen auf das Bundesheer
Für das Bundesheer ergeben sich durch die zukünftige Entwicklung folgende Herausforderungen: Durch den massiven Ausbau der Netzinfrastruktur wird deren Schutz eine zentrale Rolle in der Landesverteidigung spielen. Diese Verantwortung beginnt schon bei der Errichtung der Netzinfrastruktur. Nur wenn Spezialisten des Bundesheeres bei der Planung miteingebunden werden, können schon im Vorfeld eventuelle schutztechnische Risiken und Bedarfe erkannt werden. Ebenso sollte die Ausbildung von Elektrofachkräften weiter forciert werden, um künftig die Eigenversorgung und Autarkie sicherstellen zu können. Der Erhöhung des Energieerzeugungsequipments sollte ebenfalls Rechnung getragen werden.
Fazit
Die kommenden Jahre werden zeigen, wie wandlungsfähig unsere Gesellschaft ist. Die Pläne für eine Energiewende sind bereits ausgearbeitet und könnten umgesetzt werden. Wie so oft liegt das Problem nicht an den Möglichkeiten, sondern an wirtschaftlichen Interessen. Ebenso ist die Sichtweise des Einzelnen oft konträr zum Gesamtansatz. Für die Energiewende benötigt es den Einsatz aller. Der Wandel hin zu einem klimafreundlichen Verhalten eines jeden kann in einigen Bereichen durch die Politik gesteuert werden, aber es bedarf des Verständnisses und des Willens, dieses auch umzusetzen. Wenn der Energiewandel als Möglichkeit und nicht als Einschränkung angesehen wird, eröffnet das eine gänzlich andere Sichtweise.
Hauptmann Mag.(FH) Lukas Walter, BSc; Kommandant Lehrgruppe & Hauptlehroffizier Pionierbaudienst und Bauunterstützung an der Heerestruppenschule.
Dieser Artikel erschien im TRUPPENDIENST.
