Kursbuch Energiewende - Bundesverband Erneuerbare Energie eV

KURSBUCH
ENERGIEWENDE
Ein Leitbild
für 100% Erneuerbare Energie
in Strom, Wärme und Mobilität
Das KURSBUCH ENERGIEWENDE basiert auf den Studien der Plattform
Systemtransformation des Bundesverbandes Erneuerbare Energien e.V.
Die Erstellung der Studien wurde ermöglicht durch folgende Partner,
bei denen wir uns für ihre Unterstützung bedanken:
8KU GmbH
AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V.
ARGE Netz GmbH & Co. KG
Bundesverband eMobilität e.V.
Bundesverband Solarwirtschaft e.V.
Bundesverband Solare Mobilität e.V.
Bundesverband WindEnergie e.V.
Clean Energy Sourcing AG
Danpower GmbH
Envitec Energy GmbH & Co. KG
Enercon GmbH
Fachverband Biogas e.V.
Greenpeace Energy eG
juwi AG
Lichtblick SE
Stadtwerke Leipzig GmbH
Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie e.V.
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
WestfalenWIND GmbH
Wirtschaftsverband Windkraftwerke e.V.
Die Erstellung dieser Broschüre wurde ermöglicht durch die freundliche
Unterstützung von:
Bundesverband Erneuerbare Energie e.V.
KURSBUCH
ENERGIEWENDE
Ein Leitbild für 100% Erneuerbare Energie
in Strom, Wärme und Mobilität
DAS ENERGIESYSTEM
DER ZUKUNFT
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Wie die Systemtransformation, also der vollständige Umbau
des bisherigen Energieversorgungssystems gelingen, das neue
Energiesystem aussehen und das Zusammenspiel der verschiedenen Elemente funktionieren kann, beschreibt die vorliegende Broschüre. Sie fasst die Ergebnisse mehrjähriger Arbeit in der
„Plattform Systemtransformation“ des BEE allgemeinverständlich und in aller Kürze zusammen. Ausführlichere Informationen
und Hintergründe finden sich in den Studien, die im Rahmen
dieser Plattform von vielen Experten und Praktikern der Energiewende erarbeitet worden sind.
Solarthermie
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Der Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE) strebt gemeinsam mit seinen Mitgliedsverbänden und -unternehmen
eine rasche und vollständige Umstellung der Energieversorgung auf Erneuerbare Energien an. Ziel ist ein effizientes Energiesystem für Wärme und Kälte, Strom sowie Mobilität, das auf
einem Mix von Biomasse, Geothermie, Umweltwärme, Sonne,
Wasserkraft und Wind basiert. Alle drei Energiesektoren können
damit künftig wirtschaftlich, fair und sozial sowie klima- und
naturverträglich versorgt werden. Für die Wirtschaft sichert und
steigert die Umstellung der Energieversorgung auf Erneuerbare
Energien Arbeit und Beschäftigung, regionale Wertschöpfung
sowie die internationale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands.
Prozesswärme
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Eine umweltverträgliche, sichere und wirtschaftliche Versorgung der Sektoren Wärme, Strom und
Mobilität ausschließlich auf Basis Erneuerbarer
Energien ist möglich und notwendig. Die Potenziale von Sonnen- und Windenergie, Geothermie,
Umweltwärme, Biomasse und Wasserkraft sind
groß genug. Das intelligente Zusammenspiel von
Strom-, Wärme- und Mobilitätsanwendungen macht
die Energieversorgung sicher und kosteneffizient auch in einem dicht besiedelten Industrieland wie
Deutschland.
Wärmepumpen
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Wärmespeicher
Hub & SpokeStruktur
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WÄRME
Die Versorgung von Gebäuden mit Raumwärme,
Kälte und Warmwasser sowie die Bereitstellung von
Prozesswärme und -kälte für das Gewerbe und die
Industrie machen mehr als die Hälfte des gesamten
Endenergiebedarfs in Deutschland aus. Die benötigte Energie wird dabei zu fast 90 % aus fossilen
Brennstoffen gewonnen, was mit einer hohen Klimabelastung und einer starken Abhängigkeit von
Öl- und Gasimporten verbunden ist. Diese hohe
Bedeutung der Wärmeversorgung für Verbraucher,
Energiewirtschaft und Klimaschutz spiegelt sich bislang jedoch kaum in der öffentlichen Debatte oder
politischen Aktivitäten wider.
Die Diskussionen um die Kosten der Energieversorgung vernachlässigen bisher, dass die jährlichen Ausgaben eines Haushaltes
für Raumwärme und Warmwasser im Durchschnitt etwa doppelt
so hoch sind wie die Stromkosten. Für eine sichere, klima- und
umweltverträgliche sowie bezahlbare Energieversorgung sind
daher gerade im Wärmesektor die Umstellung auf Erneuerbare
Energien und die Senkung des Energiebedarfs von zentraler Bedeutung.
Kurswechsel hin zu Erneuerbarer Wärme und Kälte
Ein nachhaltiges Wärme- und Kältesystem muss vollständig auf
Erneuerbaren Energien basieren. Die Abhängigkeit von den globalen, fossilen Energiemärkten wird durch den Ausstieg aus den
fossilen Energieträgern Erdöl, Kohle und Erdgas beendet. Der
Kurswechsel wird erreicht durch eine priorisierte Einspeisung
Erneuerbarer Energien auch im Wärmesektor und durch eine
weitgehende Einpreisung der Kosten von Umwelt- und Gesundheitsschäden durch fossile Energieträger. Die Wärmewende
gelingt durch die Erschließung einer breiten technologischen
Vielfalt im erneuerbaren Wärmemarkt. Technologie- statt Brennstoffoffenheit muss das Ziel sein. Je nach Siedlungsstruktur wird
netzgebundene erneuerbare Wärme und erneuerbare Wärme
aus Einzelheizungen gleichermaßen gebraucht.
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Die auf Erneuerbaren Energien basierende Wärme- und Kälteversorgung wird ein integraler
Bestandteil des gesamten Energiesystems sein, klimaneutral und volkswirtschaftlich
effizient. Wärme- und Kälteversorgung, Strom sowie Mobilität greifen in einem
sektorenüberspannenden Gesamtsystem ineinander. Die effiziente Nutzung von Strom
aus Erneuerbaren Energien kann einen wichtigen Beitrag zur Wärmewende leisten und
ermöglicht die Integration überschüssiger Mengen fluktuierender Stromerzeugung aus
Wind- und Sonnenenergie.
Die soziale und faire Wärmewende bietet Bürgern, Unternehmen sowie Bund, Ländern und
Gemeinden Chancen auf Beteiligung und wirtschaftlichen Erfolg.
Erneuerbare Energien und Energieeffizienz gehen Hand in Hand
Eine volkswirtschaftlich optimale und nachhaltige Wärmewende braucht Erneuerbare Energien und Energieeffizienz. Die von der Bundesregierung angestrebte Senkung des Energiebedarfs von Gebäuden ist sehr ambitioniert. Vieles spricht dagegen, dass die Reduktion des
Endenergiebedarfs um 60 Prozent erreicht werden kann, auch wenn gerade im Gebäudebereich noch erhebliche Effizienzpotenziale zu heben sind. Gerade bei dem aktuellen Sanierungstempo ist es umso wichtiger, Erneuerbare Energien im Wärmesektor stärker ins
Zentrum zu rücken.
Wärmespeicher
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Solarthermie
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Prozesswärme
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WÄRME - Die Bausteine
→→ Bioenergie / Holzenergie
Mehr als 80 Prozent der gesamten Wärme
aus Erneuerbaren Energien stammt bisher
aus Bioenergie, der größte Teil davon wiederum aus Holz, das in Einzelfeuerungsanlagen (Pelletöfen, Hackschnitzelheizungen,
Kaminen) zum Einsatz kommt. Es ist naheliegend, dass Ressourcen im ländlichen
Raum, die als Nebenprodukte der Forst- und
Landwirtschaft anfallen, auch energetisch
und möglichst noch effizienter als heute genutzt werden. Als speicherbare und regelbare Energiequelle wird die Bioenergie auch in
Zukunft eine zentrale Rolle bei der Energiewende einnehmen. Verschiedene Formen
der Biomasse werden ein wichtiges Standbein der erneuerbaren Wärmeversorgung
- vor allem im Gebäudebestand - bleiben.
Perspektiven bestehen sowohl für meist
auf Holzenergie basierenden dezentralen
Anlagen, als auch für Nah- und Fernwärmenetze, in die zum Beispiel Biogas- oder Holzgas-KWK (→Kraft-Wärme-Kopplung)-Anlagen einspeisen.
→→ Solarthermie
Die Entwicklung der Solarthermie bleibt
bisher weit hinter den Potenzialen zurück,
obwohl sich die Technik zur Warmwasserbereitung und Unterstützung der Raumheizung in Wohngebäuden bewährt hat. In
unseren Breiten ergänzt die Solarthermie in
den meisten Fällen die übrige Wärmeerzeugung und spart damit Brennstoffkosten ein.
Neben Kleinanlagen auf Ein- und Zweifamilienhäusern kann die Einbindung großer
Solarthermieanlagen in Wärmenetzen die
Sonne als Wärmequelle relativ kostengüns-
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tig erschließen. Solare Nahwärme ist ein
Element um den Strom– und Wärmesektor
stärker zu verzahnen und die jeweiligen Vorteile optimal auszunutzen. In Dänemark hat
sich der Markt für große Solarthermieanlagen bereits gut entwickelt, weil der Ausbau
der leitungsgebundenen Wärmeversorgung
auf Basis Erneuerbarer Energien gefördert
und fossile Brennstoffe besteuert werden.
Ein solcher Regulierungsrahmen fehlt bisher
in Deutschland.
→→ Geothermie
Die Geothermie verfügt über hohe Potenziale zur Wärmegewinnung. Hier ist schon eine
größere Projektzahl realisiert. Die Förderung
von Forschung und Entwicklung sowie von
einzelnen Projekten ist eine wichtige Grundlage für die weitere Entwicklung der geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung.
Erdwärme weist für die leitungsgebundene Wärmeversorgung ein hohes Potenzial
auf. In manchen Regionen Deutschlands
wie etwa im Münchener Raum wird sie zum
Rückgrat der Fernwärme werden.
→→ Wärmepumpen
Elektrische Wärmepumpen stellen eine
wichtige Verbindung zwischen Strom- und
Wärmemarkt dar. Vor allem im Gebäudesektor kann die Nutzung von oberflächennaher Erd- und Umweltwärme mithilfe von
elektrischen Wärmepumpen erheblich
gesteigert werden. Wichtig ist dafür, dass
der für Wärmepumpen eingesetzte Strom
nicht zusätzlich belastet wird (Netzentgelte,
EEG-Umlage, etc.). Damit es im Winter nicht
zu zusätzlichen Stromlastspitzen kommt,
müssen Wärmepumpen vernetzt und intelligent gesteuert werden. Ein optimaler
Wärmeschutz und Wärmespeicher können
zudem dazu beitragen, Stromverbrauch und
Wärmebereitstellung zeitlich zu entkoppeln.
→→ Wärmespeicher
Wärme lässt sich kostengünstig und einfach
speichern. Daher werden Wärmespeicher
künftig insbesondere für die Kopplung von
Strom- und Wärmemarkt an Bedeutung gewinnen. Der Hauptnutzen von Wärmespeichern im künftig stärker verschmolzenen
Energieversorgungssystem besteht darin,
Stromverbrauch und Wärmebereitstellung
zeitlich voneinander zu trennen. Mithilfe von
Wärmespeichern lassen sich die Kraft-Wärme-Kopplung flexibilisieren, Power-to-Heat-Konzepte effizient umsetzen und die
Solarthermie besser nutzen, da zeitweilige Wärmeüberschüsse zu einem späteren
Zeitpunkt zur bedarfsgerechten Wärmeversorgung genutzt werden können. Dadurch
lassen sich Lastspitzen reduzieren bzw. verlagern, was erheblich zur Integration fluktuierender erneuerbarer Energieträger und zur
Versorgungssicherheit beitragen wird.
→→ Power-to-Heat
In einem erneuerbaren Energiesystem ist
die Nutzung von Strom zur Wärme- und
Kälteerzeugung sinnvoll. Grund sind systembedingte zeitweilige Überschüsse bei
der Stromerzeugung aus Wind- und Sonnenenergie. Statt Photovoltaik- und Windenergieanlagen regelmäßig und in größerem
Umfang abzuschalten, ist es wesentlich
sinnvoller, Stromüberschüsse zur Wärmeerzeugung zu nutzen. Im Rahmen von Power-to-
Heat-Konzepten kann die erzeugte Wärme
effizient zwischengespeichert und bedarfsgerecht eingesetzt werden, zum Beispiel in
Fernwärmenetzen.
Um die Nutzung von Überschussstrom aus
Erneuerbaren Energien auch betriebswirtschaftlich lohnend zu machen, bedarf es
noch der regulatorischen Anpassung im
Strommarkt. Da die Wärmeerzeugung aus
Strom immer in direktem Wettbewerb mit
der (ohne Einberechnung externer Kosten)
relativ billigen Erzeugung aus fossilen Energieträgern steht, bedarf es der Entlastung
bei Abgaben und Umlagen, die sonst auf den
Stromverbrauch anfallen. Im Fokus muss
dabei jedoch stehen, dass tatsächlich nur
regenerativer Überschussstrom eingesetzt
und kein zusätzlicher Strombedarf generiert
wird, der womöglich aus konventionellen
Kraftwerken gedeckt werden müsste. Unter
diesem Aspekt sind vor allem thermische
Speicherheizungen bzw. Nachtspeicherheizungen kritisch zu betrachten.
→→ Prozesswärme
Aufgrund der benötigten hohen Temperaturen stellt die Bereitstellung von Prozesswärme durch Erneuerbare Energien eine besondere Herausforderung dar. Gleichzeitig sind
die Energieeinsparpotenziale hier geringer
als im Gebäudebereich. Effiziente KWK-Lösungen auf Basis von Biomasse, die Einbeziehung von Geothermie, Solarthermie und
Power-to-Heat, perspektivisch auch die
Nutzung von Biomethan aus verschiedenen Quellen sind hier die passenden Ressourcen. Gegenüber der Raumwärme weist
die Prozesswärme den Vorteil auf, dass der
Energiebedarf nicht vorrangig im Winter gegeben ist, sondern ganzjährig anfällt. Das
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verbessert die Nutzungsmöglichkeiten für
die Solarenergie, egal ob Solarthermie oder
Photovoltaik, und ist eine gute Nutzungsmöglichkeit für sommerliche Stromüberschüsse.
→→ Power-to-Gas
Die Umwandlung von erneuerbarem Strom
in synthetische Gase, insbesondere Methan,
ist insbesondere für den Stromsektor von
großer Bedeutung (eine nähere Erläuterung
des Verfahrens ist im →Power-to-Gas Abschnitt des Strom-Unterkapitels zu finden).
Wieviel erneuerbares Methan zukünftig in
den Sektoren Wärme, Strom und Mobilität
verwendet werden kann, ist zur Zeit noch
nicht absehbar. Das aus Überschussstrom
gewonnene EE-Gas kann aber auch eine
wichtige Funktion für eine klimaschonende
Wärmeerzeugung übernehmen und zeigt
damit einmal mehr das Zusammenwachsen
der verschiedenen Energiesektoren. Im neuen Energiesystem wird Methan ein wichtiger
Energieträger für die (Prozess-)Wärmeerzeugung bleiben. Das übergangsweise genutzte
Erdgas mit zwar vergleichsweise geringen,
aber weiterhin vorhandenen Treibhausgasemissionen wird auf Dauer durch das mittels Power-to-Gas gewonnene synthetische
EE-Gas verdrängt und ermöglicht so einen
klimaneutralen Beitrag zur Deckung des
Wärme-, Strom- und Mobilitätsbedarfs.
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W
ir brauchen einen Kurswechsel in
der Wärmepolitik, so dass Erneuerbare Energien Vorfahrt in der
Wärmepolitik haben. Schon heute müssen
die Weichen zum Umbau der Energieinfrastruktur gestellt werden, um Investitions-,
Modernisierungs- und Nutzungszyklen
miteinander in Einklang zu bringen. Die
Transformation hin zu einem solchen versorgungssicheren Wärmesystem erfordert
eine langfristig angelegte Politik, um ökonomische, ökologische und gesellschaftliche
Potenziale und Chancen zu heben. Wir sind
davon überzeugt, dass dazu ein Instrument
allein nicht ausreicht. Stattdessen muss die
Politik einen intelligenten Mix aus wirtschaftlichen Anreizen, ordnungspolitischem Rahmen sowie Information und Beratung zur
Förderung der erneuerbaren Wärme schaffen. Um einen fairen Wettbewerb im Wärmemarkt zu ermöglichen, müssen die Umweltund Gesundheitskosten fossiler Brennstoffe
in deren Preisen enthalten sein. Der Anteil
Erneuerbarer Energien in der bestehenden
Energieinfrastruktur muss erhöht und der
Zugang zu dieser erleichtert werden.
Im Vergleich zum Strommarkt müssen zusätzliche Herausforderungen bewältigt
werden, denn durch die Vielzahl der Akteure und ihrer Interessen, der verschiedenen
Handlungssektoren (private Haushalte, Gewerbe/Handel/Dienstleistungen und Industrie) und Technologien ist der Wärmemarkt
deutlich komplexer. Nichtsdestotrotz gibt
es einige zentrale Maßnahmen, die Kern des
Ausbaus Erneuerbarer Energien im Wärmemarkt sein müssen:
HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN - WÄRME
→→
Fairer Preiswettbewerb: Fossile Energien verursachen Umwelt- und Gesundheitsschäden, die nicht über die Energiepreise abgebildet werden. Nur so sind etwa die aktuell
sehr niedrigen Ölpreise möglich, die einen transparenten Wettbewerb zunichtemachen.
Durch eine Einpreisung dieser momentan noch überwiegend gesamtgesellschaftlich getragenen Kosten, die die Auswirkungen der Nutzung fossiler Brennstoffe auf Mensch und
Natur berücksichtigt, kann echter Wettbewerb auf dem Wärmemarkt entstehen.
→→
Verstetigung der MAP(Marktanreizprogramm)-Förderung: Solange die Preise für fossile Brennstoffe nicht deren Schadenskosten beinhalten und damit eine Gleichstellung
beim Wettbewerb erreicht ist, muss die Förderung erneuerbarer Wärmelösungen verstetigt werden. Die aktuelle haushaltsabhängige Finanzierung mit ihren häufigen Anpassungen sorgt für Verunsicherung im Markt und führt zum Aufschieben der notwendigen
Investitionen, teilweise sogar zum Ausweichen auf fossile Wärmelösungen. Durch klare
und auskömmliche Förderbedingungen kann dagegen ein schnellerer Umstieg auf erneuerbare Wärme und Kälte angereizt werden, der sich durch die ausgelösten privaten
Investitionen, die eingesparten Energiekosten und die vermiedenen Umwelt- und Gesundheitsschäden auch volkswirtschaftlich auszahlt.
→→
eiterentwicklung von Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und
W
Energieeinsparverordnung (EnEV): EEWärmeG und EnEV sind die zentralen ordnungsrechtlichen Instrumente im Wärmebereich. Über diese muss der Umstieg auf Erneuerbare Wärme und Kälte stärker angereizt und bestehende Hemmnisse abgebaut werden. So
sollten etwa die Nutzungspflichten für Erneuerbare Energien auch auf Bestandsgebäude
und Wärmenetze ausgeweitet werden. Die Pflicht zum Austausch von Nachtspeicheröfen sollte wieder in Kraft treten und mittelfristig auch auf fossile Kessel ausgeweitet
werden. Die Förderung von Öl- und Gaskesseln sollte unverzüglich eingestellt werden.
Auf Dauer ist auch eine Verschmelzung der Instrumente denkbar. Entscheidend ist aber,
dass bei den rechtlichen Regulierungen des Wärmesektors Erneuerbare Energien ins
Zentrum gestellt werden (wie im Strommarkt).
→→
Neben diesen zentralen Bausteinen gibt es eine Reihe weiterer Maßnahmen, die die
Verwendung erneuerbarer Wärme und Kälte befördern könnten. Beispielsweise sollten
Erneuerbare Energien in der Aus- und Weiterbildung von Handwerkern mehr Raum bekommen. Beratung und Information zu den vorhandenen Lösungen sollte gestärkt werden. Konkrete dezentrale Wärmeprojekte könnten durch die Bereitstellung von Bürgschaften oder durch die Öffnung von Wärmenetzen für weitere, erneuerbare Einspeiser
angeregt werden. Auch die Übertragung von geschlossenen Ausschreibungen auf erneuerbare Wärme und eine Fortentwicklung des Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetzes (KWKG)
in Richtung des Einsatzes Erneuerbarer Energien sind Möglichkeiten zur verstärkten Nutzung Erneuerbarer Energien im Wärmesektor.
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Landläufig wird die Energiewende vor allem mit einer
Umstellung der Stromerzeugung auf Erneuerbare
Energien verbunden. Hier ist es durch das Schaffen
von gesicherten Investitionsmöglichkeiten gelungen,
bereits mehr als 30 Prozent fossiler, klimaschädlicher und nuklearer Stromerzeugung zu ersetzen.
Auch wenn die Stromerzeugung nur ein Viertel des
Endenergiebedarfs deckt, verursacht sie nach wie
vor rund 40 Prozent des gesamten energiebedingten
Ausstoßes von Kohlendioxid in Deutschland. Zudem
erhält die Stromerzeugung durch die wachsende
Elektrifizierung von Teilen des Wärme- und Mobilitätssektors eine zentrale Rolle für die Nachhaltigkeit der
gesamten Energieversorgung. Die Verfügbarkeit von
Wind- und Solarstrom wird künftig zum Taktgeber für
das gesamte Energiesystem. Deswegen ist es wichtig
und sinnvoll, die Transformation mit unvermindertem
Tempo fortzusetzen und gleichzeitig den Beschäftigten von Kohleunternehmen eine Perspektive zu geben.
Das Ziel: 100 Prozent erneuerbar durch Sonne, Wind
und Flexibilität
Im Stromsektor ist bisher der größte Fortschritt bei der Energiewende durch mehr Erneuerbare Energien erreicht worden. Bis zu
einer vollständig regenerativen Stromversorgung ist es aber noch
ein weiter Weg.
Windenergie und Photovoltaik stellen dabei die Erzeugungsoptionen mit dem größten Ausbaupotenzial und den geringsten Kosten
je erzeugter Kilowattstunde dar. Die große Herausforderung ist es,
die übrige Stromerzeugung und die Stromnachfrage an die stark
schwankende Verfügbarkeit von Wind und Sonne anzupassen.
Flexibilität und Vernetzung werden somit zum Schlüssel für das
künftige Energiesystem und für den notwendigen Umbau der gesamten Energieversorgung, die Systemtransformation. Die früher
systembestimmende „Grundlast“ von Kraftwerken mit sehr hoher
jährlicher Laufzeit verliert vollkommen ihre Bedeutung, in den Fokus rückt vielmehr die wechselseitige Anpassung von Stromerzeugung und -verbrauch. Der Ausgleichsbedarf (Residuallast) ergibt
sich dabei aus der nicht verschiebbaren Stromnachfrage und der
fluktuierenden Erzeugung aus Wind- und Sonnenenergie.
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EE-Gaskraftwerke
Demand Side
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Versorgungssicherheit durch intelligente Netze und Marktsignale
Die intelligente Verknüpfung und Steuerung verschiedener Stromerzeugungsoptionen –
bei den regenerativen Energien vor allem aus regelfähiger Bioenergie – und des Stromverbrauchs wird auch in einem System, das zu sehr großen Teilen auf fluktuierenden Energien
beruht, die Versorgungssicherheit gewährleisten. Voraussetzung dafür ist, dass bei allen
Marktakteuren, auch den Stromverbrauchern, entscheidungsrelevante Preissignale entsprechend der aktuellen Einspeise- und Lastsituation ankommen.
Variable Preise am Strommarkt signalisieren Knappheit oder Überschüsse. Sie schaffen damit Anreize zur Anpassung des Verbrauchs und der regelbaren Einspeisung an die aktuelle
Erzeugung von Solar- und Windstrom. So wird signalisiert, ob die Erzeugung in steuerbaren Kraftwerken mit höheren Kosten (wie etwa Bioenergiekraftwerken) an- oder abgefahren
werden sollte, Speicher zu laden oder zu entladen und verschiebbare Lasten an- oder abzuschalten sind (Demand-Side-Management). Die dafür erforderliche Verknüpfung, Datenübertragung und Steuerung erfolgt über die Digitalisierung des Stromversorgungssystems,
welche sowohl Erzeuger und Verbraucher als auch die Stromnetze als Transportmittel intelligent miteinander verbindet (Smart Grids). Diese notwendige Vernetzung muss planvoll und
mit Augenmaß vorangetrieben werden.
Neben dem Ausbau der Übertragungsnetze müssen dafür auch die Verteilnetze vor Ort so
ausgebaut werden, dass sie den Ausgleich zwischen Erzeugern und Verbrauchern sowie regionalen und wetterbedingten Schwankungen ermöglichen.
13
STROM - Die Bausteine
→→ Windenergie und Photovoltaik
Die Stromerzeugung aus Windenergie und
Photovoltaik steht aufgrund der geringen
Stromgestehungskosten und der großen
Nutzungspotenziale im Zentrum der neuen
und erneuerbaren Stromversorgung. Windenergieanlagen im Binnenland, an der
Küste und auf See (Offshore), kleine und
große Photovoltaikanlagen auf Dächern, in
den Fassaden von Gebäuden, entlang von
Infrastrukturen wie Autobahnen, Konversions- und anderen Flächen bergen ein riesiges Potenzial zur Stromerzeugung. Auch
wenn Sonne und Wind sich im jahreszeitlichen Verlauf gut ergänzen, liegt die zentrale Herausforderung in ihrer fluktuierenden
Erzeugung. Daher geben Sonne und Wind
als wichtigste Erzeuger zunehmend die
Richtung vor für alle übrigen Akteure und
Elemente des Energiesystems. Um den angestrebten Anteil Erneuerbarer Energien
am Stromverbrauch (auch bei steigendem
Strombedarf) für mehr Klimaschutz im
Wärme- und Verkehrssektor erreichen zu
können, braucht es einen weiter starken
Ausbau beider Technologien. Der im Erneuerbare-Energien-Gesetz 2014 vorgesehene
Ausbaukorridor reicht dafür nicht aus.
→→ Bioenergie
Die Stromerzeugung aus Biomasse hat dank
des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG)
bis vor wenigen Jahren stark zugenommen.
Am Preis und an der Nachhaltigkeit dieses
Energieträgers ist währenddessen viel Kritik
geübt worden, mit der Folge, dass das EEG
2014 den weiteren Ausbau faktisch beendet
hat.
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Für die Energiewende hat Biomasse aus
Wald und Feld jedoch den entscheidenden
Vorteil, speicherbar zu sein. Im Zusammenspiel mit der Gasinfrastruktur kommt hinzu,
dass Biogas und Biomethan auch ein wichtiger Ersatz für Erdgas sind. Kurz- bis mittelfristig wird die Bioenergie der einzige erneuerbare Energieträger bleiben, der Wind
und Sonne in einer quantitativ relevanten
Größenordnung versorgungssicher machen kann. Während die Stromerzeugung
aus Bioenergie bisher darauf ausgerichtet
war, möglichst kontinuierlich hohe Mengen
zu liefern, gilt nun auch hier das Gebot der
Flexibilisierung. So kann die begrenzt verfügbare, hochwertige Biomasse effizient
und nachhaltig genutzt werden. Im Ergebnis
wird die installierte Leistung zur Stromerzeugung aus Biomasse erheblich wachsen
müssen, ohne dabei wesentlich mehr Biomasse zu verbrauchen. Biomassekraftwerke
und Anlagen, die andere erneuerbare Gase
(-> Power-to-Gas) oder einen Mix aus biogenen und synthetischen Gasen verstromen,
werden auf eine Leistung von etwa der Hälfte der deutschen Spitzenlast anwachsen.
→→ Wasserkraft
Wasserkraft zeichnet sich durch eine verlässliche, sehr gut vorhersagbare Stromproduktion aus. Damit können die Kraftwerke auf
lokaler Ebene Schwankungen im Netz ausgleichen. Durch den Ersatz von Altkraftwerken, die Reaktivierung stillgelegter Anlagen,
den Neubau an bestehenden Querverbauungen und insbesondere die Modernisierung alter Anlagen lässt sich die Stromaus-
beute mittelfristig ökologisch verträglich um
ein Drittel steigern.
→→ (EE-)Gaskraftwerke
Zur Ergänzung der Stromerzeugung aus
fluktuierenden Erneuerbaren Energien werden Gaskraftwerke auch in Zukunft eine erhebliche Rolle spielen. Allerdings werden sie
im Stromsystem der Zukunft nicht mehr mit
fossilem Erdgas betrieben, sondern mit „EEGas“. Dabei handelt es sich um Biomethan
oder um synthetisches Erdgas, das mithilfe
von überschüssigem Strom aus Wind- und
Solarenergie erzeugt wird (→Power-to-Gas).
→→ Power-to-Gas
Bei hohen installierten Leistungen von
Windenergie- und Photovoltaikanlagen
wird es zunehmend zu Zeiten kommen, in
denen das Stromangebot die Nachfrage
übersteigt. Damit gewinnt die Möglichkeit
Strom zu speichern an Bedeutung. Für
kurzfristige Leistungsüberschüsse stehen
Pumpspeicher und Batterien zur Verfügung.
Aufgrund der geringen Speicherkapazitäten
eignen sich diese jedoch nicht für die
Langzeitspeicherung. In einem vollständig
erneuerbaren Energiesystem müssen auch
Zeiträume von mehreren Tagen bis zwei
oder mehr Wochen mit nur geringer Windund Solarstromeinspeisung („Dunkelflaute“)
überbrückt werden. Zur klimafreundlichen
Abdeckung des in dieser Zeit anfallenden
Strombedarfs kommen aus heutiger Sicht
nur chemische Energieträger in Frage, die
zuvor aus erneuerbarem Überschussstrom
gewonnen wurden.
Power-to-Gas beschreibt dabei das Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff durch
Elektrolyse und die mögliche Weiterverar-
beitung zu „EE-Methan“. Dabei wird überschüssiger Wind- und Solarstrom genutzt.
Der erzeugte Wasserstoff kann zum Beispiel
in der Industrie oder in Brennstoffzellen direkt eingesetzt werden oder er wird durch
Hinzufügen von Kohlendioxid (CO2) methanisiert. Das gewonnene „EE-Gas“ entspricht
chemisch dem gewohnten Erdgas. Damit
steht ein vielseitiger Energieträger zur Verfügung, der zur Strom- und Wärmeerzeugung
und auch als Kraftstoff im Verkehr eingesetzt
werden kann.
Die größten Herausforderungen für den breiten Einsatz von Power-to-Gas sind die Steigerung der Wirkungsgrade beim Umwandlungsprozess, die Kostenreduktion und der
flexible Betrieb von Elektrolyseanlagen, der
die gezielte Nutzung von Stromüberschüssen ermöglicht und das Entstehen zusätzlicher, nicht verschiebbarer Stromnachfrage
vermeidet. Der große Vorteil ist, dass die
bereits vorhandene Erdgasinfrastruktur
genutzt werden kann, welche erhebliche
Speicherkapazitäten bietet. Dadurch sind
Transport und Speicherung des hergestellten Gases gesichert.
→→ Flexible Kraft-Wärme-Kopplung
(KWK)
Um Strom- und Wärmemarkt zur Erzielung
von Synergieeffekten enger miteinander zu
verbinden, sind KWK-Anlagen eine wichtige
Schnittstelle. Im Zuge der Systemtransformation müssen sie nach und nach auf Bioenergie oder langfristig auf EE-Gas umgestellt
werden. Bisher werden KWK-Anlagen meist
wärmegeführt betrieben, orientieren sich
also am Wärmebedarf der angeschlossenen Nah- oder Fernwärmekunden. Die KWK
muss jedoch flexibilisiert werden und künf-
15
tig dann Strom einspeisen, wenn er benötigt wird. Eine wichtige Rolle werden dabei
Wärmespeicher (siehe Kapitel WÄRME, S.9)
spielen, die es ermöglichen, den Betrieb von
KWK-Anlagen stärker am Strombedarf auszurichten statt am Wärmebedarf. Die Wirtschaftlichkeit ist auch bei einer geringeren
Auslastung gesichert, wenn die Strompreise
variabel sind und die aktuelle Stromverfügbarkeit widerspiegeln.
→→ Stromspeicher
A) PUMPSPEICHER: Die ursprünglich zur
Speicherung nächtlicher Stromüberschüsse aus Grundlastkraftwerken errichteten
Wasserspeicher gewinnen im Zuge der Energiewende wieder an Bedeutung. Sie sind
technisch ausgereift und gehören zu den
kostengünstigsten Speichermöglichkeiten.
Mengenmäßig ist das Potenzial begrenzt.
Für den stundenweisen Lastausgleich sowie zur Erbringung wichtiger Systemdienstleistungen für einen stabilen Betrieb der
Stromnetze sind Pumpspeicherkraftwerke
jedoch nicht zu vernachlässigen. Variable
Strompreise mit entsprechenden Knappheitssignalen sind auch für einen (wieder)
wirtschaftlichen Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken unerlässlich.
B) BATTERIEN: Wachsende Anteile von Photovoltaik und Windenergie an der Stromversorgung erfordern neue Stromspeicher.
Angetrieben durch den Mobilitätssektor und
den Partizipationswillen vieler Bürger an der
Energiewende haben Batterien in jüngster
Zeit eine erhebliche technische Weiterentwicklung erfahren, die Kosten sinken rasant.
Auch die mittelfristig stark zunehmende
Verfügbarkeit von ausgedienten Batterien
aus elektrisch betriebenen Fahrzeugen ver-
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Den weiteren Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien
gewährleisten
Für den Umbau des Energiesystems wird
ein erheblicher und schneller Zuwachs der
Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien benötigt. Strom aus Erneuerbaren
Energien muss künftig auch zunehmend in
Wärme und Verkehr eingesetzt werden. Daher gilt es, Ausbaumengenbegrenzungen
abzuschaffen und die Refinanzierung der
Erneuerbaren Energien sicherzustellen.
Zur Beibehaltung einer hohen Akzeptanz
ist die Möglichkeit der Teilhabe wichtig.
Ausschreibungen betrachtet der BEE daher
insbesondere für den Ausbau der Solarund Windenergie kritisch, soweit nicht die
Akteursvielfalt und volkswirtschaftlich real
messbare Einspareffekte gegenüber bestehenden Systemen gesichert werden können.
Bei der Bioenergie könnten sich durch Ausschreibungen allerdings neue Perspektiven
angesichts des aktuell praktisch gestoppten
Ausbaus und auch für den Weiterbetrieb von
Altanlagen nach Ablauf der 20jährigen Förderperiode durch das EEG ergeben.
HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN - STROM
Flexibilisierung im Strommarkt
Technische Möglichkeiten, die Stromerzeugung und die Stromnachfrage zu flexibilisieren
und aufeinander abzustimmen, gibt es genügend. Versorgungssicherheit ist kein Argument,
den Ausbau der fluktuierenden Erzeugung aus Wind- und Sonnenenergie zu bremsen. Der
Schlüssel dazu, die verschiedenen Flexibilitätsoptionen im Wettbewerb zu aktivieren, liegt
in den Preissignalen des Strommarkts. Flexibilität muss sich lohnen und Inflexibilität unattraktiv werden. Must-Run-Kapazitäten müssen abgebaut werden.
Preissignale müssen künftig die jeweilige Angebots- und Nachfragesituation wiedergeben
und bei allen Marktakteuren, auch den Endverbrauchern, ankommen. Strom muss teuer
sein, wenn es eine starke Nachfrage bei geringem Angebot Erneuerbarer Energien gibt. Eine
geringe Nachfrage bei hoher Verfügbarkeit Erneuerbarer Energien muss durch sehr niedrige
Preise signalisiert werden. Durch ein solches, oft als „Strommarkt 2.0“ betiteltes Marktdesign
würden für die teilnehmenden Akteure Anreize entstehen, zum Ausgleich von Angebot und
Nachfrage beizutragen. Im Einzelnen werden folgende Maßnahmen empfohlen:
→→
Echtzeit-Datenübermittlung an die Bilanzkreisverantwortlichen bei den Energieversorgern, damit diese direkt für den Bilanzausgleich sorgen können;
→→
Stärkung des Viertelstundenhandels durch Teilnahme aller Marktakteure und stärkere
Sanktionierung systematischer Abweichungen;
→→
Stärkere Preissignale vom Spotmarkt, um die Wirtschaftlichkeit von Flexibilität zu stärken;
→→
Verkürzung der Vorlaufzeit und Produktlänge auf den Regelleistungsmärkten;
→→
Einbeziehung fluktuierender Erneuerbarer Energien in die Regelleistungsbereitstellung;
→→
Monitoring, Weiterentwicklung und Stärkung der Flexibilitätsprämie für Biomasseanlagen;
→→
Direkte Integration fluktuierender Erneuerbarer Energie in die Vertriebsportfolios mit
Grünstromvermarktung, um Transparenz und Akzeptanz der Energiewende zu sichern;
→→
Dynamisierung der EEG-Umlage, zum Beispiel durch Verknüpfung mit dem Spotmarktpreis;
→→
Dynamisierung der Netzentgelte entsprechend der Erzeugung der Erneuerbaren Energien und der Netzsituation.
17
größert die Chance für kostengünstige Batteriespeicher deutlich. Das eröffnet neue
Perspektiven für die Energiewende. Sowohl
große Primärregelenergiebatterien als auch
viele dezentrale Batterien, die im Schwarm
gesteuert werden, können künftige wichtige
Systemdienstleistungen bereitstellen. Anstelle fossiler Kraftwerke können sie schon
bald eine sehr wichtige Rolle im Primär- und
Sekundärregelenergiemarkt übernehmen.
Neben dem Beitrag zur Stabilisierung der
Stromnetze und zur Kappung von Einspeisespitzen aus Photovoltaikanlagen stellen
sie einen Weg dar, um umweltfreundlichen
Strom aus Sonne und Wind für den Verkehrssektor verfügbar zu machen (→Elektromobilität).
→→ Demand-Side-Management (DSM)
Künftig werden auch die Verbraucher, ob
Industrie oder Haushalte, zu relevanten
Akteuren im Strommarkt. Variable Strompreise, die Knappheit oder Überschüsse
signalisieren, bieten Anreize zur Anpassung
des Stromverbrauchs an die Erzeugungssituation. Das ist ein klarer Paradigmenwechsel. Bisher wurde die Verbrauchslast als
gegeben betrachtet, der Ausgleich fand immer auf der Erzeugungsseite statt. In einem
System mit hohen Anteilen fluktuierender
Energieträger würde das Vorhalten großer
Spitzenlastkapazitäten für nur wenige Stunden im Jahr jedoch sehr kostenintensiv sein.
Umgekehrt müsste ein Großteil der Erzeugungsleistung bei entsprechendem Wetter
abgeregelt und verworfen werden. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen sollten diese Strommengen jedoch möglichst
effizient genutzt werden. Deswegen ist es
sinnvoll, auch Potenziale zur Verschiebung
der Stromnachfrage zu mobilisieren. Wenn
18
die Unterschiede zwischen den Strompreisen deutlich genug sind, können erhebliche
Potenziale zur Lastverlagerung erschlossen
werden. Ermöglicht wird das wiederum
durch die digital getriebene Vernetzung der
Akteure im Energiesystem und den Ausbau
intelligenter Stromnetze.
Eine wichtige Option zur Lastverschiebung
bieten Elektrofahrzeuge (→Elektromobilität), da ihre Batterien in Summe eine hohe
Anschlussleistung haben. Die meiste Zeit
des Tages stehen Fahrzeuge still und können – eine entsprechende Infrastruktur an
Ladestationen vorausgesetzt – ans Netz angeschlossen sein. Das macht sie zu idealen
Objekten für das Lastmanagement, auch
Demand-Side-Management genannt, da die
Ladung der Batterien auf Basis der aktuellen
bzw. kurzfristig prognostizierten Solar- und
Windstromerzeugung intelligent gesteuert
werden kann.
→→ Europäischer Verbund
Europa ist groß und vielfältig. Nicht nur hinsichtlich der unterschiedlichen Kulturen und
Gewohnheiten, sondern auch beim Wetter
sowie bei Höhe und Verlauf der Stromnachfrage. Der europäische Stromverbund bietet
daher gute Möglichkeiten für den überregionalen Ausgleich von Schwankungen bei
der Stromerzeugung aus fluktuierenden
Erneuerbaren Energien – soweit die Stromleitungen vorhanden sind. Der europäische
Markt trägt erheblich dazu bei, dass Last
und Erzeugung möglichst direkt ausgeglichen werden und sorgt so für eine hohe Versorgungssicherheit und Kosteneffizienz. Die
Koppelstellen zu den „elektrischen Nachbarn“ sollten daher bewahrt und weiter ausgebaut werden.
→→ Kapazitätsreserve
Eigentlich ist die Zuverlässigkeit der Energieversorgung gewährleistet, wenn der Strommarkt funktioniert und die Preissignale
stimmen. Als zusätzliche Absicherung gegen
ein potenzielles Marktversagen kann jedoch
eine Kapazitätsreserve dienen. Sie umfasst
Kraftwerke, die nicht am „normalen“ Strommarkt teilnehmen, was den wesentlichen
Unterschied zu einem Kapazitätsmarkt
ausmacht. Dadurch kann die Versorgungssicherheit zusätzlich abgesichert werden,
ohne die Preisbildung und damit den Wettbewerb zu verzerren.
19
MOBILITÄT
Der Verkehr verursacht 18 Prozent des Treibhausgasausstoßes in Deutschland. Im Vergleich zur
Stromwirtschaft ist das zwar nur knapp die Hälfte,
jedoch ist der Verkehr bisher am wenigsten auf
Kurs bei der Energiewende. Der Anteil Erneuerbarer
Energien ist mit rund 5 Prozent am geringsten
im Vergleich der drei Sektoren und stagniert seit
Jahren. Trotz deutlicher Effizienzsteigerungen ist
der Energieverbrauch des Verkehrs heute höher
als Anfang der 90er Jahre. Grund sind die stark
gestiegenen Fahrleistungen sowohl im Personen- als
auch im Güterverkehr. Das Ziel der Bundesregierung,
den Energieverbrauch im Verkehr bis 2020 um 10
Prozent und bis 2050 um 40 Prozent gegenüber 2005
zu senken, ist in weiter Ferne. Auch das europäische
Ziel von 10 Prozent Erneuerbaren Energien im
Verkehrssektor bis 2020 werden wir aus heutiger Sicht
nicht erreichen können. Die Verkehrswende steht also
noch ganz am Anfang und muss deutlich beschleunigt
beziehungsweise überhaupt erst ernsthaft begonnen
werden.
WÄ
Die Vision: eine postfossile und multimodale Mobilität
ST
Unterwegs sein mit unterschiedlichen Verkehrsmitteln und ohne
fossile Energieträger, nur mithilfe Erneuerbarer Energien - das
ist die Mobilität der Zukunft. Die Verlagerung von Verkehr auf
die Schiene, die Stärkung des Fuß- und Radverkehrs, moderne
Carsharing- und Logistikkonzepte gehen Hand in Hand mit der
Umstellung auf umweltfreundliche Energieträger. Der Schienenverkehr ist vollständig mit Strom aus Erneuerbaren Energien versorgt und die großflächige Elektrifizierung von PKW, leichten Nutzfahrzeugen und Zweirädern macht Strom aus Sonne und Wind
auch auf der Straße zur Hauptantriebsenergie. Selbst Busse und
LKW fahren zum Teil elektrisch – mithilfe von leistungsfähigen Batterien, Straßen mit Induktionselementen oder Oberleitungen. Für
den Flug- und Schiffsverkehr ist die direkte Nutzung von Strom dagegen nur sehr begrenzt möglich. Hier kommen Biokraftstoffe und
Biomethan zum Einsatz, zunehmend auch Gase und Kraftstoffe,
die aus zeitweiligen Stromüberschüssen erzeugt werden (→Power-to-Gas / →Power-to-Liquid).
20
RO
Intelligente, digital vernetzte Verkehrsstrukturen
Um den Anteil Erneuerbarer Energien im Verkehr schnell wachsen zu lassen, muss der Energiebedarf sinken. Städte sind daher künftig kleinräumig und bürgernah organisiert, Rad- und
Fußverkehr sind attraktiv und sicher. Carsharing-Konzepte ermöglichen es Haushalten und
Unternehmen, keine eigenen Fahrzeuge mehr vorhalten zu müssen. Stattdessen kann jederzeit auf das für den jeweiligen Zweck passende Fahrzeug der hierauf spezialisierten Anbieter zurückgegriffen werden, vom Transporter über Pkw und Roller bis hin zu Lastenrädern,
Pedelecs und Fahrrädern. Dabei hilft die zunehmende Digitalisierung: Intelligente Planung
und Verknüpfung verschiedener Verkehrsmittel tragen dazu bei, Strecken zu vermeiden und
anfallende Wege effizienter zurückzulegen. Die Digitalisierung garantiert die Effizienz und
Klimafreundlichkeit des zukünftigen Verkehrs. Digital gelotst lassen sich verschiedene Verkehrsmittel ohne große Warte- und Umsteigezeiten verknüpfen und somit viele (Teil-)Strecken der Alltagsmobilität klimafreundlicher und gleichzeitig bequemer als heute bewältigen.
Hub & SpokeStruktur
SharingKonzepte
dig
Biokraftpostfossil
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Verkehrsverlagerung
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Elektromobilität
Stromspeicher
21
Zusammenspiel von Strom- und Verkehrssektor
Die starke und saubere Elektrifizierung des Verkehrs kann nur mit wachsenden Anteilen von
Photovoltaik und Windenergie bei der Stromversorgung gelingen. Die parallele Umgestaltung von Strom- und Verkehrswelt bietet entscheidende Vorteile: Strom aus Erneuerbaren
Energien wird direkt durch Elektrofahrzeuge oder indirekt durch Umwandlung in EE-Gas
(Methan oder Wasserstoff, →Power-to-Gas) oder Kraftstoffe (→Power-to-Liquid) für den Verkehr nutzbar gemacht. So kann ein großer Teil des Energiebedarfs für Mobilität umwelt- und
klimaverträglich abgedeckt werden. Die Vielzahl von Elektrofahrzeugen macht das Verkehrssystem nicht nur deutlich energieeffizienter, sondern hilft gleichzeitig, das Stromnetz zu
stabilisieren, wenn die Batterien vorrangig in Situationen mit Stromüberschüssen geladen
werden. Im Idealfall können Elektrofahrzeuge auch Leistung ins Netz zurückspeisen, so dass
sie das System stützen, wenn die Einspeiseleistung von Wind- und Solarenergie kurzfristig
zu gering ist. Die Fahrzeugnutzer könnten dabei von besonders geringen Strompreisen profitieren und die Bereitstellung von Regelleistung vergütet bekommen. (→Batteriespeicher)
Die neue Verkehrswelt ist kein Selbstläufer, sondern sie muss aktiv herbeigeführt werden.
Die rasanten Fortschritte in der Batterietechnik und die zunehmende Digitalisierung lassen
die postfossile und multimodale Mobilität jedoch in greifbare Nähe rücken.
MOBILITÄT - Die Bausteine
→→ Elektromobilität
Elektromobilität ist der Schlüssel für die
neue Verkehrswelt und die zentrale Schnittstelle zum Stromsektor. Nur durch eine hohe
Elektrifizierung des individuellen Verkehrs
und weiter Teile von öffentlichem Personenund Straßengüterverkehr kann ausreichend
erneuerbarer Strom in den Verkehrssektor
gebracht werden. Elektromobilität meint
dabei nicht nur den Austausch von Motoren
im Pkw, sondern den Einsatz neuer Fahrzeugkonzepte und die Entwicklung eines
neuen Mobilitätsverhaltens, geprägt durch
Effizienz und Konnektivität. Durch Pedelecs
wird der Umstieg auf das Fahrrad deutlich
erleichtert und dessen Aktionsradius vergrößert. Für Lastkraftwagen könnten Oberleitungen die Elektrifizierung im Langstreckenverkehr ermöglichen. Der Lieferverkehr
22
in der Stadt kann durch elektrifizierte Transporter und auch durch leichtere Fahrzeuge
und dezentrale Konzepte umweltfreundlicher abgedeckt werden.
Entscheidende Voraussetzung für die Integration der Elektromobilität ist dabei die
Nutzung von erneuerbarem Strom und die
enge Anbindung und intelligente Verknüpfung mit dem Stromsystem. Durch Batterieladung in Schwachlastzeiten mit hoher
Einspeisung und Rückspeisung in Zeiten
von hoher Residuallast kann nicht nur das
Stromversorgungssystem stabilisiert werden, sondern es können sich auch ökonomische Vorteile für die Batteriebesitzer
und Vermarkter der Speicherkapazitäten
ergeben. Mittels der Bereitstellung von Regelenergie, also der kurzfristigen Aufnahme
und Abgabe von Energie bei Erzeugungs-
oder Verbrauchsspitzen, können die Batterien der Elektrofahrzeuge auch außerhalb
des normalen Ladevorgangs ausgleichend
wirken - angesichts von heutigen Fahrzeug-Standzeiten von durchschnittlich etwa
23 Stunden pro Tag ergibt sich selbst unter
Berücksichtigung einer Verkleinerung der
Fahrzeugflotte und damit einhergehenden
größeren Betriebszeiten noch ein gewaltiges kurzfristiges Ausgleichspotenzial.
Die vielen Akkus können der Energiewende
sogar nach ihrer Nutzung als Fahrzeugbatterie noch einen Dienst erweisen und als stationäre Speicher im Stromnetz für den Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch sowie
für Regelenergie sorgen. Während die Nutzungsdauer der Akkus im Fahrzeug aufgrund
ihrer abnehmenden Speicherkapazität
begrenzt ist, können sie danach problemlos noch ein zweites Leben als stationäre
Batteriespeicher führen. Erste Pilotversuche
dazu werden bereits durchgeführt, durch
die erwartete Zunahme der Elektromobilität
wird es hier in Zukunft noch deutlich mehr
Ressourcen geben.
→→ Biokraftstoffe
Biokraftstoffe sind aktuell die einzige maßgebliche Quelle für eine erneuerbare Mobilität. Sie werden als einzige Ressourcen mit
garantierten CO2-Minderungen hergestellt
und ermöglichen die Nutzung der bestehenden Infrastruktur. Durch deutsches und
europäisches Recht ist der Anbau nachwachsender Rohstoffe für die Biokraftstoffproduktion streng auf Nachhaltigkeit
ausgerichtet, die Treibhausgasminderung
der Erzeugnisse muss zertifiziert werden.
Biokraftstoffe sind eine wichtige Säule für
klimafreundliche Mobilität, da sie über an-
nähernd die gleiche Energiedichte wie fossile Kraftstoffe verfügen. Für die kommenden
Jahre werden effiziente mit Biodiesel, Bioethanol oder auch Biomethan betriebene
Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auch
bei Pkw und leichten Nutzfahrzeugen weiterhin eine wichtige Rolle spielen (müssen).
In der Landwirtschaft bietet sich zudem die
Option, dezentral hergestelltes Pflanzenöl
als Kraftstoff für den (eigenen) Fuhrpark zu
nutzen. Insbesondere der Flugverkehr, aber
auch der Schiffsverkehr werden mittelfristig
nur mit Biokraftstoffen betrieben werden
können. Erst auf lange Sicht ist in diesen Bereichen eine Ergänzung durch synthetische
Kraftstoffe aus erneuerbarem Überschussstrom absehbar. Biodiesel und Bioethanol
aus Anbaubiomasse weisen heutzutage eine
Treibhausgasreduktion von rund 60 Prozent
und mehr gegenüber konventionellen Kraftstoffen auf. Mit Biomethan kann die schon
im fossilen Kraftstoffvergleich klar bessere
Klimabilanz von gasbetriebenen Autos noch
einmal deutlich gegenüber dem Betrieb mit
herkömmlichem Erdgas gesteigert werden.
Durch Weiterentwicklungen bei der Biokraftstoffproduktion bei gleichzeitig schwierigeren und treibhausgasintensiveren Abbaubedingungen für fossile Rohstoffe wird
der Klimavorteil von Biokraftstoffen weiter
steigen. Abgesehen davon, dass das Potenzial zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe noch nicht vollständig erschlossen ist,
können mittelfristig durch die Nutzung von
Rest- und Abfallstoffen weitere Biokraftstoffmengen mobilisiert werden.
→→ Verkehrsverlagerung
Der heutige Verkehr wird hauptsächlich über
ineffiziente, oft für den Einsatzzweck überdimensionierte Straßenfahrzeuge abgewi-
23
ckelt. Zudem wirkt sich die Benachteiligung
der Schiene gegenüber dem Luftverkehr
negativ auf die Umweltbilanz des Verkehrs
aus. Die Verlagerung auf umweltfreundliche
Verkehrsträger kann einen großen Teil beitragen, um den Verkehr nachhaltiger zu machen. Dann lässt sich auch der Deckungsbeitrag der Erneuerbaren Energien schnell und
einfach erhöhen. Wenn Personenverkehr
statt mit dem Auto per Pedelec oder in öffentlichen beziehungsweise kurzfristig und
bequem mietbaren Verkehrsmitteln stattfindet, wenn Güterverkehr von der Straße auf
die Schiene oder Wasserwege verlagert werden kann, ist dies deutlich effizienter als das
heutige Mobilitätssystem mit seiner Vielzahl
an im Privatbesitz befindlichen Fahrzeugen,
die aber nur kurze Zeit am Tag genutzt werden. Digitalisierung und Carsharing erleichtern die Verkehrsverlagerung enorm, da die
Nutzer einfach und bequem das jeweils passend dimensionierte Verkehrsmittel für den
anstehenden Weg aussuchen können. Das
bisherige Konzept, ein Fahrzeug zu besitzen,
welches ein möglichst breites Einsatzspektrum abdecken soll, hat damit ausgedient.
Vielmehr stehen für den jeweiligen Nutzungszweck angepasste Transportmöglichkeiten, vom täglichen Arbeitsweg bis zur
mehrwöchigen Urlaubsreise, passgerecht
zur Verfügung.
→→ Dezentralität und Vernetzung
(Hub- & Spoke-Struktur)
Mehr Intelligenz im Verkehr kann die Effizienz steigern und zu mehr Lebensqualität
beitragen. Eine enorme Erleichterung für
Verkehrsverlagerung und effiziente Fahrzeugnutzung bedeuten sogenannte „Hub- &
Spoke“-Konzepte. Die Kernidee besteht darin, dass der kleinräumige Verkehr in geteil-
24
I
n Zukunft wird die Bereitstellung von
Wärme, Strom und Mobilität in einem intelligenten und vernetzten Gesamtsystem
stattfinden. Das Energiesystem der Zukunft
hält digital gesteuert maßgeschneiderte
Lösungen für jede Anforderung bereit. Die
wichtigsten Energieträger werden Wind
und Sonne sein. Sie liefern den Strom für
Elektro-, Plug-in- und Wasserstofffahrzeuge
sowie für die Herstellung von synthetischen
Kraftstoffen. Ergänzt wird die Nutzung von
elektrischem Strom im Verkehr vor allem
durch flüssige oder gasförmige Biokraftstoffe, die die noch existierenden Verbrennungsmotoren klimafreundlich antreiben.
Eine saubere, vernetzte und intelligente
Verkehrswelt ist machbar. Viele der dazu
notwendigen Bausteine sind heute schon
verfügbar oder befinden sich in der Forschungs- und Entwicklungsphase. Eine
Umstellung der bisherigen Verkehrsorganisation und der verwendeten Energieträger ist dringend notwendig, da der Verkehr
für rund ein Fünftel des in Deutschland
verursachten Treibhausgasausstoßes verantwortlich ist. Zudem ist der Verkehr im
Gegensatz zum Strom- und Wärmesektor
der einzige Bereich, in dem der Ausstoß an
Treibhausgasen gegenüber 1990 nicht gesunken ist. Allein diese Entwicklung zeigt,
dass eine klimafreundliche Entwicklung im
Verkehr trotz der vielversprechenden technischen Entwicklungen noch lange nicht
ausreichend voran gebracht wurde, sondern
starker politischer Führung bedarf. Die wichtigsten Weichenstellungen in Richtung eines
postfossilen und zukunftsfähigen Verkehrssystems sind aus Sicht des BEE:
HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN - MOBILITÄT
→→
Ambitionierte CO2-Vermeidung: Auch im Mobilitätsbereich muss der Ausstoß von
Kohlendioxid als Hauptauslöser des menschengemachten Klimawandels ökonomisch
bepreist oder ordnungsrechtlich begrenzt werden. Eine sinnvolle ordnungsrechtliche
Möglichkeit dazu wäre die Weiterentwicklung der bereits EU-weit etablierten Grenzwerte für die Neufahrzeugflotte der Hersteller. Diese müssten nach 2020 kontinuierlich weiter abgesenkt werden, so dass eine Perspektive für emissionsarme Fahrzeuge geschaffen würde. Der BEE hält eine ambitionierte Reduktion von 95 Gramm Kohlendioxid pro
Kilometer (g CO2/km) auf 50 g CO2/km bis 2025 für machbar. Damit die Grenzwerte
eingehalten werden, müssen allerdings auch realistische Testverfahren und strenge
Kontrollen etabliert werden. Dies sollte als Mindestniveau gelten. Darüber hinaus sollte
die Chance bestehen, in ehrgeizigen Regionen niedrigere Grenzwerte (beispielsweise
für die Einfahrt in bestimmte Städte) zu setzen.
→→
Konsequente Bewirtschaftung der Verkehrswege und des öffentlichen Parkraumes: Die Bepreisung von Straßennutzung und Parkplätzen in Abhängigkeit von den
Umweltwirkungen des jeweiligen Fahrzeugs ermöglicht eine verursachergerechte Finanzierung der Nutzung öffentlicher Räume und entfaltet eine klare Steuerungswirkung. Schwere und verbrauchsintensive Fahrzeuge müssten demnach aufgrund der
höheren Schadstoffemissionen, der stärkeren Beanspruchung von Verkehrswegen und
Parkplätzen sowie des höheren Platzbedarfs mehr zahlen als kleine und emissionsarme Fahrzeuge. Ein nutzerfinanziertes System könnte zudem das Teilen von Fahrzeugen
anreizen und damit den Platzverbrauch parkender Autos reduzieren.
→→
Dezentrale Versorgungsstrukturen: Mobilität mag im Einzelfall nur die Strecke von
A nach B bedeuten, gesamtwirtschaftlich ist Mobilität jedoch ein System und sollte
daher vernetzt gedacht werden. Diese Verknüpfungen betreffen sowohl Verkehrsträger
in sich – beispielsweise geteilte Fahrzeuge im Car- oder Bikesharing – als auch Fahrzeuggrenzen übergreifende Angebote wie etwa verbesserte Park&Ride-Möglichkeiten.
Die intelligente Vernetzung und Verknüpfung von Verkehrsmitteln ermöglicht den Nutzern, für jeden Zweck das jeweils passende Fahrzeug zu finden. So können Wege „multimodal“, also mit verschiedenen Verkehrsmitteln, zurückgelegt werden. Das ist nicht
nur klimafreundlich und effizient, sondern auch komfortabel. Nicht zuletzt bedeutet
intelligente Vernetzung auch die zunehmende Verschränkung zwischen Strom-, Wärme- und Verkehrssektor. Elektrofahrzeuge werden in der Regel nur dann Strom tanken,
wenn ausreichend Strom zur Verfügung steht. Wenn Strom gerade knapp ist, könnte
beispielsweise die Wärmepumpe pausieren zugunsten einer Ladung Strom für eine
kurzfristig anstehende Fahrt.
25
ten, jederzeit verfügbaren und mittelfristig
elektrisch angetriebenen Individualfahrzeugen abgewickelt wird („Spoke“), längere
überregionale Strecken („Hubs“) vorrangig
mit der Schiene, wobei die Übergänge fließend und barrierefrei sind. Bahnhöfe werden damit zu Knotenpunkten, an denen
überregionaler, zentraler Verkehr mit regionalen, dezentralen Elementen wie Car- und
Bike-Sharing verknüpft wird. Die dezentralen Einheiten können kleiner ausfallen und
ermöglichen durch die Kopplung mit den
überregionalen Anbindungen trotzdem die
volle Mobilität für jeden.
→→ Sharing-Konzepte
Autoeigentum ist teuer und ineffizient. Die
kostenintensiven Fahrzeuge werden im
Durchschnitt nur für eine Stunde Fahrt am
Tag angeschafft. Die meiste Zeit stellen Autos keine Fahr-, sondern Stehzeuge dar und
nehmen unnötig viel Platz im öffentlichen
Raum ein. Gleichzeitig verliert das Auto vor
allem bei jüngeren Leuten seinen Wert als
Statussymbol. Das macht Carsharing-Konzepte zunehmend attraktiv. Der entscheidende Treiber ist auch hier die Digitalisierung und insbesondere das mobile Internet.
Die digitale Vernetzung macht das Teilen
von Autos, aber auch von Fahrrädern oder
Transportfahrzeugen sehr viel einfacher. Informationen zur Verfügbarkeit von Fahrzeugen in der Nähe stehen permanent auf Abruf
bereit. Sowohl gewerbliche als auch private
Sharing-Modelle sind auf dem Vormarsch
und können für eine bessere Auslastung der
Fahrzeuge und für eine effizientere Auswahl
des passenden Verkehrsmittels sorgen.
26
→→ Power-to-Liquid
Die strombasierte Erzeugung flüssiger Kraftstoffe (Power-to-Liquid) kann in Zukunft
eine wichtige Option darstellen, um einerseits Stromüberschüsse aus Windenergie- und Photovoltaikanlagen in größerem
Umfang und für längere Zeit zu speichern
und andererseits Erneuerbare Energien verstärkt in den Mobilitätssektor zu bringen.
Zwar sind batterieelektrische Antriebe und
Wasserstoffantriebe effizienter, die strombasierte Produktion von gasförmigen (→
Power-to-Gas) und flüssigen (→Power-to-Liquid) Kraftstoffen stellt jedoch für schwere
Nutzfahrzeuge und den Luftverkehr eine
denkbare Perspektive dar. Ein wesentlicher
Vorteil von Power-to-Liquid wäre auch, dass
bei synthetischer Produktion der schon heute verwendeten Kraftstoffe die bestehende
Tankstelleninfrastruktur genutzt werden
kann – für neue Kraftstoffe wie etwa Wasserstoff sind allerdings auch neue Infrastrukturen notwendig.
27
FAZIT
FREIE FAHRT
FÜR DIE
ENERGIEWENDE!
Der Umstieg auf Erneuerbare Energien ist nicht nur klimapolitisch notwendig, sondern auch
ökonomisch vorteilhaft. Gesellschaft und Politik haben die Reise mit dem Ziel einer vollständigen Energiewende angetreten. Unsere sehr realitätsnahe Vision ist: Am Ende wird ein flexibles und nachhaltiges Energieversorgungssystem stehen, welches die Anwendungsbereiche
Wärme und Kälte, Strom und Mobilität sehr viel stärker als heute vernetzt. Flexibilität wird
vor allem durch die stärkere Verknüpfung von Infrastrukturen (Strom- und Gasleitungen,
Nah- und Fernwärmenetze, Hub- and Spoke-Prinzip) sowie durch die verstärkte Nutzung
von Speichern und Umwandlungsmöglichkeiten (Batterien, Wärmespeicher, Power-to-X)
ermöglicht. Variable Tarife, die das jeweils aktuelle Verhältnis von Angebot und Nachfrage
abbilden, sind erforderlich, um Verhaltensanpassungen anzureizen und für Ausgleichsbewegungen zu sorgen. Die verschiedenen Flexibilitätsoptionen werden intelligent und teilweise
automatisiert gesteuert, was durch eine zunehmende Digitalisierung des Gesamtsystems
unter notwendiger Sicherung der Privatsphäre möglich wird. Die Energiewende-Welt ist
stark dezentral ausgeprägt. Die Anzahl der Akteure im Energiesystem steigt, sie sind stärker
miteinander verwoben und interagieren. Die noch bei weitem nicht ausgeschöpfte Stärkung
von dezentralen Strukturen wird das System nach dem Vorbild der Natur flexibler und insgesamt stabiler machen.
Gespeist wird das neue Energiesystem zunehmend durch Strom aus Sonne und Wind, welcher unter anderem über Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge auch im Wärme- und Verkehrssektor Anwendung findet. Umrahmt wird die fluktuierende Stromerzeugung durch
Wasserkraft-, Bioenergie- und Geothermie-Kraftwerke, die sehr viel flexibler als heute betrieben werden. Gas- und Blockheizkraftwerke, die Biogas und aus Stromüberschüssen produziertes synthetisches Gas nutzen, sichern die Versorgung weiter ab. Die Wärmeversorgung
basiert auf Solar- und Bioenergie, Strom, Erd- und Umweltwärme. Wärmepumpen und Solarthermieanlagen wie auch die verschiedenen Bioenergieanwendungen werden dabei sowohl in dezentralen Einzellösungen als auch in netzgebundenen Systemen eingesetzt. Für
die Mobilität gewinnt Strom, der heute fast ausschließlich im Schienenverkehr eingesetzt
wird, durch Batterien und Wasserstoffantriebe zunehmend an Bedeutung. Er kann in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden, vom Lkw (hier auch über Oberleitungen) über
Pkw bis hin zu Rollern und Fahrrädern. Die Elektromobilität wird ergänzt durch Bio- und
synthetische Kraftstoffe.
28
Dr. Fritz Brickwedde
BEE-Präsident
Dr. Hermann Falk
BEE-Geschäftsführer
Die Reise Richtung Energiewende hat begonnen und ist unumkehrbar. Die Richtung und die
notwendigen Weichenstellungen sind zumindest im Stromsektor großteils erkannt. Im Wärme- und Mobilitätsbereich ist ein erfolgreicher Umbau dagegen noch deutlich weiter entfernt und muss nun entschlossen angepackt werden. Das Erreichen der Ziele ist trotz der unumstrittenen Notwendigkeit einer dekarbonisierten (Energie-)Wirtschaft kein Selbstläufer.
Um zügig voranzukommen, braucht es nicht nur Erkenntnis, sondern auch entschlossenes
Handeln. Die Politik muss als intelligentes Stellwerk auf der Energiewende-Reise handeln:
Das Ziel ist klar. Da die Entwicklung aller Einflussgrößen aber kaum über einen Zeitraum von
30 oder 40 Jahren prognostizierbar ist, werden auch Umleitungen oder Fahrplananpassungen erforderlich sein. Dies erfordert ein lernendes Vorgehen, das sich immer wieder an neue
Gegebenheiten und Herausforderungen in diesem tiefgreifenden Transformationsprozess
anpasst.
Der BEE bietet sich als Lotse an, um auf dem begonnenen Weg zur Energiewende voranzukommen und die dabei auftretenden Herausforderungen zu bewältigen. Durch die Arbeit
der Plattform Systemtransformation, deren Ergebnisse in dieser Broschüre zusammengefasst sind, konnten bereits viele Lösungsansätze aufgezeigt werden. Die Erkenntnisse stellen
einen Kompass dar, der hilft, die Richtung hin zu einem erneuerbaren Energieversorgungssystem nicht zu verlieren. Der BEE benennt kurz- und mittelfristig hilfreiche politische Weichenstellungen. Gemeinsam wollen wir Kurs nehmen auf ein sauberes, kosteneffizientes,
sicheres und innovatives Energieversorgungssystem und dabei die hohe Zustimmung der
Bürgerinnen und Bürger zur dezentralen Energiewende erhalten .
Berlin, im Februar 2016
29
FORSCHUNG IM ÜBERBLICK
In der BEE-Plattform Systemtransformation liegen aktuell acht Studien vor, die den
Übergang in eine saubere Energieversorgung fundiert beschreiben und der Politik konkrete
Handlungsempfehlungen unterbreiten. Sie sind im Internet erhältlich unter:
→ www.bee-ev.de/home/politik/plattform-systemtransformation
01 | Kompass-Studie Marktdesign
Leitideen für das künftige Energiesystem
Prof. Dr. Uwe Leprich, Eva Hauser, Katherina Grashof, Lars Grote,
Martin Luxenburger, Matthias Sabatier, Alexander Zipp
02 | Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender
Einspeisungen aus Erneuerbaren Energien
Dr.-Ing. Norbert Krzikalla, Siggi Achner, Stefan Brühl
03 | Flexibilitätsreserven aus dem Wärmemarkt
Wolfgang Schulz, Christine Brandstätt
04 | Analyse der Kosten Erneuerbarer Gase
Dr. Uwe Albrecht, Matthias Altmann, Jan Michalski,
Tetyana Raksha, Werner Weindorf
05 | Beitrag der Bioenergie zur Energiewende
Eva Hauser, Frank Baur, Florian Noll
EIN PROJEKT DER BEE PLATTFORM SYSTEMTRANSFORMATION
Der BEE bündelt die Interessen von 29 Verbänden und Organisationen:
WETTBEWERBLICHE
MARKT- UND SYSTEMINTEGRATION
ERNEUERBARER ENERGIEN
MONETÄRE KONSEQUENZEN DES MODELLS DER ECHTZEITWÄLZUNG
SOWIE POTENZIELLE FREIHEITSGRADE FÜR AKTIVE AKTEURE
06 | Wettbewerbliche Markt- und Systemintegration EE
Eva Hauser, Martin Luxenburger, Matthias Sabatier,
Thorsten Lenck, Steffen Schmiedeke
AUFTRAGGEBER
Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE)
AUFTRAGNEHMER
IZES gGmbH – Institut für ZukunftsEnergieSysteme
Energy Brainpool GmbH & Co. KG
AUTOREN
Eva Hauser, Martin Luxenburger, Matthias Sabatier,
Thorsten Lenck, Steffen Schmiedeke
Kontakt: [email protected], [email protected], Tel.: + 49 681 9762840
[email protected], Tel.: +49 30 76765410
ISBN-13: 978-3-920328-69-0
EVA HAUSER · MARTIN LUXENBURGER · MATTHIAS SABATIER
THORSTEN LENCK · STEFFEN SCHMIEDEKE
07 | Die neue Verkehrswelt
Dr. Weert Canzler, Prof. Dr. Andreas Knie
08 | Strommarkt-Flexibilisierung
Hemmnisse und Lösungskonzepte
Malte Jansen, Christoph Richts, Norman Gerhardt,
Thorsten Lenck, Marie-Louise Heddrich
IMPRESSUM
KURSBUCH ENERGIEWENDE
Ein Leitbild für 100 Prozent Erneuerbare Energie
in Wärme, Strom und Mobilität
Berlin, Februar 2016
HERAUSGEBER:
Bundesverband Erneuerbare Energie e.V.
Invalidenstr. 91, 10115 Berlin
Tel: 030 / 2 75 81 70 - 0
Fax: 030 / 2 75 81 70 –20
[email protected]
www.bee-ev.de
V.I.S.D.P.: Dr. Hermann Falk
FACHLICHE BETREUUNG: Robert Brandt
REDAKTION, GRAFIK & SATZ:
Agentur für Erneuerbare Energien e.V., Berlin
Claudia Kunz, Sven Kirrmann, Ryotaro Kajimura
FOTOS: S.6, S.12, S.20 Shutterstock / S.29 BEE
DRUCK: dieUmweltDruckerei GmbH, Langenhagen
Klimaneutraler Druck auf 100 % Recyclingpapier
klimaneutral
natureOffice.com | DE-275-874101
gedruckt
GEMEINSAM FÜR DIE ENERGIEWENDE
Als Dachverband der Erneuerbare-Energien-Branche in Deutschland
bündelt der BEE die Interessen von Verbänden, Organisationen und
mehr als 5000 Unternehmen. Das Ziel des BEE: 100 Prozent Erneuerbare Energie.
Bundschuh-Biogas-Grupp e.V. (BBG) | Förderkreis Biogas e.V. | OWAG Ostbayerische Windanlagen GbR | Windenergie Nordeifel e.V.
BundesverbandErneuerbare Energie e.V.
Invalidenstraße 91
10115 Berlin
Tel: 0 30 / 2 75 81 70 - 0
[email protected]
www.bee-ev.de

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