Debatte um erneuerbare Energien

Politikverantwortliche diskutieren häufig über die Grenzen und Chancen erneuerbarer Energien .

Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, beispielsweise aus Wind- und Solarenergie , wird mitunter wegen ihrer Schwankungen oder Unbeständigkeit kritisiert . Die Internationale Energieagentur (IEA) hat festgestellt, dass ihre Bedeutung von einer Reihe von Faktoren abhängt, unter anderem vom Anteil der jeweiligen erneuerbaren Energien am Stromnetz. ^{[ 2 ]}

Es gab Bedenken hinsichtlich der optischen und sonstigen Auswirkungen einiger Windparks , weshalb Anwohner den Bau mitunter behinderten oder verhinderten. ^{[ 3 ]} In den USA verzögerte sich das Projekt „Massachusetts Cape Wind“ unter anderem aufgrund solcher Bedenken um Jahre. In anderen Gebieten reagierten die Anwohner positiver, und es gibt bereits Projekte für gemeinschaftlich betriebene Windparks. Laut einem Stadtrat ist die überwiegende Mehrheit der Anwohner der Ansicht, dass der Windpark Ardrossan in Schottland das Gebiet aufgewertet hat. ^{[ 4 ]}

Der Markt für Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien ist weiter gewachsen. Die Besorgnis über den Klimawandel , gepaart mit hohen Ölpreisen , dem Ölfördermaximum und zunehmender staatlicher Förderung, treibt die Gesetzgebung, Anreize und Kommerzialisierung erneuerbarer Energien voran . ^{[ 5 ]} Neue staatliche Ausgaben, Regulierungen und Richtlinien halfen der Branche, die Wirtschaftskrise von 2009 besser zu überstehen als viele andere Sektoren. ^{[ 6 ]}

Die Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen erneuerbarer Energien werden von den Befürwortern von Theorien wie dem Degrowth-Konzept und der Steady-State-Ökonomie als ein Beweis dafür angeführt, dass technologische Methoden zur Erreichung von Nachhaltigkeit nicht ausreichen und eine Begrenzung des Konsums notwendig ist. ^{[ 7 ]}

Die Internationale Energieagentur definiert erneuerbare Energie wie folgt:

Erneuerbare Energien werden aus natürlichen, sich ständig erneuernden Prozessen gewonnen. In ihren verschiedenen Formen stammen sie direkt von der Sonne oder aus Erdwärme. Zur Definition gehören Strom und Wärme aus Solar- , Wind- , Meeres- , Wasserkraft , Biomasse und Geothermie sowie Biokraftstoffe und Wasserstoff aus erneuerbaren Ressourcen. ^{[ 8 ]}

Erneuerbare Energieressourcen erstrecken sich über weite geografische Gebiete, im Gegensatz zu anderen Energiequellen, die auf eine begrenzte Anzahl von Ländern konzentriert sind. ^{[ 8 ]}

Die Solarenergie unterliegt naturgemäß Schwankungen , da die Stromerzeugung aus Solarquellen von der Lichtmenge am jeweiligen Standort abhängt. Die Solarleistung variiert im Tagesverlauf, mit den Jahreszeiten, der Bewölkung und dem Breitengrad. In trockenen Klimazonen führt Sandverwehungen zur Erosion von Glas, Schutzschichten verursachen zusätzliche Kosten. Diese Faktoren sind relativ gut vorhersehbar, und einige Solarthermieanlagen nutzen die Wärmespeicherung mit geschmolzenem Salz, um auch dann Strom zu erzeugen, wenn die Sonne nicht scheint. ^{[ 10 ]}

Windenergie ist eine variable Ressource. Die von einer Windkraftanlage zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugte Strommenge hängt unter anderem von der Windgeschwindigkeit, der Luftdichte und den Turbineneigenschaften ab. Bei zu geringer Windgeschwindigkeit (unter ca. 2,5 m/s) können die Windkraftanlagen keinen Strom erzeugen; bei zu hoher Windgeschwindigkeit (über ca. 25 m/s) müssen sie zum Schutz vor Schäden abgeschaltet werden. Während die Leistung einer einzelnen Turbine mit den lokalen Windgeschwindigkeiten stark und schnell schwanken kann, verringert sich die durchschnittliche Stromausbeute mit zunehmender Anzahl an Turbinen in immer größeren Gebieten. ^{[ 11 ]}

Die Kapazitätsfaktoren von Photovoltaikanlagen sind mit 10 bis 20 % der Nennleistung eher gering . Onshore-Windparks erreichen bessere Werte von 20–35 %, Offshore-Windparks sogar 45 %. Dies bedeutet, dass insgesamt mehr Kapazität installiert werden muss, um die durchschnittliche Jahresproduktion zu erzielen. ^{[ 12 ]} Der Kapazitätsfaktor bezieht sich auf Aussagen über Kapazitätserweiterungen; die tatsächliche Stromerzeugung kann jedoch deutlich geringer ausfallen.

Die Internationale Energieagentur (IEA) merkt an, dass der Problematik der Variabilität der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu viel Aufmerksamkeit geschenkt wurde. ^{[ 13 ]} Dieses Problem betrifft jedoch nur bestimmte erneuerbare Technologien, hauptsächlich Windkraft und Photovoltaik , und in geringerem Maße Laufwasserkraftwerke . Die Bedeutung dieser „vorhersehbaren Variabilität“ ^{[ 14 ]} hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Marktdurchdringung der jeweiligen erneuerbaren Energien, die Art der zur Kompensation der Schwankungen eingesetzten Energiequellen sowie die Flexibilität der Nachfrageseite. Variabilität stellt selten ein Hindernis für den verstärkten Ausbau erneuerbarer Energien dar. Bei hoher Marktdurchdringung erfordert sie jedoch eine sorgfältige Analyse und ein entsprechendes Management, und es können zusätzliche Kosten für bedarfsgerechte Reservekapazitäten oder Systemanpassungen anfallen . ^{[ 13 ]} Die Stromversorgung mit erneuerbaren Energien im Bereich von 20–50+ % wurde bereits in mehreren europäischen Systemen realisiert, allerdings im Kontext eines integrierten europäischen Stromnetzes: ^{[ 15 ]}

Im Jahr 2011 erklärte der Weltklimarat (IPCC) , die von den Vereinten Nationen eingesetzten weltweit führenden Klimaforscher: „Trotz der Komplexität der Infrastruktur- und Energiesysteme gibt es kaum oder gar keine fundamentalen technologischen Grenzen für die Integration eines Portfolios erneuerbarer Energietechnologien, um einen Großteil des Gesamtenergiebedarfs an Orten zu decken, an denen geeignete erneuerbare Ressourcen vorhanden sind oder bereitgestellt werden können.“ ^{[ 16 ]} Die IPCC-Szenarien „deuten im Allgemeinen darauf hin, dass das Wachstum erneuerbarer Energien weltweit verbreitet sein wird.“ ^{[ 17 ]} Der IPCC erklärte, dass bei staatlicher Unterstützung und dem vollständigen Einsatz erneuerbarer Energietechnologien die Versorgung mit erneuerbarer Energie innerhalb von vierzig Jahren fast 80 % des weltweiten Energieverbrauchs ausmachen könnte. ^{[ 18 ]} Rajendra Pachauri , Vorsitzender des IPCC, sagte, die notwendigen Investitionen in erneuerbare Energien würden jährlich nur etwa 1 % des globalen BIP kosten. Dieser Ansatz könnte die Treibhausgaskonzentrationen auf unter 450 ppm begrenzen – den Grenzwert, ab dem der Klimawandel katastrophale und unumkehrbare Folgen hat. ^{[ 18 ]}

Mark Z. Jacobson sagt, dass es keinen Mangel an erneuerbarer Energie gebe und ein „intelligenter Mix“ erneuerbarer Energiequellen genutzt werden könne, um den Strombedarf zuverlässig zu decken:

Da der Wind bei stürmischen Bedingungen weht, wenn die Sonne nicht scheint, und die Sonne oft an ruhigen Tagen mit wenig Wind scheint, kann die Kombination von Wind- und Solarenergie einen großen Beitrag zur Deckung des Bedarfs leisten, insbesondere wenn Geothermie eine stabile Grundlage bietet und Wasserkraft zur Deckung von Lücken herangezogen werden kann. ^{[ 19 ]}

Wie der Physiker Amory Lovins sagte:

Die Variabilität von Sonne, Wind usw. erweist sich als unproblematisch, wenn man einige sinnvolle Maßnahmen ergreift. Erstens sollte man die erneuerbaren Energien technologisch diversifizieren, sodass Wetterbedingungen, die für eine Energieart ungünstig sind, für eine andere günstig sind. Zweitens sollte man die Standorte diversifizieren, damit die Anlagen nicht gleichzeitig denselben Wetterbedingungen ausgesetzt sind, nur weil sie sich am selben Ort befinden. Drittens sollte man Standardmethoden der Wettervorhersage nutzen, um Wind, Sonne und Regen vorherzusagen, was Wasserkraftbetreiber natürlich bereits tun. Viertens sollten alle Ressourcen – sowohl Angebots- als auch Nachfrageseite – integriert werden… ^{[ 20 ]}

Die Kombination aus der Diversifizierung fluktuierender erneuerbarer Energien nach Art und Standort, der Prognose ihrer Schwankungen, der Integration mit steuerbaren erneuerbaren Energien, flexibel betriebenen Generatoren und Lastmanagement birgt das Potenzial, ein Stromsystem zu schaffen, das den Energiebedarf zuverlässig decken kann. Die Integration immer höherer Anteile erneuerbarer Energien wurde in den vergangenen Jahrzehnten bereits erfolgreich in der Praxis demonstriert: ^{[ 15 ]}

Im Jahr 2009 kamen acht amerikanische und drei europäische Experten in einem Artikel in der führenden Fachzeitschrift für Elektrotechnik zu dem Schluss, dass es keine „glaubwürdige und gesicherte technische Grenze für die Menge an Windenergie gibt, die von Stromnetzen aufgenommen werden kann“. Tatsächlich hat keine der über 200 internationalen Studien, keine offiziellen Studien für die östlichen und westlichen Regionen der USA und auch nicht die Internationale Energieagentur (IEA) nennenswerte Kosten oder technische Hindernisse für die zuverlässige Integration von bis zu 30 % fluktuierender erneuerbarer Energien in das Stromnetz festgestellt – in einigen Studien sogar deutlich mehr. ^{[ 15 ]}

Eine Stromversorgung aus erneuerbaren Energien im Bereich von 20-50+% wurde bereits in mehreren europäischen Systemen realisiert, allerdings im Rahmen eines integrierten europäischen Stromnetzes: ^{[ 15 ]}

Im Jahr 2010 deckten vier deutsche Bundesländer mit insgesamt 10 Millionen Einwohnern 43–52 % ihres jährlichen Strombedarfs mit Windkraft. Dänemark liegt nicht weit dahinter und deckte 2010 22 % seines Strombedarfs mit Windenergie (26 % in einem durchschnittlichen Windjahr). Die spanische Region Extremadura bezieht bis zu 25 % ihres Stroms aus Solarenergie, während das ganze Land 16 % seines Bedarfs mit Windkraft deckt. Allein im Zeitraum von 2005 bis 2010 steigerte Portugal seinen Anteil erneuerbarer Energien von 17 % auf 45 %. ^{[ 15 ]}

Die Integration erneuerbarer Energien hat in Deutschland zu Problemen mit der Netzstabilität geführt. Spannungsschwankungen verursachten Störungen an empfindlichen Anlagen. So musste beispielsweise das Aluminiumwerk von Hydro in Hamburg stillgelegt werden, weil der hochempfindliche Überwachungsmechanismus des Walzwerks die Produktion so abrupt stoppte, dass sich die Aluminiumbänder verfingen. Sie trafen die Maschinen und zerstörten ein Teil des Walzwerks. Die Störung entstand durch einen kurzzeitigen Spannungsabfall im Stromnetz. Eine Umfrage unter Mitgliedern des Verbandes Deutscher Industrie-Energieunternehmen (VIK) ergab, dass die Zahl der Kurzzeitunterbrechungen im deutschen Stromnetz zwischen 2009 und 2012 um 29 Prozent gestiegen ist. Im gleichen Zeitraum nahm die Zahl der Betriebsstörungen um 31 Prozent zu, und fast die Hälfte dieser Störungen führte zu Produktionsausfällen. Die entstandenen Schäden beliefen sich laut Unternehmensangaben auf 10.000 bis mehrere Hunderttausend Euro. ^{[ 21 ]}

Die Minnkota Power Cooperative , im Jahr 2009 der führende US-amerikanische Windenergieversorger, deckte 38 % ihres Strombedarfs im Einzelhandel mit Windenergie. ^{[ 15 ]}

Mark A. Delucchi und Mark Z. Jacobson berichten, dass es mindestens sieben Möglichkeiten gibt, variable erneuerbare Energiesysteme so zu gestalten und zu betreiben, dass sie den Strombedarf zuverlässig decken: ^{[ 22 ].}

• (A) die Vernetzung geografisch verteilter, natürlich variabler Energiequellen (z. B. Wind, Sonne, Wellen, Gezeiten), wodurch das Stromangebot (und die Nachfrage) deutlich ausgeglichen wird.
• (B) Nutzung komplementärer und nicht variabler Energiequellen (wie z. B. Wasserkraft), um vorübergehende Lücken zwischen Nachfrage und Wind- oder Solarstromerzeugung zu schließen.
• (C) Nutzung eines „intelligenten“ Lastmanagements, um flexible Lasten auf einen Zeitpunkt zu verlagern, an dem mehr erneuerbare Energien zur Verfügung stehen.
• (D) Speicherung elektrischer Energie am Ort ihrer Erzeugung (in Batterien, Wasserstoffgas, Salzschmelzen, Druckluft, Pumpspeicherkraftwerken und Schwungrädern) zur späteren Verwendung.
• (E) Überdimensionierung der Spitzenlastkapazität für erneuerbare Energien, um die Zeiten zu minimieren, in denen weniger erneuerbare Energie zur Verfügung steht als benötigt wird, und um Reserveenergie für die Produktion von Wasserstoff für flexible Transport- und Wärmezwecke bereitzustellen.
• (F) Speicherung elektrischer Energie in Batterien von Elektrofahrzeugen, bekannt als „Vehicle-to-Grid“ oder V2G .
• (G) Wettervorhersage (Wind, Sonneneinstrahlung, Wellen, Gezeiten und Niederschlag) zur besseren Planung des Energiebedarfs. ^{[ 22 ]}

Jacobson und Delucchi argumentieren, dass Wind-, Wasser- und Solarenergie kosteneffizient ausgebaut werden können, um unseren Energiebedarf zu decken und uns von der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Kernenergie zu befreien. 2009 veröffentlichten sie in Scientific American den Artikel „Ein Plan zur vollständigen Energieversorgung des Planeten mit erneuerbaren Energien“ . Der Artikel behandelte verschiedene Aspekte, darunter die weltweite Flächennutzung von Windkraftanlagen, die Verfügbarkeit knapper Rohstoffe für die Herstellung neuer Systeme, die Fähigkeit zur zuverlässigen Energieerzeugung nach Bedarf und die durchschnittlichen Kosten pro Kilowattstunde. Eine detailliertere und aktualisierte technische Analyse wurde als zweiteiliger Artikel in der Fachzeitschrift Energy Policy veröffentlicht . ^{[ 23 ]}

Erneuerbare Energien werden auf natürliche Weise nachgeliefert, und Technologien zur Erzeugung erneuerbarer Energien erhöhen die Energieversorgungssicherheit in energiearmen Regionen, da sie die Abhängigkeit von ausländischen Brennstoffquellen verringern. Im Gegensatz zu Kraftwerken, die auf Uran und recyceltes Plutonium als Brennstoff angewiesen sind, unterliegen sie nicht den Schwankungen der globalen Brennstoffmärkte. ^{[ 24 ]} Erneuerbare Energien dezentralisieren die Stromversorgung und minimieren so den Bedarf an Produktion, Transport und Lagerung gefährlicher Brennstoffe; die Zuverlässigkeit der Stromerzeugung wird durch die Erzeugung von Strom in der Nähe der Verbraucher verbessert. Ein unbeabsichtigter oder beabsichtigter Ausfall betrifft eine geringere Kapazität als ein Ausfall in einem größeren Kraftwerk. ^{[ 24 ]}

Technologien für erneuerbare Energien werden durch technologischen Fortschritt sowie die Vorteile der Massenproduktion und des Wettbewerbs günstiger . Ein IEA-Bericht aus dem Jahr 2011 stellte fest: „Ein Portfolio an Technologien für erneuerbare Energien wird in immer mehr Bereichen wettbewerbsfähig und bietet in einigen Fällen Investitionsmöglichkeiten ohne spezifische Wirtschaftsförderung.“ Weiter hieß es: „Die Kostensenkungen bei Schlüsseltechnologien wie Wind- und Solarenergie werden sich fortsetzen.“ ^{[ 26 ]} Seit 2011 sind die Kosten für Solar- und Windenergietechnologien deutlich gesunken.

Laut Schätzungen von Bloomberg New Energy Finance ist der Preis für PV-Module pro MW seit Sommer 2008 um 60 Prozent gesunken. Damit ist Solarenergie in vielen sonnenreichen Ländern erstmals mit dem Strompreis für Endverbraucher konkurrenzfähig. Auch die Preise für Windkraftanlagen sind gefallen – in den letzten zwei Jahren um 18 Prozent pro MW – was, wie bei der Solarenergie, den starken Wettbewerb in der Lieferkette widerspiegelt. Weitere Verbesserungen der Stromgestehungskosten für Solar-, Wind- und andere Technologien stehen bevor und stellen in den nächsten Jahren eine wachsende Bedrohung für die Dominanz fossiler Energieträger dar. ^{[ 27 ]}

Wasserkraft und Geothermie sind an geeigneten Standorten mittlerweile die kostengünstigste Art der Stromerzeugung. Die Kosten für erneuerbare Energien sinken kontinuierlich, und die Stromgestehungskosten (LCOE) gehen für Windkraft, Photovoltaik (PV), konzentrierte Solarenergie (CSP) und einige Biomassetechnologien zurück. ^{[ 28 ]} Wind- und Solarenergie können 20–40 % des Jahres Strom erzeugen. ^{[ 29 ]}

Renewable energy is also the most economic solution for new grid-connected capacity in areas without cheap fossil fuels. As the cost of renewable power falls, the scope of economically viable applications increases. Renewable technologies are now often the most economic solution for new generating capacity. Where "oil-fired generation is the predominant power generation source (e.g. on islands, off-grid and in some countries) a lower-cost renewable solution almost always exists today".^[28]

As of 2012, renewable power generation technologies accounted for around half of all new power generation capacity additions globally. In 2011, additions included 41 gigawatt (GW) of new wind power capacity, 30 GW of PV, 25 GW of hydro-electricity, 6 GW of biomass, 0.5 GW of CSP, and 0.1 GW of geothermal power.^[28]Hydropower provides 16.3% of the world's electricity. When combined with the other renewables wind, geothermal, solar, biomass and waste: together they make up 21.7% of electricity generation worldwide in 2013.^[30]

Die Grundlast bezeichnet den minimalen Strombedarf eines Stromnetzes über einen bestimmten Zeitraum. Schwankungen im Bedarf können durch Produktionsänderungen oder Stromhandel ausgeglichen werden. Kriterien für die Grundlasterzeugung sind niedriger Preis, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit. Im Laufe der Jahre wurden mit der Weiterentwicklung von Technologie und verfügbaren Ressourcen verschiedene Energiequellen genutzt. Wasserkraft war die erste Methode und wird in einigen feuchten Klimazonen wie Brasilien, Kanada, Norwegen und Island immer noch eingesetzt. Mit der Entwicklung der Dampfturbine und des Massentransports wurde Kohle zum beliebtesten Grundlastträger und ist in weiten Teilen der Welt Standard. Auch Kernenergie wird genutzt und steht im Wettbewerb mit Kohle. Frankreich setzt überwiegend auf Kernenergie und verwendet weniger als 10 % fossiler Brennstoffe. In den USA wird Erdgas aufgrund seiner zunehmenden Beliebtheit voraussichtlich Kohle als Grundlastquelle ablösen. Es gibt kein Land, in dem der Großteil der Grundlast durch Wind-, Solar-, Biokraft- oder Geothermieenergie gedeckt wird, da jede dieser Energiequellen mindestens eines der Kriterien niedriger Preis, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit nicht erfüllt. Es gibt jedoch viele Länder, die über 80 % ihres Strombedarfs aus Wasserkraft und anderen fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen decken. Es ist möglich, den gesamten Strombedarf, einschließlich der Grundlast, zu niedrigeren Preisen und mit hundertprozentiger Versorgungssicherheit durch einen Mix aus verschiedenen zuverlässigen erneuerbaren Energiequellen (Solarthermische Speicherkraftwerke , Spitzenlastkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke ) und fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen ( Photovoltaik , Windkraft und Laufwasserkraftwerke ) zu decken, da die Stromerzeugungskosten erneuerbarer Energiequellen (insbesondere Photovoltaik) unter die Betriebs- und Brennstoffkosten von Kohle- und Gaskraftwerken zur Grundlastversorgung gesunken sind. ^{[ 31 ]} Der tagsüber erzeugte, überschüssige und kostengünstige Solarstrom wird in Pumpspeicherkraftwerken gespeichert, um den Strombedarf ganzjährig rund um die Uhr zu decken. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]} Die bestehende Stromerzeugung auf Basis fossiler und nuklearer Brennstoffe kann nur so lange aufrechterhalten werden, bis sie durch erneuerbare Energien ergänzt werden muss. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien so kostengünstig und umweltfreundlich ist, besteht kein Bedarf für neue Kraftwerke auf Basis fossiler und nuklearer Brennstoffe. ^{[ 35 ]} Es wird erwartet, dass der Preis für Lithium-Ionen-Batterien von 176 US-Dollar/kWh im Jahr 2019 auf 94 US-Dollar/kWh bis 2024 sinken wird. Dies wird die Installation von Photovoltaikanlagen auf Hausdächern mit Batteriespeichersystemen in dezentralen, autarken Mikronetzen erschwinglicher machen , ohne dass zusätzliche Investitionen in ein großes zentrales Stromnetz erforderlich sind . ^{[ 36 ]]}

Erneuerbare Energietechnologien können erhebliche Umweltvorteile mit sich bringen. Im Gegensatz zu Kohle und Erdgas können sie Strom und Kraftstoffe erzeugen, ohne nennenswerte Mengen an CO₂ und anderen Treibhausgasen freizusetzen _, die zum Klimawandel beitragen. Allerdings hat sich gezeigt, dass die Treibhausgaseinsparungen durch eine Reihe von Biokraftstoffen deutlich geringer ausfallen als ursprünglich erwartet, wie im Artikel „ Indirekte Auswirkungen von Biokraftstoffen auf die Landnutzungsänderung“ erörtert wird .

Die Energiewende hin zu erneuerbaren Energien ist abhängig von nicht erneuerbaren Ressourcen wie abgebauten Metallen. ^{[ 37 ]} Die Herstellung von Photovoltaikmodulen, Windkraftanlagen und Batterien erfordert erhebliche Mengen an Seltenen Erden ^{[ 38 ]} , deren Abbau in Wäldern und Schutzgebieten erhebliche soziale und ökologische Auswirkungen hat. Im Jahr 2020 überschnitten sich die Abbaugebiete für Rohstoffe für erneuerbare Energien mit 16 % der Wildnis. ^{[ 39 ]} Die Gewinnung von einer Tonne Seltener Erden erzeugt 2.000 Tonnen giftigen Abfall. ^{[ 40 ]} Aufgrund des gemeinsamen Vorkommens von Seltenen Erden und radioaktiven Elementen ( Thorium , Uran und Radium ) entsteht beim Abbau von Seltenen Erden schwach radioaktiver Abfall . ^{[ 41 ]} Die Gewinnung von Lithium , das für die Herstellung von Batterien und Elektrofahrzeugen benötigt wird, erfordert große Mengen Wasser, was negative ökologische und soziale Folgen hat. ^{[ 42 ]}

Sowohl Solar- als auch Windenergie wurden aus ästhetischer Sicht kritisiert. ^{[ 43 ]} Es gibt jedoch Methoden und Möglichkeiten, diese erneuerbaren Technologien effizient und unauffällig einzusetzen: Fest installierte Solarkollektoren können gleichzeitig als Lärmschutzwände entlang von Autobahnen dienen, und es stehen bereits große Flächen auf Straßen, Parkplätzen und Dächern zur Verfügung; amorphe Photovoltaikzellen können auch zur Fenstertönung und Energieerzeugung genutzt werden. ^{[ 44 ]} Befürworter erneuerbarer Energien argumentieren zudem, dass die bestehende Infrastruktur zwar weniger ästhetisch ansprechend sei als Alternativen, diese aber weiter von der Sicht der meisten Kritiker entfernt lägen. ^{[ 45 ]}

Im Jahr 2015 erzeugte Wasserkraft 16,6 % des weltweiten Stroms und 70 % des gesamten Stroms aus erneuerbaren Energien. ^{[ 46 ]} Der größte Vorteil konventioneller Wasserkraftsysteme mit Stauseen liegt in ihrer Fähigkeit, potenzielle Energie für die spätere bedarfsgerechte Stromerzeugung zu speichern . In Kombination mit fluktuierenden Energiequellen wie Wind und Sonne wird eine konstante Stromversorgung erreicht. Weitere Vorteile sind die längere Lebensdauer im Vergleich zu fossil befeuerten Kraftwerken, die niedrigen Betriebskosten und die Möglichkeit der alternativen Nutzung der Stauseen . In Gebieten ohne natürlichen Wasserfluss gewährleisten Pumpspeicherkraftwerke eine konstante Stromversorgung. Insgesamt kann Wasserkraft deutlich günstiger sein als Strom aus fossilen Brennstoffen oder Kernenergie, und Regionen mit reichlich Wasserkraft ziehen die Industrie an. In Kanada wird das ungenutzte Wasserkraftpotenzial auf 160.000 Megawatt geschätzt. ^{[ 47 ]}

Die konventionelle Wasserkraftnutzung mittels Staudämmen und Stauseen birgt jedoch auch einige Nachteile . Dazu gehören die Umsiedlung von Anwohnern in den geplanten Stauseegebieten, die Freisetzung erheblicher Mengen an Kohlendioxid beim Bau und der Überflutung des Stausees, die Beeinträchtigung aquatischer Ökosysteme und der Vogelwelt, negative Auswirkungen auf die Flussumwelt, potenzielle Risiken von Sabotage und Terrorismus sowie in seltenen Fällen ein katastrophales Versagen der Staumauer.

• Wirtschaftliche Gewinne

Wasserkraft ist eine flexible Stromquelle, da die Anlagen sehr schnell hoch- und heruntergefahren werden können, um sich an den schwankenden Strombedarf anzupassen. ^{[ 48 ]} Die Betriebskosten eines Wasserkraftwerks sind nahezu unabhängig von Schwankungen der Kosten oder Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe wie Öl , Erdgas oder Kohle , und es sind keine Importe erforderlich. Die durchschnittlichen Stromkosten eines Wasserkraftwerks mit einer Leistung von über 10 Megawatt liegen bei 3 bis 5 US-Cent pro Kilowattstunde. ^{[ 48 ]} Wasserkraftwerke haben eine lange wirtschaftliche Lebensdauer; einige Anlagen sind noch nach 50 bis 100 Jahren in Betrieb. ^{[ 49 ]} Auch die Personalkosten im Betrieb sind in der Regel niedrig, da die Anlagen automatisiert sind und im Normalbetrieb nur wenig Personal vor Ort benötigt wird.

• Industrielle Nutzung

Während viele Wasserkraftprojekte öffentliche Stromnetze speisen, werden einige speziell für die Versorgung bestimmter Industrieunternehmen errichtet . So werden beispielsweise oft eigens dafür gebaute Wasserkraftwerke errichtet, um die erheblichen Strommengen bereitzustellen, die für Aluminium -Elektrolyseanlagen benötigt werden. Der Grand-Coulee-Staudamm versorgte im Zweiten Weltkrieg zunächst das Alcoa- Aluminiumwerk in Bellingham, Washington , mit Strom für amerikanische Flugzeuge, bevor er nach dem Krieg (zusätzlich zur Aluminiumproduktion) auch zur Bewässerung und Stromversorgung der Bevölkerung genutzt werden durfte. In Suriname wurde der Brokopondo-Stausee gebaut, um die Alcoa -Aluminiumindustrie mit Strom zu versorgen . Das Kraftwerk Manapouri in Neuseeland wurde errichtet , um die Aluminiumhütte in Tiwai Point mit Strom zu versorgen .

• Geringe Auswirkungen auf den Klimawandel

Da Wasserkraftwerke keine fossilen Brennstoffe verbrennen, produzieren sie kein direktes Kohlendioxid oder Schadstoffe. Zwar entsteht bei der Zementherstellung und dem Bau des Kraftwerks etwas Kohlendioxid, dies ist jedoch im Vergleich zu den Betriebsemissionen einer gleichwertigen Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen verschwindend gering. Eine Messung der Treibhausgasemissionen und anderer externer Effekte verschiedener Energiequellen findet sich im ExternE-Projekt des Paul Scherrer Instituts und der Universität Stuttgart, das von der Europäischen Kommission gefördert wurde . ^{[ 50 ]} Laut dieser Studie verursacht Wasserkraft die geringsten Treibhausgasemissionen und externen Effekte aller Energiequellen. ^{[ 51 ]} An zweiter Stelle folgt Windenergie , an dritter Kernenergie und an vierter Solarenergie (Photovoltaik) . ^{[ 51 ]} Die geringen Treibhausgasemissionen der Wasserkraft zeigen sich insbesondere in gemäßigten Klimazonen . Die genannte Studie bezog sich auf die lokale Energieversorgung in Europa ; vermutlich herrschen ähnliche Bedingungen in Nordamerika und Nordasien, wo es einen regelmäßigen, natürlichen Frost-Tau-Wechsel gibt (mit dem damit verbundenen saisonalen Pflanzenwachstum). In den tropischen Regionen werden höhere Methanemissionen als Treibhausgas festgestellt . ^{[ 52 ]}

• Andere Nutzungsmöglichkeiten des Stausees

Die Kosten großer Staudämme und Stauseen werden durch einige der zusätzlichen Vorteile gerechtfertigt. Stauseen bieten oft Möglichkeiten für Wassersport und entwickeln sich selbst zu Touristenattraktionen. In manchen Ländern ist Aquakultur in Stauseen weit verbreitet. Mehrzweckdämme, die zur Bewässerung errichtet werden, sichern die Landwirtschaft mit einer relativ konstanten Wasserversorgung. Große Stauseen können Überschwemmungen eindämmen und Dürren abmildern, die sonst die flussabwärts lebenden Menschen schädigen würden. ^{[ 53 ]} Der Columbia-River-Vertrag zwischen den USA und Kanada sah in den 1960er und 1970er Jahren den Bau sehr großer Stauseen zum Hochwasserschutz vor. Um die Baukosten der Staudämme zu decken, wurden an einigen Standorten große Wasserkraftwerke errichtet.

• Flächenbedarf für Stauseen

Die für den Betrieb konventioneller Wasserkraftwerke benötigten großen Stauseen führen zur Überflutung ausgedehnter Gebiete oberhalb der Dämme. Dadurch werden artenreiche und produktive Wälder in Tiefland- und Flusstälern, Feuchtgebiete und Grasland in künstliche Seen verwandelt. Idealerweise wäre ein Stausee groß genug, um den jährlichen Wasserdurchfluss zu mitteln oder zumindest ausreichend Wasser für die Bewässerung bereitzustellen. Der Landverlust wird oft durch die vom Stausee verursachte Zerstückelung von Lebensräumen in der Umgebung noch verschärft. ^{[ 54 ]} In Europa und Nordamerika führten Umweltbedenken hinsichtlich der durch große Stauseen überfluteten Flächen in den 1990er Jahren zum Ende des 30-jährigen Staudammbaus. Seitdem wurden nur noch Laufwasserkraftwerke genehmigt. In Ländern wie China, Brasilien und Indien werden weiterhin große Staudämme und Stauseen gebaut.

• Stauseen vertreiben Gemeinschaften

Eine Folge davon ist die Notwendigkeit, die Bevölkerung in den geplanten Stauseegebieten umzusiedeln. Im Jahr 2000 schätzte die Weltkommission für Staudämme, dass weltweit 40 bis 80 Millionen Menschen durch Staudämme vertrieben wurden. ^{[ 55 ]} Ein Beispiel ist der umstrittene Drei-Schluchten-Damm , der 1,24 Millionen Einwohner zur Umsiedlung zwang. 1954 trat der Fluss über die Ufer und überflutete eine Fläche von 193.000 km² ⁽ 74.518 Quadratmeilen). Dabei starben 33.000 Menschen, und 18 Millionen mussten in höher gelegene Gebiete fliehen. Der Damm bietet heute ein Hochwasserrückhaltevermögen von 22 Kubikkilometern Wasser.

• Verlandung von Stauseen

Fließendes Wasser kann Partikel, die schwerer sind als es selbst, flussabwärts transportieren. Dies kann die Speicherkapazität von Stauseen und in der Folge deren Kraftwerke beeinträchtigen, insbesondere solche an Flüssen oder in Einzugsgebieten mit hoher Sedimentablagerung. Sedimentablagerungen können einen Stausee füllen und seine Hochwasserschutzfunktion verringern sowie zusätzlichen horizontalen Druck auf den stromaufwärts gelegenen Teil des Damms ausüben. Schließlich können einige Stauseen mit Sedimenten vollgesogen und unbrauchbar werden oder bei Hochwasser überlaufen und brechen. ^{[ 56 ] [ 57 ]}

• Methanbildung in Stauseen

Einige Stauseen in tropischen Regionen produzieren erhebliche Mengen Methan . Dies liegt daran, dass Pflanzenmaterial in überfluteten Gebieten unter anaeroben Bedingungen verrottet und dabei Methan, ein Treibhausgas , bildet . Laut einem Bericht der Weltkommission für Staudämme ^{[ 58 ]} können die Treibhausgasemissionen von Stauseen höher sein als die eines konventionellen Ölkraftwerks, wenn der Stausee im Verhältnis zur Erzeugungskapazität groß ist (weniger als 100 Watt pro Quadratmeter Oberfläche) und vor dem Aufstau keine Rodungen in der Umgebung durchgeführt wurden. ^{[ 59 ]} In der Wissenschaft herrscht ein Wissensdefizit bezüglich der Treibhausgasemissionen von Stauseen, was zu vielen unterschiedlichen Ansichten führt. Um diese Situation zu klären, koordiniert die Internationale Energieagentur eine Analyse der tatsächlichen Emissionen. ^{[ 60 ]} In borealen Stauseen in Kanada und Nordeuropa betragen die Treibhausgasemissionen typischerweise nur 2 % bis 8 % der Emissionen konventioneller fossiler Kraftwerke. Eine neue Art der Unterwasser-Holzernte, die auf überflutete Wälder abzielt, kann die Auswirkungen des Waldzerfalls mindern. ^{[ 61 ]}

• Sicherheit des Stausees

Da große konventionelle Staudämme enorme Wassermengen zurückhalten, kann ein Versagen aufgrund mangelhafter Bauweise, Naturkatastrophen oder Sabotage katastrophale Folgen für Siedlungen und Infrastruktur flussabwärts haben. Während des Taifuns Nina im Jahr 1975 brach der Banqiao-Staudamm in Südchina, als innerhalb von 24 Stunden mehr als die Jahresniederschlagsmenge fiel. Die daraus resultierende Flut forderte 26.000 Todesopfer und weitere 145.000 Tote durch Epidemien. Millionen wurden obdachlos. Auch der Bau eines Staudamms an einem geologisch ungeeigneten Standort kann Katastrophen wie die Vajont-Staudammkatastrophe in Italien im Jahr 1963 verursachen, bei der fast 2000 Menschen starben. ^{[ 62 ]} Kleinere Staudämme und Mikro- Wasserkraftwerke bergen zwar ein geringeres Risiko, können aber auch nach ihrer Stilllegung weiterhin Gefahren darstellen. Beispielsweise brach der kleine Kelly-Barnes-Damm aus dem Jahr 1939 im Jahr 1967 und verursachte bei der Toccoa-Flut 39 Todesopfer, zehn Jahre nachdem sein Kraftwerk stillgelegt worden war. ^{[ 63 ]}

• nachgelagertes aquatisches Ökosystem

Wasserkraftprojekte können die umliegenden aquatischen Ökosysteme flussabwärts des Kraftwerksstandorts erheblich beeinträchtigen. Veränderungen der Flusswassermenge korrelieren mit der von einem Staudamm erzeugten Energiemenge. Wasser, das einen Stausee verlässt, enthält üblicherweise nur sehr wenig Schwebstoffe, was zur Ausspülung von Flussbetten und zum Verlust von Uferböschungen führen kann. ^{[ 64 ]} Für die Fischwanderung kann eine Fischtreppe erforderlich sein. Für Fische, die eine Turbine mit hoher Fallhöhe passieren , ist dies meist tödlich. Stauseewasser, das eine Turbine durchströmt, verändert die Umwelt des Flusses flussabwärts. Flussabwärts veränderte Wassertemperaturen und gelöste Gase wirken sich negativ auf einige Fischarten aus. ^{[ 65 ]} Darüber hinaus kann eine Änderung der durch den Staudamm abgelassenen Wassermenge auch die Gaszusammensetzung des Wassers flussabwärts verändern. Änderungen der abgelassenen Wassermenge können zudem die Laichzeit verschiedener Fischarten unterbrechen, indem sie ihre Laichplätze austrocknen und die Fische zum Rückzug zwingen. Selbst nach der Laichzeit können frisch geschlüpfte Jungfische durch niedrige Wasserstände in ihren Laichgebieten sterben. ^{[ 66 ]}

Im Gegensatz zu Technologien, die auf fossilen Brennstoffen basieren, entstehen bei der Solarenergie während des Betriebs keine schädlichen Emissionen, allerdings führt die Herstellung der Paneele zu einer gewissen Umweltverschmutzung.

Die energetische Amortisationszeit eines Stromerzeugungssystems ist die Zeit, die benötigt wird, um so viel Energie zu erzeugen, wie bei der Herstellung des Systems verbraucht wurde. Im Jahr 2000 wurde die energetische Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen auf 8 bis 11 Jahre geschätzt ^{[ 67 ]} , und im Jahr 2006 wurde sie für kristalline Silizium-Photovoltaikanlagen auf 1,5 bis 3,5 Jahre ^{[ 68 ]} und für Dünnschichttechnologien (Südeuropa) auf 1 bis 1,5 Jahre geschätzt. ^{[ 68 ]}

Eine weitere ökonomische Kennzahl, die eng mit der energetischen Amortisationszeit zusammenhängt, ist der Energieertrag pro investierter Energie (EROEI) bzw. die Energierendite (EROI) ^{[ 69 ].} Sie ist das Verhältnis der erzeugten Strommenge zur Energie, die für Bau und Wartung der Anlage benötigt wird. (Dies ist nicht zu verwechseln mit der wirtschaftlichen Rendite (ROI), die je nach lokalen Energiepreisen, verfügbaren Fördermitteln und Messtechnik variiert.) Bei einer Lebensdauer von mindestens 30 Jahren liegt der EROEI von PV-Systemen im Bereich von 10 bis 30. Sie erzeugen somit über ihre Lebensdauer genügend Energie, um sich je nach Materialart, Systemkomponenten ( BOS) und Standort des Systems 6- bis 31-mal selbst zu reproduzieren. ^{[ 70 ]}

Ein häufig diskutiertes Thema ist die Verwendung von Cadmium in Cadmiumtellurid-Solarzellen (CdTe wird nur in wenigen PV-Modultypen eingesetzt). Metallisches Cadmium ist eine giftige Substanz, die sich in der Nahrungskette anreichert . Die in Dünnschicht-PV-Modulen verwendete Cadmiummenge ist relativ gering (5–10 g/m² ⁾ , und mit geeigneten Emissionskontrollverfahren lassen sich die Cadmiumemissionen aus der Modulproduktion nahezu auf null reduzieren. Aktuelle PV-Technologien verursachen über den gesamten Lebenszyklus Cadmiumemissionen von 0,3–0,9 µg /kWh. ^{[ 68 ]} Der Großteil dieser Emissionen entsteht durch die Nutzung von Kohlekraft für die Modulherstellung, wobei die Verbrennung von Kohle und Braunkohle zu deutlich höheren Cadmiumemissionen führt. Die Cadmiumemissionen über den Lebenszyklus betragen bei Kohle 3,1 µg/kWh, bei Braunkohle 6,2 µg/kWh und bei Erdgas 0,2 µg/kWh. Es ist zu beachten, dass die Cadmiumemissionen aus der Kohleverstromung im Herstellungsprozess vollständig vermieden werden könnten, wenn für die Modulherstellung Strom aus Photovoltaikanlagen anstelle von Strom aus der Kohleverbrennung verwendet würde. ^{[ 71 ]}

Solarkraftwerke benötigen große Flächen. Laut dem Bureau of Land Management liegen in Kalifornien zwanzig Vorschläge vor, die insgesamt etwa 180 Quadratmeilen öffentliches Land beanspruchen würden. Würden alle zwanzig Projekte realisiert, entspräche ihre Leistung 7.387 Megawatt. ^{[ 72 ]} Der enorme Flächenbedarf hat Bestrebungen verstärkt, den Bau von Solaranlagen auf bereits beeinträchtigten Flächen zu fördern. Das US-Innenministerium hat Solarenergiezonen ausgewiesen, die nach seiner Einschätzung weniger wertvolle Lebensräume enthalten, in denen die Solarenergieentwicklung geringere Auswirkungen auf die Ökosysteme hätte. ^{[ 73 ]} Zu den empfindlichen Tierarten, die von großen Solaranlagen betroffen sein könnten, gehören die Wüstenschildkröte , das Mojave-Erdhörnchen , die Mojave-Fransenzehenechse und das Wüsten-Dickhornschaf .

In den Vereinigten Staaten soll ein Teil des Landes im östlichen Teil der Mojave-Wüste unter Schutz gestellt werden, doch die Solarbranche hat hauptsächlich Interesse an Gebieten der westlichen Wüste bekundet, „wo die Sonne heißer brennt und der Zugang zu Übertragungsleitungen einfacher ist“, sagte Kenn J. Arnecke von FPL Energy – eine Ansicht, die viele Führungskräfte der Branche teilen. ^{[ 74 ]}

Die Produktion von Biokraftstoffen hat in den letzten Jahren zugenommen. Rohstoffe wie Mais , Zuckerrohr oder Pflanzenöl können sowohl als Nahrungsmittel als auch als Futtermittel oder zur Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden. Die Debatte um Nahrungsmittel versus Kraftstoffe beschreibt das Dilemma, ob die Umwidmung von Ackerland oder Nutzpflanzen für die Biokraftstoffproduktion die Nahrungsmittelversorgung beeinträchtigen könnte . Die Preisdebatte um Biokraftstoffe und Nahrungsmittel ist Gegenstand vielfältiger Ansichten und wird in der Fachliteratur seit Langem kontrovers geführt. ^{[ 75 ] [ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]} Uneinigkeit herrscht über die Bedeutung des Problems, seine Ursachen und mögliche Lösungsansätze. Diese Komplexität und Unsicherheit resultiert aus der Vielzahl von Einflussfaktoren und Rückkopplungsschleifen, die das Preissystem positiv oder negativ beeinflussen können. Darüber hinaus variiert die relative Stärke dieser positiven und negativen Auswirkungen kurz- und langfristig und beinhaltet verzögerte Effekte. Die akademische Debatte wird zusätzlich durch die Verwendung unterschiedlicher ökonomischer Modelle und konkurrierender statistischer Analysemethoden erschwert. ^{[ 79 ]}

Laut der Internationalen Energieagentur könnten neue Biokraftstofftechnologien, die derzeit entwickelt werden, insbesondere Zellulose-Ethanol, Biokraftstoffen künftig eine deutlich größere Rolle zuweisen als bisher angenommen. ^{[ 80 ]} Zellulose-Ethanol lässt sich aus Pflanzenmaterial gewinnen, das hauptsächlich aus ungenießbaren Zellulosefasern besteht, welche die Stängel und Zweige der meisten Pflanzen bilden. Erntereste (wie Maisstroh, Weizenstroh und Reisstroh), Holzabfälle und Siedlungsabfälle sind potenzielle Quellen für zellulosehaltige Biomasse. Auch speziell angebaute Energiepflanzen wie Rutenhirse sind vielversprechende Zellulosequellen, die in vielen Regionen der Vereinigten Staaten nachhaltig produziert werden können. ^{[ 81 ]}

Die Ethanol- und Biodieselproduktion schafft auch Arbeitsplätze im Anlagenbau, -betrieb und in der Instandhaltung, vorwiegend in ländlichen Gebieten. Laut der Renewable Fuels Association schuf die Ethanolindustrie allein im Jahr 2005 in den USA fast 154.000 Arbeitsplätze und steigerte das Haushaltseinkommen um 5,7 Milliarden US-Dollar. Sie trug außerdem rund 3,5 Milliarden US-Dollar zu den Steuereinnahmen auf lokaler, bundesstaatlicher und nationaler Ebene bei. ^{[ 82 ]}

Biokraftstoffe unterscheiden sich von fossilen Brennstoffen dadurch, dass ihre Kohlenstoffemissionen kurzfristig sind. Sie ähneln fossilen Brennstoffen jedoch insofern, als dass auch Biokraftstoffe zur Luftverschmutzung beitragen . Bei der Verbrennung entstehen luftgetragene Kohlenstoffpartikel , Kohlenmonoxid und Stickoxide . [ ^{83 ] Die} WHO schätzt , dass im Jahr 2012 weltweit 3,7 Millionen vorzeitige Todesfälle auf Luftverschmutzung zurückzuführen waren. ^{[ 84 ]}

Mark Diesendorf , ehemals Professor für Umweltwissenschaften an der University of Technology, Sydney und leitender Wissenschaftler bei CSIRO, hat einige der Vorteile von Onshore-Windparks wie folgt zusammengefasst. ^{[ 85 ]}

Ein Windpark, der auf landwirtschaftlichen Flächen errichtet wird, hat eine der geringsten Umweltauswirkungen aller Energiequellen:

• Es benötigt weniger Landfläche pro erzeugter Kilowattstunde (kWh) Strom als jedes andere Energieumwandlungssystem, mit Ausnahme von Solaranlagen auf Dächern, und ist mit Weidehaltung und Ackerbau vereinbar.
• Die für ihren Bau benötigte Energie wird in nur 3 Monaten Betriebsdauer erzeugt, ihre Betriebsdauer beträgt jedoch 20–25 Jahre.
• Die durch den Bau verursachten Treibhausgasemissionen und Luftverschmutzungen sind sehr gering und nehmen ab. Der Betrieb des Gebäudes verursacht keine Emissionen oder Umweltverschmutzung.
• Durch den Ersatz von Erdgaskraftwerken für die Lastfolge [...] führt die Windkraft zu einer Nettoverringerung der Treibhausgasemissionen und der Luftverschmutzung sowie zu einer Nettozunahme der Biodiversität.
• Große Windkraftanlagen sind nahezu geräuschlos und drehen sich so langsam (in Umdrehungen pro Minute), dass sie nur selten eine Gefahr durch Vogelschläge darstellen.

Onshore-Windparks können erhebliche optische und landschaftliche Auswirkungen haben. ^{[ 86 ]} Ihr Netz aus Turbinen, Zufahrtsstraßen, Übertragungsleitungen und Umspannwerken kann zu einer „Zersiedelung durch Energieerzeugung“ führen. ^{[ 87 ]} Aufgrund der sehr geringen Leistungsdichte und der erforderlichen Abstände benötigen Windparks typischerweise eine größere Fläche als andere Kraftwerke. ^{[ 88 ]} Sie müssen zudem außerhalb von Siedlungsgebieten errichtet werden, ^{[ 89 ]} was zu einer „Industrialisierung des ländlichen Raums“ führen kann. ^{[ 90 ]} Ein Bericht des Mountaineering Council of Scotland kam zu dem Schluss, dass Windparks dem Tourismus in Gebieten schaden, die für ihre Naturlandschaften und Panoramablicke bekannt sind. ^{[ 91 ]}

Onshore-Windparks können für einige Wildtiere zu Lebensraumverlust und -fragmentierung führen. ^{[ 87 ]} Einige Offshore-Windparks in Europa befinden sich in Gebieten, die von Seevögeln stark frequentiert werden, und Studien haben nur sehr wenige Vogelkollisionen festgestellt. ^{[ 92 ]} Verbesserungen im Design von Windkraftanlagen, darunter eine deutlich langsamere Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblätter und ein glatter Turmsockel anstelle von Gittermasten, auf denen Vögel sitzen können, haben dazu beigetragen, die Zahl der Vogeltodesfälle in Windparks zu reduzieren. Ältere, kleinere Windkraftanlagen können jedoch eine Gefahr für Vögel darstellen. ^{[ 93 ]} Vögel sind stark von fossilen Brennstoffen betroffen; Beispiele hierfür sind der Tod von Vögeln durch Ölverschmutzungen, Lebensraumverlust durch sauren Regen und die Abtragung von Berggipfeln im Kohlebergbau sowie Quecksilbervergiftungen . ^{[ 94 ]}

In mehreren Fällen wurde der Bau von Windparks in der Nähe von Feuchtgebieten mit Moorrutschungen in Verbindung gebracht , die Flüsse verschmutzt haben, wie beispielsweise in Derrybrien und Meenbog in Irland. ^{[ 95 ] [ 96 ]}

Es gab Bedenken hinsichtlich der optischen und sonstigen Auswirkungen einiger Windparks , wobei Anwohner den Bau teilweise behinderten oder verhinderten. Einige dieser Bedenken wurden als „ Not in my back yard “-Protest (NIMBY) abgetan. ^{[ 3 ]} Bestimmte Windparks stießen bei Anwohnern, Kommunen und nationalen Stiftungen auf Widerstand , da sie potenziell schädliche Auswirkungen auf geschützte Landschaftsgebiete, archäologische Stätten, den Tourismus und das kulturelle Erbe haben könnten. ^{[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ]} In den USA verzögerte sich das Projekt „Massachusetts Cape Wind“ unter anderem aufgrund ästhetischer Bedenken um Jahre. Andernorts bestehen Bedenken, dass einige Anlagen den Fernseh- und Radioempfang sowie Doppler-Wetterradar beeinträchtigen und übermäßige Lärm- und Vibrationspegel verursachen können, was zu einem Wertverlust von Immobilien führen kann. ^{[ 104 ]} Zu den möglichen Lösungen für den Rundfunkempfang gehört die Modellierung von Störungen als Bestandteil der Standortwahl. ^{[ 105 ] [ 106 ]}

Die Bewohner anderer Gebiete stehen der Sache positiver gegenüber, und es gibt dort gemeinschaftliche Windparkprojekte. Laut einem Stadtrat ist die überwiegende Mehrheit der Anwohner der Ansicht, dass der Windpark Ardrossan in Schottland die Region aufgewertet hat. ^{[ 4 ]}

Ein erster Schritt zum besseren Verständnis der Bedenken von Anwohnern gegenüber Windparks sind häufig öffentliche Informationsveranstaltungen (z. B. Umfragen, Bürgerversammlungen), um die Art der Bedenken zu klären. Scott Victor Valentine (2011) stellte fest, dass die Bedenken der Bevölkerung gegenüber Windkraftprojekten eher auf der Wahrnehmung als auf Fakten beruhen. ^{[ 107 ]} Laut Valentine herrscht in touristischen Gebieten die Befürchtung vor, dass Windparks den Tourismus beeinträchtigen werden. Umfragen in touristischen Gebieten in Deutschland, Belgien und Schottland zeigten jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Ebenso wenig lassen sich laut Valentine Bedenken hinsichtlich Windkraftanlagenlärm, Schattenwurf und Gefährdung der Vogelwelt durch Daten belegen. Er führt das Problem darauf zurück, dass die Öffentlichkeit oft keinen einfachen Zugang zu den notwendigen Informationen hat, um die Vor- und Nachteile von Windkraftprojekten abzuwägen. ^{[ 107 ]} Selbst wenn die Öffentlichkeit Windkraft grundsätzlich befürwortet und gut informiert ist, gibt es oft wichtige Einschränkungen beim Bau von Windparks (z. B. die Minderung der Auswirkungen auf die lokale Ökologie und Infrastruktur). ^{[ 108 ]}

Laut Valentine liefern die Medien oft nicht alle Informationen, die die Öffentlichkeit benötigt, um die Vorzüge eines Windparks effektiv zu bewerten. Zudem können Fehlinformationen über Windkraft von der fossilen Brennstoffindustrie oder anderen Interessengruppen verbreitet werden. ^{[ 107 ]} Er führt aus, dass Planer und politische Entscheidungsträger den Widerstand in der Bevölkerung abmildern können, indem sie umfassende Informationen bereitstellen, was auch zu einer größeren Unterstützung für ein Projekt führen kann. ^{[ 107 ]}

Valentine zufolge verbessert sich die öffentliche Wahrnehmung im Allgemeinen, sobald Windparks in Betrieb gehen. Umfragen in Gemeinden in Großbritannien, Frankreich, den USA und Finnland, in denen Windparks angesiedelt sind, haben gezeigt, dass gut geplante und platzierte Windparks auf Zustimmung stoßen können. Er führt aus, dass Windparks, die so geplant wurden, dass soziale und ökologische Probleme minimiert werden, die Wahrnehmung von Windkraft positiv beeinflussen. Die Zustimmung steigt, wenn der Gemeinde Investitionsmöglichkeiten und die Beteiligung an der Windkraftentwicklung geboten werden. ^{[ 107 ]} Viele Windkraftunternehmen arbeiten mit den lokalen Gemeinschaften zusammen, um Umweltbedenken und andere mit bestimmten Windparks verbundene Probleme zu reduzieren. ^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]} Angemessene Konsultations-, Planungs- und Genehmigungsverfahren der Regierung tragen ebenfalls dazu bei, Umweltrisiken zu minimieren. ^{[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ]} Manche Menschen lehnen Windparks dennoch ab. ^{[ 115 ]} Das Australia Institute argumentiert, dass ihre Bedenken gegen die Notwendigkeit, die Bedrohungen durch den Klimawandel anzugehen , und die Meinung der breiten Öffentlichkeit abgewogen werden sollten. ^{[ 116 ]}

In anderen Fällen befinden sich Windparks in direktem gemeinschaftlichem Besitz . In Deutschland haben Hunderttausende in Bürgerwindparks investiert, und Tausende kleine und mittlere Unternehmen sind in diesem Sektor erfolgreich tätig. 2008 beschäftigte die Windenergie 90.000 Menschen und erzeugte acht Prozent des deutschen Stroms. ^{[ 117 ]} Windkraft genießt in Deutschland eine sehr hohe gesellschaftliche Akzeptanz. ^{[ 118 ]} Umfragen zur öffentlichen Meinung in ganz Europa und vielen anderen Ländern belegen eine starke Zustimmung zur Windkraft. ^{[ 112 ] [ 119 ] [ 120 ]}

In Amerika tragen Windkraftprojekte Berichten zufolge zur Steigerung der lokalen Steuereinnahmen bei und helfen so, Schulen, Straßen und Krankenhäuser zu finanzieren. Windkraftprojekte beleben außerdem die Wirtschaft ländlicher Gemeinden, indem sie Landwirten und anderen Landbesitzern ein regelmäßiges Einkommen sichern. ^{[ 98 ]}

Der Windpark Intrepid in Iowa ist ein Beispiel für einen Windpark, bei dem die Umweltauswirkungen des Projekts durch Konsultation und Zusammenarbeit minimiert wurden:

„Die Sicherstellung möglichst geringer Umweltauswirkungen des Windparks war ein wichtiges Anliegen. Daher arbeitete MidAmerican bei der Planung des Standorts Intrepid eng mit verschiedenen Umweltorganisationen auf Landes- und Bundesebene zusammen. Unter Einbeziehung so unterschiedlicher Gruppen wie dem Iowa Department of Natural Resources , The Nature Conservancy , der Iowa State University , dem US Fish and Wildlife Service , der Iowa Natural Heritage Foundation und dem Iowa Chapter des Sierra Club erstellte MidAmerican eine landesweite Karte der Gebiete im geplanten Baugebiet, die bestimmte Vogelpopulationen oder Lebensräume beherbergen. Diese Gebiete wurden bei der konkreten Standortplanung ausgespart. Um die Umweltauswirkungen des Windparks weiter zu minimieren, arbeitete MidAmerican zudem mit dem United States Army Corps of Engineers zusammen , um alle erforderlichen Genehmigungen im Zusammenhang mit potenziellen Risiken für Feuchtgebiete in der Region einzuholen. Regelmäßige Inspektionen gewährleisten, dass der Windpark keine negativen Umweltauswirkungen auf die Region hat.“ ^{[ 122 ]}

Weitere Beispiele sind:

• Am 12. Januar 2004 wurde berichtet, dass das Center for Biological Diversity Klage gegen die Betreiber von Windparks eingereicht hatte, weil diese im Windparkgebiet Altamonte Pass nahe San Francisco, Kalifornien, Zehntausende Vögel getötet hatten . ^{[ 123 ]} Im Februar 2008 bestätigte ein kalifornisches Berufungsgericht ein früheres Urteil, mit dem die Klage abgewiesen worden war. ^{[ 124 ]}
• 21. Januar 2005: Drei Windkraftanlagen auf der schottischen Insel Gigha erzeugen bis zu 675 kW Strom. Die Einnahmen stammen aus dem Verkauf des erzeugten Stroms an das Stromnetz über den Vermittler Green Energy UK . Die Bewohner von Gigha kontrollieren das gesamte Projekt, und die Gewinne werden in die Gemeinde reinvestiert. Die Anwohner nennen die Windkraftanlagen „Die drei tanzenden Damen“. ^{[ 125 ] [ 126 ]}
• Am 7. Dezember 2007 wurde berichtet, dass einige Umweltschützer den Bau eines Windparks im Westen Marylands ablehnten ^{[ 127 ].} Andere lokale Umweltschützer argumentieren jedoch, dass die Umweltauswirkungen von Windparks „im Vergleich zu Kohlekraftwerken, die zur globalen Erwärmung beitragen und sauren Regen verursachen“, der in derselben Region Bäume schädigt, „vernachlässigbar“ seien ^{[ 128 ] .}
• Am 4. Februar 2008 teilte das britische Verteidigungsministerium mit , dass Turbinen eine Lücke in der Radarabdeckung verursachen, sodass darüber fliegende Flugzeuge nicht erfasst werden können. In einer schriftlichen Aussage erklärte Squadron Leader Chris Breedon: „Diese Abschattung tritt unabhängig von der Höhe des Flugzeugs, des Radars und der Turbine auf.“ ^{[ 129 ]}
• Ein Artikel im Pittsburgh Post-Gazette vom 16. April 2008 berichtete, dass drei verschiedene Umweltorganisationen Einwände gegen einen geplanten Windpark am Shaffer Mountain im nordöstlichen Somerset County, Pennsylvania , erhoben hatten, da der Windpark eine Bedrohung für die Indiana-Fledermaus darstellen würde , die als gefährdete Art gilt . ^{[ 130 ]}
• 25. Juli 2008: Das australische Hepburn-Windprojekt ist ein geplanter Windpark, der der erste australische Windpark in Gemeindebesitz sein wird. Die Initiative entstand, weil die Gemeinde der Ansicht war, dass die Landes- und Bundesregierung nicht genug gegen den Klimawandel unternahmen . ^{[ 131 ]}
• 12. August 2008: Der Windpark Ardrossan in Schottland wurde von der lokalen Bevölkerung „überwältigend gut angenommen“. Anstatt die Landschaft zu verschandeln, hat er das Gebiet ihrer Ansicht nach sogar aufgewertet: „Die Turbinen sehen beeindruckend aus, wirken beruhigend auf die Stadt und, entgegen der Befürchtung, sie wären laut, haben wir festgestellt, dass sie leise und zuverlässig arbeiten.“ ^{[ 4 ]}
• 22. März 2009: Einige ländliche Gemeinden in Alberta, Kanada , fordern, dass Windkraftunternehmen Windparks auf gepachtetem Kronland errichten dürfen. ^{[ 132 ]}
• 28. April 2009: Nachdem die Regierung von McGuinty Forderungen nach einem Moratorium für den Bau neuer Windkraftanlagen in Ontario abgelehnt hatte , fanden in der gesamten Provinz, insbesondere im Queen’s Park in Toronto, mehrere Proteste statt. Anwohner fordern weitere Studien, bevor der Bau der Anlagen in ihren Gemeinden fortgesetzt wird. ^{[ 133 ] [ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]}
• Im März 2010 begann die 1998 gegründete Toronto Renewable Energy Co-operative (TREC) mit der Organisation einer neuen Genossenschaft namens „The Lakewind Project“. ^{[ 137 ] [ 138 ]} Ihr erstes Projekt, WindShare , das 2002 auf dem Gelände des Exhibition Place im Zentrum von Toronto fertiggestellt wurde , war die erste Windkraftanlage, die in einem großen nordamerikanischen Stadtzentrum installiert wurde, ^{[ 139 ]} und das erste gemeinschaftlich betriebene Windkraftprojekt in Ontario . ^{[ 140 ]}
• Am 20. Juli 2023 veröffentlichte Nick Cater eine Dokumentation, die zeigt, wie Windkraftanlagenflügel in den Wäldern von Chalumbin in Queensland auf dem Gelände eines geplanten Großwindparks zurückgelassen werden, und erörterte die Schwierigkeiten beim Recycling dieser Flügel sowie die dadurch verursachte Umweltverschmutzung. ^{[ 141 ]}

Auch wenn erneuerbare Energiequellen Milliarden von Jahren zur Verfügung stehen können, ist die Infrastruktur für erneuerbare Energien, wie beispielsweise Wasserkraftwerke, nicht unbegrenzt haltbar und muss irgendwann abgerissen und ersetzt werden. Ereignisse wie die Verlagerung von Flussbetten oder veränderte Wettermuster können die Funktion von Wasserkraftwerken beeinträchtigen oder sogar ganz unterbrechen und somit die Zeit verkürzen, in der sie Strom erzeugen können. Auch die Kapazität von Stauseen kann durch Versandung beeinträchtigt werden , deren Beseitigung unter Umständen unwirtschaftlich ist.

Die Stilllegung von Wasserkraftwerken wird zunehmend als notwendig erachtet, wenn die Instandhaltung zu kostspielig wird oder die ökologischen Schäden schwerwiegend sind, wie jüngste Projekte wie die Entfernung der Staudämme am Klamath River in den Vereinigten Staaten zeigen. ^{[ 142 ]}

Windkraftanlagen unterliegen Verschleiß und Materialermüdung und haben in der Regel eine Lebensdauer von etwa 20–25 Jahren, bevor sie ersetzt werden, oft durch deutlich höhere und effizientere Anlagen. ^{[ 143 ]} Die hauptsächlich aus Glasfaser gefertigten Rotorblätter stellen derzeit eine Herausforderung für das Recycling dar, da viele auf Mülldeponien landen. Es werden jedoch Anstrengungen unternommen, die Recyclingtechnologien für Rotorblätter zu verbessern. ^{[ 144 ]}

Manche behaupten, dass Geothermie nur dann eine erneuerbare Energiequelle ist, wenn die Entnahmerate so gering ist, dass keine Erschöpfung eintritt. Sollte es dennoch zu einer Erschöpfung kommen, kann sich die Temperatur bei längerer Nichtnutzung wieder erholen. ^{[ 145 ] [ 146 ]}

Die isländische Regierung erklärt: „Es muss betont werden, dass Geothermie nicht im selben Sinne erneuerbar ist wie Wasserkraft.“ Sie schätzt, dass Islands Geothermie über 100 Jahre hinweg 1700 MW liefern könnte, verglichen mit der aktuellen Produktion von 140 MW. ^{[ 147 ]} Radioaktive Elemente in der Erdkruste zerfallen kontinuierlich und geben dabei Wärme ab. Die Internationale Energieagentur (IEA) stuft Geothermie als erneuerbar ein. ^{[ 148 ]} In Island wird die Geothermie schrittweise ausgebaut, um eine nachhaltige Nutzung zu gewährleisten und eine übermäßige Nutzung zu vermeiden, die die Ressource erschöpfen würde. ^{[ 149 ]}

Die US-amerikanische Stromwirtschaft stützt sich derzeit auf große, zentrale Kraftwerke, darunter Kohle-, Gas-, Kern- und Wasserkraftwerke, die zusammen über 95 % des nationalen Strombedarfs decken. In den kommenden Jahrzehnten könnte der Einsatz erneuerbarer Energien zur Diversifizierung der nationalen Stromversorgung beitragen. Im Jahr 2016 wurden in Kalifornien 39 % des Stroms aus erneuerbaren Energien wie Wasserkraft, Solarenergie, Windkraft, Geothermie und Biomasse erzeugt. ^{[ 150 ]}

Obwohl der größte Teil des heutigen Stroms aus großen, zentralen Kraftwerken stammt, bieten Technologien für erneuerbare Energien eine Reihe von Möglichkeiten zur Stromerzeugung näher am Verbrauchsort, wodurch die Kosten für Übertragung und Verteilung gesenkt und die Gesamteffizienz und Zuverlässigkeit des Systems verbessert werden. ^{[ 151 ]}

Die Steigerung der Energieeffizienz ist der unmittelbarste und oft auch kostengünstigste Weg, die Ölabhängigkeit zu verringern, die Energieversorgungssicherheit zu verbessern und die gesundheitlichen und ökologischen Auswirkungen des Energiesystems zu reduzieren. Durch die Senkung des Gesamtenergiebedarfs der Wirtschaft könnte eine verbesserte Energieeffizienz den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien praktikabler und erschwinglicher machen. ^{[ 82 ]}

Bestehende Organisationen und konservative politische Gruppen neigen dazu, Vorschläge für erneuerbare Energien auf vielen Ebenen von der politischen Agenda fernzuhalten. ^{[ 152 ]} Die meisten Republikaner unterstützen keine Investitionen in erneuerbare Energien, da ihr politisches Konzept darauf basiert, an den bestehenden Energiequellen festzuhalten und gleichzeitig die nationale Förderung von Erdgasbohrungen zu unterstützen, um die Importabhängigkeit zu verringern. ^{[ 153 ]} Progressive und Libertäre hingegen befürworten erneuerbare Energien, indem sie Beschäftigungswachstum, nationale Investitionen und Steueranreize fördern. ^{[ 154 ]} Somit schaffen polarisierte Organisationsstrukturen, die die Industrie- und Regierungspolitik für erneuerbare Energien prägen, tendenziell Hindernisse für deren Umsetzung.

Laut einem Artikel von Henrik Lund versucht die Theorie des Wahlbewusstseins zu verstehen und zu erklären, warum sich die Beschreibungen der besten Alternativen nicht unabhängig voneinander entwickeln und was dagegen unternommen werden kann. ^{[ 152 ]} Die Theorie argumentiert, dass die Beteiligung der Öffentlichkeit und damit das Bewusstsein für Wahlmöglichkeiten ein wichtiger Faktor für erfolgreiche Entscheidungsprozesse ist. ^{[ 152 ]} Die Theorie des Wahlbewusstseins betont, dass verschiedene Organisationen Dinge unterschiedlich sehen und dass aktuelle Organisationsinteressen die Verabschiedung von Richtlinien für erneuerbare Energien behindern. Unter diesen Umständen bleibt der Öffentlichkeit oft keine Wahl. ^{[ 152 ]} Folglich ist die Bevölkerung gezwungen, auf konventionelle Energiequellen wie Kohle und Öl zurückzugreifen.

Im weitesten Sinne haben die meisten Menschen, insbesondere diejenigen, die sich nicht an der öffentlichen Debatte über aktuelle Wirtschaftspolitiken beteiligen, wenig bis gar kein Bewusstsein für erneuerbare Energien. Die Aufklärung der Bevölkerung über die sozioökonomischen Folgen der Nutzung fossiler Brennstoffe ist ein wirksames Mittel, um die Nutzung erneuerbarer Energiequellen zu fördern. ^{[ 155 ]} Transparente lokale Planung erweist sich ebenfalls als nützlich für die öffentliche Debatte, wenn sie zur Standortwahl von Windparks in Gemeinden eingesetzt wird, die erneuerbare Energien unterstützen. ^{[ 156 ]} Laut einem Artikel von John Barry et al. ist ein entscheidender Faktor für die öffentliche Debatte das Prinzip der „Annahme und des Gebots des Konsenses“. ^{[ 155 ]} Dieses Prinzip besagt, dass eine Gemeinde ihre Verantwortung in Bezug auf Energie und Klimawandel nicht vernachlässigen kann und ihren Beitrag zur Reduzierung der CO₂-Emissionen durch den Ausbau erneuerbarer Energien leisten muss. ^{[ 155 ]} Daher tragen Gemeinden, die sich kontinuierlich durch gegenseitiges Lernen und Konfliktlösung austauschen, zum Fortschritt erneuerbarer Energien bei. ^{[ 155 ]}

Gesetzliche Definitionen erneuerbarer Energien, die bei der Bestimmung von Energieprojekten, die für Subventionen oder Steuervergünstigungen in Frage kommen, herangezogen werden, schließen konventionelle Kernreaktorkonstruktionen in der Regel aus. Der Physiker Bernard Cohen erläuterte 1983, dass im Meerwasser gelöstes Uran bei Verwendung in Brutreaktoren (Reaktoren, die mehr spaltbaren Kernbrennstoff erzeugen , als sie aus dem Ausgangsmaterial verbrauchen ) praktisch unerschöpflich ist. Das uranhaltige Meerwasser wird durch die Erosion von Flüssen, die immer wieder Uran ins Meer spülen, ständig erneuert und kann daher als erneuerbare Energiequelle betrachtet werden. ^{[ 157 ] [ 158 ]}

1987 veröffentlichte die Weltkommission für Umwelt und Entwicklung (WCED), eine von den Vereinten Nationen unabhängige, aber von ihnen gegründete Organisation, den Bericht „Unsere gemeinsame Zukunft“ , in dem Brutreaktoren und, sobald sie entwickelt sind, Fusionsenergie in dieselbe Kategorie wie konventionelle erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Regenwasserenergie eingeordnet werden . ^{[ 159 ]}

• Erneuerbare Energien 2016: Globaler Statusbericht (PDF) (Bericht) (11. Auflage). Paris, Frankreich: REN21- Sekretariat; Umweltprogramm der Vereinten Nationen; Frankfurt School UNEP Collaborating Centre for Climate & Sustainable Energy Finance. 2016.
• Pernick, Ron ; Wilder, Clint ; Winnie, Trevor (2012). Clean Tech Nation: Wie die USA in der neuen globalen Wirtschaft eine Führungsrolle übernehmen können . New York: HarperBusiness. ISBN 9780062088444Die
• Ausbau erneuerbarer Energien 2011 (2011) der Internationalen Energieagentur
• Die Neuerfindung des Feuers: Mutige Geschäftslösungen für das neue Energiezeitalter (2011) von Amory Lovins
• Erneuerbare Energiequellen und Klimaschutz (2011) vom IPCC
• Solarenergie-Perspektiven (2011) der Internationalen Energieagentur