Mehr als zwei Drittel der eingesetzten Energiemenge gehen schon in unserem System von Großkraftwerken und Überlandverteilung verloren.
Der Wirkungsgrad einer Maschine bezeichnet in Prozent, wie viel nutzbare Energie aus der eingesetzten Energiemenge erzeugt wird. So liegt der übliche Wirkungsgrad einer Gasheizung bei mindestens 90%. Großkraftwerke allerdings weisen einen Wirkungsgrad von maximal 40% auf, Kernkraftwerke höchstens 33%. Das liegt in der Hauptsache daran, dass die anfallende Abwärme nicht genutzt wird. Eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, zum Beispiel ein Blockheizkraftwerk mit einem Motor, erreicht dagegen einen Wirkungsgrad von bis zu 98%.
Das vorherrschende Energiekonzept ist ingenieurtechnische Steinzeit
Ingenieure sind in der Regel in der Lage, alles zu entwickeln, man muss ihnen nur eine Aufgabe stellen. Von sich aus passiert in der Regel nichts, wie die Geschichte der Katalysatoren, der Dieselrußfilter und eben auch der Effizienz der Energieerzeugung zeigen. Die in Industriestaaten vorherrschende Technologie der Stromerzeugung und Verteilung ist so ein Beispiel einer Technologie, die im Detail gut gelöst, im Ganzen aber vor allem ökonomischer Unsinn ist. Die zentralen Großkraftwerke nutzen die eingesetzte Energie in Form von Öl, Gas, Kohle oder Uran maximal zu 40%. Der Rest wird als Verlustwärme in die Umwelt abgegeben. Diese Großkraftwerke müssen sodann die erzeugte Energie über das ganze Land verteilen, mit sehr aufwändigen Netzen. Zuerst mit Höchstspannungsleitungen und einer Spannung bis zu 380 Kilovolt (KV, 380.000 Volt). In der Nähe großer Ballungsräume wird die Spannung dann in Umspannstationen auf 110 KV herunter transformiert und weiter verteilt. In den regionalen Mittelspannungsnetzen erfolgt eine weitere Transformation auf nur noch maximal 50 KV und zuletzt für die kleinen Ortsnetze, also die Verbraucher auf 230 beziehungsweise 400 Volt. Allein auf diesem langen Weg zum Endverbraucher gehen mindestens weitere 6% der erzeugten Energie verloren, je nach Anzahl der Umspannvorgänge unter Umständen noch mehr. Dass diese Systeme besonders durch die Zentralisation sehr anfällig für Störungen sind, haben die zum Teil länderübergreifenden Stromausfälle der letzten Jahre gezeigt. Da die Netze dann noch zentral gesteuert werden, gibt es hier ideale Ansatzpunkte für illegale Eingriffe, im schlimmsten Fall durch Terroristen oder feindliche Staaten. Zuletzt haben externe Eingriffe in iranische Kernkraftwerke diese offene Flanke vor Augen geführt.
Strom wird nicht kontinuierlich in gleicher Menge verbraucht
Großkraftwerke lassen sich nicht so flexibel regeln, wie der Strom im Netz angefordert wird. Die Steuerung innerhalb der großen, internationalen Netze stellt höchste Anforderungen an die Überwachung und Regeltechnik. Hier haben die Ingenieure großartiges geleistet, jedoch mit einer falschen Aufgabenstellung. Strommengen müssen oft mit großem Aufwand innerhalb der Netze verschoben werden, in den letzten Jahren ganz besonders, weil die unkalkulierbaren Kleinanlagen, wie Wind- und Solarkraftwerke, oft genau dann Strom einspeisen, wenn keiner gebraucht wird. Hier wurde wieder erst ein Problem geschaffen und erst dann über eine Lösung nachgedacht. Eigentlich müssten alle diese saisonal arbeitenden Anlagen ihren Strom erst einmal in ein Depot, also eine Speichereinheit liefern, aus dem dieser dann genau nach Bedarf entnommen werden kann. Blockheizkraftwerke liefern zwar verlässlich eine bestimmte Menge an Strom, wenn sie aber nach dem Wärmebedarf gefahren werden müssen, auch wieder nicht kontinuierlich. Sind diese an eine Biogasanlage gekoppelt, müssen sie eigentlich permanent laufen, da das Gas eben stetig erzeugt wird und verbrannt werden muss. Einzige Möglichkeit einer Regelung wäre die Zwischenspeicherung des Gases. In jedem Fall also muss erst ein Gesamtkonzept entwickelt werden, bevor eilfertig gehandelt wird.
Die Hoch- und Höchstspannungsnetze sind nicht unproblematisch
Durch eine wiederum unbedachte Konzentration auch der neuen, eigentlich dezentralen Anlagen entstehen neue Probleme der Verteilung und Steuerung. Gigantische Windparks, nun besonders im Meer aufgestellt, müssen ihren Strom über weite Strecken verteilen. Genauso verhält es sich mit Groß-Solarparks zum Beispiel in Spanien. Diese Strommengen überlasten die bisherigen Netze, die zuerst mit dem Strom der alten Kraftwerke verstopft sind. Solange der Strom aus regenerativen Quellen noch Vorrang genießt bedeutet dies, dass die Dinosaurierkraftwerke ständig geregelt werden müssen. Zusätzlich müssen neue Hochspannungsnetze geschaffen werden, was zuerst an dem Widerstand der Trassenanlieger scheitert. Der Widerstand, der lediglich das Landschaftsbild erhalten möchte, wird gern belächelt, der Widerstand, der die Auswirkungen der starken Magnetfelder im Bereich der Leitungen moniert, sollte aber ernst genommen werden. Jeder Laie mag sich mit einer Leuchtstofflampe in der Hand unter so eine Leitung stellen und beobachten, wie diese einfach beginnt zu leuchten, ohne Anschluss an irgendeine sichtbare Stromquelle. Dies geschieht durch den so genannten Verschiebungsstrom, der durch das starke elektromagnetische Feld des Stromes in den Leitungen hervorgerufen wird. Dieser Strom fließt auch durch die Luft. Dass durch diese Felder – und die hervorgerufenen Ströme – andere Felder, wie die in einem menschlichen Körper, beeinflusst werden ist vorstellbar. In welcher Weise ist umstritten. In jedem Fall bedürfen die Netze sorgfältiger Überwachung und Unterhaltung, wie die Probleme in jedem Winter zeigen, wo verschneite oder vereiste Leitungen einfach zusammenbrachen.
Ein intelligentes Netz kann viele Probleme vermeiden
Würde man unseren Ingenieuren die Aufgabe stellen, ein effizientes und weniger störanfälliges Netz zu entwickeln, würden sie sicher zu einer Lösung kommen. Sie würden zuerst einmal das vorhandene Mittelspannungsnetz (bis maximal 50KV) besser nutzen und in vielen dezentralen Kraftwerken, die Idealerweise ihre Abwärme auch als Nutzwärme bereitstellen, den Strom erzeugen. Dazu werden die lokalen Ressourcen optimal genutzt. Zuerst ist da überall Biomasse vorhanden, in der Kläranlage der Gemeinde, allen anfallenden Reststoffen, von Lebensmittelresten, Gartenabfällen, Mist in den Dörfern, bis zu Pflanzenresten in der Landwirtschaft, Holz in kommunalem Grün und den Gärten, sowie Restholz in den Wäldern und erst ganz am Schluss, wenn überhaupt erforderlich, Energiepflanzen auf bisherigen Brachflächen. Sodann haben einige Bürger Solarpaneele auf den Dächern und vielleicht steht an geeigneter Stelle das eine oder andere Windrad. Der erzeugte Strom deckt zuerst den lokalen Bedarf und nur ein Überschuss wird in das Netz abgegeben. Da dieses Netz von einer großen Zahl von Anlagen gespeist wird und auf dieser Spannungsebene sehr dicht ist, können Störungen an einer Stelle leicht ausgeglichen werden. Das Beispiel Jühnde (Niedersachsen) zeigt, dass in einem Dorf mit einer Biogasanlage und angeschlossenem BHKW, das die Wärmegrundlast liefert, etwa dreimal so viel Strom erzeugt wird, wie das Dorf selbst benötigt. Dieser Strom könnte zum Beispiel in der nächsten Stadt oder einem Gewerbegebiet genutzt werden.
Wärme und Strom können an jedem Ort bedarfsgerecht erzeugt werden
Viele Studien haben gezeigt, dass an jedem Ort die Ressourcen vorhanden sind, die lokal benötigte Wärme zu erzeugen, ohne einen externen Rohstoff einsetzen zu müssen. Wenn bei der Erzeugung der Wärme auch parallel Strom erzeugt wird, ist so ein Ort völlig autark. Derartige Beispiele gibt es in den ländlichen Gegenden inzwischen in großer Zahl, nun sind selbst Städte wie München entschlossen dies auch zu erreichen. Bezüglich der Stromverteilung müssen nun noch Speichermöglichkeiten, wie das alte Speicherkraftwerk in Geesthacht an der Elbe geschaffen werden, um die Versorgung bedarfsgerecht steuern zu können. Unsere Ingenieure haben also für alle Probleme Einzellösungen parat, sie müssen nur noch intelligent zusammengefügt werden. Möglicherweise können sogar einige der problematischen Überlandleitungen entfallen, neue Netze, da nur im Mittelspannungsbereich erforderlich, unterirdisch verlegt werden. Die wichtigste Erkenntnis des interessierten Beobachters ist in jedem Fall, dass das veraltete System der zentralen Großanlagen und der Verteilung mittels Höchstspannungstrassen überholt ist. Es vernichtet Energie, wertvolle Ressourcen und ist dem Wissensstand deutscher Ingenieurskunst nicht angemessen. Von allen anderen Problemen, wie Verknappung der Rohstoffe, Umweltverschmutzung, Strahlungsproblematik, Endlagerung von Atommüll und der Klimafrage muss man gar nicht reden. Ein völlig neuer Faktor bei diesen intelligenten Konzepten ist, dass plötzlich in der Region eine Wertschöpfung stattfindet, die – siehe Beispiel Jühnde – jedem Bürger zu Gute kommen kann. Das Geld bleibt plötzlich im Land, ja im Ort. „It´s just the economy, stupid“.
Für Interessierte gibt es im Deutschen Museum München eine umfassende ständige Ausstellung zu dem Thema.
Daten, Tabellen und Berechnungen finden sich verständlich in Friedrichs Tabellenbuch Elektrotechnik.