Das Energiesystem der Zukunft - und was man als Privatperson tun kann

Universität Augsburg, 11.11.2026

Julius Aka

1 Vorstellung

  • Julius Aka, 29 Jahre alt
  • Doktorand am Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Augsburg
  • Thema: Energiesystemsimulation und Scientific Machine Learning (“KI”)
  • Master in Energietechnik (Maschinenbau), TU Hamburg
    • Auslandsjahr an UC Berkeley, Kalifornien
  • Bachelor in Allgemeinen Ingenieurwissenschaften, TU Hamburg
    • Vertiefung Energie- und Umwelttechnik
  • Tätigkeiten bei XRG-Simulation, Siemens Gamesa, Institut für technische Thermodynamik
  • Deutschlandstipendien 2017-2022, VDI-Preis Hamburg (BA & MA), bidt graduate center Stipendiat

2 Einführung

Ich habe versucht, möglichst umfassend mit Quellen und Verweisen zu arbeiten (wissenschaftlicher Stand, weiterführende Informationen). Einige Punkte konnte ich aus Zeitgründen nicht belegen, auf Nachfrage liefere ich dies aber gerne nach.

Für die im Teil “Energiewende Zuhause” erwähnten Produkte und Anbieter übernehme ich keine Haftung, sie sind Empfehlungen nach bestem Gewissen in einem (für Laien) teilweise sehr unübersichtlichen Markt.

Vollständige Präsentation zum Nach- und Weiterlesen auf juliusaka.de.

2.1 Die Klimakatastrophe

  • wesentliche Treibhausgase:
    • \(\text{CO}_2\)
    • Methan, ca. 80x klimaschädlicher als \(\text{CO}_2\) über 20 Jahre
    • weitere: Lachgas, F-Gase, …
  • Emissionsbudget
  • Wesentlich mehr fossile Brennstoffe, als die Erde verkraften kann

(Quelle: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung)

2.2 Emissionen weltweit

  • Peak ist noch nicht erreicht [1]
  • China: Erfolg der EE im Stromsektor [2]

2.3 aktueller Stand der Zielerreichung

Stand der Energiewende in Deutschland 2025 [3], Lizenz: CC BY 4.0
  • Energiewirtschaft (Stromerzeugung) auf Kurs
  • Industrie: Effizienzgewinne und Verlagerung ins Ausland (Bezugsjahr 1990)
  • Verkehr & Gebäude: großer Nachholbedarf
  • Climate Action Tracker:

3 Energiequellen der Zukunft

3.1 “Primärenergie” der Zukunft

  • Photovoltaik und Wind \(\rightarrow\) Strom: “All Electric Society”
  • eher nicht:
  • ganz sicher nicht:
    • Kernenergie (Energiewende jetzt nötig, nicht in 20 Jahren, Bauzeiten)
    • Kernfusion (aus demselben Grund)

3.2 Boom von Wind & Solar weltweit

[6]

  • Boom von Solar und Wind weltweit
  • Wasserkraftspotenziale in Deutschland ausgeschöpft
    • Vorteile:
      • Regelbarkeit
      • in begrenztem Umfang Speicherfähigkeit

3.3 Solar & Wind sind am günstigsten

Kosten pro erzeugter kWh Strom [7]
  • Solar und Wind sind in Deutschland am günstigsten
  • Biogas nach Nuklearenergie teuerste Form der Stromerzeugung
    • Folgen für Biodiversität & Konkurrenz mit weltweiter Nahrungsmittelproduktion
  • meine Meinung:
    • besser PV (32x mehr Strom) bzw. Wind (850x mehr) [8]
    • ggf. in Kombination mit Wasserstoffproduktion

erneuerbare Stromerzeugung in Deutschland 2024 [9]

  • Wind- & Solarenergie ergänzen sich im Jahresverlauf
  • jedoch: Wind deutlich volatiler, Feb. 2025 z.B. 9TWh anstatt 16TWh 2024

3.4 Wind

Wochenverlauf stark abhängig von Wetter [9]

Produktion pro Tag im bisherigen Jahr 2026 [9]
  • \(\rightarrow\) Starkwindphasen über mehrere Tage senken den Börsen-Strompreis deutlich
  • \(\rightarrow\) Flauten erhöhen den Strompreis deutlich (v.a. im Winter)

3.5 Sonne

Produktion mit Peak am Mittag [9]

Produktion pro Tag im bisherigen Jahr 2026 [9]
  • \(\rightarrow\) täglicher Peak der PV-Erzeugung
  • \(\rightarrow\) im Sommer regelmäßig mittags geringste Börsen-Strompreise

3.6 Bioenergie

Biogaserzeugung & fossile Kraftwerke vs. Börsenstrompreis: fixe EEG-Vergütung verhindert Flexibilisierung [9]

  • ungenutztes Potenzial: keine Flexibilisierung durch fehlende Anreize bei Bestandsanlagen (EEG-Vergütung zeitlich konstant)
  • hohe Umrüstungskosten (zusätzliche BHKW und Gasspeicher)

4 Wärmepumpen und Elektromobilität

“Das Beste, was der Effizienz je passiert ist”

Puzzlestück 1: Energieverbrauch verringern

4.1 Elektromobilität

  • fossile Mobilität: 20-40% Wirkungsgrad
  • elektrische Mobilität: 80-90% Wirkungsgrad
    • \(\rightarrow\) Faktor 3 effizienter
    • Emissionsabnahme über Lebenszyklus durch fortschreitende Dekarbonisierung der Stromerzeugung

Reichweite mit 15kWh Strom [10]

4.2 Wärmepumpen

  • fossile Heizung: 80-90% Wirkungsgrad
  • Wärmepumpe: 300-700% Wirkungsgrad (COP 3-7)
    • Wirkungsgraddefinition \(\text{COP} = \frac{\text{Nutzen}}{\text{Aufwand}}\), Umweltwärme kostenlos, nur Strom als Aufwand
    • \(\rightarrow\) Faktor 4-8 effizienter als Heizung
    • Emissionsabnahme über Lebenszyklus durch fortschreitende Dekarbonisierung der Stromerzeugung
  • mit E-Fuels heizen ist “politische Nebelkerze”

Funktionsweise einer Wärmepumpe: elektrische Energie wird genutzt, um die Energiedichte kostenloser Umweltwärme zu steigern [11]

4.3 Wärmepumpen: Bauformen und Wärmequellen

Grafik in eigenem Tab öffnen

4.4 Bedeutung für die Energiewende 1

  • Energieerhaltung
    • \(\sum E_{in} = \sum E_{out}\)
  • Energieflussdiagramm:
    • Primärenergie: Energie vor erster Umwandlung
    • Nutzenergie: Energie, die Aufgaben erfüllt (z.B. Heizen, Fahren)

Link zur Grafik [12]
  • 46% Verlust von Primär- zu Nutzenergie in Deutschland:
    • Verkehr, Kraftwerke, (Gebäudeheizung)
  • “Erneuerbare Energien erreichen 19% am Primärenergiebedarf” [12]

4.5 Bedeutung für die Energiewende 2

Pre- und Post Transformation Nutzenergiebedarf [13]

Effizienzgewinne in Industrie, Gebäude und Verkehr [13]
  • Wärmepumpen und Elektromobilität \(\rightarrow\) Halbierung des Endenergiebedarfs in Gebäuden und Mobilität, -40% Endenergiebedarf weltweit
  • Endenergiebedarf: Energie, die vom Verbraucher bezogen werden muss
  • “primary energy fallacy” [14]: Das Problem wird kleiner, je mehr wir uns ihm nähern

5 Sektorenkopplung und Speicher

Puzzlestück 2: Das, was geht, an die Erzeugung anpassen

Puzzlestück 3: Energie kurz- und langfristig speichern

5.1 Speicher (kurzfristig): Batterien

Wirkungsgrad: 95%

[15]

Jede Verdoppelung der Produktionskapazität hat zu 20% Preisreduktion geführt [15], Lizenz: CC BY 4.0

5.2 Was ist Power-to-X / Sektorenkopplung?

  • Verknüpfung von verschiedenen Energieträgern
  • Strom, Wärme und Rohstoffindustrie nicht mehr getrennte Systeme, sondern gekoppelt
  • Dreh- und Angelpunkt: Stromnetz

5.3 Power-to-Mobility

  • Zeitpunkt der Ladung von E-Autos, E-LKWs, E-Bussen verschieben
  • meist geringe Komforteinbußen
  • “Marginalerzeugungsansatz” (in einigen Studien)
  • großes Potenzial für bidirektionales Laden:
    • im Jahr 2030 könnte Deutschlands Strombedarf 18h lang komplett durch E-Auto-Batterien gedeckt werden1

5.4 Power-to-Heat

  • Wärmepumpen privat
  • Großwärmepumpen (Fernwärme)
  • Power-to-Heat mittels Elektrodenheizung (Fernwärme)
    • geringer Wirkungsgrad, aber auch geringe Investition \(\rightarrow\) negative Strompreise, Engpassmanagement
  • Hochtemperaturspeicher zum Puffern

5.5 Speicher (langfristig): Power-to-Gas

  • Wasserstoff-Herstellung
    • Energie-Speicher und Industrie-Rohstoff (chemische & Schwerindustrie)
    • Effizienz: ca. 65% Wirkungsgrad
    • Rückwandlung mit Brennstoffzelle: ca. 60%
      • \(\rightarrow\) >40% Gesamtwirkungsgrad
    • Hauptkosten: Strom
    • Handhabung teuer: Flüchtigkeit, hoher Druck, Explosionsgefahr
  • weitere Gase, ggf. Herstellung von Derivaten
    • Umwandlung zu Methan
    • Ammoniak (\(\text{NH}_3\)) (Schifffahrt)
    • Power-to-Liquid (eFuels) \(\rightarrow\) Kerosin
      • Fischer-Tropsch-Verfahren
        • grob: \(\text{Wasserstoff} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{Kraftstoffe} (\text{C}_{x}H_{y})\)
        • weitere Wirkungsgradverluste
  • Deutschland besitzt eine große Menge an Gaskavernenspeichern (noch Erdgas):
    • 250TWh, zum Vergleich: 600TWh Strombedarf in Deutschland

5.6 Fazit

Kopplung von fluktuierender erneuerbarer Erzeugung mit flexiblen Verbrauchern und Speichern

\(\rightarrow\) marktwirtschaftliche Signale nötig, die Knappheit und Überfluss widerspiegeln

6 Strommarkt (gekürzt)

zentraler Drehpunkt des zukünftigen Energiesystems: Elektrizität als “Primärenergie” der Zukunft

6.1 Charakteristika des Strommarktes

  • Markt ohne Möglichkeit zur Lagerhaltung
    • Bedingung: Erzeugung = Verbrauch
    • Abweichung: Veränderung der Netzfrequenz von 50Hz
  • Marktprozess ohne Berücksichtigung der Netzkapazität
    • außer Import/Export ins Ausland
    • Deutschland: eine Handelszone
  • Übertragungsnetzbetreiber überprüfen am Vortag eingereichte Pläne der Versorger
    • sichern Übertragungsnetzbetreiber durch Schalthandlungen und Redispatch
    • Handel bis 5min vor Lieferung möglich

6.2 typischer Lastgang Deutschland

Lastgang der KW 16 2026 von energy-charts.info (Fraunhofer) [9]

  • Last in der Nacht niedrig
  • steigt bis zum Mittag an
  • Abflachen zum Nachmittag
  • Anstieg zum Abend
  • niedriger am Wochenende
  • zw. 40-70 GW

6.3 Strompreis und erneuerbare Energien

Börsenstrompreis (Day-Ahead) als Indikator für Knappheit oder Überfluss von Strom

6.3.1 Winter

energy-charts: Day-Ahead-Börsenstrompreise über eine Woche im Winter [9]

    • ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
  • Preispeaks abends und morgens
  • am Wochenende günstigere Preise
  • nachts günstigster Strom verfügbar
  • Flaute & Sturm bestimmen Preisniveau des Tages

6.3.2 Sommer

energy-charts: Day-Ahead-Börsenstrompreise über eine Woche im Sommer [9]

  • plus ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
  • Solarstromspitzen sorgen verlässlich für Minimum zur Mittagszeit
  • ausgeprägterer Peak abends, da rasches Absinken der PV-Erzeugung
  • PV-Überschüsse führen regelmäßig an Wochenenden zu Null- oder Negativpreisen
  • Feiertage / lange Wochenenden stellen zunehmend ein Problem dar
    • Gründe: starre EEG-Vergütung, geringe Flexibilisierung, fehlende Speicher

6.4 Ablauf des Day-Ahead-Marktes

  • Angebot nach variablen Grenzkosten
  • letztes eingesetztes Kraftwerk bestimmt Preis
  • Erneuerbare mit Grenzkosten 0€ drücken den Preis
  • EEG garantiert bestimmte Vergütung und viele (private PV-) Anlagen sind nicht abregelbar
    • \(\rightarrow\) negative Preise
    • EEG-Konto trägt Kosten (=Staat)

Merit Order [17]

6.5 Redispatch

Höchstspannungsnetz ≥ 220 kV und Kraftwerke > 1000 MW, Stand 2012 [18], Lizenz: CC BY-SA 3.0. Aktuelle Karte: VDE FNN [19]

Redispatch [20]

  • Stromhandel kann zu Lastflüssen führen, die physikalisch nicht realisierbar sind

  • Ausgleich identifizierter Engpässe durch Übertragungsnetzbetreiber

  • Kosten werden auf Netzentgelte umgelegt (steigend, 2024: ca. 1.8 Mrd. €)1 [21]

  • Gegenmaßnahmen:

    • Netzausbau Nord-Süd
    • Teilung des deutschen Strommarktes in mehrere Preiszonen, die Übertragungskapazitäten berücksichtigen

7 Energiesystem der Zukunft

  • dezentralisierte Erzeugung
  • digitalisierte und marktwirtschaftliche Kopplung von Erzeugung und Verbrauch
  • Flexibilisierung von Verbrauch, insbesondere durch Sektorenkopplung
  • Kurzzeitspeicher: Batterien, Wärmespeicher
  • Langzeitspeicher: Wasserstoff (“Kalt-Dunkel-Flaute”)

8 Energiewende “Zuhause”

8.1 Einordnung: Pro-Kopf-Emissionen in Deutschland

  • “carbon footprint” umstritten, popularisiert durch British Petroleum (BP) [22]
    • Ziel: Individualisierung der “Schuld”, Ablenken von Ölkonzernen als Hauptverursacher
  • Größte direkt beeinflussbare Faktoren:
    • Wohnen (Heizen)
    • Mobilität (Auto, Fliegen)
    • Ernährung
    • Stromversorgung

Durchschnittlicher CO₂-Fußabdruck pro Kopf in Deutschland, Quelle: Umweltbundesamt [23], Lizenz: CC BY-NC-ND 4.0

8.2 Elektronische (smarte) Heizkörperthermostate

  • Typische Nachtabsenkung funktioniert nicht:
    • Senken der Vorlauftemperatur wird durch Thermostatköpfe kompensiert
  • mit elektronischen Thermostaten “echte” Absenkung möglich
  • Einsparung individuell, diese Untersuchung 15.5% [24]
  • Einfache Geräte ab 9€ pro Stück, “smarte” ab ca. 30€

Elektronisches Heizkörperthermostat. Quelle: Reichelt

8.3 Aktuelle CO2-Emissionen des Strommixes

Überprüfen und Verbrauch großer Geräte (Geschirrspüler, Waschmaschine, Trockner, E-Auto, Wärmepumpe) anpassen. Strompreis guter Indikator für Anteil fossiler Energien

8.4 Smart-Meter

  • Smart-Meter nötig für dynamische Stromtarife
  • stockender Smart-Meter-Rollout
    • Deutschland 5.5% [25]
    • Europa 63% Quote, Skandinavien, Frankreich, Spanien > 90% [26]
    • “500 der ca. 900 VNB hätten keine Smart-Meter installiert” [26]

Smart-Meter [27]
  • Gründe:
    • politisch bewusst verschleppter Rollout, Vorwand Datenschutzbedenken
    • Ineffizienzen bei kleinen VNB

8.5 dynamische Stromtarife

von wechselnden Strompreisen profitieren

  • macht vor allem Sinn, wenn große verschiebbare Lasten vorhanden (E-Auto, Wärmepumpe, Batteriespeicher)
  • Verpflichtung, dynamische Stromtarife (Day-Ahead-Preis) anzubieten
  • andere Tarifmodelle denkbar:
    • Tarife mit mehreren Preiszonen pro Tag
    • Tarife mit aktiver Ansteuerung des Ladevorganges beim E-Auto
    • noch wenige Anbieter (bisher Octopus Energy)

8.6 PV & Speicher

  • Kosten: ca. 15000€ für 10kWp PV-Anlage, 10kWh Speicher & Elektroinstallation
  • pro kWp: ca. 1000 kWh Strom pro Jahr
  • Speicher nicht zu groß wählen, wichtig für Eigenverbrauch. Einfache Web-Tools hier, einfache Faustformeln hier
  • Reduktion des Strombezuges um 80%, Vergütung von 0.07€/kWh für eingespeisten Strom
  • EEG-Reform lässt ab 2027 Förderung auslaufen, dann Direktvermarktung über Anbieter zu Marktwert (ca. 5ct/kWh, abhängig von Marktentwicklung (Großspeicher))
  • sehr attraktiv in Kombination mit E-Auto oder Wärmepumpe: PV-Überschuss nutzen

8.6.1 Netzdienlichkeit von privaten PV-Anlagen

  • bisher: fixe EEG-Vergütung = fixe Einspeisung
  • 2025: 16% des erzeugten Solarstroms zu negativen Preisen, Juni und Mai >40% [28]. Differenz wird durch EEG-Konto (Steuerzahler) ausgeglichen
  • -499.99€/MWh Börsenstrompreis am 1. Mai 2026 \(\rightarrow\) Systemstabilität
  • Solarspitzengesetz (Ende Februar 2025): keine Vergütung bei negativen Strompreisen [29]
  • negative Strompreise durch Bestandsanlagen verursacht
  • Lösungen:
    • Nutzung aller Flexibilitätsoptionen durch marktwirtschaftliche Signale
    • z.B. durch Integration in ein virtuelles Kraftwerk durch externen Anbieter (Beispiel: 1KOMMA5)
    • bei Bestandsanlagen:
  • Diskussion:
    • indirekte Subventionierung durch Einsparung von Netzentgelten bei (teilweise/nicht) reduzierter Infrastrukturnutzung.
    • Kosten verlagert auf Verbraucher, die keine PV-Anlage betreiben können
    • Meinungsbeitrag: Eigenverbrauch – ein Steuersparmodell [30]

8.7 Balkonkraftwerke

  • steckerfertige Solaranlagen zur Selbstmontage
    • Aktuelle Preise: z.B. 850€ (1kWp PV, 2kWh Speicher)
    • ähnlich hohe Gesamtkosten wie Freiflächen-PV
  • Treibt z.B. in Pakistan einen Boom selbsterzeugter Solarenergie an [31]: 85% Zuwachs in 2025, 36TWh Erzeugung (vgl. Deutschland 2025 92TWh [32])
  • dynamische Stromtarife möglich (Smart-Meter nötig)
  • Wirtschaftlichkeit berechnen: Stecker-Solar-Rechner
    • schnelle Amortisation < 5 Jahre
  • Messung des Strombedarfs: Smart-Meter, Zwischenstecker, Schätzung nach Zeitplan
  • max. 800W Einspeisung: begrenzter Nutzen für E-Autos und Wärmepumpen
  • Wichtig: Offene, lokale Schnittstellen bei Batteriespeichern (Zukunftssicherheit)
  • Interessante Anbieter:
    • chinesische Hersteller: Solakon (deutsche Server), Indevolt, sunenergyXT
    • Maxxisun (deutscher Hersteller): 2300W Einspeisung mit ready2plugin-Technologie

8.8 Wärmepumpe

  • Standard in Neubauten
  • Wärmepumpen funktionieren in fast allen Bestandsgebäuden1
  • bei anstehendem Austausch der Heizung über Laufzeit günstiger als Gasheizung
    • Beispiel: 20000kWh Wärmebedarf, konservative Annahmen23:
      • über 15 Jahre:
        • Gasheizung: 46300€4
        • Wärmepumpe: 37500€5
      • perspektivisch Strom gleich teuer oder günstiger (dynamischer Tarif, Solaranlage)
      • perspektivisch Gas teurer (CO2-Preis, steigende Netzentgelte, “Biotreppe”)
  • bei vorzeitigem Austausch: Nullsummenspiel bis wirtschaftlich herausfordernd
    • Gründe, es trotzdem zu machen:
      • Unsicherheit Preisentwicklung fossiler Energieträger
      • Fit-Machen des Heizungssystems (Verlässlichkeit)
      • ggf. Kühlung möglich (Zusatznutzen)
  • mein Tipp:
    • erfahrener Betrieb
    • besonders effiziente Geräte für den Altbau (z.B. Lambda, Heliotherm, Ovum)
    • Angebots-Check von schlau energiesparen

8.8.1 Absurde Kosten: Marktversagen und Vorschriften

  • Kosten von Monoblock-Geräten für typisches Einfamilienhaus:
  • Angebote mit Auslegung, Einbau und Upgrade der Anlagentechnik:
    • typischerweise 30000-45000€.
  • Wie ist das möglich? Analyse von schlau energiesparen (YouTube)
    • Nachfrageüberhang: Unternehmen sind ausgelastet
    • Einfluss von anteilig gezahlten Subventionen
    • Gesetzgebung / Normen: z.B. Normen für Elektroinstallation, aufbereitetes Heizungswasser, Heizstab
    • wenig Vorfertigung
    • Vergleich: Kosten in Großbritannien (deutscher Hersteller): 9000€ inkl. Einbau

8.8.2 Auswege

8.8.3 Alternative: Klima-Splitgeräte

  • gleiche Funktionsweise und Wirkungsgrad wie Wärmepumpe

  • Nachteil: Luftzug, ungleichmäßige Wärmeverteilung

  • günstige Lösung, Einzelgeräte ab 1000€ bzw. 3500€ mit Einbau

  • mögliche Low-Budget-Lösung und Zusatznutzen im Sommer (Schutz vor Hitzewellen)

8.9 E-Auto

  • direkte Emissionen (aktuell): 150-200g \(\text{CO}_2\)/km Verbrenner vs. 60g \(\text{CO}_2\)/km E-Auto1
    • “Emissionsrucksack” von 20-70kg \(\text{CO}_2\)/kWh Batterie (je nach Herstellungsregion, Zahlen für 2030 [33])
  • Lebenszyklus-Emissionen deutlich geringer als die von Verbrennern, ADAC-Tool2
    • 50.1t (Diesel) vs. 27.6t (E-Auto) vs. 14.9t (E-Auto nur Windstrom) [34]
    • weiteres Absinken (effizientere Produktion, fortschreitende Emissionsreduktion des Fahrstroms)
  • Klimanutzen bei Ersatz von Bestandsfahrzeugen ab ca. 7500km/Jahr [35]

8.9.1 E-Auto: Batterien

  • Lebensdauer unproblematisch
    • Wichtig: dauerhafte Ladestände > 80% und < 20% vermeiden (bei Li.-NMC)
  • Rohstoff-Thematik entschärft sich in Zukunft:
    • neue Technologien (Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Natrium-Ionen-Batterien)
    • Recycling
    • In Summe geringere Umwelt- und soziale Auswirkungen als fossile Brennstoffe
  • weniger Wartungskosten, geringere Betriebskosten

Batteriedegradation VW ID.3 mit 58kWh Batterie. Degradation je nach Fahrprofil zwischen Pendler (blau) und Autobahn- (orange) Szenario [36], Lizenz: CC BY 4.0
  • bei Kauf eines E-Autos Batteriezertifikat (z.B. von aviloo) anfordern

9 Fazit

“In 5 Jahren is the job done” - (Robert Habeck bei “Bengalos im Bundestag”)

  • Kosten: starker Rückgang in 10 Jahren (PV, Wind, Batterien, Wärmepumpen)
    • hohe Energiepreise (Irankrieg) \(\rightarrow\) vermutlich Boost
  • Jetzt nötig: Koordination von Angebot und Nachfrage
    • mehr Marktmechanismen, Sektorenkopplung
    • Last und Speicher an netz-günstigen Orten (Netzpaket, Redispatch-Vorbehalt)
    • Gebotszonenteilung
  • Bleibt spannend (langsamer als erhofft):
    • Wasserstoff: Chemie, Stahl, Langstrecke (Flugzeug, Schiff); negative Emissionen
  • vielfältige Möglichkeiten zum Mitmachen:
    • Balkonkraftwerke, Wärmepumpen, Sanierung, Energiegenossenschaften

10 Quellen

[1]
H. Ritchie, P. Rosado, and M. Roser, “CO₂ and greenhouse gas emissions,” Our World in Data, 2023.
[2]
H. Ritchie, P. Rosado, and M. Roser, “Data page: Share of electricity generated by low-carbon sources.” Part of the publication Energy, 2023. Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://archive.ourworldindata.org/20260427-150047/grapher/share-electricity-low-carbon.html
[3]
Agora Energiewende, “Die energiewende in deutschland: Stand der dinge 2025.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.agora-energiewende.de/publikationen/die-energiewende-in-deutschland-stand-der-dinge-2025
[4]
Climate Action Tracker, “Germany.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://climateactiontracker.org/countries/germany/
[5]
Climate Action Tracker, “The CAT thermometer.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://climateactiontracker.org/global/cat-thermometer/
[6]
H. Ritchie, M. Roser, and P. Rosado, “Renewable energy,” Our World in Data, 2020.
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Thünen-Institut, “Energie vom acker: Mit windkraft und photovoltaik geht’s am besten.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.thuenen.de/de/newsroom/detail/default-443e059cd7
[9]
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, “Energy-charts.” Accessed: May 06, 2026. [Online]. Available: https://www.energy-charts.info/
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G. Rueter, “Batterien oder e-fuels: Was ist besser?” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.dw.com/de/batterien-oder-e-fuels-was-ist-besser-synthetische-kraftstoffe-e-mobilit%C3%A4t/a-61283790
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Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V., “Mediengalerie: grafiken.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.waermepumpe.de/presse/mediengalerie/grafiken/
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BDEW, “Interaktive grafik: Energieflüsse von primär- bis nutzenergie.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://www.bdew.de/energie/nutzenergiebilanz/
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H. Ritchie, “Electrification is efficiency: The world will need less energy after the transition.” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://hannahritchie.substack.com/p/electrification-energy-efficiency
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J. Rosenow, “Have we been duped by the primary energy fallacy?” Accessed: May 07, 2026. [Online]. Available: https://medium.com/@jan.rosenow/have-we-been-duped-by-the-primary-energy-fallacy-167f53c58961
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H. Ritchie and P. Rosado, “Battery costs have declined by 99,” Our World in Data, 2026.
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Next Kraftwerke GmbH, “Was bedeutet merit-order?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/merit-order
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[20]
Next Kraftwerke GmbH, “Was sind dispatch, redispatch & redispatch 2.0?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/dispatch-redispatch
[21]
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[22]
M. Kaufman, “The carbon footprint sham: A ’successful, deceptive’ PR campaign.” Accessed: Nov. 09, 2026. [Online]. Available: https://mashable.com/feature/carbon-footprint-pr-campaign-sham
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Umweltbundesamt, “Durchschnittlicher CO2-fußabdruck pro kopf in deutschland.” Accessed: Nov. 11, 2026. [Online]. Available: https://www.umweltbundesamt.de/bild/durchschnittlicher-co2-fussabdruck-pro-kopf-in
[24]
K. Lennerts and T. Kropp, “Energieeinsparpotenzial (bereich wärme) für mieter durch den einsatz smarter heizkörperthermostate : fallstudie,” Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2023. doi: 10.5445/IR/1000157856.
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Bundesnetzagentur, “Roll-out intelligente messsysteme: Quartalsweise erhebungen.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/NetzzugangMesswesen/Mess-undZaehlwesen/iMSys/artikel.html
[26]
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[27]
Verbraucherzentrale, “Smart meter: Was sie über die stromzähler wissen müssen.” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/preise-tarife-anbieterwechsel/smart-meter-was-sie-ueber-die-stromzaehler-wissen-muessen-13275
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M. Willuhn, “Photovoltaik-erzeugung während negativer strompreise: An manchen tagen 90 prozent.” Accessed: Nov. 11, 2026. [Online]. Available: https://www.pv-magazine.de/2026/01/26/photovoltaik-erzeugung-waehrend-negativer-strompreise-an-manchen-tagen-90-prozent/
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Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen, “Solarspitzengesetz in kraft – was ändert sich für neue PV-anlagen?” Accessed: Nov. 11, 2026. [Online]. Available: https://www.klimaschutz-niedersachsen.de/Solarspitzengesetz-in-Kraft-was-aendert-sich-fuer-neue-PV-Anlagen-4233
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L. Hirth, “Eigenverbrauch – ein steuersparmodell.” Accessed: Nov. 11, 2026. [Online]. Available: https://background.tagesspiegel.de/energie-und-klima/briefing/eigenverbrauch-ein-steuersparmodell
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[43]
K. Stratmann, “Energiewende: Braucht deutschland wirklich 851 stromnetzbetreiber?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.handelsblatt.com/politik/deutschland/energiewende-braucht-deutschland-wirklich-851-stromnetzbetreiber-01/100220550.html
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Next Kraftwerke GmbH, “Was ist ein bilanzkreis?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/bilanzkreis
[45]
Next Kraftwerke GmbH, “Was ist ein power purchase agreement (PPA)?” Accessed: May 02, 2026. [Online]. Available: https://www.next-kraftwerke.de/wissen/power-purchase-agreement-ppa

11 weitere Informationen

11.1 Thermodynamik und Energiebilanz

11.1.1 Exkurs: Wandelbarkeit von Energie

  • Wirkungsgrad: \(\eta=\frac{Nutzen}{Aufwand}\)
  • Thermodynamik, N. Carnot (1824): Wärme ist nicht uneingeschränkt in Arbeit wandelbar
  • Arbeit dahingegen vollständig in Wärme wandelbar
  • Beispiele
    • Wasserkocher: Strom (Arbeit) \(\rightarrow\) Wärme: 100% Wirkungsgrad
    • Auto mit Verbrennungsmotor: chemische Energie in Form von Wärme \(\rightarrow\) Antrieb: ~30-40% Wirkungsgrad
  • je höher die Temperatur der Wärme, desto wertvoller (mehr Arbeit erzeugbar, Carnot-Faktor)

11.1.2 Klassiker: Kombi-Kraftwerke

  • Grundlagen:
    • Wärme nie uneingeschränkt in Arbeit wandelbar
    • Arbeit dahingegen immer vollständig in Wärme wandelbar
    • Wärme stellt (je nach Temperatur) am wenigsten wertvolle Energieform dar
  • Kraftwerke mit Wärmeauskopplung (Fernwärme)
    • Gas-und-Dampf-Kraftwerk (GuD) bis ca. 65% Wirkungsgrad [37]
    • Blockheizkraftwerke (BHKW) bis ca. 50% Wirkungsgrad [38]
    • mit Wärmenutzung (Fernwärmenetz) bis 90% Nutzungsgrad
    • strombasierte oder wärmebasierte Steuerung
    • Flexibilisierung durch Wärmespeicher
  • neue Motoren und Turbinen prinzipiell mit Wasserstoff möglich
    • 20 Vol-% Wasserstoff sind nur ca. 6-7% CO2-Reduktion [39], da \(\text{H}_2\) nur ca. 1/3 der volumetrischen Energiedichte von Erdgas hat
    • \(\rightarrow\) nur 100% Wasserstoff ist klimaneutral!

11.1.3 Leistung und Energie

  • Leistung und Energie sind etwas Unterschiedliches!

  • Energie: Arbeit, die verrichtet wurde [in Wh, kWh, MWh]

  • Leistung: Geschwindigkeit der Arbeitsverrichtung [in W oder kW]

  • am gebräuchlichsten: kWh - kilowatthour (Kilowattstunde)

  • Zusammenhang: \(E = \int P(t) dt\)

  • Rechenbeispiele

    • 1h E-Auto laden mit 11kW
      • \(11 \text{kW} \cdot 1\text{h} = 11 \text{kWh}\)
    • 5min Wasserkocher mit 2000W
      • \(2000 \text{W} \cdot 5/60\text{h} = 166 \text{Wh} = 0.166 \text{kWh}\)

  • Strompreis privat: ca. 0.3€/kWh

11.1.4 Energiebilanz Deutschland detailliert

Link zur Grafik [12]

11.1.5 Energieeffizienz bewirkt größere Fortschritte als man denkt

11.2 Technologien

11.2.1 Das “Atomenergie-Paradox”

12 Strommarkt (ungekürzt)

zentraler Drehpunkt des zukünftigen Energiesystems: Elektrizität als “Primärenergie” der Zukunft

12.1 Aufbau der Stromnetze

Aufbau des Stromnetzes [40]

12.2 Europäisches Verbundnetz

Europäisches Verbundnetz [41]

  • größte Maschine der Welt
  • Vorteile:
    • geringere Preise
    • größere Systemstabilität

Übertragungsnetzbetreiber in Deutschland, Bundesnetzagentur | SMARD.de [42], Lizenz: CC BY 4.0

12.2.1 Verteilnetzbetreiber (VNB)

  • Verteilnetzbetreiber: 851 Unternehmen [43]
    • Kritik: kleinteilige Struktur kann ineffizient sein
    • Gegenargument: lokale Nähe und kommunale Verankerung
    • mögliche Antwort: Kooperationen und gemeinsame Plattformen
  • §14a EnWG - Auswirkungen auf Verbraucher
    • Schutz des Verteilnetzes vor Überlastung
    • Möglichkeit zum “Dimmen” in begrenzten Zeiträumen
    • Im Gegenzug Reduktion der Netzentgelte
    • Pflicht zum Netzausbau in betroffenen Gebieten

12.2.2 ÜNB als Wächter der Netzstabilität

  • Bilanzkreis: virtuelles Energiemengenkonto eines Energiehändlers [44]
    • Einspeisung
    • Entnahme
  • Bilanzkreisverantwortliche reichen Fahrplan einen Tag vorher ein
  • ÜNB überprüfen Fahrplan
  • Basierend auf Fahrplänen: Lastflussrechnungen identifizieren Engpässe
  • Unstimmigkeiten: werden von ÜNB durch (teure) Ausgleichsenergie behoben

12.3 Charakteristika des Strommarktes

  • Markt ohne Möglichkeit zur Lagerhaltung
    • Bedingung: Erzeugung = Verbrauch
    • Abweichung: Veränderung der Netzfrequenz von 50Hz
  • Verbrauch ist netzgebunden - Monopol des Stromnetzbetreibers
  • keine eindeutige Zuordnung von Verbraucher zu Erzeuger
  • Strom ist (zumeist) Kuppelprodukt:
    • elektrische Energie + jederzeitige Verfügbarkeit der Energie

12.4 typischer Lastgang Deutschland

Lastgang der KW 16 2026 von energy-charts.info (Fraunhofer) [9]

  • Last in der Nacht niedrig
  • steigt bis zum Mittag an
  • Abflachen zum Nachmittag
  • Anstieg zum Abend
  • niedriger am Wochenende
  • zw. 40-70 GW

12.5 Strompreis und erneuerbare Energien

Börsenstrompreis (Day-Ahead) als Indikator für Knappheit oder Überfluss von Strom

12.5.1 Winter

energy-charts: Day-Ahead-Börsenstrompreise über eine Woche im Winter [9]

    • ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
  • Preispeaks abends und morgens
  • am Wochenende günstigere Preise
  • nachts günstigster Strom verfügbar
  • Flaute & Sturm bestimmen Preisniveau des Tages

12.5.2 Sommer

energy-charts: Day-Ahead-Börsenstrompreise über eine Woche im Sommer [9]

  • plus ca. 160€/MWh Steuern, Netzentgelte und Umlagen
  • Solarstromspitzen sorgen verlässlich für Minimum zur Mittagszeit
  • ausgeprägterer Peak abends, da rasches Absinken der PV-Erzeugung
  • PV-Überschüsse führen regelmäßig an Wochenenden zu Null- oder Negativpreisen
  • Feiertage / lange Wochenenden stellen zunehmend ein Problem dar
    • Gründe: starre EEG-Vergütung, geringe Flexibilisierung, fehlende Speicher

12.6 Strommarkt nach Liberalisierung

  • Entflechtung von Erzeugung und Verteilung
  • Strom handelbar über:
    • Termingeschäfte, Power-Purchase Agreements (PPA) (langfristig, z.B. Jahre im Voraus) [45]
    • Day-Ahead-Markt (in 15-min-Stücken, Gebotsabgabe bis 12 Uhr am Vortag)
    • Intraday-Markt (in 15-min-Stücken, bis 30/5min vor Lieferung)
  • basierend auf Last- und Erzeugungsprognose (Wettervorhersage)

12.7 Ablauf des Day-Ahead-Marktes

  • Angebot nach variablen Grenzkosten
  • letztes eingesetztes Kraftwerk bestimmt Preis
  • Erneuerbare mit Grenzkosten 0€ drücken den Preis
  • Aber: EEG garantiert bestimmte Vergütung und tw. (private PV) Einspeisung \(\rightarrow\) negative Preise
  • Solarspitzengesetz für private PV: keine Vergütung bei negativen Preisen, Begrenzung auf 70% der Maximalleistung \(\rightarrow\) Speicher netzdienlich laden

Merit Order [17]

12.8 Redispatch

Höchstspannungsnetz ≥ 220 kV und Kraftwerke > 1000 MW, Stand 2012 [18], Lizenz: CC BY-SA 3.0. Aktuelle Karte: VDE FNN [19]

Redispatch [20]
  • Stromhandel: Deutschland = eine Preiszone
  • Vernachlässigung der Übertragungskapazitäten (“Kupferplatte”)
  • Ausgleich identifizierter Engpässe durch ÜNB
  • Kosten werden auf Netzentgelte umgelegt (steigend, 2024: ca. 1.8 Mrd. €)1 [21]
  • Gegenmaßnahmen:
    • Netzausbau Nord-Süd
    • Teilung des deutschen Strommarktes in mehrere Preiszonen, die Übertragungskapazitäten berücksichtigen
      • Druck aus EU
      • Tendenziell geringere Strompreise im Norden, höhere im Süden
      • Befürchtung: Verlagerung von energieintensiver Industrie in den Norden
      • Preisunterschiede aber wahrscheinlich gering

12.9 Stromnetz Backup-Slides

12.9.1 Stromkosten

EEG-Zahlungen [21], Lizenz: CC BY-ND 4.0

Stromaufkommen 2024 [21], Lizenz: CC BY-ND 4.0

Zusammensetzung privater Strompreise [21], Lizenz: CC BY-ND 4.0

Kosten der Systemdienstleistungen [21], Lizenz: CC BY-ND 4.0