Sektorkopplung durch die Energiewende

Volker Quaschning

Dies ist eine mit Bildern 13, 14 und Tabellen 10, 11 ergänzte Kopie der Kurzfassung von Volker Quaschnings Studie
"Sektorkopplung durch die Energiewende - Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Pariser Klimaschutzziele unter Berücksichtigung der Sektorkopplung", HTW Berlin, 20.6.2016

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Kurzfassung

Beim Pariser Klimagipfel wurde beschlossen, die globale Erwärmung möglichst auf 1.5 Grad Celsius zu begrenzen, um die Folgen des Klimawandels noch in einem vertretbaren Ausmaß zu halten. Dazu ist eine Reduktion des energiebedingten Kohlendioxidausstoßes gegen 2040 auf null erforderlich. Danach darf kein fossiles Erdgas, Erdöl und keine Kohle mehr genutzt werden oder das zu viel emittierte Kohlendioxid muss mit aufwändigen und kostenintensiven CCS-Verfahren wieder der Atmosphäre entzogen und endgelagert werden. Die Energieversorgung in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr sollte daher bis 2040 vollständig mit erneuerbaren Energien gedeckt werden.

Die Potenziale für Biomasse, Geothermie und Solarthermie sind in Deutschland begrenzt. Darum muss der wesentliche Anteil der künftigen Energieversorgung durch Strom aus Windkraft und Photovoltaik gedeckt werden. Bei gleichbleibenden Verhaltens- und Konsummustern steigt dadurch der Stromverbrauch von derzeit rund 600 TWh auf gut 1300 TWh an. Voraussetzung sind ambitionierte Effizienzmaßnahmen. Der motorisierte Straßenverkehr muss fast vollständig elektrifiziert werden. Gegen 2050 müssen dafür die Produktion von Fahrzeugen mit Benzin- und Dieselmotoren eingestellt und für den Güterverkehr wichtige Fernstraßen mit Oberleitungen versehen werden. Im Wärmebereich dürfen ab dem Jahr 2020 keine neuen Gas- oder Ölheizungen sowie KWK-Anlagen installiert werden. Aus Effizienzgründen wird künftig der überwiegende Anteil der Raumwärme durch Wärmepumpen gedeckt.

Werden die Effizienzmaßnahmen nicht umgesetzt, steigt der Strombedarf auf bis zu 3000 TWh an. Diese Strommenge in absehbarer Zeit klimaneutral zu decken ist unrealistisch. Selbst für einen Strombedarf von 1300 TWh muss das Ausbautempo von Solar- und Windkraftanlagen deutlich steigen.

• Bei der Onshore-Windkraft liegt der empfohlene jährliche Nettozubau bei 6.3 GW,
• bei der Offshore-Windkraft bei 3 GW und
• bei der Photovoltaik bei 15 GW.

Zur kosteneffizienten Integration dieser erneuerbaren Kraftwerksleistungen muss ein Kohleausstieg bis spätestens 2030 erfolgen.

Mit den heutigen Zielvorgaben aus dem Erneuerbare-Energien-Gesetz besteht keinerlei Möglichkeit, die Pariser Klimaschutzziele zu erreichen. Das ist den politischen Verantwortlichen entweder nicht bewusst oder sie nehmen ein Verletzen der Klimaschutzverpflichtungen bewusst in Kauf oder setzen auf eine nachträgliche Korrektur durch CCS-Technologien. Da keine dieser Optionen gesellschaftlich tragbar ist, sind schnelle und einschneidende Korrekturen der Energiepolitik dringend erforderlich.

Schlussfolgerungen der Studie

• Für einen erfolgreichen Klimaschutz müssen die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr bis zum Jahr 2040 vollständig dekarbonisiert werden.
• Kohlekraftwerke zählen zu den größten Verursachern von Kohlendioxidemissionen. Der Kohleausstieg sollte daher spätestens 2030 abgeschlossen sein. Hierfür ist auch die schnelle Errichtung von Speichern erforderlich.
• Mit der jetzigen Energiepolitik und den Zubaukorridoren für den Ausbau der regenerativen Stromerzeugung im EEG können regernative Energien bis zum Jahr 2040 nur bis zu 35 % des erforderlichen Bedarfs decken. Das Einhalten der Pariser Klimaschutzvereinbarungen ist damit absolut unmöglich.
• Künftig wird auch ein großer Teil des Energiebedarfs in den Sektoren Wärme und Transport durch elektrischen Strom aus Solar- und Windkraftanlagen gedeckt werden müssen. Dadurch steigt der Stromverbrauch von derzeit 628 TWh auf mindestens 1320 TWh.
• Werden keine ambitionierten Effizienzmaßnahmen umgesetzt, kann sich der Strombedarf verfünffachen und auf über 3000 TWh ansteigen. Dieser Bedarf lässt sich bis 2040 nicht durch erneuerbare Energien in Deutschland decken.
• Aus Effizienzgründen scheiden künftig Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren sowie Gasheizungen und KWK-Anlagen aus.
• Möglichst ab 2025, spätestens aber ab 2030, sollten daher in Deutschland keine Neufahrzeuge mit Verbrennungsmotoren mehr zugelassen werden. Die wichtigsten Fernstraßen sind mit elektrischen Oberleitungen zu versehen.
• Gas-Brennwertkessel und KWK-Anlagen dürfen ab dem Jahr 2020 nicht mehr neu gebaut werden. Stattdessen müssen effiziente Wärmepumpen die Gebäudewärmeversorgung und Warmwasserbereitung weitgehend übernehmen.
• Durch Gebäudesanierung sollte der Wärmebedarf der Gebäude in den nächsten 25 Jahren möglichst um 30 bis 50 Prozent gesenkt werden.
• Für die regenerative Stromerzeugung wird für das Jahr 2040
• für Onshore-Windkraft eine installierte Leistung von 200 GW,
• für die Offshore-Windkraft von 76 GW und
• für die Photovoltaik von 400 GW empfohlen.
• Der erforderliche Nettozubau beträgt für die Onshore-Windkraft 6.3 GW, für die Offshore-Windkraft 2.9 GW und für die Photovoltaik 15 GW pro Jahr.

100 Prozent erneuerbare Energien für Deutschland: Koordinierte Ausbauplanung notwendig

DIW Wochenbericht 29/30 / 2021, S. 507-513

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Leonard Göke, Claudia Kemfert, Mario Kendziorski, Christian von Hirschhausen

• Die Obergrenze für
• Wind an Land liegt bei 223 GW installierter Leistung
• Wind auf See beträgt 80 GW (maritimer Raumordnungsplan der Bundesregierung: 60 GW)
• PV liegt bei
• Aufdachanlagen bei 900 GW
• Freiflächenanlagen bei 226 GW.

Quellen: Wind-an-Land-Potenziale

• Thorsten Burandt, Konstantin Löffler und Karlo Hainsch (2018): GENeSYS-MOD v2.0 – Enhancing the Global Energy System Model. DIW Data Documentation Nr. 94
• Die PV-Potentiale orientieren sich an Harry Wirth (2021): Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland. Fraunhofer ISE.
• Vollständig erneuerbare Energieversorgung in Deutschland ist möglich und sinnvoll, um Klimaschutzziele zu erreichen
• Ausreichende Potenziale in 38 Planungsregionen und damit in allen Bundesländern
• Koordinierte Ausbauplanung bei Erzeugung, Speichern und Infrastruktur notwendig
• Einbindung in europäisches Stromnetz ist wichtig für Versorgungssicherheit, die auch bei 100 Prozent erneuerbaren Energien gewährleistet wäre
• Perspektive einer Vollversorgung mit Erneuerbaren muss in Planung des gesamten Energiesystems und damit sowohl in deutsche als auch europäische Netzplanung eingehen

„Das Ausbautempo muss stark gesteigert werden, sowohl bei der Windenergie als auch bei der Solarenergie. Für eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien müssen wir die Rahmenbedingungen für alle Sektoren schaffen, nicht nur für Strom, sondern auch für Wärme und Mobilität. Dann könnte es sehr schnell gehen.“ Claudia Kemfert

Nutzung ausschließlich erneuerbarer Energien ist möglich und sicher

• Eine gesamtwirtschaftlich kostengünstige Einhaltung der Klimaschutzziele erfordert eine zu 100 Prozent erneuerbare Energieversorgung in Deutschland.
• ... [E]in vollständig auf erneuerbaren Energien basierendes Energiesystem in der gesamten Europäischen Union, in Deutschland und auch auf Ebene aller 38 Planungsregionen [ist] möglich.
• Außereuropäische Importe von Wasserstoff, bei denen auf absehbare Zeit auch fossile Energieträger genutzt werden, sind nicht notwendig.
• Die vorhandenen Potenziale in den Planungsregionen Deutschlands sind ausreichend, müssen jedoch wesentlich aktiver erschlossen werden.
• Auch bei einer vollständig erneuerbaren Energieversorgung wäre die stündliche Versorgungssicherheit des Systems gewährleistet, sofern Flexibilitätsoptionen genutzt werden. Hierzu gehört auch die Einbindung Deutschlands in das Verbundnetz, das den Export von Strom bei Überschuss beziehungsweise auch den Import zur Deckung der Nachfrage gewährleistet.
• Die Perspektive einer Vollversorgung durch erneuerbare Energien muss in die Planung des gesamten Energiesystems einbezogen werden. Dies bezieht sich
• sowohl auf die Anordnung von Erzeugungs- und Speicheranlagen
• als auch auf die Netzinfrastruktur.
• Der Szenariorahmen für den Netzentwicklungsplan Strom sollte in der nächsten Fassung 100-Prozent-Erneuerbare-Szenarien beinhalten.
• Auch europaweit ist die Umstellung von fossilen Kraftwerken und von Kernkraftwerken auf erneuerbare Energien wichtig.
• Daher ist gerade auf europäischer Ebene die Anpassung der laufenden Zehn-Jahres-Entwicklungspläne besonders dringend, da diese nach wie vor erhebliche fossile Kapazitäten und Kernkraft vorsehen.

CO2-neutral bis 2035: Eckpunkte eines deutschen Beitrags zur Einhaltung der 1,5-°C-Grenze

Diskussionsbeitrag für Fridays for Future Deutschland mit finanzieller Unterstützung durch die GLS Bank (2. korrigierte Auflage)

Georg Kobiela et al., Wuppertal-Institut, Oktober 2020

Literatur

• dena (2018). dena-Leitstudie Integrierte Energiewende. Impulse für die Gestaltung des Energiesystems bis 2050, Berlin
• FZJ – Forschungszentrum Jülich (2019). Wege für die Energiewende. Kosteneffiziente und klimagerechte Transformationsstrategien für das deutsche Energie- system bis zum Jahr 2050. [Kurzfassung]
• ISE – Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (2020). Wege zu einem klima- neutralen Energiesystem,
• GermanZero
  • Maßnahmen für ein 1.5-Grad-Gesetzespaket, Juni 2021
  • Der Fahrplan zum klimaneutralen Deutschland
• UBA (2019a). Wege in eine ressourcenschonende Treibhausgasneutralität: Rescue Studie. Dessau-Roßlau.

EE-Ausbau bei Sektorkopplung