Erschienen in Ausgabe: No 85 (03/2013) | Letzte Änderung: 20.02.13 |
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 MWel 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 (kWP) angegeben /24/. Eine Anlage mit einer Größe von 1kWP
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.
/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
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