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Öko-Bilanz, Ökobilanz, Ressourrcenverbrauch, Amortisationszeit, Energieaufwand, ökologische Amortisation
Veröffentlicht: 6. Oktober 2005; Aktualisiert: 24. November 2005
 

Energieerntefaktoren bei der Erzeugung elektrischer Energie

Von Joachim Grawe
(Joachim.Grawe@energie-fakten.de)Grawe

Der Erntefaktor gibt - leicht vereinfacht - in der Energiewirtschaft wieder, um wie viele Male die Erzeugung einer Energieanlage während ihrer Lebensdauer die zur Herstellung der Anlage benötigte Energiemenge übertrifft. Die exakte Definition lautet: "Der Erntefaktor ist der Quotient aus der Netto-Energieerzeugung während der geplanten Lebensdauer einer energieerzeugenden Anlage und dem kumulierten Energieverbrauch für die Herstellung der Anlage, der Betriebsmittel und der Betriebsstoffe. Der Begriff ist nur sinnvoll im Zusammenhang mit der Nutzung regenerativer Energiequellen."

Der Erntefaktor wurde vor allem für Stromerzeugungsanlagen in verschiedenen Studien ermittelt. Vereinzelte Daten liegen aber auch vor für Solar-Kollektoren, Wärmepumpen, Fernwärme-Systeme und Wärmedämmungs-Maßnahmen. Über die wohl fundiertesten Daten verfügt das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung der Universität Stuttgart auf Grund einer Reihe detaillierter Arbeiten. Zu nennen sind auch die Forschungsstelle für Energiewirtschaft München und der Lehrstuhl von Prof. Franz-Josef Wagner, Gesamthochschule Essen.

In der Fachliteratur nicht einheitlich gehandhabt werden die Berücksichtigung der Energieaufwendungen für den Betrieb der Anlage (z. B. für Wartungsarbeiten oder für den Brennstoff) sowie für Abriss und Entsorgung der Anlage und die Umrechnung von Energiemengen in eine andere Form (z. B. von Sekundär- in Primärenergie). Leider werden in vielen Veröffentlichungen, vor allem außerhalb streng wissenschaftlicher Arbeiten, hierüber nur sehr oberflächliche Angaben gemacht. Darüber hinaus haben auch unterschiedlichen Annahmen z. B. hinsichtlich Lebensdauer, Lastfaktor, Stand der Technik usw. einen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis. Dementsprechend schwanken die Angaben über die Höhe des Erntefaktors für die einzelnen Energieerzeugungs-Techniken. Die Aussagen der führenden Institute stimmen aber doch einigermaßen überein.

Als Anhaltspunkte für den heute erreichten Stand der Technik können die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte genommen werden, wobei hier die reinen Herstellungs-Erntefaktoren angegeben sind, Energieaufwendungen für Betrieb und Abriss also nicht berücksichtigt sind. Strom wird primärenergetisch bewertet. Für die Lebensdauer liegen typische Werte für die jeweiligen Anlagen zugrunde. Dies sind die in den meisten seriösen Veröffentlichungen zugrunde gelegten Randbedingungen.

Danach beträgt der Erntefaktor für ein(e):

- Kernkraftwerk  100 - 200
- Kohlekraftwerk  100 - 150
- großes Laufwasserkraftwerk  100 - 200
- kleines Laufwasserkraftwerk   40 - 100
- Windkraftwerk  10 - 50
- Photovoltaikanlage  2 –8.

Unter Einschluss der Energie-Aufwendungen für den Brennstoff reduzieren sich die Werte für das

- Kernkraftwerk  auf deutlich unter 100
- Kohlekraftwerk  auf deutlich unter 80.

Eine andere Kennzahl ist der energetische Amortisationsfaktor (Energierückzahlzeit), also der Zeitraum, der vergeht, bis die Anlage die zur Herstellung aufgewandte Energie wieder "eingespielt" hat. Mit Ausnahme der Photovoltaik-Anlage, bei der sie – je nach Zellmaterial – bis zu 8 Jahre beträgt, und der Kleinwasserkraft-Anlage (2 – 3 Jahre) liegen die anderen Kraftwerkes-Typen etwa gleichauf mit 1- 2 Jahren.

Ergänzung der Antwort

Ihre Rückfrage hat mich veranlasst, dem Thema „Erntefaktoren bei fossilen, nuklearen und regenerativen Stromerzeugungssystemen“ nochmals nachzugehen. Dabei hat sich herausgestellt, dass ich bisher einem Irrtum unterlegen bin. Die in den neueren, etwa an der Universität Stuttgart und an der Technischen Hochschule München durchgeführten vergleichenden Untersuchungen schließen bei Kohle- und Kernkraftwerken bereits die energetischen Aufwendungen für den Brennstoff (Kohle) bzw. den Spaltstoff (Uran), genauer: für deren Gewinnung, Transport und Entsorgung, mit ein. Es bleibt also bei den ursprünglich angegebenen Erntefaktoren von 100 und mehr für diese beiden Stromerzeugungssysteme.

Mit Hilfe der energetischen Amortisationszeit lässt sich leicht die Gegenprobe machen. Denn der Erntefaktor entspricht der zugrunde gelegten Lebensdauer dividiert durch die energetische Amortisationszeit. Diese ist der Zeitraum, der verstreicht, bis das betreffende System den gesamten für alle Stufen seines "Lebensweges von der Wiege" (Gewinnung der Rohstoffe für den Bau) "bis zur Bahre" (Abriss und Entsorgung) entstehenden kumulierten Energieaufwand durch seine Erzeugung wieder "eingespielt" hat. Er beträgt (in Monaten) durchschnittlich bei

- Steinkohle knapp 4 Monate
- Braunkohle knapp 3 Monate
- Erdgas (GuD-Anlage) knapp 1 Monat
- Kernenergie*) knapp 3 Monate
- Wasserkraft knapp 14 Monate
- Windenergie**) 7 – 16 Monate
- Solarenergie***) 70 – 100 Monate.

*) Druckwasserreaktor, Leistung 1.300 Megawatt, direkte Endlagerung verbrauchter Brennelemente
**) Leistung 1 Megawatt, mittlere Jahreswindgeschwindigkeit 4,5 – 5,5 m/s
***) Leistung 5 Kilowatt (Dachanlage), polykristallines und amorphes Silicium.

Daraus ergeben sich Erntefaktoren bei:

  • Kohlekraftwerken (Lebensdauer 30 Jahre = 360 Monate) von 90
  • Kernkraftwerken (Lebensdauer bei alten 40 Jahre = 480 Monate und bei neuen Anlagen 60 Jahre = 720 Monate) von 160 bis 240.

Sofern man die Nutzungsdauer generell (wie bei Wind- und Photovoltaikanlagen) auf 20 Jahre (240 Monate) normiert, betragen die Erntefaktoren 60  bei Kohle- und 80 bei Kernkraftwerken.

Siehe auch

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