Volkswirtschaftliche Betrachtung der Energiewende
Eine Reduktion von Treibhausgasen und Luftverschmutzung ist sicherlich im Interesse der meisten. Betrachten wir zusätzlich die Energiewende auf volkswirtschaftlicher Basis, und begrenzen wir das ganze nicht auf Deutschland. Zur Zeit werden in Deutschland energieintensive Unternehmen von der EEG-Umlage befreit. Sie tragen also nicht die Kosten für eine Verringerung von Treibhausgasen und für die Umweltverschmutzung. Untersuchen wir im Folgenden volkswirtschaftlich, ob das überhaupt Sinn macht.
Wir bedienen uns bei der Untersuchung volkswirtschaftlicher Ansätze wie des „Absoluten Kostenvorteils“ nach Adam Smith. Wir erweitern dabei die rein monetäre Betrachtung und beziehen uns auch auf Umweltaspekte.
Theorie
Beim absoluten Kostenvorteils wird davon ausgegangen, dass es Vorteile bietet, wenn alle Länder jeweils die Produkte herstellen, die sie am kostengünstigsten herstellen können, und dann werden zu Wohle aller die Produkte ausgetauscht.
Also Land A produziert Strom finanziell und ökologisch günstiger als Land B, dafür produziert Land B meinetwegen Würstchen günstiger. Wenn also jetzt Land A und B jeweils die Produkte herstellen, die sie günstiger herstellen können als das andere Land, dann haben beide einen Vorteil beim Austausch.
Historie
Im vorletzten Jahrhundert lagen die Ressourcen für die Produktion in Mitteleuropa dicht beieinander. Es war Kohle oder Holz und Eisenerz nebeneinader verfügbar. Daraus resultierte der Bergbau und die Stahlindustrie in einigen Regionen. Auf Basis des vorhandenen Stahls kam dann andere Industrie hinzu.
Im Laufe der Zeit wurden die Rohstoffe und die Produkte immer mehr gehandelt, und erreichten auch Regionen, die nicht über die Ressourcen verfügten. Als Produktionsvorteil gab es aber immer noch das Wissen, und die verfügbaren Produktionsmittel (z.B. Stahlwerke, Zementfabriken etc.).
Früher hat sich die energieintensive Industrie an Standorten angesiedelt, an denen diese Energie in hohem Umfang verfügbar war. Das war neben Kohleminen, oder neben Kraftwerken. Damit blieben Transportwege kurz, und man brauchte auch nur kurze Leitungen für den Strom.
Heute
Heute werden sowohl Rohstoffe als auch die Produkte weltweit gehandelt. Das Eisenerz für die D Stahlproduktion kommt z.B. aus Norwegen und die Kohle aus Übersee. Für bestimmte Produktionsverfahren (Aluminiumherstellung, Stahlherstellung etc.) ist auch das Wissen frei verfügbar oder in Form von Schlüsselfertigen Produktionsanlagen verfügbar. Strom wird per Hochspannungs-leitung über große Distanzen übertragen.
Betrachtet man die Herstellung energieintensiver Produkte aus ökologischer und volkswirtschaftlicher Sicht, so stellt sich die Frage nach dem Sinn der jetzigen Produktionsweise. Muss man Rohstoffe über weite Strecken transportieren, um sie dann unter hohem Energieaufwand an konventionellen Energieträgern in Basisprodukte umzuwandeln? Macht es nicht vielmehr Sinn diese Umwandlung entweder an Ort und Stelle, oder an Plätzen mit einem hohen Energieangebot durchzuführen? Muß die Allgemeinheit dafür aufkommen, um dieser Produktionsweise durch Subvention eine Wirtschaftlichkeit zu verschaffen?
Situation in Deutschland
Im Rahmen der Energiewende entfallen mehr und mehr AKW-Standorte. Der Standortvorteil für die energieintensiven Unternehmen in deren Nachbarschaft verschwindet. An anderen Standorten baut man neue Kraftwerke auf regenerativer Basis. Nach der Regel des absoluten Kostenvorteils müsste man jetzt auch die Produktion zu den neuen Standorten verlagern, um den Vorteil der kurzen Verbindungswege und des hohen Energieangebotes wahrzunehmen. Man könnte im Wettbewerb auch stattdessen in verbrauchssenkende Maßnahmen investieren.
Hier aber versagt die Politik.
- Es werden mit hohen Kosten Leitungen gebaut, die hauptsächlich für die energieintensive Industrie benötigt werden. Diese Industrie wird aber von den Netzentgelten (also den Kosten) befreit, so dass nur Kleinbetriebe und die Haushalte die Kosten tragen.
- Die energieintensive Industrie kann den Strom (der durch die regenerativen Kraftwerke rechnerisch billiger geworden ist) billig auf dem Markt kaufen. Von der EEG Umlage, die den Unterschied zur tatsächlichen Vergütung ausgleicht, ist sie befreit. Auch hier tragen Kleinbetrieben und Haushalte die Kosten.
- Die Schieflage bei der Belastung ist mittlerweilen so hoch, dass sogar eine Begrenzung der regenerativen Stromerzeugung beschlossen wurde.
- Jeglicher Kostendruck wird von den Uternehmen genommen, und damit die Motivation in Verbrauchssenkungen zerstört.
Die Politik in D stellt sich protektionistisch gegen volkswirtschaftliche Regeln, und verteuert und bremst die ökologisch sinnvolle Energiewende für die Allgemeinheit.
Vorschlag
Bei Desertec wurden Pläne entwickelt, den Strom Solar in der Wüste zu erzeugen, und ihn dann per HGÜ nach Europa zu schicken. Man propagiert eine aufwändige Lösung, nur damit sich in Deutschland nichts zu ändern braucht. Die Aluminiumhütten und Zementwerke bleiben weiterhin in z.B. Bayern.
Jetzt modifizieren wir das Ganze nach absolutem Vorteil und betrachten nicht nur die Stromproduktion, sondern auch die Erzeugung energieintensiver Produkte. In der Wüstenregion in Nordafrika gibt es ein hohes Angebot an Solarenergie, und in einigen Bereichen Windenergie. Das ist ein Standortvorteil (Strom Prozesswärme), der z.B. die energieintensive Industrie anlocken sollte. Abwärme ließe sich zur Meerwasserentsalzung verwenden (Zusatznutzen). Die Produkte können weltweit verkauft werden. Damit erwirtschaftet sich diese Region die Einnahmen, mit denen sie in anderen Ländern z.B. Deutschland deren jeweil günstigen Produkte erwerben können.
Vorteile:
- Es sind keine teueren langen Leitungen mit HGÜ nötig.
- Stromproduktion und Produktion der energieintensiven Güter kann aufeinander abgestimmt werden
- Produktion unabhängig vom Strombedarf in.
- Transport der Produkte mit verschiedenen Transportmitteln z.B. per LKW, Bahn oder Schiff möglich.
- Entfall unnötiger Subventionen.
- Die Nordafrikastaaten könnten ihre Handelsbilanz gegenüber anderen Industrieländern ausgleichen, im Gegenzug könnten wir mehr unserer Produkte dorthin exportieren.
Änderungen:
- In D entfällt die Befreiung von den Netzentgelten und von der EEG Umlage.
- Die Unternehmen, die noch andere Standortvorteile in D haben werden bleiben oder zu den Windparks umziehen.
- Die Bevölkerung zahlt weniger Netzentgelte und weniger EEG-Umlage.
- Der Bedarf an Speicher sinkt, und ist eher bereitstellbar.
- Es gibt weniger Bedarf an Netzausbau.
- Es gibt weniger Bedarf an Reservekraftwerken.
- Die Mitarbeiter in der energieintensiven Industrie müssen in andere Industriezweige wechseln.
Bei der Globalisierung wird nach Standortvorteilen gesehen wird, und aufgrund niedrigerer Löhne wandern ganze Branchen ins Ausland ab. Da stellt sich mir die Frage, warum wir uns hier auf Kosten der Allgemeinheit leisten energieintensive Industrie an alten Standorten zu fördern, wenn die doch nur einen geringen Anteil der Arbeitskräfte beschäftigt. Kleinbetriebe mit wesentlich mehr Mitarbeitern werden dagegen belastet.
Du hast Recht bezüglich der EEG-Schieflage in Deutschland. Strom wird für die Industrie immer billiger, für den Endverbraucher immer teurer. Und kein relevanter Politiker von der SPD oder den Grünen scheint das kapiert zu haben und endlich für eine korrigierende Änderung (z.B. eine kleine EEG-Umlage auch für die Industrie) sorgen zu wollen.
Ansonsten denke ich, dass wir für die Energiewende noch VIEL mehr Stromleitungen benötigen, insbesondere HGÜ auf interkontinentalem Maßstab! Abends (in Europa) wird dann Solar-Überschussstrom aus Florida nach Europa transportiert, abends (in Florida) wird dann Solar-Überschussstrom aus Kalifornien nach Florida transportiert, abends (in Florida) wird dann Solar-Überschussstrom aus Südostasien nach Kalifornien transportiert usw. usf. Auch die Produktion von Windstrom kann so global ausgeglichen werden.
China hat bereits mehrere HGÜ-Systeme mit jeweils 6000 bis 8000 MW Leistung und teils über 2000 Kilometer Leitungslänge bei 800 kV im Einsatz. Erhöht man die Spannung auf 2 MV, erhöht sich die Leistung um den Faktor 2,5, also auf 20 GW, und zugleich die Leitungslänge ebenfalls um den Faktor 2,5, also auf über 5000 km, bei gleicher Menge an benötigtem Kupfer pro Kilometer und gleichem Verlustfaktor für die Gesamtleitung. Aktuell entsteht in China ein HGÜ-System mit 1,1 MV und 12 GW Leistung bei 3333 km Gesamtlänge:
http://www.abb.com/cawp/seitp202/f0f2535bc7672244c1257ff50025264b.aspx
Aber in Deutschland diskutiert man lieber ausgiebig darüber, an welchen Fischteichen „Südlink“ vorbeiführen darf und welchen nicht.
Mein Ansatz ging eigentlich eher dahin, die stromintensive Herstellung in die Länder zu verlagern, in denen es ein großes Angebot an regenerativer Energie gibt (Solar, Wind oder Wasserkraft). Dazu würde z.B. Strom aus Solarkraftwerken in der Sahara gehören. Dass hieße für mich den Standortvorteil auszunutzen. Viel Strom wird z.B. bei der Aluminium und Kupfergewinnung benötigt. Warum werden krampfhaft die Erzeuger von Primäraluminium und Elektrolytkupfer in Deutschland gehalten (400.000 € Förderung pro Arbeitsplatz auf Kosten der Haushalte). Die große Anzahl an Arbeitsplätzen liegt in der Weiterverarbeitung. Aluminium und Kupferbarren können leicht transportiert werden, ohne eine Interkontinentale Stromleitung zu benötigen. Auch kann leicht ein Vorrat gehalten werden, was Abhängigkeiten von internationalen Schwankungen vermeidet.
Die Erzeugerländer könnten je nach Bedarf weltweit liefern, und sind nicht auf Gleichzeitigkeit mit dem europäischen Verbrauch angewiesen. Was nützt denn ein Solarkraftwerk, was am Tage abgeschaltet werden muss, weil in Deutschland auch die Sonne scheint?
Die Erzeugerländer hätten ein für Industrieländer interessantes Produkt, für das sie wiederum HighTech Produkte erwerben könnten, ohne sich bis zum Abwinken zu verschulden. Das Deutsche Importdefizit könnte abgebaut werden, und gleichzeitig würde der Umwelt geholfen. Die Haushalte würden entlastet, und die Kosten für die Energiewende in D könnten verringert werden.
Die Frage ist: Was ist am Ende leichter zu transportieren? Das stromintensive Produkt (in Deinem Fall Aluminium oder Kupfer) und dessen Ausgangsstoff (in Deinem Fall Bauxit oder Schwarzkupfer) auf der einen Seite, oder der Strom auf der anderen Seite. Ich denke dank HGÜ und evtl. auch dank supraleitender Kabel wird der Transport des Stroms künftig günstiger und effizienter sein als der Transport der Ausgangsprodukte. In Essen lohnt sich ein 1 km langes supraleitendes Kabel mit 3 x 2310 A schon bei der vergleichsweise niedrigen Spannung von 10 kV (40 MW Nennleistung), da die Kühlverluste geringer sind, als Leitungsverluste in einem gleich langen herkömmlichen Kupferkabel anfallen würden:
http://www.ivsupra.de/produkte/energietechnik/kabel.html
Laut dieser Quelle hier:
https://elenia.rz.tu-bs.de/fileadmin/content/sls/7sls/ErikMarzahn_DasAmpacityProjekt.pdf
werden 4 kW „Kälteleistung“ bei 67 K benötigt. Aufgrund Carnot-Wirkungsgrad werden daher 20 kW Leistung benötigt, wenn das heiße Ende des zum Kühlen verwendeten Kompressors bei 335 K (= 62 °C) arbeitet. Rechnet man, dass die Kältemaschine nun dreimal mehr Strom frisst, als nach Carnot im Idealfall nötig, sind das 60 kW.
Wie sieht das nun bei 1,1 MV Gleichstrom aus? Dann steigt die Leistung eines gleich dicken Kabels auf das 150-fache, nämlich 3 x 2310 A x 1,1 MV x 0.85 (15% Sicherheitsabstand) = 6,5 GW, während der Kühlungsbedarf nur auf das ca. vierfache steigt, da das Kabel dank der nötigen Isolation ca. vierfach so dick wird wie bisher.
Bei einer angenommenen Entfernung von 4000 km würde das HGÜ-Supraleiter-Kabel also 60 kW/km x 4 x 4000 km = 960 MW für die Kühlung benötigen. Bei 6,5 GW Leistung sind das Verluste von fast 15% bei Nennleistung, und leider noch mehr bei Teilleistung.
Doch Halt! Grundsätzlich gibt es keinen Grund, warum man die Stromstärke solcher Supraleiterkabel nicht noch deutlich steigern können sollte, zum Beispiel auf 20 oder gar 50 kA: 2 x 50 kA x 1,1 MV x 0.8 = 88 GW. Das entspricht dem Stromverbrauch von Deutschland! Und der Kühlaufwand beträgt über 4000 Kilometer gerade mal 1,1% des transportierten Stroms!
Die genannten Werte sind zudem alle extrem konservativ gerechnet. Der Wärmeverlust über die Vakuum-Isolation lässt sich sicher ebenso noch weiter reduzieren wie sich der Wirkungsgrad des Kühlsystems verbessern lässt. Auch kann man das Kabel wieder kompakter machen, indem man gar nicht zu so hohen Spannungen geht und stattdessen die Stromstärke nochmals erhöht: Laut dieser Quelle hier:
http://www.d-nano.com/images/pdf/2014-03-14-tutorial-baecker-d-nano.pdf
liegt der kritische Strom von HTSL-Kabeln derzeit bei 150 bis 300 A/mm². Bei 50 kA und 1,1 MV braucht man also einen Leiter-Querschnitt von 333 mm² = 3,3 cm². Bei 160 kA und 320 kV wären es dann 1066 mm² = 11 cm², entsprechend einer Dicke des ringförmigen Supraleiters von 3,5 mm bei einem Innendurchmesser von 100 mm. Daran würde sich Isolationsmaterial anschließen (das mit den 2 x 320 kV Spannung zwischen Plus- und Minus-Leiter klarkommt), dann ein weiterer ringförmiger Leiter, Isolationsmaterial (für „nur“ 320 kV), ein Masseband, der Stickstoff-Rückkanal (der Stickstoff-Hinkanal ist im Inneren des ersten rohrförmigen Leiters), und dann die Vakuum-Isolation anschließen. Insgesamt hätte so ein Kabel geschätzt 30 cm Durchmesser und damit gemäß der obenstehenden konservativen Rechnung einen Kühlbedarf von unter 0,5 GW und somit einer Effizienz über 99%.
Es gibt m.W. kein Transportsystem für Energie, egal, ob Erdöl oder Erdgas per Tanker oder Pipeline, Kohle per Stückgut etc., das auf 4000 km Entfernung nur so geringe Verluste hat.
Das Magnetfeld am äußeren Rand des inneren Leiters beträgt 0,6 Tesla – das ist noch gut handhabbar. In Summe der beiden konzentrischen Leiter dringt kein Magnetfeld und kein elektrisches Feld aus dem Leiter nach draußen, da Spannung und Strom genau gegengleich sind. Das Kabel wird nicht warm, im Gegenteil, es kühlt den Erdboden, allerdings nur minimal. Die Umweltauswirkungen des HGÜ-HTSL-Kabels sind also – mit Ausnahme der Kühlstationen, die Abwärme abgeben – minimalst.
Die Technologie ist also prinzipiell vorhanden, der Kostenunterschied bei der Produktion von Solarstrom in Afrika vs. der Produktion in Europa ist ebenso vorhanden, und den Rest wird der Markt regeln, egal, ob der politische Wille da ist oder nicht. Über das Mittelmeer kommt also künftig immer mehr Strom nach Europa, und dann hoffentlich auch irgendwann wieder weniger Flüchtlinge.
@Kai:
„Über das Mittelmeer kommt also künftig immer mehr Strom nach Europa, und dann hoffentlich auch irgendwann wieder weniger Flüchtlinge.“
Vorausgesetzt daß jeder Staat auf dem Transportweg mitspielt und es für immer Friede Freude, Sonnenschein gibt und niemals nicht Krieg, oder gar einen bösen Menschen der die Leitung sabotieren will…..
@Anja:
So viele Staaten gibt es auf dem Transportweg nicht, wenn die Leitung quer durchs Mittelmeer verläuft. Wenn z.B. Algerien Strom an Spanien, Frankreich oder Italien verkauft, dann sind nur die beiden Länder beteiligt und dazwischen befindet sich nur internationales Gewässer.
Sabotage ist natürlich möglich, aber das ist jetzt ein Problem, das es bei jeder Form von Handel gibt. Öltanker werden ja auch immer wieder mal von Piraten entführt.
@Kai Petzke
1. Nennenswerte Bauxit oder Kupfervorkommen gibt es in D nicht. Insofern müssen die Rohstoffe sowiso per Schiff transportiert werden, Also besteht die Entscheidung darin, ob Rohstoffe oder Halbfertigwaren transportiert werden.
2. Supraleiter, die eine hohe Feldstärke vertragen, und die bei ge mäßigten Temperaturen funktionieren sind bislang noch teuer. Wenn das nicht so wäre, dann wäre für die Deutsche N-S Verbindung ja wohl auch eine Supraleiterrverbindung vorgesehen worden und nicht nur HGÜ.
3. Wärend man beim Transport der raffinierten Materialien Kunden Weltweit bedienen könnte und damit nicht auf das Wohlwollen eines einzelnen Abnehmers angewiesen wäre, ist eine Leitung festgelegt, und damit sind es auch die möglichen Abnehmer. Wenn z.B. in D die Sonne scheint und Wind weht entfällt der Abnehmer.
gerade deshalb ist es ja eine Betrachtung, was volkswirtschaftlich (gemäß Theorie) sinnvoll wäre, und nicht eine Betrachtung welche zukünftigen Technologien ein „Weiter so“ ermöglichen würden.