Ein Kernkraftwerk durch Windkraft und Photovoltaik ersetzen

Der Atomausstieg ist beschlossene Sache. 2022 soll das letzte Kernkraftwerk in Deutschland abgestellt werden. Aber wie viele Anlagen benötigt man eigentlich, um die jährliche Stromproduktion eines Kernkraftwerks durch erneuerbare Energien zu decken?

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Abbildung 1: Um die Jahresstromerzeugung des Kernkraftwerks Isar 2 mit Windkraft bzw. Photovoltaik zu ersetzen, sind entweder 495 Offshore-Windräder mit jeweils 5 MW Leistung oder 2445 PV-Freiflächenanlagen mit einer Leistung von jeweils 5 MWp notwendig.

Nehmen wir als Referenz das Kernkraftwerk Isar 2. Es besitzt eine elektrische Nettoleistung von rund 1400 Megawatt und erzeugt im Jahresdurchschnitt etwa 11 Terawattstunden (TWh) Strom. Das entspricht 11.000 Gigawattstunden (GWh) oder 11.000.000 Megawattstunden (MWh) oder 11 Milliarden Kilowattstunden (kWh) pro Jahr. Angenommen, ein Haushalt verbraucht durchschnittlich pro Jahr 3500 Kilowattstunden Strom. Dann erzeugt das Kernkraftwerk Isar 2 den Jahresstrombedarf von 3,14 Millionen Haushalten.

Angenommen, wir wollen nun dieses Kernkraftwerk durch erneuerbare Energien in Form von Windkraft oder Photovoltaik ersetzen oder anders gesprochen: Den Jahresstrombedarf von über 3 Millionen Haushalten mit Wind oder Sonne produzieren. Wie viele Anlagen werden dann benötigt?

Wichtig: Unsere Berechnung bezieht sich nur auf die Summe der im Jahr produzierten Energie. Schwankungen, wie sie bei Wind und Sonne naturgemäß auftreten, bleiben ebenso unbeachtet wie mögliche Abweichungen der hier angenommenen Volllaststunden, die etwa mit neueren Technologien gesteigert werden können. Es geht hier nur um eine grob überschlägige Berechnung, um einen ersten Eindruck von den Aufwendungen zu bekommen, die Jahresarbeitsleistung eines Kernkraftwerks durch Wind oder Sonne zu ersetzen. Das dabei viele Wind bzw. PV-Anlagen benötigt werden, steht außer Frage, da Erneuerbare Energien aufgrund der geringen Energiedichten im Vergleich zu fossilen bzw. nuklearen Ressourcen immer große Flächen bzw. dadurch viele verteilte Anlagen benötigen.

1.) Windkraft (Offshore)

Nehmen wir als Erstes Beispiel den Offshore-Windpark „alpha ventus“ in der Nordsee. Er hat im Jahr 2011 267 GWh Strom erzeugt. Er besteht aus 12 Windkraftanlagen mit einer Leistung von jeweils 5 MW. Jede Windkraftanlage erzeugte 2011 also im Durchschnitt 22,25 GWh oder 0,02225 TWh. Um 11 TWh Strom des Kernkraftwerks zu ersetzen, bräuchte man also 495 5-MW-Windkraftanlagen (11 TWh / 0,02225 TWh). Oder 42 Offshore-Windparks vom Typ „alpha ventus“.

2.) Windkraft (Onshore)

Stand der Technik bei OnShore-Windkraftanlagen sind 2013 rund 2,5 MW Leistung pro Windrad. Die Volllaststunden auf dem Land liegen dabei im Durchschnitt zwischen 1500 und 2000 Stunden. Für die nachfolgende Rechnung nehmen wir 1800 Volllaststunden an, da modernere Anlagen höhere Volllaststunden erreichen. Eine Windkraftanlage auf dem Land mit 2,5 MW Leistung würde demzufolge 4,5 GWh Strom oder 0,0045 TWh Strom pro Jahr erzeugen. Um also 11 TWh mit Onshore-Windkraftanlagen zu erzeugen bzw. die Jahresstromproduktion des Kernkraftwerks Isar 2 zu produzieren benötigen wir nach dieser Rechnung 2445 2,5-MW-Windkraftanlagen. Zum Vergleich: Ende 2012 waren in Deutschland über 23.000 Windkraftanlagen installiert.

3.) Photovoltaik (Großanlage, Freifläche)

Angenommen, wir wollen die 11 TWh mit großen Photovoltaik-Anlagen erzeugen. Jeder dieser großen Photovoltaik-Parks hat in dieser Rechnung eine elektrische Spitzenleistung von 5 MWp. Gehen wir von durchschnittlich 900 Volllaststunden in unseren Breitengraden aus. Dann erzeugt ein Photovoltaik-Park mit 5 MWp ebenfalls 4500 MWh oder 4,5 GWh oder 0,0045 TWh pro Jahr. Das heißt, wir benötigen ebenfalls 2445 PV-Parks mit einer Spitzenleistung von 5 MWp, um die Jahresstromproduktion des Kernkraftwerks Isar 2 zu ersetzen.

4.) Photovoltaik (Kleinanlage, Einfamilienhaus)

Angenommen, wir wollen die 11 TWh des Kernkraftwerks mit kleineren PV-Aufdachanlagen erzeugen. Angenommen, jede Aufdachanlage hat im Durchschnitt 5 kWp Leistung. Das entspricht 0,005 MWp. Wir gehen wieder von 900 Volllaststunden pro Jahr aus. Also erzeugt eine Anlage mit 5 kWp pro Jahr 4500 kWh oder 4,5 MWh. Das sind 0,0045 GWh oder 0,0000045 TWh. Um 11 TWh pro Jahr zu erzeugen, benötigen wir 2,44 Millionen PV-Anlagen mit einer Leistung von jeweils 5 kWp.

 

Fazit: Bilanziell – also bezogen auf die Jahresstromerzeugung – kann ein Kernkraftwerk durchaus mit Windkraft- bzw. Photovoltaikanlagen ersetzt werden. Der Aufwand allein aus Sicht des dafür vermuteten Materialbedarfs (Windturbinen, Fundamente, Solarmodule etc.pp.) ist hoch. Zudem werden ohne ausreichende Speicherkapazitäten weiterhin fossile Backup-Kraftwerke im In- oder Ausland für die Systemsicherheit benötigt. Hohe Aufwendungen würden aber auch beim Neubau eines Kernkraftwerks inkl. der notwendigen Endlagerung entstehen, wie am Beispiel von Olkiluoto oder Flamanville zu sehen ist.

3 thoughts on “Ein Kernkraftwerk durch Windkraft und Photovoltaik ersetzen

  1. Hallo Herr Kaessler,
    ich habe Ihre Zahlen für Windenergie an Land einmal selbst durchgerechnet. Prinzipiell stimmt dier Rechnung, nur bei Ihren Annahmen muss ich sie korrigieren.

    Wenn eine WEA im Binneland nur 1800 Volllastbenutzungsstunden hätte, würde sich vermutlich gar kein Projektierer zum bauen finden, da der Standort zu schlecht ist.
    Wenn ich einmal von einer Nordex N117 mit 2400kW auf 140m Nabenhöhe ausgehe, dann hat diese einen Referenzertrag von 9508kWh/a. Standorte die weniger als 65% dieses Wertes erreichen sind unwirtschaflich (es sei denn es müssen keine Pachten gezahlt werden und der Netzanschluss ist nur 100m entfernt).
    In meinen tagtäglichen Windparkplanungen komme ich auf Volllaststunden (Prognosen) zwischen 2500 und 3000. Und da ist die Wirtschaftlichkeit schon knapp bemessen. Als korrekte Werte würde ich also ansehen: Generator 3MW mit mindestends 7-8GWh Energieertrag pro Jahr.
    viele Grüsse Stefan Kopp

  2. Und es können auch 1 Millionen WKA oder Solarparks installiert sein, sobald der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint, kommt eben nichts raus, und immer wieder auf die Speicher zu verweisen ist Idiotie. Physikalisch ist es nicht möglich die benötigten Energiemengen zwischen zu speichern, von den Wirkungsgradverlusten mal abzusehen…
    Ein Kernkraftwerk kann man durch nichts umweltfreundlicheres ersetzen, wenn der derzeitige Bedarf beibehalten werden soll.
    Und das Thema Endlagerung ist auch künstlich erschaffen worden. Würde man wiederaufbereiten und transmutieren dann hätten wir überhaupt keinen radioaktiven Abfall.
    Abgesehen davon war das langlebige Uran z.B. schon bevor man es aus der Erde geholt hat Radioaktiv. und die hochaktiven Isotope die man im “Abfall” hat, sind kurzlebig.
    Fazit: Weder Windkraft noch Solar kann unseren Bedarf decken. und das auch nicht in den nächsten 100 jahren.

  3. Volllaststunden
    Bis zu 3.000 Volllaststunden bei onshore-Windkraft anzusetzen ist völlig falsch. Richtige Volllaststunden ergeben sich, wenn die Jahresmenge an erzeugtem Strom in MWh geteilt wird durch die installierte Leistung in MW. Auf diese Weise werden alle Einflüsse auf den Stromertrag berücksichtigt.
    Für onshore-Windkraft ergeben sich im Deutschlanddurchschnitt je nach Windjahr 1.600 bis 1.800 Volllaststunden.

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