Ohne Netz aber mit doppeltem Boden

Manchmal kommt mir das Wattrechnen ja wie eine Luxusbeschäftigung vor. Cloudspeicher oder Homeserver, Stromfressersuche im Haushalt – all das geht von einem rund um die Uhr zur Verfügung stehenden Netz aus – es muß halt erst einmal etwas da sein, bevor die Nutzung optimiert werden kann. Wobei “optimal” niemals “Null Verbrauch” bedeuten wird – zu wertvoll sind mir Dienste wie Kühlschrank, Licht, Computer usw.

Doch wo kommt der Strom für solche Dienste in Gemeinden ohne Netzanschluß her, zB in Afrika? Die effizienteste Lösung nach Kapitaleinsatz und Betriebskosten sind dort Dieselgeneratoren, die aktuell Strom für ca. 42 €-Cent die Kilowattstunde produzieren können. Vorteil: Das Verhältnis von Investitionskosten zu Betriebskosten ist nur 1:10. Nachteil: Die Betriebskosten folgen dem Dieselpreis, welcher über die nächsten Jahre (inbesondere vom aktuellen Niveau Anfang 2015) höchstwahrscheinlich weiter steigen wird. In Deutschland hat er das die letzten 15 Jahre mit im Durchschnitt 4% pro Jahr getan.

Nun liest man ja überall, daß die Gestehungskosten für Solarstrom in den letzten Jahren kräftig gefallen sind: Panel, Wechselrichter usw. seit 2006 um den Faktor Fünf, Speicher um den Faktor Drei. Trotzdem kostet ein Solarkraftwerk immer noch 8x so viel wie ein vergleichbares Dieselaggregat. Dafür sind über die Wartungskosten hinaus die Betriebskosten gleich Null. Stellt sich also die Frage, ob sich das ganze mit heutigen Preisen für autarken Solarstrom schon rechnet. Sowohl für Investoren wie auch für die Stromverbraucher.

Die Mobile Solarkraftwerke Afrika GmbH und Co. KG möchte ein Solarkraftwerk in Mali betreiben. Für die Anfangs-investition in den Solarcontainer werden auf der Crowdinvesting-Plattform bettervest ab dem 19. März 2015 Investoren gesucht. Die Investition wird mit 9% verzinst über sieben Jahre getilgt. Der Betreiber erwartet, daß das Solarkraftwerk 46.477 KWh Strom pro Jahr produziert.

 

Schauen wir uns die Kennzahlen im Zeitverlauf an (auf die Grafik klicken für größere Version):

Die Grafik zeigt die jährlichen Aufwände für 46.477 KWh pro Jahr autark erzeugten Strom, als “was wäre wenn” Szenario zehn Jahre zurück und zwanzig Jahre in die Zukunft. In Blau die Kosten für einen Dieselgenerator, in dunkelgelb die Kosten des Solarcontainers. Das Dorf in Mali zahlt die ersten zehn Jahre 24.000€ inkl. Wartungskosten an die Projektgesellschaft. Dieser Preis erlaubt, über neun Jahre die Annuitäten an die Crowd-Investoren auszuzahlen (grüne Balken). Nach dem zehnten Jahr ist der Container abgeschrieben. Bis zum Ende seiner Lebensdauer fallen für die Nutzer nur noch Wartungskosten an. Die dunkelgelben Balken für die Vergangenheit spiegeln die Preisentwicklung für Panels und Batterien im Container (mit 50% der Systemkosten angenommen). Es ist zu erkennen, daß:

  • Erst in 2015 die Solarkosten in “Sichtweite” des vergleichbaren Dieselpreises für das erste Betriebsjahr kommen.
  • Für die ersten zehn Jahre gerechnet, liegen Diesel- und Solarkosten gleichauf (bettervest nimmt einen etwas höheren Dieselpreis an und kommt auf einen leichten Vorteil für Solar).
  • Der große Sprung kommt in Jahr 11: Ab dann 4.000€ Wartungskosten (4% Steigerung pro Jahr) statt 30.000€ Dieselkosten – da könnten die Einsparungen schon nach vier Jahren einen weiteren Container finanzieren, der ab dem ersten Jahr (2030) für die Wartungskosten von dann 9cent/KWh Strom erzeugt.

Das ist der im Titel angesprochene “Doppelte Boden”: 1. Heutige Kosten für netzautarken Solarstrom in Afrika sind weit genug gefallen, daß die Annuität an Investoren und Betriebsgesellschaft über zehn Jahre komfortabel aus erspartem Diesel gezahlt werden kann. 2. Ab dem elften Jahr fallen nur noch Wartungskosten an.

Postscriptum: In Deutschland rechnet sich das Szenario “Autark mit Solarstrom” noch nicht: Die Linie “Netzstrompreis Deutschland” (aktuell ca. 30cent/KWh) schneidet die dunkelgelben Balken (die für deutsche Sonnenverhältnisse auch noch verdoppelt werden müßten) noch lange nicht – aber wer weiß wie das Bild in zehn Jahren aussieht?

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Minimierungsmaximierung

Wenn ich CO2-Einsparung auslösen möchte, kann ich etwas tun (mit dem Fahrrad statt mit dem Auto zur Arbeit fahren) oder in etwas investieren (eine kaputte konventionelle Glühlampe durch eine LED-Lampe ersetzen). Durch sparsameres Verhalten hätte ich in 2014 maximal 14 Tonnen CO2 weniger erzeugen können – 14 Tonnen war mein persönlicher CO2-Fußabdruck für Strom, Heizen und Transport. Ohne Dienstreisen und USA-Urlaub hätte ich diesen Abdruck auf etwa eine Tonne senken, also 13 Tonnen einsparen können.

Aber warum den Wirkradius für CO2-Einsparung nicht größer ziehen? Ich kann ja auch in Einsparprojekte außerhalb meines persönlichen Fußabdrucks investieren. Nur: Welche Investionen lohnen sich? Wo bekomme ich die höchste CO2-Ersparnis pro investiertem Euro?

 

Fangen wir zunächst mit ein paar Projekten an, die meinen persönlichen Fußabdruck optimieren könnten:

  • Eine Photovoltaikanlage auf meinem Dach installieren. 1600€ Investion pro KWp, nach gut drei Jahren ist die graue Energie wieder drin. Die verbleibenden 17 Jahre der erwarteten Lebensdauer erwirtschaftet die Anlage durch Verdrängung deutschen-Strommix-Stroms 9,3 Tonnen CO2 Ersparnis pro KWp. Also 172€ Invest pro ersparte Tonne CO2
  • Eine 40 Watt Glühbirne durch eine 8 Watt LED Lampe ersetzen. Über 20 Jahre 350kg CO2-Einparung. 26€ Invest (für drei solcher Lampen) pro ersparte Tonne CO2.
  • Mein Auto durch ein Elektroauto, wie zB den BMW I3, ersetzen, der nur mit 100% regenerativ erzeugtem Strom betankt würde. Ersetzt über 10 Jahre mit je 15.000km meine derzeitigen 121g/km CO2 aus Dieselverbrennung. Allerdings braucht es fast sieben Jahre, die zur Produktionen eingesetzte graue Energie wieder einzufahren. Bleiben drei Jahre für den CO2-ROI: 5000€ pro ersparte Tonne CO2. Kaufe ich einen Tesla, bräuchte ich schon länger als 10 Jahre, um allein die graue Energie (anhand des Fahrzeuggewichts aus gleicher Quelle wie oben hochgerechnet) wieder einzufahren. ROI wäre negativ…

Die Ergebnisse sind also klar: Alle Lampen durch LEDs ersetzen ist auch aus CO2-Sicht gut eingesetztes Geld, aber das Einsparpotential auf die Anzahl Lampen bei mir zu Hause beschränkt. Die CO2-Sparwirkung pro investiertem Euro eines Elektroautos ist 20x schlechter. Und die PV-Anlage? 172€/Tonne als Benchmark. Wäre es nicht besser, CO2-Emissionshandelzertifikate zu kaufen und zu löschen? Oder in PV-Anlagen, Windräder, Energieeffizienzmaßnahmen anderswo zu investieren?

Schauen wir uns mal ein paar Beispiele an:

  • Ein EU Emmissionshandelszertifikat (European Emission Allowances (EUA)) zu löschen kostet derzeit knapp 7€/Tonne CO2. Das ist zwar keine echte Einsparung, entzieht aber dem Gesamtsystem das Recht, eine Tonne CO2 zu erzeugen. In einem idealen Markt führen weniger Rechte zu steigenden Preisen für diese Zertifikate, was Effizienzmaßnahmen und damit echte Einsparungen motiviert
  • Direkt in ein Energieeffizienzprojekt investieren, wie zum Beispiel über Bettervest angeboten. Dort gibt es im wesentlichen zwei Typen: Beleuchtungsprojekte (LED) mit einer durchschnittlichen CO2 “Rendite” von 69€/Tonne CO2, und Kraft-Wärme-Kopplungsprojekte (BHKW) mit 60€/Tonne CO2 (jeweils über 20 Jahre Lebensdauer, also Wirksamkeit des Investments, gerechnet). Es gibt natürlich ein Ausfallrisiko des Darlehensnehmers, im Normalfall allerdings bekommt der Investor jedes Jahr Tilgung und sogar Zins zurück, die er wieder in neue Effizienzprojekte investieren kann.Schon mal besser als die eigene PV-Anlage auf dem Dach. Ganz zu schweigen vom Elektroauto.
  • Ein Investment in eine Erzeugungsanlage für erneuerbare Energien. Bei LeihDeinerUmweltGeld kann man sich an Bürgersolarparks oder Windrädern beteiligen. Ein Solarprojekt kostet dort 149€/Tonne CO2, wenig überraschend etwa die gleiche Zahl wie eine Anlage auf dem eigenen Dach. Ein Windrad allerdings kostet nur die Häfte: 68€ pro gesparter Tonne CO2.

Ergebnis: Wenn man sein persönliches Energiesparbudget bis zu einer sinnvollen Grenze ausgeschöpft hat, lohnt sich das Investment in CO2 Minderunsgprojekte außerhalb des persönlichen “Fußabdrucks”. Die meiste Minderung pro eingesetztem Euro bieten Effizienzprojekte im Bereich Beleuchtung, BHKWs und Windräder mit Kosten von 60-70€ pro Tonne eingesparten CO2. Alternativ kann man auch EU Emissionshandelszertifikate für 7€ pro Tonne löschen. Dann ist das Geld allerdings “weg”, während bei Investition in Effizienzprojekte mit hoher Wahrscheinlichkeit neben der Tilgung auch ein Zins zurückfließt, die beide wieder neu investiert werden können. Im Idealfall lohnt sich das Investment also nicht nur aus Sicht maximaler CO2-Einsparung, sondern auch finanziell.

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Energiesparshopping

Am 15.12.2013 wurden allein bei amazon.de 4,6 Millionen Dinge bestellt. Einiges davon sicherlich digital als Download geliefert – viele dieser Bestellungen haben sich aber als Paket auf den Weg zum Kunden gemacht. Nun fragt sich der Wattrechner: Ist diese Paketverteilung energieeffizienter als die Dinge ganz traditionell im Laden einzukaufen?

Schauen wir auf mein eigenes Einkaufsverhalten. Im Jahr 2013 hab ich 39 “anfaßbare” Dinge bestellt – guter Durchschnitt für die Jahre 2009 – 2014. Meistens Bücher, Elektronik, oder Kleidung. Im Mittel knapp zwei Dinge pro Paket, also 20 Pakete pro Jahr. Ohne Versandhandel hätte ich diese Waren am ehesten in der 10km von meinem Wohnort entfernten Innenstadt gekauft.

Zum Vergleich der Energieeffizienz können wir in diesem Fall statt mit KWh auch mit erzeugtem CO2 rechnen, da wir ja zwei Arten von Transport vergleichen: Käufer fährt zu Ding oder Ding wird zu Käufer geliefert. Fahre ich 20 mal in Stadt und zurück mit Bus und U-Bahn, dann erzeuge ich 1,5kg CO2 (73g pro Personenkilometer im ÖPNV).

Wie viel CO2 erzeugt die Verteilung von 20 beim Versandhandel bestellten Paketen? Die Studie “Carbon Auditing the ‘Last Mile’: Modelling the Environmental Impacts of Conventional and Online Non-food Shopping” kommt im Durchschnitt auf 181 Gramm pro Paket. Inklusive einem eingerechneten Prozentsatz für “Nicht angetroffen” Nichtlieferungen und Rücksendungen. In Großstädten eher 100 Gramm, auf dem Land eher 500 Gramm. Kann das sein? Die Studie rechnet für Großstädte mit 110 Paketen pro 40 Kilometer-Runde. Beim Einkauf in der Stadt fahre ich 20km für ein “Paket” (mit zwei Dingen drin).  Die 5-mal bessere CO2-Bilanz pro Kilometer von Bus und Bahn im Vergleich zum Kleintransporter im Stadtverkehr macht der Transporter dadurch mehr als wett, daß er pro Paket nur knapp 400 Meter bewegt werden muß.

Ein überraschendes Ergebnis. Allerdings sind 20 x 1,3kg nicht erzeugtes CO2 gerade einmal 0,74% meiner privaten CO2-Bilanz aus 2014 – mehr klicken statt shoppen wird also meinen CO2-Fußabdruck in 2015 nicht entscheidend verringern.

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CO2-Überkompensation mit Energieeffizienz-Investitionen

Im Jahr 2014 war mein CO2-Fußabdruck für Wohnen und Mobilität sehr hoch: Sage und schreibe 14 Tonnen nur für mich alleine. Die anderen drei Mitglieder meines Haushalts kommen zusammen nur auf vier Tonnen. Zum Vergleich: Der Durchschnittsdeutsche verursacht fünf Tonnen CO2 für Wohnen und Mobilität.

Wo kommen meine 14 Tonnen her?

  • Zehn Tonnen allein sind durch meinen Beruf bedingt. 85% davon verursacht durch Flugreisen, davon zwei nach USA.  9% durch Heizung und Beleuchtung Büro, jeweils 3% von zusammen 12.500 Kilometer ÖPNV zur Arbeit und Bahnreisen
  • Knapp drei Tonnen habe ich durch einen USA Urlaub verbraten: Langer Flug, Mietwagen durch endlose Weiten, Motels – und unvergeßliche CO2-arme Momente wie der Sonnenaufgang beim Abstieg in den Grand Canyon (Bild rechts)
  • Nur eine Tonne ist “Alltag”: Strom und Wärme zu Hause, Private Auto- und Bahnfahrten

10 Tonnen CO2 erzeugt durch die Tätigkeit, die mir Geld einbringt. Und Eigentum verpflichtet – sollte ich da nicht einen Teil dieses Geldes zur Kompensation einsetzen? Also jemanden dafür bezahlen, daß an anderer Stelle die gleiche Menge CO2 eingespart wird? Atmosfair zB kann genau dokumentieren, wie sie für aktuell 23 Euro pro Tonne CO2 mit Hilfe diverser Projekte (wie zB effiziente Öfen) dieses CO2 an anderer Stelle wieder einsparen.

Für eine 1:1 Kompensation meines persönlichen CO2-Fußabdrucks müßte ich also 325€ einsetzen. Möchte ich nun nicht nur kompensieren, sondern tatsächlich CO2 Einsparung bewirken, sagen wir mit einem Hebel von 1:10, so geht diese Strategie allerdings schnell ins Geld.

Hier habe ich dieses Jahr eine interessante Alternative entdeckt: bettervest. Über die bettervest-Plattform kann man in Energieeffizienzprojekte investieren, wie zum Beispiel dem Austausch eines veralteten Heizsystems durch ein modernes Blockheizkraftwerk. Zins und Tilgung zahlt der Darlehensnehmer aus während der Laufzeit des Darlehens vermiedenen Energiekosten. Das erste Projekt dieser Art hat 159.550€ eingesammelt und verspricht durch gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme für die angeschlossenen Wohnblocks eine jährliche CO2-Ersparnis von 132,7 Tonnen. Ein Investitionsbetrag von 325€ würde über eine angenommene Lebendauer des BHKW von 20 Jahren also 5,4 Tonnen CO2 kompensieren.
Das ist etwa dreimal weniger als beim Atmosfair-Modell – allerdings mit dem Vorteil, daß ich meinen Investition mit hoher Wahrscheinlichkeit über eine Laufzeit von sechs Jahren verzinst zurückbekomme. Ich kann also mehr Kapital einsetzen, und damit meine CO2 Erzeugung durch eine um Faktoren größere Einsparung an anderer Stelle überkompensieren. Im besten Fall (die Mehrzahl der Darlehensnehmer auf der bettervest-Plattform ist in der Lage, Zins und Tilgung aus der tatsächlichen Energieersparnis zurückzuzahlen) verdiene ich sogar noch Geld.

2014 habe ich auf diese Weise unseren “Familien-CO2-Fußabdruck” (maßgeblich in die Höhe getrieben von meiner Einkommensquelle) durch in Zukunft an anderer Stelle erwartete CO2-Einsparungen mehrfach kompensiert. Ein Vorsatz für 2015 ist, dies mit mindestens dem gleichen Faktor fortzusetzen.

Was meint Ihr? Darf ich so rechnen? Oder habe ich nur “billig” mein Vielflieger-Gewissen beruhigt?

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Mehr Kohleverbrauch durch Windstrom?

Das Science Skeptical Blog schreibt diese Woche, daß die in den letzten Jahren gebauten Windkraftwerke und Photovoltaikanlagen völlig nutz- und sinnlos seien und noch kein herkömmliches Kraftwerk ersetzt hätten.

Der Autor bezieht sich dabei auf die Energiedaten des BMWi, die gleiche Quelle die auch der Wattrechner gerne nutzt, und baut daraus ein sehr anschauliches Bild (das zweite im Blogartikel). Schaut man auf die Erzeugungskapazität, haben Windkraftwerke und Photovoltaikanlagen kein konventionelles Kraftwerk ersetzt, sondern haben nur zusätzliche Kapazität geschaffen. Das ist soweit nicht verwunderlich, denn wenn der Wind nicht weht und die Sonne nicht scheint, muß Kapazität zur Deckung der Stromnachfrage vorhanden sein.

Aber wie geht das zusammen mit Meldungen, nach denen die Erneuerbaren Energien schon 26% des deutschen Strombedarfs decken? Offensichtlich wurden die konventionellen Kraftwerke – obwohl in “Ständiger Bereitschaft” – seltener oder nur zum Teil genutzt, wenn Wind und Sonne vorhanden waren. Erneuerbare Energie verdrängt mehr und mehr Energie aus konventioneller Erzeugung. Eine gute Nachricht, oder?

Auf den ersten Blick schon. Schaut man auf die BMWi Energiedaten, so ist ersichtlich, daß die schrumpfenden Kernenergie-Terawattstunden nicht durch zusätzliche fossil erzeugte Terawattstunden ausgeglichen werden mußten. Verglichen mit 2006 wurde bei insgesamt leicht rückläufiger Stromerzeugung im Jahr 2011 6oTWh weniger Atomstrom und 14TWh weniger Fossilstrom erzeugt. Gleichzeitig 60TWh mehr Wind-, Solar- und Biomassestrom.  Soweit, so gut.

Nicht so schnell. Denn die fossilen Kraftwerke – vor allem Kohlekraftwerke – müssen ja nun viel häufiger nachregeln, um immer dann, aber auch nur dann, Strom zu liefern wenn kein Wind oder Sonne zur Verfügung steht. Stadtverkehr sozusagen: Anfahren, bremsen, wieder anfahren – da ist es bei Kohlekraftwerken wie bei Autos: Der Wirkungsgrad im Stadtverkehr ist deutlich schlechter als bei konstanter Geschwindigkeit. Science Skeptikal geht in einem weiteren Artikel sogar soweit, zu postulieren, daß die mit Wind+Solar erzeugten TWh komplett durch Wirkungsgradverluste des fossilen Kraftwerksparks aufgefressen würden.

Nach den Hinweisen von Rudolf Kipp lassen sich Indizien dafür sogar in meiner geliebten BMWi Monstertabelle finden. Rechnen wir also nach.

  1. Im Tab 8b der Tabelle finden sich zwei Effizienzgrößen: “Wirkungsgrad” und “Brennstoffeinsatz”. Diese laufen über die Jahre auseinander. Aus dem Brennstoffeinsatz” leiten sich schlechtere tatsächliche Wirkungsgrade ab, als unter dem optimalen “Wirkungsgrad” im Bestpunkt gelistet sind. Das erinnert ein wenig an den Unterschied zwischen Testverbrauch und Drittelmix-Verbrauch bei Autos. Bei unseren fossilen Kraftwerken wird der Unterschied tatsächlich größer, je mehr Wind- und Sonnenstrom produziert werden. Also setzen wir beide Größen ins Verhältnis und nennen das Ergebnis “Wirkungsgradausnutzung”.
  2. Aus den Angaben in Tab 22 kann man aus Kapazität (in GW) und Stromerzeugung (in TWh) sogenannte “Volllaststunden” berechnen. Diese beschreiben den Anteil zwischen tatsächlicher Erzeugung und theoretischer Kapazität. Der maximale Wert entspricht der Anzahl Stunden im Jahr: 8760. Kernkraftwerke und Braunkohlekraftwerke erreichen über 7000 Stunden (d.h. sie fahren das ganze Jahr über fast immer mit maximaler Kapazität). Steinkohlekraftwerke 4000 Stunden, Gaskraftwerke 3000 Stunden  (sie werden häufiger nachgeregelt). Windstrom erreicht onshore knapp 2000 Stunden, Photovoltaik 1000 Stunden. Zum Vergleich: Ein Auto mit 100km/h “Kapazität” und 20.000km im Jahr erreicht gerade einmal 200 Volllaststunden…

Wenn Strom aus Wind und Sonne Kohlekraftwerke zum häufigen Hoch- und Runterregeln zwingt, so sollten die Zahlen zwei Dinge zeigen: (1) Die Volllaststunden sinken und (2) die “Wirkungsgradausnutzung” im Vergleich zum Betrieb im Bestpunkt sinkt ebenfalls. Und beides korreliert mit dem Ausbau der Solar- und Windenergie. Schauen wir auf das folgende Bild:

Wirkungsgradausnutzung

Die Wirkungsgradausnutzung (1991 auf 100% normiert) beginnt in dem Jahr deutlich zu fallen, ab dem der Zubau von Wind und Solar Fahrt aufnimmt: Das Jahr 2001. Allerdings beschleunigt sich – trotz sich abschwächenden Zubaus (damals vorwiegend Wind) – die Wirkungsgradverschlechterung erst ab 2007, dem Zeitpunkt als Steinkohlekraftwerke verdrängt werden und deren Volllaststunden sinken. Der massive Zubau der Photovoltaik ab 2010 scheint interessanterweise eher ausgleichend zu wirken.

Aber es ist unverkennbar: Fossile Kraftwerke fahren heute – anders als vor 20 Jahren – nicht mehr sehr nahe an dem Wirkungsgrad der technisch möglich wäre. Wie viel Strom hätte denn ohne zusätzlichen Brennstoffeinsatz erzeugt werden können, wenn alle fossilen Kraftwerke so nah am Bestpunkt wie 1991 betrieben worden wären? Das folgende Schaubild setzt diese “Verschenkten TWh” mit den durch Wind+Solar erzeugten TWh ins Verhältnis:

Verschenkte TWh

Nimmt man also den Worst Case an (die Wirkungsgradausnutzung bei fossilen Kraftwerken hat sich allein aufgrund von Wind+Solar verschlechtert), so ergibt sich:
Die Hälfte des von Wind+Solar erzeugten Stroms hätte man durch traditionellen, näher am Bestpunkt liegenden Betrieb des fossilen Kraftwerksparks “geschenkt” bekommen.

Es lohnt sich sicherlich, diese Entwicklung weiter zu beobachten:

  • Wird sich die Wirkungsgradausnutzung weiter verschlechtern, je weiter Wind+Solar Steinkohle ersetzen?
  • Wird der weitere Zubau der Photovoltaik ausgleichend wirken?
  • Würden sich die immer unvermeidlichen Verluste neuer Energiespeicher dadurch ausgleichen lassen, daß die Wirkungsgradausnutzung wieder steigt? Alles schon mal dagewesen: Auch Nachtspeicheröfen waren Energiespeicher und sollten damals helfen, die Volllaststunden hochzubringen

Ich bin schon gespannt auf das Update der BMWi Energiedaten für 2012!

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Vierzehnfußballfeldgroße Supercharger Tankstellen

Tesla supercharger location in Tejon, Calif. - Quelle: Elon Musk Blog

Tesla supercharger location in Tejon, Calif. - Quelle: Elon Musk Blog

Einmal ein Auto kaufen, den Treibstoff gibt es später kostenlos. Dieses umgekehrte Druckertintenpatronenprinzip verspricht Tesla Motors allen Käufern einer Tesla Model S Elektrolimousine. Diese dürfen nämlich an allen Supercharger Stationen kostenlos neuen Strom tanken.

Auf dem Bild stehen zwei Model S unter einem etwa 100qm großen Solardach und tanken Strom – pro Fahrzeug 45 Kilowattstunden in einer halben Stunde. Für diesen Bedarf scheint das Solardach etwas klein dimensioniert, oder?

Rechnen wir nach: Wenn alle Fahrzeuge in Deutschland nur noch Strom tanken würden, wie groß müßte dann der an jeder Tankstelle angeschlossene Solarpark sein?

In Deutschland gibt es 15.000 Tankstellen, die jede im Durchschnitt pro Jahr drei Millionen Liter Benzin und Diesel verkaufen. Das entspricht 27 Millionen Kilowattstunden Energieinhalt.

Ein Elektromotor ist 3x effizienter als ein Verbrennungsmotor. Also würden Elektroautos statt 27 Millionen Kilowattstunden in Form von Benzin oder Diesel nur neun Millionen Kilowattstunden elektrische Energie tanken müssen.

Auf einem Quadratmeter Grundfläche erzeugt ein deutscher Solarpark etwa 90 Kilowattstunden im Jahr. Für neun Millionen Kilowattstunden wären also 100.000 Quadratmeter erforderlich – die Fläche von 14 Fußballfeldern oder zwei großen IKEA Märkten mit Parkplätzen drumherum.

Das klingt auf den ersten Blick viel – vor allem wenn man diese 14 Fußballfelder mit 15.000 Tankstellen multipliziert. Andererseits ist das Ergebnis – 1500 Quadratkilometer – nur das 5-fache der Fläche, die in Deutschland Jahr für Jahr als Flächenverbrauch für Häuser, Straßen, Wege, Plätze und Schienen hinzukommt.

Also: Auch wenn 100qm Solardach pro Tankstelle nicht reichen – es wäre theoretisch machbar, alle Tankstellen in Deutschland durch solarbefüllte Supercharger Stationen zu ersetzen.

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Stromfresser Cloud Datenspeicher?

Greepeace twittert heute “Daten in der Cloud zu speichern verursacht 350 mal mehr CO2 als ein Heimserver” und bezieht sich dabei auf einen heise.de Artikel, der eine Berechnung des Oekoinstituts zitiert.

350 mal mehr? Der gesunde Menschenverstand sagt: Das kann nicht sein. Der Wattrechner sagt: Das muß ich mal nachrechnen. Schließlich speichert er seine Daten sowohl auf einem kleinen (und sparsamen) EeePC-basierten Heimserver als auch als Offsite Backup in der Cloud.

Der Stromverbrauch des EeePC Heimservers ist bekannt: 18 Watt, was zu 813 Gramm CO2 im Jahr für die in der Studie angesetzte Datenmenge von 4,7 GByte (eine DVD) führt.

Wie hoch aber ist der Stromverbrauch eines Cloudservers?

Typischerweise werden dort x86-basierte Server mit möglichst viel Plattenplatz eingesetzt. Stand der Technik sind Systeme mit zwölf 3TB Platten wie diese hier (ohne Hintergedanken aus dem Produktkatalog meines Arbeitgebers ausgesucht). Dieses System braucht 226 Watt. Dazu – weil die vielen dicht gepackten Server im Rechenzentrum anders als der Homeserver zu Hause gekühlt werden müssen – ein sogenannter “PUE-Faktor”. Außerdem habe ich noch weitere 30% Stromverbrauch für Infrastruktur wie Netzwerk, Webserver usw. des Cloudanbieters eingerechnet.

Ergebnis: 553 Gramm – 100x weniger als die Studie des Oeko-Instituts postuliert.

Hier die Berechnung im Detail:

Ein sparsamer Homeserver im 24×7 Dauerbetrieb unterscheidet sich also beim “Stromverbrauch pro Gigabyte” nicht von Cloudanbietern. Am spezifischen Stromverbrauch gemessen ist keins der beiden Verfahren effizienter als das andere.

Die Effizienz läßt sich – wieder einmal – nur durch den Verzicht auf Bequemlichkeit steigern: Den Homeserver nur dann laufen lassen, wenn man ihn gerade auch für’s Backup braucht, oder gar keinen Homeserver zu betreiben, sondern externe 2,5″ USB Platten nur bei Bedarf zu betreiben.

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Kaffeetrinken mit schlechtem Gewissen?

Trojan-Room-Kaffeemaschine (von Wikipedia)

Trojan-Room-Kaffeemaschine (von Wikipedia)

Ich trinke gerne Kaffee, habe allerdings um die höhere Wissenschaft der Kaffeezubereitung – ob mit Vollautomaten oder Kapselautomaten – bisher einen Bogen gemacht und werfe jeden Morgen ganz altdeutsch meine Filterkaffeemaschine an. Auch darum habe ich den Artikel “Müll hat einen Namen: Nespresso” aus dem FUTTERblog mit großem Amüsement gelesen: 60 Euro für ein Kilo Kaffee! 13.000 KWh für die Kapselherstellung! Prust!

Doch halt: 13.000 KWh für die Kapselherstellung – da ist des Wattrechners energetischer Rechenehrgeiz geweckt. Wie viel Strom braucht eigentlich so eine Kaffeemaschine? Mehr oder weniger als für die Erzeugung des 1,1g Aluminium für die Kapsel aufgewendet werden muß?

Informationen dieser Art sucht man am besten in der Schweiz, in dem Land wo die Zelebrierung der höhere Wissenschaft der Kaffeezubereitung mit einem steten Streben nach Effizienz verbunden wird. Schauen wir also auf www.topten.ch. Dort steht im Testbericht, daß der beste Kapselautomat für das Brühen von 2190 Tassen Kaffee pro Jahr (sechs Tassen am Tag) 30 KWh Strom verbraucht.

Wofür wird diese Energie aufgewendet? Je nach Zubereitungsart (Espresso, Lungo usw.) wird aus einer Kapsel zwischen 20ml und 110ml Getränk gebraut. Sagen wir im Durchschnitt über die 2190 Brauvorgänge 50ml. Also müssen im Jahr 110 Liter Wasser auf Siedetemperatur erhitzt werden. Das braucht schon mal 11 KWh.  Der Rest wird für Pumpendruck, Warmhaltung und Stand-By verwendet.

2190 Kapseln sind 2,4kg Aluminium, 25% recycelt (1,3KWh/kg), 75% nicht recycelt (13KWh/kg). Macht 8,6 KWh für die Herstellung des Kapselaluminiums. Wenn in 2013 wirklich 75% recyceltes Alumium verwendet werden, reduziert sich der Wert auf 2,6 KWh.

Wie viel Strom verbraucht der beste Vollautomat (ohne Kapseln)? Laut www.topten.ch sind dies 42 KWh im Jahr, für 2190 Tassen. Hauptsächlich wegen einer längeren Default-Abschaltverzögerung (nach der kein vorgeheiztes Wasser mehr vorgehalten wird). Auch Kapselmaschinen mit einer entsprechend längeren Abschaltverzögerung liegen in diesem Bereich. Ineffiziente Geräte ganz ohne Abschaltautomatik verbrauchen gar 150 – 190 KWh im Jahr.

Fazit: Nespresso-Kapseln mögen teuer sein, die persönliche Energiebilanz verschlechtern sie aber kaum. Der Anteil der Aluminiumverpackung am Energieaufwand pro Tasse Kaffee liegt lediglich zwischen 10% und 25% (je nach Recyclinggrad). Der Unterschied beim Betriebs-Stromverbrauch zwischen effizienten und ineffizienten Kapselmaschinen ist deutlich größer. Von der alten Filtermaschine, deren Warmhalteplatte stundenlang angeschaltet bleibt, ganz zu schweigen…

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Was Energie und Zeit gemeinsam haben

Wahre WattrechnermeisterschaftNutzbare Energie und Zeit haben eine Gemeinsamkeit – sie sind endlich. Warum das für nutzbare Energie gilt, hat Tom Murphy – der Meister des Wattrechnens – ein seinem Zwiegespräch zwischen Physiker und Ökonom wunderbar erklärt.

Ebenfalls wird in diesem Zwiegespräch der Nachweis geführt, daß großartige Effizienzgewinne bei der Energieumwandlung nicht mehr zu erwarten sind. Was für die Zeitnutzung ebenfalls gilt.

Warum diese Einleitung? Eine Entschuldigung dafür, daß ich sechs Wochen nicht gepostet habe? Richtig. Seit Ende Mai 2012 habe ich einen neuen Job und befinde mich mitten im steilen Abschnitt der Lernkurve. Und da Energie wie Zeit, Energieeffizienz wie Zeiteffizienz endlich ist, bleibt derzeit neben Familie, Job und Laufen nicht genug Zeit für dieses Blog.

Deswegen möchte ich die interessierten Wattrechner Leserinnen und Leser für die Zwischenzeit auf zwei Blogs verweisen – eines neu, eines erst kürzlich entdeckt – welche das Thema Energieeffizienz bzw. Ökobilanz aus zwei völlig unterschiedlichen Perspektiven beleuchten:

  • Erstens: Läufer pro Umwelt von der in Läuferkreisen bekannten und gern gelesenen Heidi Schmitt. Ohne Formeln, aber die Artikel alle sauber recherchiert und mit Links auf unterstützende Studien versehen
  • Zweitens: Das schon angesprochene “Do the Math” von Tom Murphy. Wattrechnen Extreme. Als Einstieg sei das Zwiegespräch “Exponential Economist Meets Finite Physicist” empfohlen, welches noch ohne Formeln auskommt. Wenn Tom dann allerdings dazu anhebt, Wärmepumpen zu erklären, dann ist das eine wunderbare Kombination aus Physikvorlesung (mit Formeln!) kombiniert mit alltäglichen Energieeffizienzfragestellungen (Kühlschrank). Wahre Wattrechnermeisterschaft.

Jetzt muß ich nur noch Zeit finden, alle Artikel von Tom zu lesen und zu verstehen. Und in der Zwischenzeit auch ein paar eigene Gedanken in Artikelform zu gießen und zu posten. Bis dahin!

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Strom Sparen im Haushalt – Die Suche beginnt, Teil 2

In Teil 1 von „Strom Sparen im Haushalt – Die Suche beginnt“ hat Ingo Scheuermann von Grünspar.de leidenschaftlich die Motivation beschrieben, warum Stromsparen im Haushalt wichtig ist: Es sind konkrete und für den Einzelnen unmittelbar faßbare Erfolge möglich. Als erste faßbare Maßnahme haben wir die Beleuchtung diskutiert, und wollen nun mit den Themen Thermostop und Standby-Verbrauch fortfahren.

Also überlasse ich wieder Ingo das Wort:

Der Thermostop

Einer der größten Verbraucher in vielen Haushalten ist der Elektroboiler. Klassischer Energieverschwender. Die pragmatischste Lösung hat der Autor schon vorweggenommen: Einfach eine Gastherme kaufen. Ok. Das kommt aber nicht für jeden in Frage. Eine neue Therme kostet viel Geld.

In einem Untertischboiler wird 24 Stunden am Tag das Warmwasser aufgeheizt. Unabhängig davon, ob es auch wirklich benötigt wird oder nicht. Der klassische Ansatz war eine Zeitschaltuhr, die den Boiler zu Nacht- und Arbeitszeiten ausschalten konnte. Aber auch in solchen Fällen wurde der Strom schlichtweg verschwendet. Der Thermostop ist ein einfaches Mittel, um diesem Problem entgegenzuwirken. Er wird zwischen Untertischboiler und Steckdose gesteckt, per Fernschalter aktiviert und lässt damit nur dann Stromverbrauch zu, wenn in Kürze Warmwasser benötigt wird.

So kann richtig viel gespart werden. Wie viel wird klar, wenn man sich die ganze Sache kurz anhand von Zahlen ansieht:

  • Standby-Verbrauch Boiler pro Tag: 0,8 kWh
  • Preis pro kWh: 25 Cent
  • Jahres-Standby-Verbrauch: 0,25€/kWh * 0,8kWh * 360 Tage = 72 Euro

Standby Verbrauch

Einer der großen Verschwender sind im analysierten Haushalt Standby-Geräte. Mir gefallen die genannten Beispiele vor allem deswegen, weil sie mal aufzeigen, dass es mehr versteckte Verbraucher gibt, als nur die typische Stereoanlage oder das Heimkino. Standby-Verbraucher verstecken sich in so gut wie allen Räumen eines Haushalts. Mikrowelle, Kaffeemaschine, Modem, Fön, PC, Anlage, Toaster, Tischlampen. Wo man auch hinsieht, Stromverschwendung.

Es ist absolut lästig, bei einer gut verkabelten Wohnzimmerwand jedes mal den Schalter zu suchen, um die Geräte vom Strom zu trennen. Hier macht uns die Gewohnheit einen Strich durch die Rechnung. Die meisten Verbraucher sind nicht gewillt, diesen zusätzlichen Gang abends vor dem ins Bett gehen noch zu gehen. Deshalb wird verschwendet. Ich möchte gerne zwei Methoden vorstellen, die dieses Problem lösen und den Alltag nicht nur günstiger sondern komfortabler denn je gestalten:

1.) Der Standby-Killer

Der Name ist Programm. Eine geniale kleine Erfindung, die das Faulheitsproblem für immer löst. Was wäre, wenn sich der Fernseher absolut automatisch vom Strom trennt, sobald auf der Fernbedienung der Ausknopf gedrückt wird? Genau das passiert bei dieser Erfindung. Der Standby-Killer erkennt die Infrarotsignale der Fernbedienung und trennt den Fernseher vom Strom.

Eine elegante Lösung, auch wenn sie erstmal nur für den Fernseher funktioniert.

 2.) Funksteckdosen

Wer mehr als nur einen Fernseher vom Strom trennen möchte, der sollte mal eine Funksteckdose ausprobieren. Gekoppelt mit einer Steckdosenleiste ist sie auf jeden Fall universal einsetzbar. Die Steckdosenleiste wird mit allen Standby-Geräten des Systems bestückt. Danach wird sie in die Funksteckdose gesteckt, die letztendlich in der Steckdose hängt. Per Fernbedienung kann jetzt die Funksteckdose und somit alle daran hängenden Geräte vom Strom getrennt werden. Ein kleines Rechenbeispiel vergegenwärtigt auch hier die möglichen Einsparpotentiale:

  • System: PC (3W) , Tintenstrahl-Drucker (6W), Monitor (5W), Scanner (8W)
  • Verbrauch pro Stunde: 0,022 kWh
  • Verbrauch pro Tag (24h): 0,528 kWh
  • Verbrauch pro Jahr: ca. 190 kWh
  • Kosten pro Jahr: 47,50€

Zurück zum Haushalt der Analyse:

219 kWh pro Jahr Standbyverbrauch können durch Kombinationen aus Funksteckdosen und Steckdosenleisten gekillt werden. Das entspricht einer Einsparung von weiteren 54,75 Euro pro Jahr.

Wie bei jedem Heimwerker-Thema (auch wenn dieses hier ein spezielles ist), gilt der eiserne Grundsatz: Es gibt immer etwas zu tun!

 

Zu meinem Gastautor heute: Ingo Scheuermann, 28, Head of Online Marketing bei der Grünspar GmbH, Deutschlands führendem Onlineshop zum Thema Energie sparen – http://www.gruenspar.de

Das Haus des Wattrechners hat zum Glück keine Elektroboiler – selbst bauen kostet zwar Nerven im Kilopfundbereich, aber läßt einem immerhin die Freiheit zu entscheiden, ob man den für die Heizung ans Haus gelegten Primärenergieträger auch zum Kochen und Warmwasserbereiten benutzen will.

Doch Standby-Verbraucher gibt es in einem Geek-Haushalt natürlich wie Sand am Meer! SAT Multischalter, Fritzbox, Server, Laptops, Drucker, Fernseher, Wii Spielkonsole und so weiter.

Hier werde ich in nächster Zeit mal, wie von Ingo vorgeschlagen, mit Funksteckdosen experimentieren. SAT-Multischalter außerhalb der „Fernsehzeiten“ (inklusive Aufnahmezeiten!) ausschalten? Fritzbox außerhalb der Computer- und „Anruf erwarten“-Zeiten ausschalten? Ist das praktikabel? Mehr dazu in Zukunft in diesem Blog.

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