Vergleich der Flächeneffizienz zwischen den verschiedenen Technologien der Erneuerbaren Energie

Frage

Welche Technologie zur Erzeugung erneuerbarer Energie weist die höchste Flächeneffizienz auf? Gibt es belastbare Untersuchungen oder Erhebungen, die den Energieertrag ins Verhältnis zum Flächenverbrauch setzen?

Vollständige Antwort

Aktuelle vergleichende Studien gibt es zu dieser Frage nicht. Im Auftrag des Umweltbundesamtes (UBA) beschäftigt sich jedoch aktuell das Forschungsprojekt „Flächenrucksäcke von Gütern und Dienstleistungen“ mit der Flächeneffizienz, da es hierzu – anders als bei Lebenszyklusanalysen – bis dato keine allgemein anerkannte methodische Lösung gibt. Zudem sind die Zusammenhänge sehr komplex, was eine Vergleichbarkeit der Effizienz von Nutzungen bezogen jeweils auf die Fläche zusätzlich erschwert.

So macht es beispielsweise einen erheblichen Unterschied, welche Flächen man bei der Betrachtung mit einbezieht und welche man „außen vorlässt“. Rechnet man lediglich die Flächen ein, die langfristig eine anderweitige Nutzung komplett ausschließen – bei der Windenergie beispielsweise die versiegelte Fundamentfläche, die Kranstellfläche sowie die zusätzlich erforderliche Zuwegung – so kommt man zu gänzlich anderen Bewertungen, als wenn man die Flächen unterhalb der vom Rotor überstrichenen Fläche, die Abstandsflächen zu Gebäuden oder gar die gesamte für die Windenergienutzung planerisch festgelegte Fläche einbezieht, die ja weiterhin landwirtschaftlich oder forstwirtschaftlich genutzt werden kann. Nimmt man eine Bewertung nach dem ersten Ansatz vor, dürfte die Windenergie die Technologie unter den erneuerbaren Energien mit dem geringsten Flächenbedarf pro erzeugter Energiemenge sein, mit Abstand gefolgt von der Photovoltaik. Üblicherweise wird jedoch anders vorgegangen.

Bei PV-Modulen macht es wiederum einen wesentlichen Unterschied, ob sie auf Dachflächen von Gebäuden montiert sind oder ob es sich um im Freiland stehende Anlagen handelt. Auch wenn es bei PV-Freiflächenanlagen (PV-FFA) kaum vollständig versiegelte Flächen gibt, kann dennoch eine weitere (Grünland-)Nutzung erheblich eingeschränkt sein. Neue Konzepte der Agro-Photovoltaik mit sehr hoch aufgeständerten PV-Modulen, die potenziell eine gleichzeitige wirtschaftlich tragfähige ackerbauliche Nutzung von Flächen ermöglichen könnte, befinden sich noch in der wissenschaftlichen Erprobung.

In einer bereits im Jahr 2012 im Auftrag des Bundesumweltministeriums erstellten Studie, in der Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien untersucht wurden, verglichen die Autorinnen und Autoren bei unterschiedlichen erneuerbaren Energieerzeugungsarten die jährlichen Erträge in Kilowattstunden pro Quadratmeter. Der Biomasse mit 2 bis 6 kWh/m² stand hier die Windenergie (an Land) mit rund 40 kWh/m² und – noch ertragreicher – der Photovoltaik mit 100 kWh/m² gegenüber (DLR et al. 2012, S. 80 mit Daten aus 2010). Bei diesem Vergleich dürften die Abstandsflächen der Windenergie nach Einschätzung des UBAs mit eingerechnet worden sein, was die geringere Effizienz der Windenergie gegenüber der Photovoltaik erklärt. Weiterhin muss berücksichtigt werden, dass es in den letzten Jahren technologische Entwicklungen bei Windenergieanlagen und Photovoltaik-Modulen gab. Diese führten zu einer erheblichen Zunahme der Leistungsfähigkeit, was entsprechend die Flächeneffizienz beider Technologien – auch gegenüber der Stromerzeugung aus Biomasse – erheblich erhöht haben dürfte, wie nachfolgende Darstellungen zur Photovoltaik verdeutlichen.

Durch Effizienzsteigerung in den Modultechniken konnte der durchschnittliche Flächenbedarf von 3,56 Hektar pro Megawatt Nennleistung bis zum Jahr 2010 auf 2,25 Hektar pro Megawatt in den Jahren 2011 bis 2013 reduziert werden (Kelm et al. 2014, S. 76). In einem Bericht der Bundesnetzagentur zur Flächeninanspruchnahme für PV-FFA aus dem Jahr 2016 wird für 2014 ein Durchschnittswert von 1,89 Hektar und für 2015 von 1,6 Hektar angegeben. Weiterhin findet sich die Aussage, dass allgemein davon auszugehen sei, dass sich die Entwicklung der Effizienzsteigerung auch in den kommenden Jahren noch weiter fortsetzen wird (BNetzA 2016, S. 6). Aus Angaben zur aktuellen Nennleistung von PV-Modulen von 170 bis 200 Watt pro Quadratmeter und der Faustformel, dass für PV-Freiflächenanlagen zirka das 2 bis 2,5-Fache an Fläche benötigt wird (Wirth 2018, S. 40), lassen sich aktuelle Flächenbedarfe knapp unter 1,5 Hektar bis sogar nur einem Hektar bei Spitzenmodulen errechnen.

Das eingangs erwähnte Forschungsvorhaben des UBA geht bei der Bewertung vom sogenannten Hemerobie-Konzept aus, bei dem die Flächeninanspruchnahme von verschiedenen Energieträgern (und Baustoffen) anhand des Naturfernepotenzials bewertet wird. Im Forschungsvorhaben geht es darum, zu dem bereits weitgehend vorentwickelten Ansatz die geeigneten Basisdaten zu identifizieren und schließlich die finale Ausgestaltung der Methode vorzunehmen. Das Forschungsvorhaben startete 2017 und soll im Jahr 2020 abgeschlossen sein (IfEU 2018). Bis zum Vorliegen der Forschungsergebnisse wird eine vergleichende Bewertung der Flächeneffizienz der verschiedenen Technologien der erneuerbaren Energien voraussichtlich schwierig bleiben.

Quellen

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