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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Strom Sparen im Haushalt – Die Suche beginnt, Teil 1

Hier kommt der Strom

Hier soll so wenig Strom wie möglich gezapft werden

Vor zwei Wochen habe ich mich auf die Suche nach den größten Strom-verbrauchern in meinem Haushalt gemacht. Ich fand uns schon ganz gut optimiert bei den „Großverbrauchern“ (Waschen, Spülen, Kühlen…) und der Beleuchtung, mit allerdings noch großem (wenn auch schwierigen) Optimierungs-potential beim Stand-By Verbrauch unserer Unterhaltungselektronik.

Ingo Scheuermann von Grünspar.de hat diesen Artikel gelesen und sein professioneller Ehrgeiz war geweckt: Warum sollte man überhaupt zu Hause stromsparen? Und mit welchen Technologien kann ich (Rolf) zu Hause selbst noch weiter sparen? Sicherlich beim Standby-Verbrauch, aber nicht nur dort.

Ich möchte diese Diskussion gerne als mehrteiliges „Virtuelles Zwiegespräch“ zwischen Ingos Gastbeiträgen, mir und hoffentlich vielen Eurer Kommentare anlegen. Im ersten Teil geht es um die Motivation zum Stromsparen und die Beleuchtung. Weitere Teile zu Thermostop, Standby-Verbräuchen und Vorschaltgeräten für Wasch- und Spülmaschinen folgen.

Aber jetzt soll Ingo das Wort haben:

Strom sparen – Die Suche beginnt

Ich kann nur jedem empfehlen, genau wie Rolf eine Stromverbrauchsbilanz für den eigenen Haushalt zu machen: Schnappt euch ein Energiekostenmessgerät und geht auf die Suche! Es ist einfacher als gedacht und wird schnell zur echten Sucht.

Massenfähigkeit – Was ist abstrahierbar?

Aber wir wollen nicht vorweggreifen. Denn zu Anfang ist mir vor allem ein Punkt wichtig: Der Verlust der Primärenergie bei der Produktion einer kWh Strom und die damit zusammenhängenden Implikationen für den Einzelnen. Ein typisches Dilemma der Energieeffizienzpolitik in Deutschland ist das Identifikationsproblem. Was man nicht sieht, wird einem auch einfach nicht klar. Auch mehrfaches Erklären stößt da oft auf taube Ohren. Es ist die Massenfähigkeit von Argumenten, die dieses Dilemma beschreibt. Fähig für die Massen ist nur, was einfach verständlich, ohne Umschweife anwendbar und vor allem auf den ersten Blick als die einzig logische Alternative erscheint. Um das Energieeffizienzproblem in den Griff zu bekommen, können daher meiner Meinung nach nur Maßnahmen greifen, die auch massenfähig sind.

Das Problem an der Sache liegt eigentlich auf der Hand und ist vielfach übertragbar: Ich mache mir die Mühe und rechne mir aus, was mein Toaster bei jedem Toast verbraucht. Ich weiß also: Ich zahle einen bestimmten Betrag an Strom für das Toasten eines Toasts. Was von mir verlangt wird, ist allerdings viel komplizierter. Ich soll nicht nur bei jedem Toast wissen, was ich bezahle, ich muss mir im Klaren darüber sein, was die Umwelt bezahlt. Welchen ökologischen Fußabdruck ich hinterlasse ist für Forscher und für die Umwelt hoch interessant, für mich allerdings zu abstrakt. Und genau da liegt der sprichwörtliche Hund begraben. Es ist eine große Herausforderung für jeden, sich über seine eigenen Kosten bewusst zu sein. Diese Kosten dann zu abstrahieren ist eine Aufgabe, die man unmöglich von jedem Einzelnen verlangen kann.

Was können wir also noch tun?

Und damit zurück zum Kern des Problems: Wie kann ich meinen aktuellen, sehr realen, eigenen Energieverbrauch im Bereich Strom senken. Das Fallbeispiel des Artikels ist perfekt für eine kleine Analyse, um aufzuzeigen, wie viel Strom an welchen Stellen wirklich gespart werden kann, siehe Verbrauchs-Aufteilung im Artikel.

Vorab gesagt: 7kWh Tagesverbrauch in einem 4-Personen Haushalt ist eine extrem gute Bilanz und kann sich wirklich sehen lassen. Richtig verstanden wurde auch, dass diese Bilanz wahrscheinlich maßgeblich von vielen Energiesparmaßnahmen beeinflusst wurde (Energiesparlampen und Co.).

Als Energiesparexperte ist mir eins schnell klar geworden: It never stops. Egal wie gut und effizient der Haushalt schon ausgerichtet ist, es gibt immer die Möglichkeit, effizienter zu sein. Wo? Das möchte ich euch jetzt zeigen:

Die Beleuchtung

Dafür benötigt es eigentlich nur eines einzigen Wortes: LED. Energiesparlampen sind löblich und gut. LEDs sind einfach besser. Es gibt kein Wenn und Aber, LEDs sind die einzige wirkliche Alternative, wenn es um Energie sparende Beleuchtung geht. Um das kurz klar zu machen, stellen wir die beiden Leuchtmittel mal kurz einander gegenüber:

Energiesparlampe LED Lampe
Lebensdauer (in Stunden) 10.000 Stunden 35.000 Stunden
Lebensdauer in Jahren 10 Jahre 35 Jahre
Schaltfestigkeit Bis zu 600.000 Bis zu 800.000
Energieeffizienz A – B A – B
Ersatz für eine 60W Glühbirne 11W Ab 8W

Das zusätzliche Einsparpotential ist verschwindend gering. Auch wenn führende Leuchtmittelhersteller gerne mal die relative Ersparnis von fast „30% zusätzlich“ anführen, geht es absolut um Centbeträge. Anstatt 0,011 kWh verbraucht eine LED nur 0,008 kWh. Hochgerechnet auf das Jahr (1.000 Stunden Brenndauer), macht das 11 kWh im Vergleich zu 8 kWh pro Jahr, also eine zusätzliche Ersparnis in Höhe von 3kWh * 0,25€/kWh = 0,75€. Wohlgemerkt pro Lampe. Wenn ein Haushalt 20 Lampen besitzt, kommt da schon über die Jahre etwas zusammen, allerdings keine großen Beträge. Es ist noch anzumerken, dass die LED bei höheren Wattagen besser skaliert als die Energiesparlampe, die Differenz also geringfügig größer wird, je höher die zu ersetzenden Wattagen sind.

Die tatsächliche Ersparnis liegt woanders. Bei der Anschaffung. LED-Lampen halten länger und sind robuster gegen Kurzschlüsse und häufiges An- und Ausschalten. Auch der ständige Weg zum Fachmarkt muss dabei berücksichtigt werden.

Am Ende ist es eigentlich keine Frage des Geschmacks. LEDs halten länger, machen ein angenehmeres Licht, schalten schneller und sind geräuschlos. Außerdem sparen sie noch mehr als Energiesparlampen. Wer jetzt seine Glühbirnen austauscht, der ist gut beraten direkt auf LED umzusteigen.

Zum 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

Zurück zum Haus des Wattrechners. Dort sind 14 E14 und 11 E27 Energiesparlampen mit 9-11 Watt im Einsatz, 17 Halogenlampen mit Stecksockel um die 20 Watt, und 3 LED Spots mit je 1 Watt. Wenn ich auf den Grünspar.de Shop schaue, finde ich bereits LED Lampen für E14 und E27 und die größeren der Stecksockel. In den ersten drei Jahren habe ich bestimmt schon fünf der E14+E27 Energiesparlampen ersetzen müssen, dazu noch einige der Halogenstrahler.

Ingo sagt, LED Lampen halten bis zu 4x so lange wie Energiesparlampen, und sind standfester Schaltvorgängen gegenüber. Dafür kosten sie auch 3x so viel. Trotzdem lohnen sie sich – die Entscheidung ist gefallen: Defekte E14/E27 Energiesparlampen werden in Zukunft durch LEDs ersetzt.

Nur habe ich den Verdacht, daß ein Großteil meines Beleuchtungs-Stromverbrauchs von den 20W-Stecksockel Lampen (Schreibtisch/Leselampen und Niedervoltbeleuchtung in den Kinderzimmern) verursacht wird – wollen wir hoffen, daß es da bald LED Alternativen am Markt gibt!

Was meint Ihr? Habt Ihr schon Erfahrungen mit LED? Halten die wirklich so lange wie versprochen? Sind sie angenehmer als klassische Energiesparlampen? Schreibt einen Kommentar und diskutiert mit!

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Besser das Panel auf dem Dach als der Spiegel in der Wüste

Turbine im Kraftwerk Moabit

Turbine im Kraftwerk Moabit, Berlin

Ich mag große Maschinen. Auch aufgrund des Skaleneffekts: Je größer, je effizienter. Einer der Gründe, warum ich Cloud Computing für grün halte.

Aber gilt das auch für Kraftwerke, beziehungsweise Stromerzeugungsinfrastruktur allgemein? Muß man die Photovoltaikanlage auf dem bayerischen Hausdach belächeln, weil sie sich im verregneten Deutschland nur mit Subventionen rechnet? Wäre erneuerbare Großtechnologie, wie Offshore Windenergieparks oder riesige Solarkraftwerke in Nordafrika, nicht viel effizienter und kostengünstiger?

Nicht unbedingt. Die Studie “Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien” des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme rechnet nämlich sehr interessant. Neben den reinen Investitions- und Betriebskosten bezieht sie auch Kapitalkosten mit ein. Großtechnologie ist kapitalintensiv. Je größer, je effizienter, aber auch risikoreicher: technische Probleme haben viel größere Auswirkungen. Das heißt Investoren wollen einen Risikoaufschlag, die Kapitalkosten steigen, und damit auch die Stromgestehungskosten.

Zweitens ist das Zinsniveau zu beachten. Im verregneten Deutschland gibt es für die Photovoltaik zwar nur 1100 Volllaststunden pro Jahr, im Gegensatz zu fast 2000 Volllaststunden in Spanien. Aber dafür ist das Zinsniveau (Renditeerwartungen für Eigenkapital und Zins Fremdkapital) nur etwa halb so hoch. Der höhere Wirkungsgrad von Photovoltaik im Süden wir also durch die höheren Kapitalkosten im Süden wieder aufgefressen.

Schauen wir uns die Zahlen an:

… und konzentrieren und zunächst auf die Spalte “Erzeugung”

  • Photovoltaik erreicht in Deutschland nur ca. 1100 Volllaststunden im Jahr. Und das Jahr hat 8760 Stunden. Trotzdem: Dank Preisverfall bei PV-Modulen und geringer Kapitalkosten liegen wir nur bei 15 Cent/KWh Erzeugungskosten
  • Noch günstiger ist Wind. Obwohl Windmühlen im Binnenland (nicht an der Küste) über’s Jahr nur soviel Strom erzeugen, als wenn sie 1300 von 8760 Stunden im Jahr mit voller Leistung laufen würden.
  • Nun zu den “Großtechnologien” – Offshore und Wüstenstrom (am bekanntesten ist hier das Desertec Konzept): Überraschung bei Offshore-Wind: Trotz fast 3x so viel Volllaststunden (der Wind über der See weht halt beständiger) wie Binnenlandwindmühlen ist der Stromerzeugungspreis höher, dank deutlich höherer Investitions- und Kapitalkosten incl. Risikozuschlag. Aus den gleichen Gründen wäre Desertec-Strom ebenfalls teurer.

Aber halt – jetzt machen einen ungerechten Vergleich. Schließlich brauchen wir ja nicht nur 1100 Stunden im Jahr Strom, sondern 8760 Stunden. Wir möchten ja Kernkraftwerke ersetzen, die auf 7700 Volllaststunden kommen. Daher müßten doch 4000 regenerative Volllaststunden viel wertvoller sein als 1100 Stunden – weil aufwändige Speichertechnologie vermieden wird. Stimmt! Deswegen haben ich im zweiten Schritt mal inklusive Speicheraufwand gerechnet.

Dazu habe ich mit (zum Beispiel) Photovoltaik die Erzeugungscharakteristik eines Kernkraftwerkes simuliert. Während der Volllaststunden wird ein Speicher gefüllt, der in der (statistischen) Zeit zwischen 1100 und 7700 Stunden wieder entladen wird. Den Wirkungsgrad des Speichers habe ich mit 36% angenommen: 60% Power-to-Gas Wandlung, und nochmal 60% bei der Rückverwandlung des Gases in Strom. 36% mag niedrig erscheinen, aber ich sehe nicht, wie wir in Deutschland im großtechnischen Maßstab Pumpspeicherkraftwerke (die hätten 80% Wirkungsgrad) oder Batteriespeicher aufbauen können. Dann schon eher bewährte Technologie: Gasnetz und GuD-Kraftwerke. Bei Desertec habe ich zusätzlich 5% Verlust pro 1000km Transport eingerechnet.

Die Kombination “Erzeugung und Speicherung” wird jetzt sicherlich das Pendel in Richtung der großen zentralisierten Anlagen mit der hohen Volllaststundenzahl ausschwingen lassen, oder?

Überraschenderweise immer noch nicht:

Der Solarstrom- und Binnenwindpreis steigt zwar um den Faktor 2,5, während der Desertec- und Offshorewindpreis nur um Faktor 2 steigt.

Trotzdem liegt Binnenwind immer noch vorne, und die kleine Photovoltaikanlage auf einem bayerischen Hausdach erzeugt Strom zu den gleichen Kosten wie in Solarkraftwerke in Nordafrika das könnten. Das Panel auf dem Dach heute ist also nicht schlechter als die erst geplanten Spiegel in der Wüste.

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Berlin, Berlin, wir fahren nach Berlin!

Berlin ist immer eine Reise wert, auch wenn es eine Dienstreise und kein Besuch des Fußball-Pokalendspiels ist. Dieses Mal bin ich mit dem ICE von München hin- und zwei Tage später mit dem City-Night-Line im Schlafwagen wieder zurückgefahren.

Eine subjektiv sehr angenehme Methode (vor allem die Rückfahrt) – aber war das auch die energieeffizienteste Art und Weise, nach Berlin zu kommen?

Der Umweltmobilcheck der Bahn gibt eine eindeutige Antwort: Die Bahn verbraucht auf der Strecke München-Berlin etwa 3,5x weniger Primärenergie (also inklusive der Verluste bei der Strom- bzw. Kraftstoffherstellung) als Auto oder Flugzeug.

Kann das stimmen? Schauen wir nach wie die Bahn rechnet:

  • Erstens rechnet sie mit einem Dieselverbrauch von 5,5 Liter/100km Autobahn. Da könnte ich also für mein Auto 20% abziehen. Bleibt immer noch Faktor 3
  • Zweitens rechnet sie beim ICE mit einer Auslastung von fast 50%. Das ist gewagt, wie die FAZ hier vorrechnet. Gefühlt war die Auslastung meines Zuges auch bei höchstens 25%. Also nur noch Faktor 1.5
  • Zufahrtsumwege (wie bei der FAZ angesprochen) hatte ich nicht. 10 Minuten U-Bahn zum Bahnhof in München, 5 Minuten zu Fuß zum Hotel in Berlin. Es bleibt also bei Faktor 1.5
  • Fazit für die Hinfahrt mit dem ICE: Energieeffizienztechnisch gegenüber dem Auto (oder dem Flugzeug) kein großer Vorteil. Allerdings hat der ICE größere Vorteile auf einem ganz anderen “Energielevel”: Entspannt einsteigen, viel Platz (bei Auslastung 25%…), dösen, lesen, arbeiten, Landschaft gucken – kein Vergleich zu den Alternativen

Also alles zusammen subjektiv 1:0 für den Zug. Wie steht es nun mit dem Rückweg?

  • Ein CNL bringt natürlich weniger Menschen in einem Waggon unter als ein normal bestuhlter ICE: Maximal 36 Schlafplätze statt 74 Sitzplätze. Und da ich ja hier mit einem von nur einer Person besetzten Auto vergleiche muß ich sogar 18 Einzelkabinengäste mit 74 Sitzplatzfahren vergleichen. Eine Auslastung 25% wäre damit auch für die Rückfahrt realistisch.
  • Dafür fährt der CNL sehr viel langsamer als der ICE, was den Energieverbrauch pro Personenkilometer deutlich reduziert.
  • Wieder kein deutlicher energetischer Vorteil. Eine sehr schöne und fundierte Diskussion zum Vergleich “Hochgeschwindigkeits-Nachtzüge versus Fliegen” hier im ICE-Treff Forum kommt – sowohl “bottom up” als auch “top-down” gerechnet – zu einem ähnlichen Ergebnis: Nur ein vollbesetzter Nachzug wäre energetisch im Vorteil. Ein 25% ausgelasteter Nachtzug im Vergleich zu einem 70% ausgelasteten Flieger macht keinen großen Unterschied.

Also bleibt wieder die subjektive Entscheidung, ob man nach Flug mit dem normalerweise immer verpäteten “Lumpensammler” und nochmal 45min aufs Gepäck warten um Mitternacht zu Hause sein will (der Satz war jetzt subjektiv gefärbt, zugegeben), oder am nächsten Morgen ausgeruht, frisch gewaschen und befrühstückt in den Hauptbahnhof einfährt.

Fazit: Ein bahnliebhabersubjektives 2:0 für die Bahn, aber wattrechnertechnisch ein Patt – 0:0

Was meint Ihr? Fahrt Ihr lieber Zug, Auto oder Bahn? Fließt die Energieeffizienz in Eure Entscheidungsfindung bei der Wahl des Verkehrsmittels ein? Ich freue mich über Kommentare!

 

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Wir Energieverschwender, Teil 4 – Strom

Nach den beiden Spitzenplätzen auf der privat beeinflußbaren Energieverbraucherrangliste – belegt von Heizung und Auto - kommt eine große Lücke, und dann der Strom: 4,7 KWh im Durchschnitt pro Tag und Person, im Vergleich zu 14 KWh/Tag/Person Individualverkehr und 19 KWh/Tag/Person Heizung.

Trotzdem ist es wichtig, sich mit dem Stromverbrauch zu beschäftigen, denn jede Kilowattstunde Strom benötigte im Jahr 2010 durch Verluste bei Erzeugung und Verteilung drei Kilowattstunden Primärenergie. Womit wir auf gleicher Höhe wie der diesel- und benzinbetriebene Individualverkehr wären – Verluste bei Erzeugung von Diesel und Benzin mal außer acht gelassen.

Also will ich heute, wie schon bei den vorherigen Kapiteln der “Energieverschwender”-Reihe, ausloten, wieviel Potential zum Stromsparen noch vorhanden ist. Dabei lasse ich Effizienzpotentiale bei Erzeugung und Verteilung außen vor, sondern konzentriere mich nur auf den Stromverbrauch ab Steckdose.

Ein durchschnittlicher 4-Personen Haushalt verbraucht also 4 x 4,7 = 19 KWh Strom pro Tag und zahlt dafür 1700 Euro im Jahr (bei 25 Cent/KWh). In dem Durchschnittswert steckt mit drin, daß bei 20% der Haushalte auch Warmwasser mit Strom erhitzt wird.

Mein eigener 4-Personen Haushalt verbraucht aktuell knapp 7 KWh Strom pro Tag. Das kostet 600 Euro im Jahr. Gekocht und Wasser erhitzt wird mit Gas. Der Stromverbrauch teilt sich wie folgt auf:

Die letzten drei Bestandteile sind dabei “virtuelle” Verbräuche, also bei uns nicht vorhanden. Ein elektrischer Wäschetrockner (hellgrau) braucht ungefähr doppelt soviel Strom wie eine Waschmaschine. “Virtueller” Strom für Kochen (zartblau) und Warmwasser (weiß) ist aus unserem sommerlichen Gasverbrauch abgeleitet.

Was kann dieses Schaubild jetzt die Frage zu beantworten helfen, wo Effizienzpotentiale stecken?

  1. Warmwasser wenn möglich mit Primärenergie erzeugen – 6KWh Gas ersetzen 6KWh Strom mit einem “Primärenergieschatten” von 18KWh
  2. Ebenso beim Kochen – wenn Gas im Haus ist
  3. Wäsche auf dem Wäscheständer trocknen

OK – das drückt den Stromverbrauch von 12KWh/Tag auf 7KWh/Tag (die bunten Anteile am Ringbild oben). Und dann? Welche der weiteren Posten wären verzichtbar?

  1. Alle Geräte wie Kühlschrank/Geschirrspüler/Waschmaschine usw. sind bereits Energieeffizienzklasse A oder besser. Die Computer sind Laptops. Die Lampen meist Energiesparlampen. Nichts mehr zu machen.
  2. Schauen wir auf die Dauerverbraucher:
    1. Ein Sat-Multischalter, der  jede Stunde 13 Watt verbraucht: Macht im Jahr 114KWh, fast 5% den Gesamtverbrauchs
    2. Der EeePC File- und Backupserver, der  jede Stunde 18 Watt verbraucht: 158KWh, gut 6% den Gesamtverbrauchs
    3. Diverse Stand-By Verbräuche für Fernseher, Spielkonsole, Fritzbox, Laptops im Ruhezustand, Netzteile usw.: Auf Basis von Meßwerten geschätzt 25 Watt jede Stunde, also 219KWh im Jahr oder 9% des Stromverbrauchs

Würde ich all diese Dauerverbraucher nur bei Bedarf einschalten, könnte ich also noch fast 500KWh Strom sparen. 1500KWh Primärenergie. Dafür kann ich auch einen Monat heizen. Oder 3000 Kilometer Autofahren.

Fazit: Wo sind Effizienzpotentiale beim privaten Stromverbrauch?

  1. Die großen Klopper, die aber häufig einen Wechsel der Infrastruktur voraussetzen: Warmwasser und Kochen mit Gas statt Strom
  2. Energieeffiziente Geräte, Beleuchtung usw. Das bringt einen auf einen Level von 40-50% des Durchschnittsverbrauchs (Warmwasser herausgerechnet)
  3. Weitere 20% von diesem Level aus einzusparen werden dann allerdings richtig mühsam: Explizites Ein- und Ausschalten statt 24h-Betrieb von Kleinverbrauchern und Stand-By Verbrauch. Aber in den Keller gehen, Multischalter einschalten, bevor ich fernsehe? Oder Fritzbox einschalten, bevor ein Familienmitglied im Internet surfen will? Server erst hochfahren, wenn ich auf ein Shared Laufwerk zugreifen will?

Was meint Ihr? Lohnt es sich, diese letzten 20% anzugehen? Gibt es vielleicht clevere Schaltlösungen dafür? Schreibt einen Kommentar!

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