Stormerzeugung - Woher kommt unser Strom?

Ein ganz normaler Morgen: Punkt sechs Uhr klingelt der Wecker. Wir stehen auf, fahren die Rollläden hoch und trotten ins Bad, wo wir erst einmal das heiße Wasser in der Dusche aufdrehen. Frisch geduscht und mit geputzten Zähnen führt der Weg direkt in die Küche. Der Blick in den Kühlschrank verrät, dass wir später noch einkaufen müssen. Wir stellen die Kaffeemaschine und den Toaster an und checken in der Zwischenzeit die Nachrichten über das Smartphone. Und während wir uns noch auf den Tag einstimmen, läuft der Stromzähler bereits auf Hochtouren.

Im Durchschnitt verbraucht jeder Deutsche etwa 1.400 kWh Strom im Jahr. 27 % davon entfallen allein auf die Informations- und Unterhaltungselektronik. Obwohl sich ihr Anteil in den letzten Jahren erhöht hat, ist der Gesamtverbrauch nicht weiter angestiegen. Grund dafür sind vor allem die Einführung von Effizienzstandards für elektrische Geräte und die Kennzeichnung des Energieverbrauchs.

Die elektrische Energie, die wir aus der Steckdose zapfen, wird in Kraftwerken und durch Kleinproduzenten erzeugt. Dabei kommen verschiedene Energiequellen zum Einsatz. Aus physikalischer Sicht wird bei der Stromgewinnung aber keine Energie hergestellt, vielmehr findet eine Umwandlung anderer Energieformen statt: Aus Wärme-, Licht-, Bewegungs- oder chemischer Energie wird Elektrizität. Über das Stromnetz gelangt der Strom in die Haushalte.

Die gesamte in einem Kraftwerk oder in einem Bereich erzeugte Strommenge stellt die Bruttostromerzeugung dar. Sie wird vor dem Einspeisen gemessen. Die Strommenge, die den Endverbrauchern abzüglich des Eigenbedarfs der Kraftwerke und der Verluste durch den Stromtransport zur Verfügung steht, ist die Nettostromerzeugung.

Nach der Einspeisung kann nicht mehr zugeordnet werden, woher die Energie konkret stammt. Der gesamte erzeugte Strom fließt in einen gemeinsamen Pool – vergleichbar mit einem See, in den verschiedene Flüsse münden. Ob man nun auf Ökostrom setzt oder billigen Atomstrom bezieht: Die Energie, die uns ins Haus geliefert wird, ist immer die gleiche. Das macht die Wahl aber nicht bedeutungslos: Je mehr Kunden sich für Ökostrom entscheiden, desto größer ist sein Anteil am deutschen Strommix. Und umso höher die Nachfrage ist, umso mehr wird in erneuerbare Energien investiert.

Arten der Stromerzeugung

Abhängig davon, welcher Energieträger für die Stromerzeugung zum Einsatz kommt, spricht man von der konventionellen Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen bzw. durch Atomkraft oder der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien.

Der durch regenerative Energie gewonnene Strom wird häufig als Ökostrom bezeichnet, wobei die Grenzen hier nicht immer klar definiert sind. So ist Holz zwar eine erneuerbare Ressource, seine Verbrennung kann jedoch eine Menge Schadstoffe freisetzen. Auch mit erneuerbaren Energien gewonnener Wasserstoff, der wieder in Strom umgesetzt wird, kann aufgrund der geringen Wirkungsgrade der Umwandlungsprozesse nur bedingt als nachhaltig gelten.

Nach wie vor spielen konventionelle Energiequellen eine bedeutende Rolle bei der Stromgewinnung. Doch die erneuerbaren Energien holen auf: 2020 hatten sie am deutschen Strommix einen Anteil von 50,5 %. Das sind rund vier Prozentpunkte mehr als im Jahr davor. 2021 waren es nur noch 45,7 %. Zum konventionellen Energiemix gehören aktuell Stein- und Braunkohle, Erdgas und Kernkraft. Der Ökostrom setzt sich derzeit aus Windkraft, Sonnenenergie, Biomasse und Wasserkraft zusammen.

Stein- und Braunkohle

Der wichtigste konventionelle Energieträger ist Kohle. 16,8 % des verfügbaren Stroms stammen aus Braunkohle- und 7,3 % aus Steinkohlekraftwerken. Zur Stromerzeugung wird die Kohle gemahlen und im Brennerraum verbrannt. Dabei werden große Mengen CO₂ und anderer Schadstoffe ausgestoßen. Strom aus Kohle ist die schmutzigste Art der Energieversorgung. Durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) lässt sich zumindest die Effizienz steigern. Moderne Kraftwerke können mittlerweile 45 % der entstehenden Wärme zu Heizzwecken nutzen.

Erdgas

Erdgas nimmt aktuell einen Anteil von 12,1 % am deutschen Strommix ein. Die Stromproduktion kann auf drei verschiedenen Wegen erfolgen. In Gasturbinenkraftwerken wird das bei der Verbrennung entstehende Gasgemisch genutzt, um eine Turbine anzutreiben. Ein Generator wandelt die Bewegungsenergie dann in elektrische Energie um. In gasbefeuerten Dampfkraftwerken wird die Turbine dagegen mit Wasserdampf betrieben. Moderne Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke) kombinieren beide Prozesse: Sie nutzen die heißen Gase aus der Verbrennung ein zweites Mal, um damit Wasserdampf zu erzeugen, der eine weitere Turbine antreibt.

Gaskraftwerke verursachen im Betrieb weniger Emissionen als Kohlekraftwerke. In die Ökobilanz müssen jedoch auch die Erdgasverluste, die während der Förderung und des Transports entstehen, einbezogen werden. Erdgas besteht größtenteils aus Methan, einem der stärksten Treibhausgase.

Kernenergie

Als Reaktion auf die Nuklearkatastrophe von Fukushima 2011 beschloss die Bundesregierung den Ausstieg aus der Atomkraft zur Stromerzeugung: Das letzte deutsche Atomkraftwerk soll Ende 2022 abgeschaltet werden. Derzeit stammen noch 12,5 % unseres Stroms aus Atomkraftwerken. Zur Erzeugung wird Uran, das in Brennstäben eingeschlossen ist, in den Reaktoren gespalten.

Befürworter der Atomkraft betonen immer wieder, wie sauber diese Art der Stromproduktion ist. Doch Atomstrom ist – bezogen auf den gesamten Lebenszyklus – keinesfalls CO₂-frei. Besonders der Abbau von Uran geht mit hohen Treibhausgas-Emissionen einher. Hinzu kommt der radioaktive Abfall, der langfristig und sicher gelagert werden muss. Mehr zum Thema gibt es im Artikel zum Atomstrom.

Windkraft

Mit einem Anteil von 27 % ist Windenergie die wichtigste erneuerbare Ressource im deutschen Nettostromverbrauch. Windkraftwerke funktionieren im Prinzip wie eine Windmühle: Durch den Wind wird ein Generator angetrieben, der die Bewegungsenergie in Strom umwandelt. Es gibt Onshore-Anlagen, die auf dem Festland stehen, und Offshore-Anlagen, die vor der Küste verankert sind. Wie diese genau funktionieren und welche Vorteile Strom aus Windkraft bietet, wird in einem eigenen Artikel thematisiert.

Solarenergie

Mithilfe von Photovoltaikanlagen lässt sich die Strahlungsenergie der Sonne direkt in elektrische Energie umwandeln. Die Photovoltaik ist derzeit die günstigste Technologie zur Nutzung erneuerbarer Energien für die Stromversorgung. Die in Deutschland installierte Leistung setzt sich zu rund 75 % aus Dachanlagen und zu 25 % aus Freiflächenanlagen zusammen. In den letzten Jahren ist die Leistung der Module stetig angestiegen. Mehr dazu im Artikel zum Thema Solarstrom.

Wasserkraft

Wasserkraftwerke nutzen die Bewegung des Wassers zur Stromgewinnung. Dabei setzt das Wasser einen Generator in Gang, der eine Turbine antreibt. Strom aus Wasserkraft besitzt derzeit einen Anteil von 3,7 % am deutschen Energiemix. Die Strommenge, die jährlich produziert wird, weist mitunter große Schwankungen auf. Das liegt vor allem an der Abflussführung der Flüsse. Potenzial zum Ausbau gibt es kaum: Durch die lange Tradition der Wasserkraftnutzung in Deutschland sind die vorhandenen Möglichkeiten weitgehend erschlossen.

Biomasse

Biomassekraftwerke erzeugen elektrische Energie, indem Biomasse verbrannt wird. Daneben gibt es Biomasseheizkraftwerke, die zusätzlich zum Strom auch Wärme produzieren. Sie besitzen einen besonders hohen Wirkungsgrad. Als Brennstoff kommen unter anderem Pflanzen oder Pflanzenbestandteile, pflanzliche und tierische Abfälle, Alt- und Restholz, Holzhackschnitzel und Holzpellets sowie Biogas zum Einsatz. Biomasse zählt damit zu den nachwachsenden Energieträgern.

Langfristig gesehen sind Biomassekraftwerke CO₂-neutral, denn bei der Verbrennung wird nur so viel Kohlendioxid freigesetzt, wie Pflanzen und Tiere im Verlauf ihres Lebens aufgenommen haben. Allerdings müssen in die Berechnung der Anbau und der Transport einbezogen werden. Zudem beansprucht die benötigte Biomasse viel Fläche und steht oft in Konkurrenz zur Landwirtschaft. Nicht zu vergessen: Rohstoffe wie Holz brauchen Zeit zum Nachwachsen. 

Fazit: nachhaltige Stromerzeugung auf dem Vormarsch

Bis 2030 soll der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung auf 80 Prozent steigen, so das Ziel der Bundesregierung. Spätestens 2050 soll die Stromproduktion dann komplett regenerativ sein. Große Ausbaupotenziale bieten sowohl Wind- als auch Solarenergie.

Die Herausforderung: Wind und Sonne liefern nicht gleichmäßig Energie – auf sonnige Tage folgt Regenwetter, auf Sturm folgen windstille Perioden. Das Stromnetz wäre damit enormen Schwankungen unterworfen. Um diese aufzufangen, muss auch das Netz ausgebaut werden. Dazu gibt es bereits vielversprechende Konzepte wie „Power-to-X“, „Demand Side Management“ (ein Konzept zur Laststeuerung, um die Stromnachfrage zu flexibilisieren und Kosten zu senken) oder intelligente Stromnetzt, die sogenannten „Smart Grids“.