Die Arbeitsproduktivität in der Stromerzeugung

Ein Vergleich von Sonne, Wind und Biomasse mit Kohle und Kernenergie

von Gerd Ganteför

Die Arbeitsproduktivität der Stromerzeugung lässt sich als die Zahl der Arbeitsjahre definieren, die eingesetzt werden muss, um jährlich eine bestimmte Menge an Elektrizität zu erzeugen. Im Folgenden wird als Referenzwert eine Energiemenge von einer Milliarde Kilowattstunden verwendet. Arbeitskraft muss zum einen für den Bau von Kraftwerken und zum anderen für deren Betrieb aufgewandt werden. Die für den Bau eingesetzte Arbeitsmenge wird anteilig pro Jahr über die Länge der erwarteten gesamten Betriebsdauer angerechnet. Es ist allerdings schwierig, die Arbeitsstunden, die zum Bau eines Kraftwerks eingesetzt werden müssen, zu bestimmen. Neben den Arbeitern auf der Baustelle steckt Arbeitskraft in den vorgefertigten Bauteilen, die von Zulieferern produziert werden. Die Arbeitskraft, die insgesamt zum Bau eines Kraftwerks aufgewandt werden muss, wird daher auf der Basis der Investitionskosten geschätzt.Die Investitionskosten für ein Kraftwerk, das pro Jahr eine Milliarde kWh produzieren kann, lassen sich relativ einfach aus den spezifischen Investitionskosten errechnen. Die spezifischen Investitionskosten sind die Kosten für den Bau eines Kraftwerks pro installiertes Kilowatt an Leistung. Kostet beispielsweise der Bau eines neuen Kohlekraftwerks mit einer Leistung von einem Gigawatt eine Milliarde Euro, so entspricht dies spezifischen Investitionskosten von 1000 Euro pro installiertes Kilowatt. Ein solches Kohlekraftwerk ist Tag und Nacht in Betrieb und liefert jährlich rund 8 Milliarden kWh. Pro erzeugte Milliarde kWh ergibt dies Investitionskosten von 125 Millionen Euro. Für die Schätzung der für den Bau notwendigen Arbeitsstunden wird angenommen, dass 50% der Investitionskosten Personalkosten sind. Die andere Hälfte der Kosten sind zum Beispiel Steuern und Kosten für Rohmaterialien. Eine Arbeitsstunde in Deutschland kostet durchschnittlich rund 32 Euro /1/. Ein durchschnittliches Arbeitsjahr entspricht 1800 Stunden und kostet daher 57 600 Euro. Dieser Ansatz erlaubt es, auf einfache Weise aus den spezifischen Investitionskosten die für den Bau notwendigen Arbeitsstunden abzuschätzen.

Ist das Kraftwerk fertig gestellt, muss es betrieben und gewartet werden. Dazu sind weitere Arbeitskräfte notwendig. Im Fall der Kohle kommen neben den Angestellten, die das Kraftwerk betreiben, die Arbeiter hinzu, die die Kohle abbauen. Bei der Kernenergie müssen die Angestellten im Uranabbau, der Urananreicherung und der Endlagerung hinzugezählt werden. In Deutschland existiert kein tragfähiges Konzept zur Endlagerung von Atommüll. Daher basiert die Kostenschätzung auf dem Konzept eines geologischen Tiefenlagers im Opalinuston, das von der Schweiz entwickelt wurde. Im Fall der Sonnen- und Windenergie müssen nur die Arbeitskräfte für Wartung- und Instandhaltung berücksichtigt werden. Bei der Biomasse kommen neben den Bediensteten im Biomassekraftwerk noch die landwirtschaftlichen Arbeitskräfte hinzu, die für den Anbau der Energiepflanzen benötigt werden.

Die spezifischen Investitionskosten und die Zahl der für den Betrieb und die Wartung notwendigen Angestellten werden zunächst für konkrete Beispiele ermittelt. Diese Daten werden mit den Ergebnissen anderer Studien, soweit solche existieren, verglichen. Zu Vergleichszwecken werden diese Zahlen auf eine Kraftwerksgröße, die pro Jahr eine Milliarde kWh erzeugt, umgerechnet (unterstrichen).

> Kohle
In Tagebau Garzweiler fördern 1700 Angestellte 40 Millionen Tonnen Braunkohle jährlich /2/. Im benachbarten Braunkohlekraftwerk Niederaußem erzeugen 700 Angestellte aus 20 Millionen Tonnen Braunkohle 27 Milliarden kWh Strom jährlich /3/. 57 Angestellte erzeugen also eine Milliarde kWh jährlich. Das Braunkohlekraftwerk würde neu heute 4,6 Milliarden Euro kosten /4/. Es erzeugt 27 Milliarden kWh jährlich und für eine Milliarde kWh werden die Investitionskosten also auf 170 Millionen Euro geschätzt. Das Steinkohlekraftwerk Mannheim hat 578 Angestellte bei einer installierten Leistung von 1600 MW/5/. Bei voller Auslastung kann es rund 12 Milliarden kWh pro Jahr erzeugen. Die Steinkohle wird im Tagebau z.B. in Australien gewonnen. BMA produziert dort mit 4100 Angestellten 58 Millionen Tonnen pro Jahr /6/. Das entspricht 17 Mitarbeitern für eine Milliarde kWh. Der Transport der Kohle muss nur mit einem Arbeitsjahr berücksichtigt werden, da die Schiffe große Mengen an Kohle (200 000 Tonnen) bei gleichzeitig wenig Besatzung (20 Seeleute, 2 Wochen Reise) transportieren können. Insgesamt ergibt sich für die Steinkohle ein Wert von 66 Angestellten. Die Investitionskosten liegen bei 140 Millionen Euro pro Milliarde kWh Jahresleistung. Eine andere Studie errechnet Investitionskosten von 115 Millionen Euro /7/.



> Kernenergie
Im Kernkraftwerk Grundremmingen produzieren 1140 Angestellte 21 Milliarden kWh Strom pro Jahr /8/. Der Verbrauch an angereichertem Uran liegt bei 50 Tonnen pro Jahr und das entspricht 250 Tonnen Natururan /9/. Die 160 Angestellten der Urananreicherung in Gronau können den Bedarf von rund 20 solcher Kraftwerke decken /9/. Für die Förderung von 4500 Tonnen Uranoxid in der Uranmine Olympic Dam in Australien genügen 3000 Angestellte, die zusätzlich noch Kupfer, Gold und Silber aus dem Erz gewinnen /10/. Sowohl der Transport als auch die Endlagerung in geologischen Tiefenlagern erhöhen die Zahl der Angestellten lediglich um jeweils ein Arbeitsjahr, da die Energiedichte des Urans sehr hoch ist und daher im Vergleich zu einem Kohlebergwerk nur geringe Mengen transportiert und gelagert werden müssen /11/. Insgesamt ergibt dies eine Zahl von 60 Angestellten für eine Milliarde kWh. Für andere Kernkraftwerke variiert dieser Wert nur geringfügig und im Folgenden wird von einer Zahl von 50 - 70 Angestellten ausgegangen. Der Neupreis eines Kernkraftwerks liegt heute höher, da viele zusätzliche Sicherheitseinrichtungen erforderlich sind. Für das neue Kraftwerk in Olkiluoto ergeben sich Investitionskosten in einer Höhe von 360 Millionen Euro für eine Jahresproduktion von einer Milliarde kWh /12/. Eine andere Studien errechnet niedrigere Werte zwischen 170-230 Millionen Euro /7/.

> Wind
In Deutschland arbeiteten im Jahr 2009 rund 100 000 Menschen im Sektor Windenergie /13/. Im gleichen Jahr trug die Windenergie mit 37,3 Milliarden kWh zur Stromerzeugung bei /14/. 75 Prozent der Angestellten arbeiten für den Export, so dass für die heimische Stromerzeugung 25 000 Angestellte entfallen /15/. Der Zubau an Neuanlagen macht nur einen relativ kleinen Teil an der gesamten installierten Leistung aus. Ein größerer Anteil der Arbeit wird für Wartung und Instandhaltungsmaßnahmen und den Ersatz alter Windkraftanlagen geleistet. Unter der Annahme, dass 5000 Angestellte für den weiteren Ausbau der Windkraft eingesetzt werden, können also 20 000 Angestellte als Produzenten der 2009 erzeugten Strommenge angesehen werden. Dies ergibt 536 Angestellte pro Milliarde kWh. Eine andere Quelle nennt die Zahl von 250 Angestellten für die Wartung und Instandhaltung von 145 Windrädern mit einer installierten Leistung von 270 MW /16/. Pro erzeugte Milliarde kWh wären bei dieser Anlage somit 500 Angestellte notwendig. Abhängig von der mittleren Windstärke und der Größe der Windkraftanlagen wird dieser Wert um geschätzte 20 % schwanken. Im Folgenden wird daher von einer Zahl von 400 bis 650 Angestellten ausgegangen. Die Investitionskosten für einen Windpark, der pro Jahr eine Milliarde kWh erzeugt, schwanken zwischen 450 und 575 Millionen Euro /7, 17/.

> Biomasse
Ein Biomassekraftwerk mit einer installierten Leistung von 20 MW_el liefert jährlich rund 150 Millionen kWh an Strom und benötigt ein Personal von 18 Personen /18/. Für eine Milliarde kWh werden also 120 Angestellte benötigt. Hinzu kommen die landwirtschaftlichen Angestellten für den Anbau der Energiepflanzen. Für Mais, die ertragreichste Energiepflanze, können 4000-9000 Kubikmeter Methan pro Hektar gewonnen werden /19, 20/. Methan hat einen Energieinhalt von 10 kWh pro Kubikmeter und in einer Gasturbine können rund 40% davon in Elektrizität umgewandelt werden. Pro Hektar können also 16 000 - 36 000 kWh Elektrizität erzeugt werden. Für 1 Milliarde kWh werden dann 28 000 bis 62 000 Hektar benötigt. In der Deutschen Landwirtschaft gibt es rund 550 000 Vollzeitstellen /21/. Geschätzte 25% (= 138 500 Vollzeitstellen) (Schätzung auf der Basis einer Analyse der Situation in Frankreich /22/) sind für die Bewirtschaftung von 11,8 Millionen Hektar Ackerland notwendig. Für die Bewirtschaftung von 27 000 - 62 000 Hektar werden also 315 - 720 Angestellte benötigt. Insgesamt sind also 435 - 840 Angestellte für die Erzeugung von einer Milliarde kWh aus Biomasse notwendig. Die Investitionskosten, umgerechnet auf eine Milliarde kWh, liegen zwischen 330 Millionen und 560 Millionen Euro /18, 23/.

> Photovoltaik
Die Investitionskosten für eine Photovoltaikanlage, die pro Jahr eine Milliarde kWh erzeugen kann, variierten bisher je nach Größe, Typ und Standort zwischen 3000 und 4500 Millionen Euro /7, 17/. Die Preise für Solarzellen sind in den letzten Jahren stark gesunken, da die meisten der heute in Deutschland installierten Zellen aus China stammen. In einer neuen Studie des Fraunhofer-Instituts aus Freiburg (ISI) werden spezifische Investitionskosten zwischen 1600-1900 Euro pro installiertes Kilowatt (kW_P) angegeben /24/. Eine Anlage mit einer Größe von 1kW_P liefert in Deutschland rund 1000 kWh jährlich. Für eine Jahresproduktion von einer Milliarde kWh ergeben sich damit Kosten zwischen 1600-1900 Millionen Euro. Die Kosten haben sich also ungefähr halbiert. In vielen Publikationen wird angenommen, dass der Arbeitsaufwand für Betrieb und Wartung der Photovoltaikanlagen vernachlässigbar gering ist /25/. Allerdings bieten Photovoltaikfirmen Wartungsverträge an, was nahe legt, dass der Wartungsaufwand doch nicht vernachlässigbar ist /26/. Für die vielen kleinen Dachanlagen ist es schwierig, den wahren Arbeitsaufwand für Betrieb und Wartung festzustellen. Für größere Solarparks ist dies jedoch möglich. Im Photovoltaikpark Arnedo in Spanien betreiben 10 Festangestellte einen Park mit einer Stromproduktion von 50 Millionen kWh pro Jahr /27/. Im Solarpark Lieberose erwirtschaften ebenfalls 10 Angestellte 53 Millionen kWh /28/. Für eine Milliarde kWh sind das hochgerechnet 188-200 Angestellte.

Tabelle 1 zeigt eine Übersicht (linke Spalte) der spezifischen Investitionskosten. Unter der Annahme, dass die Hälfte dieser Summe Personalkosten sind, lässt sich die Zahl der für den Bau eingesetzten Arbeitsjahre (1800 Stunden, 32 Euro mittlerer Stundenlohn) angeben (Mitte). Diese Arbeitsstunden müssen anteilig auf jedes Jahr der erwarteten Betriebsdauer (rechts) umgerechnet werden. Ist die Betriebsdauer eines Kraftwerks z.B. 50 Jahre, so darf pro Jahr nur ein Fünfzigstel der für den Neubau erforderlichen Arbeitsstunden angerechnet werden. Die Investitionskosten von Windparks und Solarkraftwerken variieren je nach Standort, denn an günstigen Standorten mit vielen Sonnentagen oder hohen Windstärken genügt ein kleineres Kraftwerk für die Erzeugung der gleichen Menge an Strom. Ähnliches gilt für Kohle- und Kernkraftwerke, die je nach Wirkungsgrad und Sicherheitsaufwand unterschiedlich teuer sind. Im Fall der Biomassekraftwerke hängen die spezifischen Investitionskosten stark von der Größe des Kraftwerks ab. Kleine Biomassekraftwerke sind relativ teuer. Dieser Variabilität wird dadurch Rechnung getragen, dass für jede Energieform ein Bereich für die Investitionskosten angegeben wird.

Tabelle 1
Investitionskosten, Arbeitsaufwand für einen Neubau in Arbeitsjahren und die angenommene Betriebsdauer von Kraftwerken für die fünf hier betrachteten Energieerzeugungsmethoden. Die Zahlen gelten für Kraftwerke mit einer jährlichen Stromproduktion von einer Milliarde kWh.

Die Summe aus der für den Bau eingesetzten Arbeitskraft, umgerechnet auf ein Betriebsjahr, und der zum Betrieb notwendigen Arbeitskraft ergibt die insgesamt für die Erzeugung von einer Milliarde Kilowattstunden notwendige menschliche Arbeit in Arbeitsjahren (Tabelle 2). Ähnlich wie bei den Investitionskosten variiert die Zahl der Arbeitskräfte abhängig von Faktoren wie dem Automatisierungsgrad eines Kohlekraftwerks oder dem Hektarertrag des Bodens im Fall der Energiepflanzen. Daher wird auch hier jeweils ein Intervall angegeben. Die Energieerzeugung auf der Basis von Kohle und Uran ist aufwändiger und teurer als im Fall von Erdgas und Erdöl. Erdgas und -öl strömen nahezu von selbst aus den Bohrlöchern und der Transport in Öltankern und Pipelines ist kostengünstig und effizient. Auch eine Entsorgung ist nicht notwendig. Daher stellen die Zahlen für Kohle und Uran ein oberes Limit für den Arbeitsaufwand dar und die Arbeitsproduktivität der Energieträger Erdöl und Erdgas ist vergleichbar oder höher als die von Kohle und Uran. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für die Erzeugung einer Milliarde kWh aus konventionellen Energien rund 100 Angestellte notwendig sind. Die Zahlen für die drei untersuchten erneuerbaren Energien liegen um den Faktor fünf bis zehn höher. Es werden also fünf bis zehnmal mehr Arbeitskräfte benötigt, um mit diesen Energieformen eine Milliarden kWh jährlich herzustellen.

Tabelle 2
Linke Spalte: Zahl der für den Bau eines Kraftwerks notwendigen Vollzeitstellen aus Abb.1, umgerechnet auf ein Betriebsjahr (Vollzeitstelle = Arbeitsjahr = 1800 Stunden). Mittlere Spalte: Zahl der Vollzeitstellen für den Betrieb und die Wartung. Rechte Spalte: Summe aus linker und mittlerer Spalte.

Referenzen

/1/Arbeitskosten 2008 (gemittelt):Deutschland 32 Euro, Griechenland: 19 Euro.
Internet Stand 12.2.2013: https://www.destatis.de/DE/PresseService/Presse/Pressekonferenzen/2009/Verdienste/ begleitheft_verdienste.pdf?__blob=publicationFile

/2/Internet Stand 12.2.2013: http://www.rwe.com/web/cms/de/59998/rwe-power-
ag/standorte/garzweiler/

/3/Informationsbroschüre der FH Meschede zum Braunkohlekraftwerk Niederaußem.
Internet Stand 12.2.2013: http://www.fh-meschede.de/public/kail/exkursionen/broschuere-kraftwerk-niederaussem.pdf

/4/Der Neupreis kann aus den Kosten für den neuen Block BoA das Kraftwerks in
Niederaußem geschätzt werden (siehe Ref. /3/).

/5/Der Neupreis kann aus den Investitionskosten für den neuen Block 9 abgeschätzt
werden. Internet Stand 12.2.2013: http://de.wikipedia.org/wiki/Grosskraftwerk_Mannheim

/6/Internet Stand 12.2.2013: http://www.infomine.com/minesite/minesite.asp?site=bma

/7/Internet Stand 12.2.2013: http://www.energieinfo.de/eglossar/kraftwerk.html

/8/Internet Stand 12.2.2013: http://www.kkw-gundremmingen.de/

/9/Internet Stand 12.2.2013:
http://de.wikipedia.org/wiki/Urananreicherungsanlage_Gronau

/10/Internet Stand 12.2.2013:
http://www.infomine.com/minesite/minesite.asp?site=olympicdam

/11/Das es in Deutschland kein Konzept zur Endlagerung gibt, wird das Schweizer Konzept als Grundlage einer Aufwandsschätzung verwendet:
Internet Stand 12.2.2013: http://www.nagra.ch/display.cfm/id/100364
/12/Wikipediaseite zum neuen Kernkraftwerk in Olkiluoto.
Internet Stand 12.2.2013: http://de.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk_Olkiluoto

/13/Internet Stand 12.2.2013: http://www.wind-energie.de/infocenter/
statistiken/deutschland/beschaeftigte-der-windindustrie

/14/Internet Stand 12.2.2013: http://www.wind-energie.de/infocenter/statistiken

/15/Internet Stand 12.2.2013: http://www.stromtip.de/News/23391/Viel-Wind-im-
Export.html

/16/Internet Stand 12.2.2013: http://www.oekonews.at/index.php?mdoc_id=1000871

/17/ G.Ganteför, "Möglich, aber teuer" in "Die Politische Meinung", Zeitschrift der Konrad-
Adenauer-Stiftung, Septemberheft 2011, Seite 58 ff.

/18/Thomas Weidele et al., "Monitoring zur Wirkung der Biomasseverordnung auf Basis des
Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG)", Endbericht des Instituts für Energetik und Umwelt,
2003, Internet Stand 12.2.2013:
http://www.umweltbundesamt.de/uba-info-medien/dateien/2438.html

/19/Felipe Kaiser, Andreas Gronauer, "Methanproduktivität nachwachsender Rohstoffe in
Biogasanlagen", Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Juli 2007,
Internet Stand 12.2.2013:
http://www.lfl.bayern.de/publikationen/daten/informationen/p_27455.pdf

/20/Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.,"Biogas Basisdaten Deutschland",
Gülzow. Stand Januar 2008. Internet Stand 12.2.2013:
http://www.bosy-online.de/Biogas/Basisdaten-Biogas-FNR.pdf

/21/Aktuelle Ergebnisse der Landwirtschaftszählung 2011 des Statistischen Bundesamts:
Internet Stand 12.2.2013: https://www.destatis.de/DE/ZahlenFakten/Wirtschaftsbereiche/LandForstwirtschaft/
Landwirtschaftszaehlung2010/Ergebnisse.html

/22/ György Benoist, Pol Marquer, "Struktur der Landwirtschaft in Frankreich im Jahr
2005", in "Statistik kurz gefasst" Nr. 42/2007, Eurostat, Europäische Gemeinschaft.
Internet Stand 12.2.2013:
http://bookshop.europa.eu/de/struktur-der-landwirtschaft-in-frankreich-2005-pbKSSF07042/
http://www.youscribe.com/catalogue/rapports-et-theses/savoirs/science-de-la-nature/
struktur-der-landwirtschaft-in-frankreich-2005-1158367

/23/Internet Stand 12.2.2013: http://www.strom-magazin.de/strommarkt/mvv-baut-biomasse-
kraftwerk-in-koenigs-wusterhausen_6754.html

/24/Christoph Kost et al, "Studie Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien", Fraunhofer
Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg, Mai 2012.
Internet Stand 12.2.2013: http://www.ise.fraunhofer.de/de/veroeffentlichungen/
veroeffentlichungen-pdf-dateien/studien-und-konzeptpapiere/studie-stromgestehungskosten-
erneuerbare-energien.pdf

/25/DENA-Publikation: "Lebensdauer und Wartungsaufwand von PV-Anlagen",
Internet Stand 12.2.2013: http://www.thema-energie.de/energie-erzeugen/erneuerbare-energien/solarstrom/auslegung-montage/lebensdauer-und-wartungsaufwand-von-
pv-anlagen.html

/26/Solaranlagen-Portal: "Wartung von Photovoltaikanlagen",
Internet Stand 12.2.2013: http://www.solaranlagen-portal.com/photovoltaik/betrieb/wartung

/27/Kenndaten des Solarkraftwerks Arnedo. Internet Stand 12.2.2013:
http://www.industcards.com/solar-spain.htm

/28/Meldung des Tagesspiegels zur Eröffnung des Solarparks Lieberose vom 21.8.2009.
Internet Stand 12.2.2013:
http://www.tagesspiegel.de/berlin/lieberose-nutzt-die-kraft-der-sonne/1584236.htm