Energie und wirtschaftliche Entwicklung

Energie und wirtschaftliche Entwicklung

 

Bisher ist die globale Energiewelt klar strukturiert: Der kleinere Teil der Menschheit in den Industrienationen verbraucht ein Maximum an Energie, während die große Mehrheit in den Entwicklungsländern sich mit einem Minimum begnügt. Noch besteht dieses Ungleichgewicht, aber es vollzieht sich ein Wandel. Der ist auch nötig, denn Entwicklung braucht Energie. Allerdings wäre es nicht gut, wenn die Länder der Dritten Welt die alten Wege der Industrialisierung kritiklos nachgehen würden. Vor allem die Zunahme des Treibhausgases Kohlendioxid beunruhigt Klimaforscher und Politiker. Deshalb gehen die internationalen Anstrengungen dahin, beim Aufbau der Energiesysteme in Entwicklungsländern einen hohen Anteil an klimaneutralen, erneuerbaren Energiequellen zu nutzen.

 

 Steigender Verbrauch von Kohle und Öl

 

Die Entwicklungsländer dieser Erde sind die bedeutenden Verbraucher der Zukunft: Dort wohnt die große Mehrheit der Menschen, deren Lebensstandard aber meist weit unter dem der industrialisierten Welt liegt. Wenn sie sich entwickeln wollen, müssen diese Länder zwangsläufig viel mehr Energie verbrauchen als bisher. Denn ohne Industrialisierung ist eine Versorgung der weiter wachsenden Bevölkerung nach unseren bisherigen Erfahrungen kaum denkbar. Dass ausreichend Energie verfügbar ist, garantiert noch lange keine Entwicklung. Speziell im Energiebereich gibt es aus früheren Jahren zahlreiche Beispiele nicht gerade gelungener Entwicklungshilfe. Die Gründe dafür sind zahlreich, doch häufig trägt mangelnde Zielorientierung die Schuld: Viele Entwicklungshilfeorganisationen haben einfach nicht genau genug geschaut, was die Menschen nun wirklich brauchen und wie dies unter den jeweils konkreten Bedingungen am besten zu realisieren ist. Anders gesagt: Man hat undifferenziert Lösungen aus unserer Technikkultur kritiklos in die Dritte Welt verpflanzt — und das nicht immer ohne Eigennutz.

 

Umgekehrt gilt der Aufbau effektiver Energiesysteme als unverzichtbar für die Entwicklung. Es stellt sich dann natürlich die Frage, auf welche Energiequellen man sich dabei stützen will. Die nahe liegende Antwort lautet: Auf jene, die ohnehin vorhanden sind und sich zudem billig erschließen lassen. Das aber heißt dann auch in Entwicklungsländern: Sofern und solange sie haben, werden diese Staaten in großen Mengen fossile Energieträger verbrauchen, vor allem Öl und Kohle. Niemand glaubt im Ernst, dies lasse sich vermeiden. Immerhin ruhen auch unsere eigenen Energiesysteme noch immer tief und fest in der fossilen Welt. Weil aber der Übergang zu regenerativer Energie im großen Stil weder hier noch dort rasch zu vollziehen ist, sollte dann wenigstens das Verstromen von Kohle und das Verfeuern von Erdöl mit guter, sprich wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Technik erfolgen. Auch in diesem Bereich haben sich während der letzten Jahre aufregende technische Neuerungen vollzogen; selbst in so etablierten Anlagen wie etwa den Kohlekraftwerken steckt noch ein großes Entwicklungspotenzial.

 

 Energiehunger heizt dem Klima ein

 

Weil die fossilen Energieträger große Mengen an Kohlenstoff enthalten, entsteht bei deren Verbrennung natürlich viel Kohlendioxid. Vor allem die Kohle ist eine wesentliche Quelle für dieses Treibhausgas, dessen steigender Gehalt in der Atmosphäre das Klima aufheizt. Zudem setzt gerade Kohle viele der »klassischen« Luftschadstoffe frei, vor allem Schwefeldioxid und Staub. So belastet sie nicht nur das globale Klima, sondern sorgt auch für lokale Umweltschäden, wenn der Rauch ungereinigt entweicht. Welche lokalen und globalen Dimensionen das Problem einnehmen kann, lässt China erahnen, ein klassisches Kohleland mit großen Vorräten. Mehr als 1,2 Milliarden Menschen sind dort schon heute mit Energie aus Kohle zu versorgen, und nach Prognosen wird die Bevölkerung bis zum Jahr 2030 weiter wachsen. Dicke Luft in den chinesischen Ballungsräumen hat die Zahl der Atemwegserkrankungen in die Höhe schnellen lassen — und der Energiehunger ist noch lange nicht gestillt. Obwohl schon heute annähernd 70 Prozent der Elektrizität im Land aus Kohlekraftwerken stammen, misst die Regierung in Peking diesem Energieträger auch künftig eine wichtige Rolle für die ehrgeizigen Wachstumsziele bei. Weil die chinesischen Anlagen aber nur geringe Wirkungsgrade haben, ließe sich hier technisch durchaus Abhilfe schaffen. Gemessen an der erzeugten Strommenge entstehen nämlich umso weniger Schadstoffe, je effizienter die Kohle verbrennt.

 

Ganz ähnlich stellt sich die Situation in Indien dar, das mit rund einer Milliarde Menschen der zweite asiatische Bevölkerungsgigant ist. Der Energieverbrauch des Subkontinents steigt dramatisch an und ist schon heute nicht immer zu decken, ein häufiges Abschalten des Stroms ist die Regel. Auch Indien verfügt über große Kohlevorräte, und die dortigen Kraftwerke arbeiten ebenfalls nicht sehr effizient. Dies gilt in gleicher Weise für den anderen großen Verbraucher, die Industrie: Nach einem Bericht der Weltbank ließen sich hier 30 Prozent Kohle einsparen.

 

Beide Länder setzen für die nächsten Jahrzehnte zwar auf Kohle, sehen aber auch die Notwendigkeit, erneuerbare Energiequellen stärker als bisher zu nutzen — primär natürlich, um die Versorgung zu verbessern, dann aber auch der Umwelt wegen. China zum Beispiel fördert stark die Wasserkraft, während sich Indien mittlerweile zu einem der weltweit größten Standorte für Windenergie entwickelt hat. Auch hier wurde dies durch eine großzügige Förderung des Staates möglich, sodass manche Kritiker sogar argwöhnen, einige der Investoren hätten wohl in erster Linie den eigenen Steuervorteil im Blick.

 

 Wasserkraft mit großem Potenzial

 

Die Energiedebatte der vergangenen Jahre war vornehmlich bestimmt durch die Diskussion um den Treibhauseffekt. Auf der großen politischen Bühne wurde das Thema 1992 während des Umweltgipfels von Rio de Janeiro behandelt und in den folgenden Jahren auf mehreren Klimagipfeln. Wenigstens im Prinzip sind sich alle darin einig, dass die Emission von Kohlendioxid gebremst werden muss und dass es Aufgabe der Industrieländer ist, den Entwicklungsländern zu helfen, den Aufbau ihrer Energiesysteme in diesem Sinn zu gestalten. Unter den Experten gibt es dabei in einem wichtigen Punkt kaum Hader und Streit: Ohne den massiven Ausbau der Wasserkraft sind die weltweit erwünschten Einsparungen beim Kohlendioxid überhaupt nicht zu erreichen.

 

Der größte Teil dieser Reserven liegt freilich nicht in Europa, wo im Durchschnitt bereits mehr als ein Drittel des technisch erschließbaren Potenzials ausgebaut ist (Der Grad schwankt allerdings von Land zu Land; so sind es in der Schweiz gut 90 Prozent, in Deutschland über 70 Prozent). Sehr große Wasserkraftpotenziale hingegen liegen in Afrika, Asien und Lateinamerika. Sie sind bislang nur in geringem Ausmaß erschlossen. Allerdings ist es bei der Wasserkraft ähnlich wie mit der Windenergie: Den Planern fällt es auch in den Entwicklungsländern zunehmend schwer, neue Anlagen gegen aktive Umweltschützer durchzusetzen. Selbst die abgeschiedensten Täler im Himalaja erleben jahrelang den organisierten Widerstand, der neue Projekte zu Fall bringen kann. Dabei treffen sich oft alte Bekannte: Während bei Planung, Finanzierung und Bau der Anlagen Berater aus den Industrienationen beteiligt sind, finden sich im gegnerischen Lager ebenfalls Aktivisten aus der industrialisierten Welt. Die Netzwerke, hier wie da, sind heute in jeder Hinsicht global. Der Widerstand hat aber auch damit zu tun, dass man früher oft vorschnell über die in Stauseen versunkenen Landschaften und Dörfer hinwegsah und die Frage von Umsiedlungen nicht immer einfühlsam anging. Doch mittlerweile ist eine Blockadesituation entstanden, die auch Umweltaktivisten als unbefriedigend empfinden. Auf Initiative der Weltbank hat sich deshalb eine Kommission zusammengefunden. Hier sitzen die verschiedenen Interessenvertreter an einem Tisch, von der Industrie bis zu Bürgerrechtlern. Sie wollen gemeinsam Kriterien erarbeiten, mit deren Hilfe sich das Für und Wider von Staudammprojekten auf einer einheitlichen, allgemein akzeptierten Grundlage abwägen lässt.

 

 Wasser im Fall

 

Auch hinter der erneuerbaren Energie Wasserkraft steckt letztlich die Sonne. Sie treibt als Motor den Wasserkreislauf der Erde: Beim Verdunsten und anschließenden Aufsteigen in die Atmosphäre nimmt das Wasser potenzielle Energie auf, die hernach beim Abregnen und Fließen in Bächen und Flüssen, oftmals über große Höhenunterschiede hinweg, als Bewegungsenergie wieder frei wird. Ohne menschliches Zutun verliert sie sich durch die Reibung in Wärmeenergie. Doch mithilfe von Turbinen können wir die Lageenergie des Wassers in mechanische Rotationsenergie umsetzen und über einen Generator Strom gewinnen. Das einfache Wasserrad ist eine der ältesten Kraftquellen, die der Mensch als technisches Hilfsmittel erfand. Bis in die Neuzeit hinein nutzte er es als mechanischen Antrieb für Mühlen und Maschinen. Durch die Städte baute man eigens Kanäle, an denen sich die unterschiedlichsten Gewerbe ansiedelten, um die Kraft des fließenden Wassers zu nutzen.

 

Wasserkraft nahm erneut eine Pionierrolle ein, als im letzten Jahrhundert die Elektrifizierung begann. Damals bildeten sich für die Stromerzeugung zwei unterschiedliche Anlagentypen heraus: die Hochdruck- und die Niederdruckwasserkraftwerke. Der Wirkungsgrad für die Umwandlung von Lageenergie in elektrische Energie hängt von zwei wesentlichen Größen ab: der Fallhöhe des Wassers und der durchlaufenden Menge. Die Niederdruckanlagen haben nur kleine Fallhöhen, dafür aber große Durchflussmengen. Hochdruck-wasserkraftwerke hingegen kommen im Gebirge gelegentlich auf Fallhöhen von mehr als tausend Meter.

 

Dies erfordert zwar lange Fallrohre für das Wasser, dafür aber sind nicht immer große Staumauern nötig wie bei den Speicherkraftwerken. Statt aus Stauseen kann man das Wasser auch direkt von einem Gebirgsfluss auf die Turbinen geben, wenn die örtlichen Verhältnisse ein genügend hohes Gefälle erlauben. Wegen der relativ geringen Eingriffe in die Landschaft gilt diese Form des Hochdruckwasserkraftwerks als besonders umweltfreundlich. Vor allem im Himalaja sind die Bedingungen dafür überaus günstig; ein großes Potenzial könnte dort auf diese Art erschlossen werden.

 

Erheblich größer sind Eingriffe und Platzverbrauch bei den Speicherkraftwerken, an denen sich die Kritik meist entzündet. Auch im Hochgebirge sind die Bergspeicher in aller Regel nicht eines natürlichen Ursprungs, sondern müssen mit zum Teil gewaltigen Staumauern künstlich geschaffen werden. Von dort fließt das Wasser durch Druckrohre oft weit hinab ins Tal zum Maschinenhaus. Bei den Talsperren, die oft zusätzlich als Trinkwasserspeicher oder zum Bewässern von Ackerland dienen, liegt es meist direkt am Fuß der Staumauer. Im aufgestauten Wasser steckt Energie, die sich bei Bedarf sehr schnell durch Zuschalten von Turbinen nutzen lässt. Aus diesem Grund eignen sich Speicherkraftwerke sehr gut dafür, die Lastspitzen im Stromverbrauch zu decken.

 

Ganz speziell diesem Zweck dient eine Sonderform, nämlich das Pumpspeicherkraftwerk. Hier wird während verbrauchsarmer Zeiten mit Überschussstrom Wasser in ein hoch gelegenes Speicherbecken gepumpt, das dann bei Bedarfsspitzen wieder zur Stromerzeugung dient. Dabei handelt es sich aber in der Regel nicht mehr um eine Form der erneuerbaren Energie, sondern um eine andere Art des Energiespeicherns. Denn der Strom, der zum Hochpumpen des Wassers dient, spiegelt normalerweise als Netzstrom den Energiemix wider: Er kann aus Kohle- oder Kernkraftwerken stammen.

 

Ganz anders sieht es dagegen aus, wenn man direkt Strom aus regenerativen Quellen zum Pumpen verwendet. Beispielsweise ließe sich ein Pumpspeicherkraftwerk mit einer Windkraft- oder Photovoltaikanlage kombinieren. Dabei könnte man zugleich auch ein Standardproblem lösen, das beim Einsatz erneuerbarer Energie oft auftaucht: die meist begrenzte zeitliche Verfügbarkeit. In einem solchen Verbund aber ließe sich sehr gut Energie für die wind- und sonnenarmen Zeiten speichern. Ein paar Anlagen dieser Art laufen bereits, aber insgesamt bewegen sich diese Projekte noch im Stadium des Testens und Auslotens, welche verschiedenen Technologien sich am besten miteinander kombinieren lassen.

 

 Die Wassermenge macht den Strom

 

Der zweite wichtige Anlagentyp, der seit vielen Jahren zum technischen Standard der Energiewirtschaft gehört, sind die Niederdruckwasserkraftwerke. Sie liegen in der Regel an Flüssen, und die aufgestaute Fallhöhe zwischen Oberlauf und Unterlauf des Kraftwerks reicht selten über 15 Meter hinaus. Diese Vorgabe bestimmt die Konstruktion der Turbinen, bei denen große Wassermengen die geringe Höhe wettmachen müssen. Solche Laufwasserkraftwerke sind sozusagen die unermüdlichen Lieferanten im Grundlastbereich. Da aber die Wasserführung der Flüsse im Jahresverlauf oft beträchtlich schwankt, müssen die Anlagen optimal den hydrologischen Gegebenheiten angepasst werden.

 

Alle Wasserläufe der Erde kommen mit ihrem Gefälle freilich nicht an die in den Gezeiten enthaltene Energie heran, die nach Schätzungen möglicherweise um den Faktor zehn darüber liegt. Gezeitenenergie ist allerdings nur an wenigen Stellen auch wirklich nutzbar. Zwar waren an der englischen und französischen Kanalküste schon im 11. Jahrhundert Gezeitenmühlen in Betrieb und die Holländer bauten im 17. Jahrhundert mit Wasserrädern Flutmühlen, doch um Strom erzeugen zu können, sollte der Tidenhub wenigstens fünf Meter betragen. Damit aber sind weltweit nur noch etwa hundert Standorte interessant, und bei strenger wirtschaftlicher Sicht auch davon lediglich die Hälfte. Zum Bau entsprechender Anlagen sperrt man meist Buchten mit einem Damm ab, durch dessen Öffnungen das Wasser hineinflutet und bei Ebbe wieder abfließt. Doch auch bei einem guten Gezeitenhub von mehr als zehn Meter ist die Leistung nur ungleichmäßig, da die Gezeiten unterschiedlich stark sind und sich überdies von Tag zu Tag verschieben. Gezeitenkraftwerke erreichen also nicht immer dann ihre Leistungsspitze, wenn der Bedarf am größten ist. Mehr als zehn solcher Anlagen sind weltweit projektiert, doch in Betrieb gingen bisher nur wenige.

 

 Liebe zu kleinen Dingen

 

Vom Speicher- bis zum Gezeitenkraftwerk: Alle diese Anlagen repräsentieren das, was man gemeinhin Großwasserkraft nennt. Hier sind Leistungen im Bereich von Megawatt bis Gigawatt installiert, der Strom fließt in große Netze und bildet in manchen Ländern das Rückgrat der ganzen Elektrizitätsversorgung. Brasilien etwa, wo das 1982 fertig gestellte Itaipú, das derzeit größte Wasserkraftwerk der Welt arbeitet, gewinnt fast all seinen Strom aus dieser erneuerbaren Quelle. In einer ähnlich glücklichen Lage befindet sich unter den europäischen Ländern beispielsweise Norwegen. Deutschland hingegen bezieht nur rund vier Prozent seiner elektrischen Energie aus Wasserkraft, doch auch bei einem völligen Ausbau des Potenzials ließe sich der Anteil lediglich auf etwa fünf Prozent steigern.

 

Die großen Wasserkraftpotenziale sind in Deutschland also weitgehend erschlossen. Was bleibt, wäre zumeist die Kleinwasserkraft. Anlagen dieser Art waren früher sehr häufig verbreitet, zum Beispiel im Schwarzwald oder anderen Mittelgebirgen, wo man gelegentlich noch auf sie stoßen kann. Dort lieferten sie schon vor Jahrzehnten die Elektrizität für Maschinen und Beleuchtung, als noch kein öffentliches Stromnetz in die Bergregionen hinaufreichte. Diese kleinen Anlagen waren die Kraftzentren einer dezentralen Versorgungsstruktur; sie lieferten Strom an einen einzelnen Betrieb oder über wenige Leitungen an einige Häuser. Durch die Umweltdebatte der jüngeren Vergangenheit sind diese Standorte und Altanlagen auf ein neues Interesse als klimaneutrale Energiequelle gestoßen. Dabei geht es heute aber nicht mehr um dezentrale Systeme; vielmehr wird der erzeugte Strom aus den reaktivierten oder neu errichteten Anlagen meist ins zentrale Stromnetz eingespeist.

 

Übrigens zeigt sich gerade an der Kleinwasserkraft so manche Ungereimtheit der aktuellen Energiedebatte besonders grell. Jenen Kritikern, denen die industriell organisierte Energiewirtschaft allein wegen ihrer Größe ein Dorn im Auge ist, erscheint sie offenbar schon wegen ihrer Kleinheit als eine äußerst verlockende Alternative. Doch so sinnvoll ihr Ausbau im Einzelfall auch immer sein mag, einen beträchtlichen Beitrag zur Deckung des bundesdeutschen Energiebedarfs vermag die Kleinwasserkraft nicht zu leisten. Andererseits befinden sich selbst die Betreiber von Kleinstanlagen im ständigen Konflikt mit Umweltschützern, aber auch mit Wassersportlern oder Anglern.

 

Völlig anders stellt sich die Lage dagegen in manchen Entwicklungsländern dar. Dort stellen die Anlagen zur Nutzung von Kleinwasserkraft oft die einzigen Alternativen dar, weil andernfalls im Extremfall gar kein Strom zur Verfügung steht. Fern vom öffentlichen Netz bieten kleine Inselnetze die Möglichkeit zu einer bescheidenen Elektrifizierung von Häusern und kleinen Gewerbebetrieben, so wie einst im Schwarzwald auch. Ein Hemmnis sind hier freilich die anfänglichen Investitionskosten, die mit zunehmender Größe der Anlage rasch steigen.

 

Dipl.-Phys. Bernd EusemannEnergiewirtschaft: Konzepte und Energiequellen

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Energieversorgung: Viele Wege führen zur Nutzenergie

 

Literatur:

 

Haas, Hans/Strobl, Theodor: Wasserkraft. Düsseldorf 1998.

 Heinloth, Klaus: Energie und Umwelt. Klimaverträgliche Nutzung von Energie. Stuttgart ²1996.

 Heinloth, Klaus: Die Energiefrage. Bedarf und Potentiale, Nutzung, Risiken und Kosten. Braunschweig u. a. 1997.

 

Potentiale regenerativer Energieträger in der Bundesrepublik Deutschland, bearbeitet von R. Hofer u. a. Düsseldorf 1991.

 Wagner, Hermann-Josef/Borsch, Peter: Energie und Umweltbelastung. Berlin u. a. ²1998.

 Winter, Carl-Jochen: Die Energie der Zukunft heißt Sonnenenergie. Taschenbuchausgabe München 1995.