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Erneuerbare Energie

Akronym: EE

Definition: Energie aus erneuerbaren (regenerativen), d. h. nicht erschöpflichen Quellen

Englisch: renewable energy

Kategorien: erneuerbare Energie, Grundbegriffe

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 24.04.2010; letzte Änderung: 04.01.2019

Erneuerbare Energie (auch regenerative Energie oder manchmal alternative Energie genannt) ist Energie aus Quellen, die durch ihre Nutzung nicht erschöpft werden. Sie stehen somit dauerhaft zur Verfügung, und in aller Regel entsteht durch ihre Nutzung auch keine wirtschaftliche Abhängigkeit z. B. von Rohstofflieferanten. Ein nachhaltiges System der Energieversorgung wird voraussichtlich größtenteils auf erneuerbaren Energien basieren müssen.

Als “neue Erneuerbare” werden häufig erneuerbare Energiequellen unter Ausschluss der Wasserkraft bezeichnet, weil letztere vielerorts schon gut etabliert ist.

Wichtige Quellen erneuerbarer Energie

Die meisten erneuerbaren Energien entstehen direkt oder indirekt aus der Energie, die die Sonne der Erde stetig in Form von Strahlung (vor allem Licht und Infrarotstrahlung) liefert. Für die direkte Nutzung von Sonnenenergie (solarer Energie) gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:

Indirekt ist die Sonneneinstrahlung die Grundlage für weitere erneuerbare Energien:

  • Wasserkraft ist direkt nutzbare mechanische Energie. Sie ist unerschöpflich, weil Wasser z. B. im Meer mit Hilfe von Solarwärme verdampft und später als Niederschläge (Regen oder Schnee) wieder in größeren Höhen deponiert wird. Energie aus Pumpspeicherkraftwerken kann jedoch nicht als erneuerbare Energie gewertet werden, da es sich nur um gespeicherte Energie aus anderen Quellen handelt.
  • Osmosekraftwerke könnten zukünftig an Flussmündungen Energie aus den Salz-Konzentrationsunterschieden (Salzgradienten) zwischen Fluss- und Meerwasser gewinnen. Sonnenenergie, welche Meerwasser verdampft, stellt ständig neues salzarmes Wasser zur Verfügung. Zum Teil werden Osmosekraftwerke als spezielle Wasserkraftwerke angesehen.
  • Windenergie entsteht durch Unterschiede des Luftdrucks, die von der Sonneneinstrahlung verursacht werden.
  • Aus Windenergie entsteht wiederum die Energie von Meereswellen, die mit gewissen neuartigen Anlagen genutzt werden kann.
  • Energie aus Biomasse (manchmal Bioenergie genannt) stammt von Pflanzen, die die Biomasse mit Hilfe von Sonnenenergie aufbauen. Teils wird Bioenergie aus Pflanzenabfällen gewonnen, teils aus eigens für die Energiegewinnung angebauten Pflanzen (Energiepflanzen). Man spricht auch von Nawaro = nachwachsenden Rohstoffen. Biomasse lässt sich teils direkt als Energieträger verwenden, etwa in Form von Holz, oder nach Umwandlung in Biokraftstoffe und Brennstoffe wie Bioethanol, Biodiesel und Biogas.

Andere erneuerbare Energien stammen nicht von der Sonnenenergie:

  • Die Kraft der Gezeiten entsteht durch den Einfluss des Mondes auf die Erde und lässt sich an manchen Orten mit Gezeitenkraftwerken nutzen.
  • Erdwärme (→ Geothermie) entsteht im Erdinneren durch den Zerfall radioaktiver Stoffe. Lokale Erdwärmereservoirs sind übrigens nicht unbedingt unerschöpflich in einem praktischen Sinn: Die genutzten Gesteinsmassen bekommen häufig einen zu geringen Nachschub an Erdwärme aus der Tiefe, als dass sie für mehr als für einige Jahrzehnte genutzt werden könnten. Oberflächennahe Erdwärme stammt dagegen eher aus Sonnenenergie und ist unerschöpflich.
  • Manchmal wird auch Energie aus Abfällen als erneuerbare Energie gewertet: Selbst wenn es sich um Stoffe handelt, die aus nicht erneuerbaren Quellen stammen, fallen sie doch stetig an.

Oft wird auch Umgebungswärme als erneuerbare Energie bezeichnet, selbst wenn sie keine Exergie enthält, sondern reine Anergie ist. In diesem Falle wird zusätzliche Exergie zu ihrer Nutzung benötigt. Ein typisches Beispiel ist die Außenluft, der auch an einem Wintertag mit Frost noch Wärme entzogen werden kann, allerdings nur mit Hilfe einer Wärmepumpe, deren Antrieb typischerweise elektrische Energie braucht. Somit stammt dann ein gewisser Teil (z. B. ein Drittel oder Fünftel) der gewonnenen Heizwärme aus der wertvollen elektrischen Energie, der Rest aus der kostenlosen Umgebungswärme.

Fossile Energieträger und Kernenergie zählen nicht zu den erneuerbaren Energien; sie stützen sich auf Rohstoffe ab, die bei der Nutzung erschöpft werden. Im Prinzip wird zwar z. B. Erdöl ständig neu gebildet, aber weltweit grob geschätzt rund eine Million mal langsamer, als es von der Menschheit derzeit ausgebeutet wird.

Typische Vorteile und Grenzen erneuerbarer Energie

Erneuerbare Energien bieten in den meisten Fällen gewisse typische Vorteile gegenüber anderen Energiequellen, weisen aber auch etliche Begrenzungen auf:

  • Erneuerbare Energien sind unerschöpflich, also im Prinzip für beliebig lange Zeit nutzbar.
  • Dies bedeutet jedoch nicht, dass unbegrenzte Energiemengen pro Jahr zur Verfügung stehen. Beispielsweise sind die Potenziale für die Nutzung von Wasserkraft begrenzt, weil geeignete Flüsse oder Speicherseen nur begrenzt verfügbar sind. Bei Biomasse entstehen Grenzen durch die Anbauflächen. Andere Quellen wie z. B. Sonnenenergie bieten im Prinzip fast unbegrenzte technische Potenziale, weil die Flächenproduktivität viel höher ist als bei Biomasse.
  • Besondere wirtschaftliche Abhängigkeiten z. B. von Rohstofflieferanten treten in der Regel nicht auf, außer wenn spezielle Materialien für den Bau der Anlagen benötigt werden.
  • Die Leistungsdichte und die Energiedichte erneuerbarer Energie sind meist relativ gering. Dies bedeutet, dass bereits für eine relativ geringe Leistung eine relativ große Anlage nötig ist. Deswegen wird oft der Aufwand an grauer Energie relativ hoch. Anders ausgedrückt ist die energetische Amortisationszeit relativ lang: Beispielsweise muss eine Photovoltaikanlage einige Jahre lang laufen, bis der Aufwand für ihre Herstellung ausgeglichen ist. Ebenso ist erneuerbare Energie deswegen häufig relativ teuer.
  • Erneuerbare Energie fällt häufig dezentral an, während die Nutzung nicht erneuerbarer Energien häufig über stark zentralisierte Strukturen geschieht. Allerdings gibt es auch zentral orientierte Konzepte zur Nutzung erneuerbarer Energien, die die Verbrauchernähe zugunsten niedrigerer Erzeugungskosten aufgeben und weitere Transporte in Kauf nehmen. Der Aspekt der Zentralität bzw. Dezentralität hat diverse technische, wirtschaftliche und politische Implikationen, die im Artikel über dezentrale Energieerzeugung diskutiert werden.
  • In vielen, aber nicht in allen Fällen sind erneuerbare Energien ökologisch relativ günstig. Oft werden Umweltbelastungen durch schädliche Abgase vermieden, und insbesondere ist die Klimaschädlichkeit meist gering. Jedoch entstehen Umweltbelastungen durch den häufig großen Bedarf an Materialien und somit an grauer Energie. Zusätzlich können unerwünschte Nebenwirkungen durch Eingriffe in die Landschaft auftreten, z. B. bei der Wasserkraft und der Windenergie.
  • Manche erneuerbare Energien fallen mit starken zeitlichen Schwankungen (“fluktuierend”) an, deren Verlauf sich wenig beeinflussen lässt, was vor allem im Stromsektor ein Problem ist. Beispielsweise steht Sonnenenergie nur tagsüber zur Verfügung (obwohl sie natürlich im Prinzip für spätere Verwendung gespeichert werden kann) und nicht bei jedem Wetter, und das Leistungsangebot von Windenergieanlagen schwankt mit den Windverhältnissen. Hierdurch entstehen verstärkte Schwankungen der Residuallast. (Diverse Verfahren wie verstärktes Lastmanagement (z. B. mit unterbrechbaren Verbrauchseinrichtungen und zuschaltbaren Lasten), flexiblere fossil befeuerte Kraftwerke, Power to Gas und Power to Heat sowie der Ausbau von starken HGÜ-Stromnetzen werden als mögliche Lösungen diskutiert.) Bei anderen erneuerbaren Energien können diese Verhältnisse jedoch völlig anders sein; beispielsweise liefern Laufwasserkraftwerke eine kaum schwankende Leistung, und aus Biogas (auch mit Biomethan im Erdgasnetz) lässt sich auch Spitzenlaststrom herstellen.
  • Aufgrund der ökologischen Vorteile und der vermiedenen Abhängigkeiten genießen erneuerbare Energien vielerorts eine wesentlich höhere Akzeptanz in der Bevölkerung als andere Energiequellen wie z. B. Kernenergie oder Kohlekraftwerke.

Gesamtbewertung

Aufgrund der sehr starken Unterschiede zwischen verschiedenen Formen erneuerbarer Energie lassen sich allgemein gültige Aussagen nur schwer machen. Jedoch liegen die folgenden Bewertungen nahe:

  • Es ist unbedingt notwendig, dass zukünftig ein wesentlicher Teil des weltweiten Energiebedarfs aus erneuerbaren Energien gedeckt wird, weil die starke Nutzung nicht erneuerbarer Energien enorme Probleme verursacht: die baldige Erschöpfung von Ressourcen, damit verbundene Lieferengpässe, Preisexplosionen und politische Spannungen, starke Umweltbelastungen (insbesondere die Gefahr gefährlicher Klimaveränderungen) sowie andere Gefahren wie z. B. die Verbreitung von Atomwaffen oder das Entstehen enormer Schäden durch Reaktorkatastrophen.
  • Da jedoch zumindest die wirtschaftlich nutzbaren Potenziale erneuerbarer Energien auf absehbare Zeit begrenzt scheinen, ist eine Beschränkung des weltweiten Energieverbrauchs unverzichtbar. Wenn hier nicht enorme Anstrengungen mit Erfolg unternommen werden, können erneuerbare Energien die entstehenden Probleme nicht in ausreichendem Umfang lösen.
  • Ein sparsamer Umgang mit Energie ist für erneuerbare Energien genauso notwendig wie für nicht erneuerbare Energien, allein schon wegen des begrenzten Angebots.

Staatliche Förderung

In vielen Ländern wird die Entwicklung und Einführung neuer erneuerbarer Energien staatlich gefördert, da die Beschleunigung von deren Markteinführung als im staatlichen Interesse begriffen wird: Es werden auf diese Weise Umweltprobleme wie die Klimagefahren entschärft, und die Abhängigkeit der Volkswirtschaft vom Import fossiler Energieträger wird reduziert, wenn erneuerbare Energie fossile Energie substituieren.

In Deutschland geschieht diese Förderung im Bereich elektrischer Energie seit 2000 vor allem über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Es garantiert insbesondere eine Einspeisevergütung für neue Wasserkraft, Windenergie, Geothermie und Strom aus Biomasse sowie Deponiegas, Klärgas und Grubengas. Die Netzbetreiber werden zur vorrangigen Abnahme dieser Einspeisung verpflichtet. Für den Fall, dass im Rahmen des Einspeisemanagements die Einspeisungen zeitweise reduziert werden müssen, werden die Betreiber für die entstehende Ausfallarbeit entschädigt. Die Einspeisetarife sind langfristig garantiert und sinken jährlich um einen gewissen Prozentsatz: Später gebaute Anlagen werden kostengünstiger realisierbar sein, erhalten aber eine entsprechend geringere staatliche Förderung. Die entstehenden Kosten werden auf die Endverbraucher verteilt. Dieses Fördermodell hat bereits große Wirkungen gezeigt und ist inzwischen von vielen anderen Staaten übernommen worden. Da selbst die ursprünglich sehr teure Photovoltaik für Kleinverbraucher bereits die sogenannte Netzparität erreicht hat, wird ihr Anteil weiter schnell zunehmen.

Im Bereich der Wärme wird durch direkte Zuschüsse und zinsvergünstigte Darlehen (insbesondere über die KfW-Förderung) die Errichtung von Anlagen gefördert, beispielsweise von thermischen Solaranlagen für die solare Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung, aber auch von Anlagen zur Nutzung von Biomasse wie z. B. Holz.

Eine starken Schub könnte die Entwicklung erneuerbarer Energiequellen im großtechnischen Maßstab erhalten durch den Aufbau eines europäischen Supergrids, der zumindest teilweise auf der Ebene von Staaten und der Europäischen Union organisiert werden müsste. Dies würde gleichzeitig auch die Integration zahlreicher dezentraler Anlagen erleichtern, indem die Speicherproblematik erheblich entschärft würde.

Die staatliche Förderung erneuerbarer Energien wird gelegentlich kritisiert, weil man dies für eine “Marktverzerrung” hält und grundsätzlich gegen Maßnahmen plädiert, die ohne staatliche Förderung mangels Wirtschaftlichkeit nicht realisiert würden. Nicht beachtet wird jedoch häufig, dass gerade ohne solche Förderung eine starke Marktverzerrung vorliegt, denn fossile Energie wird von der Allgemeinheit einerseits durch die Übernahme externer Kosten und andererseits vielerorts auch durch direkte Subventionen gefördert. (Die IEA hat festgestellt, dass die weltweiten Subventionen für fossile Energieträger weitaus höher sind als diejenigen für erneuerbare Energie [16].) Somit wäre eigentlich zumindest zu erwarten, dass diese direkten und indirekten Subventionen fossiler Energie (wie auch von Kernenergie) ebenso entschieden kritisiert würden.

Zu beachten ist allerdings, dass eine vermehrte Erzeugung erneuerbarer Energien nicht zwangsläufig zum Minderverbrauch fossiler Energie führen muss; diese Energien können im Prinzip auch zusätzlich verbraucht werden. Dies gilt insbesondere für Entwicklungs- und Schwellenländer mit großem Energiehunger. Beispielsweise muss mehr Windenergie in China keineswegs eine entsprechende Verbrauchsreduktion (oder eine Verminderung des Mehrverbrauchs) bei Kohle bewirken, sondern zumindest teilweise nur eine Ausweitung des gesamten Energieangebots. Anders ist es in Industrieländern, in denen die Bedürfnisse bereits weitgehend gesättigt sind: Beispielsweise führt der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland wohl kaum zum Mehrverbrauch von Energie, sondern hauptsächlich zur Verdrängung (Substitution) fossiler Energien (und teilweise der Kernenergie).

Literatur

[1]Irrtümer und Propaganda zum Thema erneuerbare Energie
[2]Extra-Artikel: Neue Energiequellen, Effizienztechnologien, oder Verzicht?
[3]Extra-Artikel: Energiespeicherung – ein Problem für erneuerbare Energien?
[4]P. Hennicke und M. Fischedick, “Erneuerbare Energien: Mit Energieeffizienz zur Energiewende”, 2. Auflage, C. H. Beck (2010)
[5]T. Bührke und R. Wengenmayr (Hrsg.), “Erneuerbare Energie: Alternative Energiekonzepte für die Zukunft”, 2. Auflage, Wiley-VCH (2009)
[6]Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE), http://www.bee-ev.de/
[7]Deutsche Energie-Agentur, http://www.dena.de/, mit Informationen über erneuerbare Energien
[8]Energie Zukunft Schweiz, eine Plattform für die Förderung erneuerbarer Energien und Energieeffizienz, http://www.energiezukunftschweiz.ch/
[9]ee-news.ch, http://www.ee-news.ch/de, eine Newsplattform für erneuerbare Energien
[10]Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG), Fassung von 2014, https://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/eeg_2014/gesamt.pdf
[11]G. Czisch, Vortrag “Global Renewable Energy Potential – Approaches to its Use”, http://gc.tnrc.de/Lecture_Magdeburg_2001_-_Overview (2001)
[12]G. Czisch, “Interkontinentale Stromverbünde – Perspektiven für eine regenerative Stromversorgung”, http://gc.tnrc.de/wiki/images/4/44/2002-04-03_fvs_2001_potsdam.pdf (2001)
[13]C. Krühler / G. Czisch, “Vollversorgung aus erneuerbaren Energien”, http://gc.transnational-renewables.org/wiki/images/b/b0/KOMMUNE_vollversorgung-6-11-4.pdf
[14]S. Küchler und B. Meyer, “Was Strom wirklich kostet”, Studie im Auftrag von Greenpeace Energy eG und dem Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE), http://www.greenpeace-energy.de/uploads/media/Stromkostenstudie_Greenpeace_Energy_BWE.pdf
[15]“Strom aus erneuerbaren Energien – Was kostet er uns wirklich?”, http://www.unendlich-viel-energie.de/de/wirtschaft/detailansicht/article/135/strom-aus-erneuerbaren-energien-was-kostet-er-uns-wirklich.html, eine Broschüre des Bundesministerium für Umwelt (BMU) (2009)
[16]World Energie Outlook 2010 der International Energy Agency (IEA), http://www.worldenergyoutlook.org/
[17]“Erneuerbare Energien in Zahlen – nationale und internationale Entwicklung”, http://www.bmu.de/fileadmin/bmu-import/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_ee_zahlen_bf.pdf, Bundesministerium für Umwelt (BMU) (2012)
[18]Studie “Energieziel 2050: 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen”, http://www.uba.de/uba-info-medien/3997.html des Umweltbundesamts Deutschland (2010)
[19]Studie “Wege zur 100 % erneuerbaren Stromversorgung” des Sachverständigenrats für Umweltfragen (2011), http://www.umweltrat.de/SharedDocs/Downloads/DE/02_Sondergutachten/2011_07_SG_Wege_zur_100_Prozent_erneuerbaren_Stromversorgung.html
[20]Studie “Stromgestehungskosten erneuerbare Energien”, Fraunhofer ISE (2018), https://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/studien/studie-stromgestehungskosten-erneuerbare-energien.html

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Energie, Nachhaltigkeit, Wasserkraft, Windenergie, Sonnenenergie, Biokraftstoff, Biogas, Deponiegas, Geothermie, Erneuerbare-Energien-Gesetz, dezentrale Energieerzeugung, energetische Amortisationszeit, externe Kosten, Versorgungssicherheit, Energiespeicher, Einspeisevergütung, Einspeisemanagement, Ausfallarbeit, Netzparität, virtuelles Kraftwerk, Substitution, Grünstromprivileg, Power to Gas, Power to Heat
sowie andere Artikel in den Kategorien erneuerbare Energie, Grundbegriffe

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