Erneuerbare Energien: Arten, Vorteile und Nutzung

Was sind erneuerbare Energien?

Erneuerbare Energien sind Energiequellen, die nicht aufgebraucht werden, weil die Natur sie ständig nachliefert. Die Sonne scheint, der Wind weht, Wasser fließt bergab, Pflanzen wachsen nach, und das Erdinnere bleibt heiß. Man nennt sie auch regenerative Energien.

Das Gegenstück sind fossile Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas. Sie sind über Millionen von Jahren entstanden und werden in wenigen Generationen verbrannt. Was einmal verfeuert ist, kommt nach menschlichem Maß nicht zurück, und bei der Verbrennung entsteht Kohlendioxid.

Rechtlich legt das Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG, fest, was dazugehört. In § 3 nennt es fünf erneuerbare Energien: Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlungsenergie, Geothermie und Energie aus Biomasse. Zur Wasserkraft zählt das Gesetz auch die Energie von Wellen, Gezeiten und Meeresströmungen.

Welche erneuerbaren Energien gibt es?

Es gibt fünf erneuerbare Energien: Sonne, Wind, Wasser, Biomasse und Erdwärme. Die Meeresenergie wird oft als sechste genannt, das EEG ordnet sie der Wasserkraft zu. Jede Quelle hat eigene Stärken, und erst zusammen ergeben sie eine sichere Versorgung.

Solarenergie

Solarenergie nutzt das Licht und die Wärme der Sonne. Eine Photovoltaikanlage wandelt Licht direkt in Strom um, eine Solarthermieanlage erwärmt Wasser für Dusche und Heizung. Beides passt auf ein normales Hausdach, deshalb ist die Sonne die erneuerbare Energie, die Privatleute am leichtesten selbst nutzen können.

Windenergie

Windenergie entsteht, wenn der Wind die Flügel einer Windenergieanlage dreht und ein Generator daraus Strom macht. Anlagen stehen an Land und auf dem Meer. Wind weht auch nachts und im Winter und ergänzt damit die Sonne, die vor allem im Sommer und am Tag liefert.

Wasserkraft

Wasserkraft nutzt die Bewegung von fließendem oder fallendem Wasser, das eine Turbine antreibt. Sie ist die älteste Form der erneuerbaren Stromerzeugung und liefert gleichmäßig, solange genug Wasser da ist. Auch Wellen-, Gezeiten- und Strömungskraftwerke im Meer gehören nach dem EEG dazu.

Biomasse

Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie in Pflanzen und organischen Resten. Dazu zählen Holz, Biogas aus Gülle und Pflanzenresten, Biomethan, Deponie- und Klärgas sowie der biologisch abbaubare Teil des Abfalls. Biomasse lässt sich lagern und dann einsetzen, wenn Sonne und Wind fehlen.

Geothermie

Geothermie ist die Wärme aus dem Erdinneren. Tiefe Bohrungen erschließen heißes Wasser für Fernwärme und Strom. Nahe der Oberfläche holen Erdwärmepumpen die gleichmäßige Temperatur des Bodens ins Haus. Erdwärme steht unabhängig von Wetter und Tageszeit bereit.

Wofür werden erneuerbare Energien genutzt?

Erneuerbare Energien werden in drei Bereichen genutzt: für Strom, für Wärme und im Verkehr. Am weitesten ist der Strom. Hier leistet die Windenergie laut Umweltbundesamt den größten Beitrag, gefolgt von Photovoltaik und Biomasse, hinzu kommt die Wasserkraft.

Bei der Wärme sieht das Bild anders aus. Den weitaus größten Anteil an erneuerbarer Wärme liefert nach Angaben des Umweltbundesamts feste Biomasse, also Holz. Umweltwärme, die Wärmepumpen aus Luft, Boden und Grundwasser holen, und Geothermie gewinnen an Bedeutung.

Der Verkehr ist der Bereich mit dem geringsten Anteil erneuerbarer Energien. Der wichtigste Biokraftstoff ist Biodiesel, danach folgt Bioethanol. Erneuerbarer Strom wird im Verkehr überwiegend auf der Schiene genutzt. Mit jedem Elektroauto, das mit Ökostrom oder Solarstrom vom eigenen Dach lädt, wächst dieser Teil.

Wie klimafreundlich sind erneuerbare Energien?

Erneuerbare Energien verursachen nur einen Bruchteil der Treibhausgase fossiler Kraftwerke, sind aber nicht völlig frei davon. Im Betrieb stoßen Windräder und Solaranlagen nichts aus. Emissionen entstehen bei der Herstellung, beim Transport und bei der Entsorgung. Eine ehrliche Bilanz rechnet deshalb den ganzen Lebensweg ein.

Genau das hat eine Ökobilanz im Auftrag des Umweltbundesamts getan. Strom aus Windenergie kommt danach auf 7,3 bis 10,6 Gramm CO2-Äquivalente je Kilowattstunde, je nach Standort. Solarstrom bleibt an einem deutschen Standort unter 100 Gramm, in den meisten Fällen deutlich darunter. Zum Vergleich nennt die Studie rund 490 Gramm für Strom aus Erdgas und rund 1.140 Gramm für Braunkohle.

Auch die Energie für die Herstellung holen die Anlagen schnell wieder herein. Eine Windenergieanlage braucht dafür laut derselben Studie 2,5 bis 4,5 Monate, eine Solaranlage in Deutschland je nach Modultyp 0,9 bis 2,1 Jahre. Wie diese Rechnung funktioniert, erklärt der Beitrag zur energetischen Amortisation.

Welche Vor- und Nachteile haben erneuerbare Energien?

Der größte Vorteil erneuerbarer Energien ist, dass sie nicht ausgehen und kaum Treibhausgase verursachen. Der größte Nachteil ist, dass Sonne und Wind nicht nach Bedarf liefern. Fast alle übrigen Vor- und Nachteile folgen aus diesen beiden Punkten.

Die Nachteile sind lösbar, aber sie kosten Geld und Zeit. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme nennt als Aufgaben neben dem Bau der Anlagen selbst den Ausbau der Stromnetze, den Aufbau von Speichern und einen flexibleren Verbrauch. Der Naturschutz verlangt zudem eine sorgfältige Wahl der Standorte, etwa bei Windrädern und Wasserkraftwerken.

Wie lässt sich erneuerbare Energie speichern?

Erneuerbare Energie lässt sich in Batterien, in Wasserbecken, als Wärme und als Gas speichern. Welcher Speicher passt, hängt davon ab, wie lange die Energie aufbewahrt werden soll. Für Stunden reicht eine Batterie, für Wochen und Monate braucht es andere Wege.

Batteriespeicher nehmen Strom auf und geben ihn nach Stunden wieder ab. Im Keller eines Wohnhauses bringt ein solcher Speicher den Solarstrom vom Mittag in den Abend. Große Batterien am Stromnetz gleichen Schwankungen aus. Pumpspeicherkraftwerke arbeiten mit zwei Wasserbecken auf verschiedener Höhe: Überschüssiger Strom pumpt Wasser nach oben, bei Bedarf fließt es durch Turbinen zurück.

Für lange Zeiträume kommt grüner Wasserstoff ins Spiel. Das EEG versteht darunter Wasserstoff, der mit Strom aus erneuerbaren Energien elektrochemisch hergestellt wird. Er lässt sich lagern und später wieder in Strom oder Wärme umwandeln. Bei jedem Schritt geht allerdings Energie verloren, deshalb ist die direkte Nutzung von Strom meist der sparsamere Weg.

Oft ist der beste Speicher gar keiner. Wenn Wärmepumpe, Elektroauto und Waschmaschine dann laufen, wenn viel Sonne oder Wind da ist, muss weniger Strom zwischengelagert werden. Fachleute nennen das flexiblen Verbrauch.

Was ist die Energiewende?

Die Energiewende ist der Umstieg der Energieversorgung von Kohle, Öl, Gas und Kernkraft auf erneuerbare Energien. Das EEG beschreibt das Ziel in § 1 als nachhaltige und treibhausgasneutrale Stromversorgung, die vollständig auf erneuerbaren Energien beruht. Als Zwischenziel nennt das Gesetz einen Anteil von mindestens 80 Prozent am Bruttostromverbrauch.

Zur Energiewende gehört mehr als die Stromerzeugung. Auch Heizungen und Fahrzeuge sollen auf erneuerbare Energie umgestellt werden, meist über den Umweg Strom: Die Wärmepumpe ersetzt den Gaskessel, das Elektroauto den Verbrenner. Diese Verbindung von Strom, Wärme und Verkehr heißt Sektorenkopplung.

Das Gesetz verlangt außerdem, dass der Ausbau stetig, kosteneffizient, umweltverträglich und netzverträglich erfolgt. Dahinter steckt die Erfahrung, dass Windräder und Solaranlagen wenig nützen, wenn die Leitungen fehlen, um den Strom zu den Verbrauchern zu bringen.

Wie werden erneuerbare Energien gefördert?

Erneuerbare Energien werden in Deutschland vor allem über das EEG und über Zuschüsse und Kredite des Bundes gefördert. Das EEG verpflichtet Netzbetreiber, Anlagen anzuschließen und den Strom abzunehmen, und regelt die Vergütung. Für Heizungen und Gebäude gibt es eigene Programme.

Fördersätze und Bedingungen ändern sich häufig. Prüfen Sie deshalb vor jedem Auftrag die geltenden Regeln und stellen Sie Anträge, bevor Sie einen Vertrag unterschreiben. Bei vielen Programmen ist eine Förderung nach Beginn der Arbeiten ausgeschlossen.

Wie können Sie erneuerbare Energien selbst nutzen?

Selbst nutzen können Sie erneuerbare Energien auf vier Wegen: mit eigenem Solarstrom, mit einer Heizung auf Basis erneuerbarer Wärme, mit einem Ökostromtarif und mit einer Beteiligung an Anlagen anderer. Welcher Weg passt, hängt davon ab, ob Sie Eigentümer oder Mieter sind.

Für Hausbesitzer ist die eigene Solaranlage der wirksamste Schritt. Sie senkt die Stromrechnung, weil Sie einen Teil Ihres Stroms selbst erzeugen und verbrauchen. Diesen Anteil nennt man Eigenverbrauch. Was eine Anlage kostet, steht im Beitrag zu den Photovoltaik-Kosten, eine erste Auslegung liefert der Solarrechner.

Beim Heizen ist die Wärmepumpe die verbreitete Lösung. Sie holt Wärme aus Luft, Boden oder Grundwasser und braucht dafür Strom. Das Fraunhofer ISE gibt die Jahresarbeitszahl im Heizbetrieb mit rund 300 Prozent an: Aus einer Kilowattstunde Strom werden also etwa drei Kilowattstunden Wärme. Einen Überblick über alle Systeme gibt der Beitrag zu den Heizungsarten.

Ein häufiger Fehler ist die falsche Reihenfolge. Wer zuerst eine große Solaranlage kauft und erst danach über Wärmepumpe und Elektroauto nachdenkt, hat die Anlage oft zu klein geplant. Rechnen Sie den Strombedarf der kommenden Jahre gleich mit ein.

Wo stehen die Zahlen zum Ausbau erneuerbarer Energien?

Die gültigen Zahlen zum Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland veröffentlicht das Umweltbundesamt. Die Daten stammen von der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik, deren Geschäftsstelle beim Umweltbundesamt sitzt. Neben den Jahreswerten gibt es Monats- und Quartalsberichte zum laufenden Jahr.

Dort finden Sie den Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch, an der Wärme und im Verkehr, die Strommengen je Energieträger und die vermiedenen Treibhausgase. Dieser Beitrag nennt bewusst keine Jahreswerte, weil sie sich mit jedem Monat ändern. Auf der Seite des Umweltbundesamts stehen sie immer in der neuesten Fassung.

Häufige Fragen zu erneuerbaren Energien

Fazit

Erneuerbare Energien sind keine Nische mehr, sondern der Kern der Versorgung von morgen. Das Gesetz gibt als Ziel eine Stromversorgung vor, die vollständig auf ihnen beruht. Technisch stehen fünf Quellen bereit, die sich gegenseitig ergänzen, und ihre Klimabilanz ist um ein Vielfaches besser als die von Kohle und Gas.

Für Sie als Hausbesitzer oder Mieter heißt das: Der Einstieg ist in jeder Wohnsituation möglich, vom Ökostromtarif bis zur eigenen Solaranlage mit Wärmepumpe. Beginnen Sie mit dem Schritt, der zu Ihrem Haus passt, und planen Sie die nächsten gleich mit.

Quellen und Methodik

Die Begriffe und Ziele stammen aus dem Wortlaut des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, die Treibhausgaswerte und Amortisationszeiten aus der Ökobilanz im Auftrag des Umweltbundesamts, die Angaben zur Nutzung nach Bereichen von der Datenseite des Umweltbundesamts. Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe und die Aufgaben beim Umbau des Stromsystems nennt das Fraunhofer ISE. Die Tabellen zu Arten, Vor- und Nachteilen und Förderwegen sind eigene, qualitative Einordnungen.

1. Bundesministerium der Justiz: § 3 EEG, Begriffsbestimmungen - Aufzählung der erneuerbaren Energien, Definition von grünem Wasserstoff
2. Bundesministerium der Justiz: § 1 EEG, Ziel des Gesetzes - Ziel der Stromversorgung und Zwischenziel von 80 Prozent
3. Umweltbundesamt: Erneuerbare Energien in Zahlen - Nutzung bei Strom, Wärme und Verkehr, laufend gepflegte Jahreswerte
4. Umweltbundesamt: Aktualisierung und Bewertung der Ökobilanzen von Windenergie- und Photovoltaikanlagen - Treibhausgase je Kilowattstunde, energetische Amortisation
5. Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland - Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen, Aufgaben beim Umbau des Stromsystems