seine Vision für ein nachhaltiges Energiekonzept - fvee.defvee.de/fileadmin/politik/10.06.vision_fuer_nachhaltiges... · Energiekonzept 2050 Eine Vision für ein nachhaltiges Energiekonzept

Energiekonzept 2050

Eine Vision für ein nachhaltigesEnergiekonzept auf Basis vonEnergieeffizienz und 100 % erneuerbaren Energien

Beitrag der Institute:Fraunhofer IBP, Fraunhofer ISE, Fraunhofer IWES, ISFH, IZES gGmbH, ZAE Bayern und ZSW, die im ForschungsVerbundErneuerbare Energien (FVEE) zusammengeschlossen sind, für das Energiekonzept der Bundesregierung

Juni 2010

Erstellt vom Fachausschuss „Nachhaltiges Energiesystem 2050“des ForschungsVerbunds Erneuerbare Energien

1

Energiekonzept 2050

Präambel .................................................................................................................................... 4

Einführung ................................................................................................................................... 6

• Beispiele für technologische Weiterentwicklungen der letzten Jahre ............................ 7

• Beispiele für ökonomische und politische Weiterentwicklungen der letzten Jahre ........ 8

• Gemeinsamkeiten und Abgrenzungen zu gegenwärtig vorliegenden

Energieszenarien und Stellungnahmen ....................................................................... 8

Executive Summary ................................................................................................................... 10

Kernaussagen des Energiekonzepts 2050 ................................................................................. 12

1. Das Energiesystem 2050 auf Basis erneuerbarer Energien ....................................... 15

1.1 Entwicklung des Weltenergiebedarfs ........................................................................ 15

1.2 Die technologischen Komponenten des Energiesystems 2050

und ihre Energiepotenziale ........................................................................................ 17

1.2.1 Energieeffizienztechnologien ........................................................................................ 17

1.2.2 Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien ........................................................ 17

1.2.3 Energiespeichertechnologien ....................................................................................... 18

1.2.3.1 Speichertechnologien für Stromenergie ....................................................................... 18

1.2.3.2 Chemische Energiespeicher .......................................................................................... 19

1.2.3.3 Thermische Energiespeicher ......................................................................................... 20

1.2.4 Übertragungs- und Verteilungsnetze ............................................................................ 22

1.2.4.1 Dezentrale und zentrale Strom- und Gasverteilnetze .................................................... 22

1.2.4.2 Dezentrale Wärmenetze ............................................................................................... 23

1.2.5 Komponenten für solares und energieeffizientes Bauen ................................................ 23

1.3 Die Funktionsweise des Energie versorgungssystems 2050 ....................................... 23

1.3.1 Die Stromerzeugung als Hauptstandbein der Energieversorgung ................................. 23

1.3.2 Energieeffizienz durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) .................................................. 25

1.3.3 Wärmeerzeugung – direkte und sekundär erzeugte Wärme .......................................... 26

1.3.4 Energieversorgung des Verkehrs ................................................................................... 27

1.3.5 Information und Kommunikation in der Energieversorgung ......................................... 27

1.3.6 Das Regenerative Kombikraftwerk ................................................................................ 28

1.3.7 Gebäude, Städte und Gemeinden als energetische Systemkomponenten ..................... 29

1.3.8 Dynamisches Zusammenspiel der Technologiekomponenten ....................................... 30

Inhalt • Energiekonzept 2050

Energiekonzept 2050 • InhaltEnergiekonzept 2050

2

2. Transformation des heutigen Energiesystems zum

nachhaltigen Energiesystem 2050 ............................................................................. 32

2.1 Strukturwandel im Raumwärmesektor ...................................................................... 32

2.2 Von der Erdgasversorgung zum erneuerbaren Methan ........................................... 33

2.3 Flexible energetische und stoffstromorientierte Nutzungsstrategien

für Biomasse ............................................................................................................... 33

2.4 Balance zentraler und dezentralen Energieversorgung ............................................ 34

2.4.1 Netzmanagement von dezentralen Strom- und Wärmenetzen im Verbund

mit großen, landesweiten und europäischen Übertragungsnetzen ............................... 34

2.4.2 Wie können Systemkonflikte vermieden werden? ......................................................... 34

2.5 Kosten und Nutzen des Umbau der Energieversorgung .......................................... 35

2.5.1 Das Mengengerüst für 100%-EE-Szenario 2050 ........................................................... 35

2.5.2 Differenzkosten für 100%-EE-Szenario 2050 ................................................................. 39

2.5.2.1 Differenzkosten der Stromerzeugung ........................................................................... 40

2.5.2.2 Differenzkosten der Wärmeerzeugung ......................................................................... 41

2.5.2.3 Differenzkosten des Verkehrssektors ............................................................................. 42

2.5.2.4 Differenzkosten – Einordnung in den Gesamtzusammenhang ...................................... 44

2.5.3 Chancen und Risiken der Tansformation des Energiesystems ........................................ 44

3. Die Bedeutung von Forschung und Entwicklung ...................................................... 48

• Kostenreduzierung durch Lernkurveneffekte .............................................................. 48

3.1 Forschung und Entwicklung aus Sicht des Energiekonzepts und

langfristige Forschungsziele bis 2050 ........................................................................ 51

3.1.1 Energieeffizientes und solares Bauen ............................................................................ 51

3.1.2 Strom aus erneuerbaren Energien ................................................................................ 51

• Strom aus Photovoltaik .............................................................................................. 51

• Strom aus solarthermischen Kraftwerken ................................................................... 52

• Strom aus Windenergie ............................................................................................. 53

• Strom aus Erdwärme ................................................................................................. 53

3.1.3 Strom und Wärme aus Brennstoffzellen ........................................................................ 54

3.1.4 Chemische Energieträger aus erneuerbaren Energien ................................................... 54

• Energetische Nutzung von Biomasse ......................................................................... 54

• Effiziente Erzeugung von Wasserstoff ......................................................................... 55

• Effiziente Erzeugung von Methan .............................................................................. 55

Energiekonzept 2050 • Inhalt Energiekonzept 2050

3

3.1.5 CO2 als Rohstoff nutzen ............................................................................................... 56

3.1.6 Energiespeicher ............................................................................................................ 56

• Stromspeicher ............................................................................................................ 56

• Wärmespeicher .......................................................................................................... 57

3.1.7 Wärme und Kälte aus erneuerbaren Energien ............................................................... 58

• Wärme und Kälte aus solarthermischen Kollektoren ................................................... 58

• Wärme und Kälte aus Geothermie .............................................................................. 58

3.1.8 Mobilität ...................................................................................................................... 58

3.1.9 Elektrische Systemtechnik, Netzmanagement und verteilte Kraftwerke ......................... 59

3.1.10 Systemanalyse und Technikfolgenabschätzung für finanzielle Anreize und

politischen Regulierungsbedarf .................................................................................... 60

3.1.11 Soziale Begleitforschung .............................................................................................. 60

4. Politische Handlungsempfehlungen .......................................................................... 61

4.1 Markteinführungsmaßnahmen .................................................................................. 61

4.1.1 Markteinführungsmaßnahmen stimulieren ................................................................... 61

4.1.2 Markteinführung von EE-Stromerzeugung stimulieren................................................... 62

4.1.3 Markteinführung von EE-Wärmeerzeugung stimulieren ................................................ 62

4.1.4 Markteinführung von EE-Mobilitätskonzepte stimulieren .............................................. 62

4.2 Ressourcenproduktivität erhöhen .............................................................................. 63

4.3 Infrastruktur und Rahmenbedingungen .................................................................... 63

4.3.1 Netze um- und ausbauen.............................................................................................. 63

4.3.2 Speicher integrieren...................................................................................................... 63

4.3.3 Gaskraftwerke mit KWK ausbauen................................................................................. 63

4.3.4 Integration in europäisches Energiekonzept .................................................................. 63

4.3.5 Aus- und Weiterbildung von Fachkräften....................................................................... 64

4.4 Akzeptanz erhöhen und Öffentlichkeitsarbeit für Erneuerbare verstärken ...................... 64

4.5 Technologieentwicklung durch Forschung und Entwicklung ........................................ 64

Literatur ................................................................................................................................... 65

Impressum ................................................................................................................................. 68

Der ForschungsVerbund Erneuerbare Energien(FVEE) wurde vom BundesumweltministeriumAnfang 2010 ermutigt, ein Konzept für eindeutsches Energieversorgungssystem im Jahr2050 zu formulieren, das auf 100% erneuer baren Energien basiert. Das Energiekonzept 2050,erstellt von 7 Mitgliedsinstituten des ForschungsVerbunds, versteht sich als ein Beitrag zum Energiekonzept der Bundesregierung, das im Oktober 2010 verabschiedet werden soll. Es schließt den künftigen Energiebedarf aller Nutzungsbereicheein: Strom, Wärme und Kraftstoff.

Das vorliegende Energiekonzept soll auchGrundlage sein für ein anschließend zu erarbeitendes Papier des FVEE mit Empfehlungen zum 6. Energieforschungs-programm, das Anfang 2011 von der Bundesregierung verabschiedet werden soll.

Kapitel 1 stellt das Energiekonzept 2050 vor undzeigt, mit welchen technologischen Komponen-ten eine Versorgung mit 100% erneuerbarenEnergien nachhaltig, kostengünstig und versor-gungssicher möglich ist. Kapitel 2 erläutert, welche technologischenTransformationsprozesse zur Realisierung desEnergiekonzept 2050 notwendig sind. Kapitel 3 stellt die Bedeutung von Forschungund Entwicklung für diesen Prozess dar. Kapitel 4 gibt politische Handlungsempfehlun-gen, die die Transformationsprozesse anstoßenund/oder beschleunigen können.

Begriffsdefinitionen

• „Erneuerbar“: Das Energiekonzept 2050 definiert eine Energiequelle als „erneuerbar“oder „regenerativ“, wenn sie sich entwederkurzfristig von selbst erneuert oder ihre Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quellebeiträgt. Man spricht dann von nachhaltigzur Verfügung stehenden Energieressourcen.Diese Definition trifft auf alle direkten Solar-energien zu, auf die indirekten Solarenergienwie Wind, Wasserkraft und Biomasse undauch auf Erdwärme und die Meeresenergien. Kernfusion ist nach dieser Definition keineerneuerbare Energie.

• „Nachhaltigkeit“: Der Begriff Nachhaltigkeitwird als Dreiklang von Ökologie, Ökonomieund Sozialverträglichkeit bezeichnet. Er orientiert sich an der Definition der Enquete-kommission des Bundestages, Endbericht2002 „Nachhaltige Energieversorgung unterden Bedingungen der Globalisierung undder Liberalisierung“, wobei diese mehrheit-lich der Ökologiedimension eine gewisseVorrangstellung einräumte.

Folgende Punkte charakterisieren das Energiekonzept 2050:

• Optionenvielfalt als Garant für Versor-gungszuverlässigkeit: Das Energiekonzept2050 beschreibt eine zuverlässige, sichere,kostengünstige und robuste Energieversor-gung auf Basis der vielfältigen erneuerbarerEnergien. Diese Palette der erneuerbarenEnergien, deren Potenziale sehr viel höhersind als der Gesamtenergiebedarf, gewähr-leistet auch bei geringerem Beitrag oder zeitlichen Ausfall einer Technologie die Bereitstellung von Alternativen, sodass in jedem Fall eine 100%-Versorgung aufBasis erneuerbarer Energien sichergestellt ist.

Energiekonzept 2050 • Präambel

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Energiekonzept 2050

Präambel

Energiekonzept 2050 • Präambel

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Energiekonzept 2050

• Energieeffizienz prioritär: Die Erhöhungder Energieeffizienz wird als strategischeAufgabe höchster Priorität behandelt: Die Institute plädieren für einen starken Ausbauder dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung(KWK), um die Energienutzungseffizienz dererneuerbaren Energiekonversionstechnikenzu erhöhen. Die energetische Sanierung desheutigen Gebäudebestands wird bis 2050im Wesentlichen abgeschlossen sein (sieheAbschnitt 1.3.7).

• Strom als Hauptstandbein: Die Stromge-winnung und -nutzung aus erneuerbaren Energien hat im Energiekonzept 2050 einedominante Stellung.

• Chemische Energieträger: ErneuerbarerStrom wird somit zur Primärenergie, indemauch chemische Energieträger (Wasserstoff,Methan) aus ihm gewonnen werden, die besonders für eine Langzeitspeicherung erneuerbarer Energien unter anderem fürden Verkehrssektor notwendig sind. Die Herstellung von „erneuerbarem Methan“bedeutet einen Paradigmenwechsel für dieEnergiespeicherung.

• E-Mobilität: Der Verkehr im Energiekonzept2050 wird weitgehend direkt elektrisch ge-deckt oder indirekt, indem Strom zu Wasser-stoff oder Methan umgewandelt wird.

• Regeneratives Kombikraftwerk: Das Prinzip „Regeneratives Kombikraftwerk“ (Abschnitt 1.3.6) wird mit seinem system-technischen Zusammenspiel der erneuerba-ren Energien und der Energiespeicherungauf ganz Deutschland ausgedehnt.

• Europäischer Stromverbund: Der verlust-arme Stromtransport über weite Streckenund der Energieausgleich auf europäischerEbene spielen für die Nutzung der fluktuie-renden Energiequellen eine Schlüsselrolle.

• Rolle der Biomasse: Die energetische Nut-zung der Biomasse wird als eine beschränk-te Ressource behandelt. Energiepflanzensollten mittel- bis langfristig vor allem zurHerstellung von Synthesekraftstoffen wie Kerosin für Flugzeuge und Schiffe sowie zurProduktion von Rohstoffen für die chemischeIndustrie verwendet werden. Die energeti-sche Verwertung von Biomasse-Reststoffenergänzt dieses Konzept.

• Solare Wärme: Solarthermische Kollektorenliefern im Energiekonzept 2050 einen wichtigen Beitrag zur Trinkwassererwärmung,Raumheizung, Prozesswärme- und Kältever-sorgung in einzelnen Gebäuden und für dieNah-/Fernwärme- und -kältesysteme.

• Hoher Nutzen bei ungefähr gleichbleiben-den Kosten: Das Energiesystem 2050 wirdvolkswirtschaftlich bei optimaler Auslegungnicht teurer als das gegenwärtige. Dies ergibt sich aus der Verbindung der im Energie konzept 2050 beschriebenen technologischen Komponenten mit ihrenLern- und Erfahrungseffekten und der Kosten- und Nutzenanalyse (Kapitel 2.5).

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Energiekonzept 2050 Energiekonzept 2050 • Einführung

Erneuerbare Energien haben das größte energe-tische und technische Potenzial aller bekanntenEnergiequellen. Sie sind umwelt- und klima-freundlich, global einsetzbar, in wenigen Jahrendie kostengünstigsten Energiequellen und siegenießen eine außerordentlich hohe gesell-schaftliche Akzeptanz. Die erneuerbaren Ener-gien sind heimische Energiequellen und könnendie Nutzung von Kohle, Erdöl, Erdgas und nuklearen Energien im Strom- und Wärmemarktschrittweise reduzieren und langfristig vollstän-dig und dauerhaft ersetzen. Sie reduzierendamit die Abhängigkeit von Energieimporten,erhöhen die Energiewertschöpfung im Landund schaffen Arbeitsplätze.

Technologische Erfolge in Forschung und Entwicklung auf der Grundlage einer energie-politischen Rahmensetzung, die ein hohes Maßan Investitionssicherheit für die Markteinfüh-rung neuer Technologien gewährleistete, habenin den vergangenen zwei Jahrzehnten die Nutz-ung der erneuerbaren Energien in Deutschlandleistungsfähiger und nachhaltiger gemacht.Im Zuge der Transformation des heutigen Energiesystems zu einer nachhaltigen Energie-dienstleistungswirtschaft auf der Basis erneuer-barer Energien wird der Strom als zentralerBaustein dieser Wirtschaft immer „grüner“.Damit verbunden ist ein Paradigmenwechselbeim Kraftwerkseinsatz und bei der Markt-,Netz- und Systemintegration der erneuerbarenEnergien: weg von der bisherigen Grundlast-philosophie auf der Basis zentraler fossiler undnuklearer Großkraftwerke hin zu einem immergrößeren Anteil dezentraler fluktuierender Ener-gien aus erneuerbaren Quellen, die durch eineVielzahl von Maßnahmen verstetigt werdenkönnen: schnell reagierende Gaskraftwerke, zu virtuellen Kraftwerken verbundene Kraft- Wärmekopplungsanlagen, Last- und Erzeu-gungsmanagement-Verfahren in Verbindungmit intelligenten Netzen (smart grids) und effiziente Speichertechnologien.

In Verbindung mit erneuerbaren Energien gewinnen Effizienztechnologien stark an Bedeutung. Denn die angestrebten hohen Anteile erneuerbarer Energien an der gesamten Energiebereitstellung können nur dann erreichtwerden, wenn mittelfristig ein großer Teil derbestehenden technisch-wirtschaftlichen Effi-zienzpotenziale erschlossen wird. Dazu zählenim Raumwärmebereich der Bau von Niedrigst-,Passiv- oder sogar Plusenergiehäusern.

Im Verkehrsbereich wird die Elektromobilitätmittel- und langfristig ein wesentlicher Bausteinfür eine klimaverträgliche Mobilität werden,wenn der Strom dafür vollständig aus erneuer-baren Energien bereit gestellt wird. Durch einebidirektionale Einbindung der Fahrzeugbatterienin das Stromnetz können diese zur Erhöhungder Versorgungssicherheit genutzt werden. Ergänzt wird die Elektromobilität durch Wasser-stoff und Methangas und daraus abgeleiteteKraftstoffe für Fahr- und Flugzeuge.

Diese Entwicklungen finden statt, da die Politikdem Klimaschutz eine hohe Priorität einräumt.Insbesondere die von der EU und der Bundes-regierung vorgegebenen Zielsetzungen undRahmenbedingungen haben die Chancen fürdie Entwicklung der erneuerbaren Energien undder Energieeffizienztechnologien erheblich verbessert.

Die konsequente Markteinführungspolitik inDeutschland hat in Verbindung mit einer lang-fristig angelegten Forschungs- und Entwick-lungspolitik in den vergangenen 20 Jahren zueiner rascheren Markt- und Technologieentwick-lung geführt als erwartet. Die bemerkenswer-ten Fortschritte zeigen, dass bei anhaltenderInnovationsdynamik schon 2050 in Deutsch-land ein Energiesystem realisiert werden kann,das zu 100 % auf erneuerbaren Energien undEnergieeffizienz basiert.

Einführung

Energiekonzept 2050 • Einführung

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Energiekonzept 2050

Beispiele für technologische Weiterentwicklungen der letzten Jahre

• Energieeffizientes Bauen: Signifikante Minderung der Bedarfe für Heizen, Kühlen,Belüften und Belichten von Gebäuden mit-tels Effizienzsteigerung der Bau- und Anlagentechnik (Niedrigenergie-, 3-Liter-und Passivhaus).

• Kraft-Wärme-Kopplung: Erhöhung der Bereitstellungs- und Nutzungseffizienzendurch Kombinationsmöglichkeiten erneuer-barer Energietechniken mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder mit Wärmepumpen.

• Photovoltaik: Stetige Kostenreduktion umdurchschnittlich 7% pro Jahr in den vergan-genen 10 Jahren durch Erhöhung der Wir-kungsgrade, effizienteren Materialeinsatzund neue Produktionstechnologien [1].

• Solarthermische Kraftwerke: Entwicklungund Bau solarthermischer Kraftwerke mitgroßen Energiespeichern [2].

• Elektromobilität: Entwicklung der Elektro-mobilität und der damit verbundenenChance, erneuerbare Energien auch im Verkehr effizient nutzen zu können.

• Biomasse: Entwicklung von Polygeneration-verfahren zur energetischen Nutzung vonBiomasse, um Strom, Wärme, Kälte undKraftstoff zu erzeugen.

• Wasserstoff: Wasserstofferzeugung durchHochtemperaturelektrolyse mit Wirkungs-graden von bis zu 80% [3].

• Brennstoffzellen: Brennstoffzellen werdenin großangelegten Feldtests für den Einsatzin der Gebäudeenergieversorgung, im Indi-vidualverkehr und im öffentlichem Nahver-kehr erprobt.

• Erneuerbares Methan: Neue Konversions-technologie, um aus erneuerbarem Stromund CO2 erneuerbares Methangas zu erzeu-gen. Damit kann das Erdgasnetz unmittel-bar als großer Speicher für erneuerbareEnergien genutzt werden. (siehe Abschnitt1.2.3.3).

• Regeneratives Kombikraftwerk: Die Entwicklung regenerativer Kombikraftwerkefür das koordinierte Zusammenspiel verschiedener EE-Technologien

• Offshore Windkraftanlagen: Die Entwick-lung der Offshore-Windenergienutzung miteiner neuen Anlagengeneration und verbes-serte Windleistungsprognosen auf der Basisenergiemeteorologischer Methoden

• Netzintegration: Entwicklung von Wechsel-richtern, die zunehmend Systemdienstlei-stungen zur Netzstabilisierung übernehmen.Präzise Prognoseverfahren für die Leistungs-vorhersage von Wind- und Solarkraftwerken.

• Smart Grids: Entwicklung von smart grids inVerbindung mit smart metering: IntelligenteVerteilnetze für Strom in Verbindung mitzeitvariablen Tarifen für das Lastmanage-ment [4].

• Solare Wärme und Kälte: Erhöhung der Effizienz der solarthermischen Kollektorenund Systeme für Raumheizungsunterstüt-zung, Entwicklung von Prozesswärmean-wendungen und solarthermischer Kühlung.

• Das Solaraktivhaus: Entwicklung des Solar-aktivhauses, das zu 50 bis 100% mit thermi-schen Solarkollektoren beheizt wird [5])

Die Erfolge der innovativen Technologieentwick-lung haben dazu beigetragen, dass sich dieenergiepolitischen Ziele der Bundesregierung,der EU-Mitgliedsstaaten und der EU-Kommis-sion stetig weiterentwickelt haben.

Beispiele für ökonomische und politische Weiterentwick-lungen der letzten Jahre

• Wie oben ausgeführt gab es raschere Kostensenkungen und raschere Marktein-führung bei erneuerbaren Energien zurStromerzeugung als erwartet.

• Erlass der EU-Richtlinie mit dem 20-20-20-Ziel, die es ökonomisch sinnvollmacht, an einen europäischen Stromver-bund zu denken.

• Die gesellschaftliche Akzeptanz der erneuer-baren Energien hat sich rasch und positivweiterentwickelt. Umfrageergebnisse zeigeneine Zustimmung von 80 bis 90%.

• Das EEG ist in Deutschland durch ein Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) ergänzt worden.

• Das BMU hat gegenwärtig das Ziel gesetzt,die Energieversorgung in Deutschland bis2050 vollständig auf erneuerbare Energienumzustellen.

• Das BMWi hat das Ziel gesetzt, ausgehendvom Emissionsniveau 1990 die CO2-Emis-sionen bis 2050 um 80 – 95% zu senken.

Gemeinsamkeiten und Abgrenzung zu gegenwärtigvorliegenden Energieszenarienund Stellungnahmen

a) WBGU-GutachtenDie Skizze der Funktionsweise des Energiever-sorgungssystems 2050 (siehe Kap. 1.3) ähnelt inseiner Grundstruktur dem in Arbeit befindlichenWBGU-Gutachten „Transformation“ [6]. In demWBGU-Gutachten 2008 „Welt im Wandel – Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltigeLandnutzung“ [7] werden die primärenergeti-schen Einsparmöglichkeiten beim Übergang aufeine Energieversorgung mit erneuerbaren Energien eindrucksvoll dargestellt. Daher standdiese Publikation, deren technische Seite vom

Fraunhofer IWES (Schmid, Sterner) abgedecktwurde, Pate bei den Abbildungen zur Transfor-mation des Energiesystems von heute zu demvon 2050. Außerdem wird im Energiekonzept2050 auf die Ambivalenz der energetischen Biomassenutzung Bezug genommen, wie sieauch im WBGU-Gutachten 2008 diskutiert wird:Einerseits existiert ein signifikantes nachhaltigesPotenzial der Bioenergie, andererseits sind Risiken für Ernährungssicherheit, biologischeVielfalt und Klimaschutz nicht zu übersehen.

b) DLR-Leitszenarios 2008 und 2009 Das Energiekonzept 2050 steht in einem pro-duktiven Zusammenhang mit den Leitstudien2008 und 2009 des BMU [8], [9] und mit Vorar-beiten des DLR und des Fraunhofer IWES zumLeitszenario 2010. Diese Szenarien bilden fürviele Aussagen des Energiekonzepts 2050 zurTransformation (Kap. 2) und vor allem für dieökonomischen Betrachtungen (Kap. 2.5) einesystemanalytische Basis. Bis zum Jahr 2020 sinddie Papiere in ihren wichtigsten Aussagen sehrähnlich. Auf folgende Unterschiede sollte aberhingewiesen werden:

• Das Energiekonzept 2050 berücksichtigt dieBitte des BMU, ein Konzept für eine Energie-versorgung mit 100% erneuerbaren Energienbis 2050 zu entwerfen. Die zuletzt veröffent-lichte Leitstudie 2009 hatte hingegen nur50% erneuerbare Energien als Zielmarke fürdas Jahr 2050, aber in dem gegenwärtig erar-beiteten Leitszenario 2010 werden erstmalsebenfalls zwei 100%-Ziele analysiert: eine Va-riante mit Wasserstoff und eine Variante mitMethangas als Langzeitspeicher.

• Das Leitszenario 2009 konnte noch nicht dieneuen Potenziale der erneuerbaren Energien– wie oben aufgezählt – und den starken PV-Ausbau berücksichtigen.

• Im Unterschied zu den Leitszenarios berück-sichtigt das Energiekonzept 2050 nicht diekurzfristigen realpolitischen Implikationen,sondern sieht seine Aufgabe darin, auf derBasis neuer technologischer Erkenntnisseein schlüssiges Energiesystem 2050 zu entwerfen und die damit verbundenen energieund forschungspolitischen Voraus-setzungen zu benennen.

Energiekonzept 2050 • Einführung

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Energiekonzept 2050

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Energiekonzept 2050Energiekonzept 2050 • Einführung

c) SRU-Stellungnahme vom Mai 2010Der Sachverständigenrat für Umweltfragen(SRU) hat unter dem Titel „100% erneuerbareStromversorgung bis 2050: klimaverträglich, sicher, bezahlbar“ [10] eine Stellungnahme veröffentlicht, die im Strombereich mit den Vorstellungen der Autorengruppe im FVEE ingroßen Teilen übereinstimmt. Allerdings erwartet das Energiekonzept 2050 einen höheren Strombedarf, da es den breiten Einsatzvon Wärmepumpen und die Elektromobilitätmit einbezieht. Da viele Aussagen in der SRU-Stellungnahme systemanalytisch detaillierter dargestellt sind, nimmt das Konzeptim Einvernehmen mit dem SRU und mit den Kollegen des DLR in einigen AbschnittenBezug auf diese Stellungnahme.

d) WWF-Studie vom Oktober 2009Die Studie „Modell Deutschland – Klimaschutzbis 2050. Vom Ziel her denken“ [11] ist eine alleEnergiebedarfssektoren umfassende Studie. Sieist mit dem Energiekonzept 2050 verwandt,indem Sie ebenfalls von der Fragestellung aus-geht, wie 2050 eine Energieversorgung ausse-hen könnte, die vollständig auf erneuerbarenEnergien basiert.

Das Energiekonzept orientiert sich bei der Be-rechnung des Mengengerüsts für den Energie-bedarf 2050 vor allem an dem in derWWF-Studie analysierten Energiebedarf im Verkehrssektor. Allerdings besteht der Unter-schied darin, dass das Energiekonzept 2050 soweit wie möglich auf den Einsatz von Biomassezur Nutzung als Kraftstoff verzichtet.

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Energiekonzept 2050 Energiekonzept 2050 • Executive Summary

Die Begrenzung des Temperaturanstiegs aufmaximal 2 °C erfordert die Reduktion der ener-giebedingten Kohlendioxidemissionen in derEuropäischen Union und Deutschlands um mindestens 90% und damit den vollständigenUmbau des gesamten Energiesystems. Die Zielerreichung ist über verschiedene Technologiepfade möglich.

In diesem Energiekonzept wird ein Energie-szenario vorgestellt, das auf einer wesentlich effizienteren Nutzung der Energieressourcenund der vollständigen Deckung des Restenergie-bedarfs mit erneuerbaren Energien beruht. DasSzenario weist viele Vorteile auf: es stehen aus-reichende Potenziale in Deutschland, Europaund im benachbarten Ausland zur Verfügung,die Betriebsrisiken der erneuerbaren Energien-Technologien sind gering und das Szenario istnachhaltig, da die erneuerbaren Energien dauerhaft zur Verfügung stehen.

Im Folgenden wird gezeigt, wie ein solches auf100% erneuerbare Energien basierendes Energieversorgungs-, -verteilungs- und -nutzungssystem im Jahre 2050 aussehen undfunktionieren kann, wie ein hohes Maß an Versorgungssicherheit gewährleistet wird unddass ein solches System kostengünstig ist.

Die Realisierung des Energiekonzeptes 2050 erfordert die Transformation des Energiesystemsvon einer zentralen, lastoptimierten hin zu einerdezentralen, intelligenten, last- und angebots-orientierten Energieversorgungsstruktur. Ergänztwird die dezentrale Erzeugung durch den Auf-bau eines Hochspannungs-Gleichstrom-Übertra-gungsnetzes (HGÜ) in Europa und Nordafrika.Die Netze benötigen eine intelligente Steue-rung, die den regionalen und den europaweitenAusgleich von Energiebedarf und -angebot(Smart Grid) ermöglicht.

Wesentliches Element des Energiekonzeptes isteine deutliche Erhöhung der Energieeffizienzdurch Reduzierung des Energiebedarfs, z. B.durch sehr gute Wärmedämmung und durchdie effiziente Umwandlung und Nutzung derEnergie, z. B. durch Einsatz von Elektro- stattVerbrennungsmotoren oder durch die Wärme-nutzung in Kraft-Wärme-Kopplung.

Um ein möglichst robustes Energieversorgungs-system zu gestalten, besteht dieses aus einemMix aller erneuerbarer Energien, also Wind- undWasserkraft, Photovoltaik, SolarthermischenKraftwerken (im Süden Europas und Nord-afrika), solarthermischer Wärmeerzeugung, Biomasse-Reststoffnutzung, Geothermie undWellenenergie. In Deutschland und Europa sinddie Potenziale an erneuerbaren Energien deut-lich höher als der Energiebedarf, allerdings wei-sen Sonnenenergie und Wind die größtenPotenziale auf. Biomasse wird vor allem stofflichverwertet werden und wird im Energiekonzeptnur in geringem Umfang energetisch genutzt,vor allem in Form von Biomasse-Reststoffen aufgrund der begrenzten Ressourcen und dervorhandenen Nutzungskonkurrenz mit der Nahrungsmittelerzeugung.

Strom ist als universell einsetzbarer und leichttransportierbarer Energieträger ein Hauptpfeilerder künftigen Energieversorgung, da neueStromanwendungen wie die Elektromobilitäthinzukommen und gleichzeitig der Wärmebe-darf durch Effizienzmaßnahmen deutlich verrin-gert wird. Die Stromerzeugung erfolgt imEnergiekonzept 2050 vor allem mit Wind undPhotovoltaik. Hinzu kommen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, die mit Biogas angetriebenwerden sowie mit Methan oder Wasserstoff, diemit erneuerbaren Energien erzeugt werden.

Executive Summary

Der Wärmebedarf wird durch Effizienzmaß-nahmen deutlich reduziert, was die flächen -deckende wärmetechnische Sanierung des gesamten Gebäudebestands bis 2050 voraus-setzt. Der Restbedarf wird mit solarthermischen Anlagen, Wärmepumpen mit erneuerbaremStrom und aus Kraft-Wärmekopplung bereitge-stellt. Der Bedarf an Kälte wird klimabedingt zunehmen, die Kälteversorgung erfolgt in Städten zunehmend über Kältenetze.

Mobilität ist im Jahr 2050 vor allem Elektromo-bilität, da Elektromotoren sehr effizient sind unddamit den Primärenergieeinsatz bei Nutzungvon erneuerbaren Energien-Strom etwa auf einViertel senken. Biokraftstoffe, die nur begrenztzur Verfügung stehen, werden vor allem imLangstrecken- und Güterverkehr und in derLuftfahrt eingesetzt werden. Eine Alternative zuBiokraftstoffen stellen erneuerbare Kraftstoffeaus Wind- und Solarenergie dar. Die Elektromo-bilität stellt darüber hinaus dem Gesamtenergie-system Speicherkapazitäten zur Verfügung.

Der Aufbau und die Integration von großenSpeicherkapazitäten in das Energieversorgungs-system ist Grundvoraussetzung für einen großen Anteil fluktuierender Energiequellen.Dabei werden die Speicherkapazitäten durcheinen Mix verschiedener erneuerbarer Energien,einen europäischen Ausgleich von zeitweiligenregionalen Über- und Unterkapazitäten sowiedurch eine intelligente Steuerung von Angebotund Nachfrage möglichst niedrig gehalten.Für den verbleibenden Speicherbedarf stehenverschiedene Stromspeicher zur Verfügung.Elektrochemische Stromspeicher gleichen vorallem kurzfristige Schwankungen aus. Die mit-tel- bis langfristige Energiespeicherung erfolgtchemisch, entweder mittels Wasserstoff odersynthetischem Methan, die beide mit erneuer-baren Energien erzeugt werden. Wärmespeicherwerden als Kurz-, Mittel und als saisonale

Speicher eingesetzt. Sie werden in einzelnenGebäuden installiert und als Großspeicher inWärme- und Kältenetze integriert und ermöglichen die vollständige regenerative Wärmeversorgung und die Wärmenutzung ausder Wärmekraftkopplung. Die heutigen Wasserspeicher werden künftig durch Latent-speicher und chemische Speicher ergänzt.

Als Speichermedium wird auch synthetischesMethan genutzt, das mit erneuerbaren Energienaus Wasserstoff und CO2 hergestellt wird. Diesesermöglicht die Speicherung von zum Zeitpunktder Erzeugung nicht benötigtem erneuerbaremStrom und kann eingesetzt werden als Kraft-stoff, bei der Stromerzeugung in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und zur Bereitstellung hoherTemperaturen. Synthetisches Methan ist einAustauschgas für Erdgas, kann in der Transformationsphase mit Erdgas gemischt werden und ermöglicht die Nutzung der vorhandenen Gasinfrastruktur wie Gasnetzeund -speicher.

Die ökonomischen Berechnungen zeigen, dassdie Transformation des Energiesystems in derkommenden Dekade zu Mehrkosten führt, ab2030 aber günstiger ist als das fossil-nukleareVergleichssystems.

Energiekonzept 2050 • Executive Summary

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Energiekonzept 2050

Energiekonzept 2050 • Kernaussagen

1. 100% Erneuerbare sind möglich: DieTechnologien zur Nutzung der erneuerba-ren Energien und der Energieeffizienzhaben sich rascher entwickelt als erwartet.Die bemerkenswerten Fortschritte zeigen,dass bei anhaltender Innovationsdynamikschon 2050 in Deutschland ein Energie-system realisiert werden kann, das zu 100%auf erneuerbaren Energien basiert.

2. Optionenvielfalt als Garant für Versorgungszuverlässigkeit: Das Energie-konzept 2050 beschreibt eine zuverlässige,sichere, kostengünstige und robuste Ener-gieversorgung auf Basis der vielfältigen erneuerbarer Energien. Diese Palette der erneuerbaren Energien, deren Potenzialesehr viel höher sind als der Gesamtenergie-bedarf, gewährleistet auch bei geringeremBeitrag oder gar „Ausfall“ einer Technologiedie Bereitstellung von Alternativen, sodassin jedem Fall eine 100%-Versorgung aufBasis erneuerbarer Energien sichergestelltist.

3. Energieeffizienz prioritär: Die Erhöhungder Energieeffizienz wird als strategischeAufgabe höchster Priorität behandelt: DieInstitute plädieren für einen starken Ausbauder dezentralen Kraft-Wärme-Kopplung(KWK), um die Energienutzungseffizienz dererneuerbaren Energiekonversionstechnikenzu erhöhen – begleitet von der Notwendig-keit, Anreizmaßnahmen für solche Systemein Verbindung mit Nahwärmesystemen weiter zu entwickeln. Die energetische Sanierung des heutigen Gebäudebestandswird bis 2050 im Wesentlichen abgeschlos-sen sein.

4. Strom als Hauptstandbein: Die Stromge-winnung und -nutzung aus erneuerbarenEnergien hat im Energiekonzept 2050 einedominante Stellung.

5. Europäischer Stromverbund: Der verlust-arme Stromtransport über weite Streckenmit HGÜ und der Energieausgleich auf eu-ropäischer Ebene spielen für die Nutzungder fluktuierenden Energiequellen eineSchlüsselrolle. Dieser weiträumige Ausgleichdurch eine europäische Stromvernetzungverstetigt das Angebot an erneuerbarerEnergie. Mit Energiespeichern wird außer-dem das fluktuierende Angebot an Wind-und Solarenergie der jeweiligen Nachfrageangepasst. Erneuerbarer Strom wird somitzur Primärenergie, indem auch chemischeEnergieträger (Wasserstoff, Methan) ausihm gewonnen werden.

6. Chemische Energieträger: Für die Über-brückung längerer Phasen mit zu geringemAngebot können in Überangebotszeitendiese chemischen Energieträger in Langzeit-speichern saisonal verfügbar gemacht werden, die unter anderem auch für denVerkehrssektor notwendig sind. Die Herstel-lung von „erneuerbarem (synthetischem)Methan“ bedeutet einen Paradigmenwech-sel für die Energiespeicherung.

7. E-Mobilität: Der Verkehr im Energiekonzept2050 wird weitgehend direkt elektrisch gedeckt oder indirekt, indem Strom zu Wasserstoff oder Methan umgewandelt wird.

Energiekonzept 2050

Kernaussagen des Energiekonzepts 2050

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8. Regeneratives Kombikraftwerk: Das Prin-zip „Regeneratives Kombikraftwerk“ wirdmit seinem systemtechnischen Zusammen-spiel der erneuerbaren Energien und derEnergiespeicherung auf ganz Deutschlandausgedehnt.

9. Systemkonflikte vermeiden: Die heutigenGroßkraftwerke sind ungeeignet, fluktuie-rende Ströme aus erneuerbaren Energienauszugleichen, denn sie können die dafürerforderlichen großen Leistungsänderungennicht abbilden. Wenn die Vorrangigkeit derEinspeisung erneuerbarer Energien erhaltenbleibt, dann werden herkömmliche Grund-lastkraftwerke zunehmend ungeeignet, dieResiduallast aufzubringen. Das bedeutetnicht nur, dass dann weder Kernkraftwerke,noch Fusionskraftwerke, noch Kohlekraft-werke eingesetzt werden können, sondernauch, dass die gegenwärtigen Ansätze derCO2-Abscheidung und Speicherung bei derKohleverstromung (CCS) nicht nur aus reinwirtschaftlichen sondern auch aus systemi-schen Gründen in eine verkehrte Richtungführen.

10. Rolle der Biomasse: Die energetische Nutzung der Biomasse wird als eine beschränkte Ressource behandelt, die dieEntwicklung von stofflichen und energeti-schen Nutzungskaskaden erfordert. Energie-pflanzen sollten mittel- bis langfristig vorallem zur Herstellung von Synthesekraftstof-fen wie Kerosin für Flugzeuge und Schiffesowie zur Produktion von Rohstoffen für diechemische Industrie verwendet werden.Die energetische Verwertung von Biomasse-Reststoffen ergänzt dieses Konzept.

11. Solare Wärme: Solarthermische Kollektorenliefern im Energiekonzept 2050 einen wich-tigen Beitrag zur Trinkwassererwärmung,Raumheizung, Prozesswärme- und Kältever-sorgung in einzelnen Gebäuden und für dieNah-/Fernwärme- und -kältesysteme.

12. Kosten und Nutzen: Das Energiesystem2050 wird volkswirtschaftlich bei optimalerAuslegung zumindest nicht teurer als dasgegenwärtige. Dies ergibt sich aus der Verbindung der im Energiekonzept 2050

beschriebenen technologischen Komponen-ten mit ihren Lern- und Erfahrungseffektenund der Kosten- und Nutzenanalyse:

• Der Ausbau der erneuerbaren Energienverursacht zunächst Mehrkosten sowohlin der Strom- und Wärmeerzeugung alsauch im Verkehrssektor. Bei einer jahres-spezifischen Betrachtung wird das Maximum der Mehrkosten aber bereitsim Jahr 2015 mit einer Summe von rund 17 Mrd. Euro erreicht. Dies entspricht lediglich ca. 8% der Gesamtausgaben fürEnergie in Deutschland, die sich gemäßder monetären Bewertung des Endener-gieverbrauchs auf 212 Mrd. €/a belau-fen. Das Argument, wonach erneuerbareEnergien erhebliche Kostensteigerungendes Energiesystems verursachen würden,ist mit diesem Vergleich zu entkräften.

• Bei der Betrachtung der Differenzkostender erneuerbaren Energien aus allen dreiSektoren wird deutlich, dass die Transfor-mation in ein vollständig auf erneuerba-ren Energien basierendes Energiesystembis zum Jahr 2050 auch aus ökonomi-scher Sicht vorteilhaft ist. Im Zeitraum2010 bis 2050 können allein in den Sektoren Strom und Wärme Kosten voninsgesamt 730 Mrd. Euro eingespart werden.

13. Forschungsförderung: Die Verteilung deröffentlichen Ausgaben für Forschung undEntwicklung auf die verschiedenen Energie-technologien müssen sich an ihrer langfristi-gen Bedeutung orientieren. Entsprechendder Zielsetzung der Regierungskoalition unddem vorgestellten Energiekonzept ist des-halb bei der Forschungsförderung die Priorität auf die erneuerbaren Energien undEnergieeffizienz zu legen. Forschung undEntwicklung ist auch als Maßnahme der Industriepolitik zu begreifen. Denn nur dort,wo deutsche Produzenten im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienzweltweit technologisch führend sind, besteht die Chance, die Produktion vonKomponenten des neuen Energieversor-gungssystems in Deutschland zu halten.

Energiekonzept 2050 • Kernaussagen

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Energiekonzept 2050

Energiekonzept 2050

1.1 Entwicklung des Weltenergiebedarfs

Um die Erderwärmung auf maximal 2 °C zu begrenzen, sind die energiebedingten Kohlen-dioxidemissionen in Europa um mindestens 80–95% bis zum Jahr 2050 zu reduzieren. Diesmacht einen massiven Umbau der globalenEnergiesysteme notwendig. Alle Weltenergie-szenarien gehen grundsätzlich davon aus, dassvor allem die regenerativen Energien ausgebautwerden müssen. Aufgrund des deutlichen Anstiegs der Weltbevölkerung sowie des Wohlstandswachstums in den Entwicklungs-und Schwellenländern wird die weltweite Energie nachfrage vor allem im Strombereichdeutlich ansteigen. In Abbildung 1 ist auf Basiseiner IEA-Prognose der weltweite Gesamtener-giebedarf bis 2030 in Megatonnen Öl-Äquiva-lenten dargestellt (gepunktete Linie).Erstaunlicherweise geht die IEA allerdings davonaus, dass vor allem die endlichen fossilen undnuklearen Energiequellen diesen zunehmenden Energiebedarf decken werden. Dies ist aberwegen der weltweiten Klimaschutzziele nichtmöglich, weshalb dieses Szenario als höchst unwahrscheinlich betrachtet werden muss.

Im Gegensatz dazu wird im Energiekonzept2050 gezeigt, wie der ansteigende Bedarf anEnergiedienstleistungen durch die konsequenteAnwendung von effizienzsteigernden Maßnah-men nicht zu einer weiteren Erhöhung des Primärenergiebedarfs führen muss und dass dieerneuerbaren Energien diesen Bedarf bei fort-gesetztem Wachstum bis zur Mitte des Jahnhun-derts vollständig abdecken können.

Für die Energieversorgung Deutschlands bedeu-tet dies, dass der Primärenergiebedarf für dieStromversorgung bei vollständiger Substitutionder konventionellen Kraftwerke durch Wind-,Solar- und Wasserkraftwerke auf rund ein Dritteldes heutigen Werts gesenkt werden kann. Dennjede Kilowattstunde Strom aus diesen erneuer-baren Quellen substituiert rund die dreifacheMenge der ansonsten erforderlichen Primär-energie [13]. Beispielsweise können die Abwär-meverluste bei der Stromerzeugung, die beiKohle- und Kernkraftwerken rund 2/3 des Primärenergetischen Aufwands verursachen, beiEinsatz von Wind-und Solarkraftwerken vermieden werden.

Im industriellen Bereich wird vor allem thermi-sche Energie auf unterschiedlichen Temperatur-

Energiekonzept 2050 • Das Energiesystem 2050 auf Basis erneuerbarer Energien

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Energiekonzept 2050

1. Das Energiesystem 2050 auf Basiserneuerbarer Energien

Abbildung 1Prognose des Wachs-tums des globalenEnergiebedarfs bis2030 (IEA) und Annahme über mögli-che Energiequellen zurBedarfsdeckung [12](12.000 Mtoe = etwa500 EJ)

�� Other renewables

�� Biomass

�� Hydro

�� Nuclear

�� Gas

�� Oil

�� Coal

WEO-2008 total

18 000

16 000

14 000

12 000

10 000

8 000

6 000

4 000

2 000

0

1980 1990 2000 2010 2020 2030

Mtoe

Abbildung 2Globales Szenario100% erneuerbareEnergien: WeltweiterPrimärenergiebedarfbis 2050 nach der Wirkungsgradmethode.Energieeinsparungenergeben sich vor allemim Gebäudebereich.

PV = Photovoltaik; CSP= concentrated solarpower – solarthermi-sche Stromerzeugung).

Quelle: FraunhoferIWES (Schmid, Sterner,2010).

niveaus benötigt. Durch die konsequente Nut-zung von Abwärme durch thermische Speicherund Wärmepumpen mit hoher Jahresarbeitszahlwird ein Teil des Primärenergiebedarfs vermie-den. Energiespeicher sind in der Lage, die Lei-stungsspitzen bei industriellen Prozessenabzufangen. Prozesswärme mit Temperaturenbis 250 °C kann anteilig auch solarthermisch bereitgestellt werden.

Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für ein Szenariozur Deckung des globalen Primärenergiebe-darfs bis 2050 mit 100% erneuerbaren Ener-gien nach der Wirkungsgradmethode1 undbasiert auf den folgenden Annahmen: Ziel ist es,einen mit dem 2 °C-Limit konformen Dekarbo-nisierungspfad auf Basis erneuerbarer Energien

ohne die Nutzung von Kernenergie und CCS zuentwickeln. Der Wärme- und Kältebedarf wirddurch Effizienzmaßnahmen um 1% p.a. gesenktund das Wachstum des Verkehrsaufkommensund des Strombedarfs durch Effizienzmaßnah-men auf 1% p.a. begrenzt. Insgesamt steigtsomit der Primärenergiebedarf bis 2050 aufnicht mehr als 700 EJ p.a. an. Die historischenZuwachsraten der erneuerbaren Energien (biszu 20% p.a.) werden je nach Technologie maxi-mal 20 Jahre fortgesetzt. Der Ausbau für Tech-nologien mit sehr großen Ressourcen (Wind,Solar) wird in Sättigung geführt bzw. für Technologien mit begrenzten Ressourcen (Bioenergie, Wasserkraft) auf Null zurückgeführtund dadurch auf ihr maximal nachhaltiges Potenzial begrenzt. Der Ausbau von Biomasse istauf ein nachhaltiges Potenzial von 150 EJ begrenzt und wird 2050 ausschließlich in der effizientesten Anwendung für Bioenergie ver-wendet, in der Kraft-Wärme-Kopplung. Zudemwird die traditionelle Biomassenutzung in Ent-wicklungsländern durch moderne EE-Technolo-gien abgelöst [7]. Die Wasserkraft wird nurgeringfügig ausgebaut. Der schwierigste Sektorin der Dekarbonisierung ist der Verkehrssektor,der noch eine sehr hohe Abhängigkeit von Erdölaufweist. Auf Biokraftstoffe wird aus Gründender Effizienz und der Nachhaltigkeit verzichtet[7]. Dafür erfolgt die Einführung von Elektro-


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Energiekonzept 2050

� Geothermie (Strom und Wärme)

� Solarwärme

� Solarstrom(PV + CSP)

� Wind

� Biomasse Wärme

� Biomasse Strom

� Wasserkraft

� Kernenergie

� Gas

� Kohle

� Öl

800

600

400

200

0

2010 2020 2030

Jahr

2040 2050

Primärenergie in EJ/a

IEA Referenz Primärenergiebedarf

Energieeinsparungen durch geringen Verbrauch

Effizienzgewinne durch

– direkte Stromerzeugung (Wind, Solar, Wasser)

– KWK und Wärmepumpen

1 Für die primärenergetische Bilanzierung von Elektrizitätaus erneuerbaren Energiequellen kommen die Wirkungs-gradmethode und die Substitutionsmethode in Betracht.Für fossile Energieträger dient als Umrechnungsfaktor derHeizwert, der ein Maß für den nutzbaren Energieinhalteines Brennstoffes ist. Danach wäre 1 kWh elektrischerEnergie, die in einem konventionellen Kohlekraftwerk miteinem Wirkungsgrad von h = 40 % bereitgestellt wird,mit dem Faktor 1/h = 2,5 zu multiplizieren und primär-energetisch mit 2,5 kWh zu bewerten. Bei der Wirkungs-gradmethode gilt für 1 kWh elektrischer Energie, diemittels Wasserkraft, Windenergie oder Photovoltaik bereitgestellt wird, ein Anlagenwirkungsgrad von 100%;diese Energie wird also primärenergetisch mit 1 kWh bewertet. Bei einem Kernkraftwerk mit einem typischenWirkungsgrad von 33% wäre 1 kWh elektrischer Energieindes mit 3 kWh Primärenergie zu bewerten.

– Elektromobilität

Quelle: Fraunhofer IWES (Schmid, Sterner, 2010).

mobilität sehr rasch und die Nutzung von erneuerbare Kraftstoffen aus Wind- und Solar-überschüssen für spezielle Verkehrsegmente(Fahrzeuge für Langstrecken, Flug, Schiff, etc.)ebenfalls. 2050 werden zwei Drittel des Energie-bedarfs im Verkehr rein elektrisch gedeckt, dasrestliche Drittel wird durch erneuerbare Wind-und Solar-Kraftstoffe gedeckt (Wasserstoff, Methan oder andere regenerativ erzeugte Kombinationen aus H2 und regenerativem CO2).

Die Einsparungen bzw. Effizienzgewinne in Abbildung 2 resultieren aus:

• vermiedener Abwärme in der Stromerzeu-gung durch die erneuerbare Direkterzeu-gung (Wind, Solar, Wasserkraft)

• effizienten Antriebskonzepten der Elektro-mobilität und Ausbau des ÖPNV

• Nutzung der Umgebungswärme über elektrische Wärmepumpen

• Nutzung der Abwärme in der Stromerzeu-gung durch Ersatz von Kraftwerkskapazitätendurch Kraft-Wärme-Kopplungs-Kapazitäten

• Umsetzung von Energieeinsparmaßnahmen,insbesondere im Wärmebereich (Dämmung,etc.)

1.2 Die technologischen Komponenten des Energiesystems 2050 undihre Energiepotenziale

Die technologischen Komponenten der ange-strebten nachhaltigen Energieversorgung aufder Basis erneuerbarer Energiequellen werdensich aus ökonomischen Gründen in Zukunftnicht mehr nach dem bisherigen Systemschemain Strom, Wärme und Kraftstoffe aufspalten.Stattdessen werden sie in zunehmendem MaßeSystemgrenzen überschreiten. Je nach System-technik und -lösung werden die zur Verfügungstehenden Quellen in die nachgefragten Ener-gieformen umgewandelt: aus Strom wirdWärme oder Kraftstoff, aus Wärme wird Stromerzeugt und aus Kraftstoff wird Strom undWärme entstehen. Wann welche Konversionzum Tragen kommt, wird von den angeforder-ten Systemlösungen und ökonomischen Rahmenbedingungen abhängen.

1.2.1. Energieeffizienztechnologien

Der Steigerung der Energieeffizienz bei der Primärenergienutzung kommt eine entschei-dende Rolle zu, weil auf diese Weise der Ener-gieverbrauch deutlich gesenkt werden kann,ohne industrielle Aktivitäten zu reduzieren oderauf Komfort z. B. im Wohnbereich verzichten zumüssen.

Ein Beispiel für solch eine Effizienztechnologie istdie Wärmepumpe, die in Verbindung mit erneu-erbarem Strom die Möglichkeit bietet, Gebäudenachhaltig mit Wärme zu versorgen. Ein weite-res Beispiel ist die Elektromobilität, die eine effi-ziente und im Betrieb emissionsfreie Alternativefür den Individualverkehr sein kann.

Auch wenn die technischen Energiepotenzialeder erneuerbaren Energien ein Vielfaches desEnergiebedarfs betragen und daher ein spar-samer Verbrauch nicht erforderlich zu seinscheint, sind doch die Konversionstechnologienmit Kosten verbunden. Die Reduktion des Ener-giebedarfs hat aber nicht nur aus ökonomischenGründen Priorität, sondern auch, weil insbeson-dere im Gebäudebereich ein geringerer Energie-bedarf Vorteile für den Einsatz erneuerbarerEnergieträger bringt [15].

1.2.2. Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien

Dem heutigen globalen Primärenergiebedarfstehen mit den erneuerbaren Energien ausrei-chende Potenziale gegenüber (Abb. 3). Reinmengenmäßig könnten Sonne und Wind denBedarf sogar jeweils allein decken, sie weisen jedoch eine hohe raumzeitliche Variabilität auf,d. h., sie fluktuieren lokal teilweise stark und stehen geographisch nicht überall ausreichendzur Verfügung. Aufgabe von Forschung undEntwicklung ist die technische und ökonomi-sche Wegbereitung zur Erschließung aller erneu-erbaren Energiequellen, vor allem auch mit demZiel der Kostensenkung, sowie deren Integrationin die Energieversorgungsstrukturen und dieTransformation der Energiesysteme.

Ein robustes Energiesystem 2050 soll eine weit-gehende Deckungsfähigkeit der einzelnen erneuerbaren Energiepotenziale untereinandergewährleisten. Daher ist es erforderlich, dass dieSumme der einzelnen Anteile des erneuerbaren


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Energiekonzept 2050

Energiemixes mehr als 100% beträgt. Die energetischen und technischen Potenziale fürDeutschland und Europa sind dafür großgenug. Das Energiesystem 2050 kann auf dieserBasis robust und zuverlässig sein, Störungenund Ausfälle fluktuierender Energien kompen-sieren und eine vollständige Energieversor-gungssicherheit gewährleisten.

Strom, Wärme und Kraftstoffe werden mit Hilfeverschiedener technologischer Optionen ge-wonnen, die sich wie beispielhaft in Tabelle 1dargestellt untereinander ergänzen und substi-tuieren können.

1.2.3 Energiespeichertechnologien

Während fossile und nukleare Energien in gespeicherter Form vorliegen und somit im Rah-men der bereitgestellten Kapazitäten jederzeitzeitlich flexibel zur Deckung des schwankendenEnergiebedarfs zur Verfügung stehen, ist ein erneuerbares System bis auf Biomasse und Geo-thermie weitgehend von den meteorologischenund geografischen Gegebenheiten abhängig.

Ein weiträumiger Ausgleich von erneuerbarerEnergieerzeugung durch eine Vernetzung ver-stetigt das Angebot an erneuerbarer Energieund durch Lastmanagement können die Zeitendes Energiebedarfs mit den Zeiten des Energie-angebots überein gebracht werden. Jedoch besteht beispielsweise im Stromsektor selbst beiidealem Ausgleich durch Stromübertragung inganz Europa und durch Lastmanagement nochein Restbedarf an Speichern [23].

1.2.3.1 Speichertechnologien für Strom Der Bedarf an Stromspeichern für eine 100%erneuerbare Energieversorgung liegt deutlichüber der heute verfügbaren Speicherkapazität.In Deutschland kann es in den Wintermonatenzu Zeiten mit sehr geringem Angebot an erneu-erbaren Energien kommen (wenig Solarenergie,Windflauten durch ein europaweites sibirischesHoch) [23].

Auch die Elektromobilität übernimmt in einem100%-Erneuerbare-Szenario Speicherfunktion,aber sie kann den Bedarf selbst theoretisch nurzu einem kleinen Teil erbringen: Würden alle


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Energiekonzept 2050

UNDP = Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen

Globaler Primärenergiebedarf

Windenergie

Solarenergie

Bioenergie

Wasserkraft

Geothermie

Meeresenergie

800070006000500040003000200010000

BP

UNDP

UNDP

FAO = Food and Agriculture Organization of the UN

DLR (nur Strom)

Harvard

EJ/a

Abbildung 3Weltweites technischesPotenzial erneuerbarerEnergien (Primär-energie nach Substitu-tionsmethode2).

Legende: BP – BritishPetrol, Harvard – Har-vard University, DLR –Deutsches Zentrum fürLuft und Raumfahrt,FAO – Food and Agri-culture Organizationof the United Nations,UNDP – Entwick-lungsprogramm derVereinten Nationen

(Quellen: s. Grafik-legende und [18–22])

Alle dargestellten technischen Potenziale beziehen sich mit Ausnahme der Bioenergie und der Geothermie nurauf die Stromerzeugung. Daher wird die Solarenergie etwas geringer eingestuft als die Windenergie, da die Potenziale für Windenergie in den letzten Jahren in verschiedenen Studien kontinuierlich nach oben korrigiertwurden (aufgrund höherer Nabenhöhen, größerer Rotordurchmesser und vor allem breiterer Küstenstreifen fürOffshore). Das Potenzial der Bioenergie (vor allem Energiepflanzen) wurde aufgrund der Annahme von zunehmenden Nutzungskonkurrenzen (Nahrungs- und Futtermittel, stoffliche Nutzung) reduziert.3

2 Die Substitutionsmethode wertet Strom aus konventio-nellen und erneuerbaren Quellen als gleichwertig: eineKilowattstunde (kWh) Windstrom ersetzt den Primärener-gieaufwand für eine kWh Kohlestrom (Abb. 4).

3 Eine vergleichende Darstellung und Aktualisierung derPotenziale erneuerbarer Energien wird 2010 in hoherräumlicher Auflösung vom DLR in einer Studie für dasUBA fertig gestellt.

45 Mio. PKW über eine nutzbare Speicherleis -tung von 10 kWh verfügen, stünden dennochnur 0,45 TWh zu Verfügung [24].

Die einzigen vorhandenen Großspeicher in dernotwendigen Größenordnung sind Erdgasspei-cher mit einer bestehenden thermischen Kapazität von 217 TWh (Untertage-Gasspeicher)und einem geplanten Ausbau um 79 TWh inden nächsten Jahren [14]. Diese Technik derLangzeitspeicherung ist erprobt, sicher und bewährt und kann für chemische Energieträgeraus erneuerbarem Strom auf zwei Arten verwen-det werden: einerseits direkt durch die Speiche-rung von Erdgas-Substitut in Form vonerneuerbarem Methan oder durch Anpassungder Infrastruktur mit Wasserstoff oder einer Mischung (Hythane) [25].

• Elektrochemische EnergiespeicherElektrochemische Energiespeicher erhalten einezunehmende Bedeutung bei der Nutzung rege-nerativer Energiequellen, da sie aufgrund ihreshohen Energiewirkungsgrades optimal zur Pufferung von fluktuierenden regenerativenStromquellen wie Photovoltaik oder Windener-

gie geeignet sind. Sie fangen Spannungs-schwankungen ab, glätten Lastgang- und Bedarfsprofile, erlauben die Nutzung kabelloseroder netzunabhängiger Bauelemente und erlau-ben Mobilität auf der Basis elektrischer Energie.In diesem Zusammenhang können zukünftigstationäre Großbatterien wie zum BeispielRedox-Flow-Batterien eine bedeutende Rolleeinnehmen.

1.2.3.2 Chemische EnergiespeicherFür die Überbrückung längerer Phasen mit zuhohem oder zu geringem Angebot an Wind-bzw. Solarenergie sind Langzeitspeicher mitchemischen Energieträgern wie Wasserstoff oderMethan erforderlich.

• Wasserstoff Für die Speicherung von großen Überschüssensind Technologien zur Langzeitspeicherung(mehrere Tage bis Wochen) erforderlich. Großmaßstäblich wird die elektrische Pufferungüber die Elektrolyse und Wasserstoffspeicherungin Kavernen mit einer nachgeschalteten Verstro-mung in Gasturbinen entwickelt. Durch dieElektrolyse kann „überschüssiger“ Strom aus


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Energiekonzept 2050

Energiequelle Technologie primäre Energieart sekundäre Energien

Windenergie • Onshore Stromerzeugung Wärme • Offshore Kraftstoff

Photovoltaik • Siliziumwafer-PV Stromerzeugung Wärme• Dünnschicht-PV Kraftstoff• konzentrierende Solazellen

solarthermische • Parabolrinnenkraftwerke Stromerzeugung WärmeKraftwerke • Turmkraftwerke Kraftstoff

• Dishtechnologien • Fresnel-Kollektoranlagen

Wasserkraft • Staudammtechniken Stromerzeugung Wärme• Laufwassertechniken Kraftstoff• Meeresenergien

Biomasse • Polygenerationverfahren StromerzeugungWärmeerzeugungKraftstofferzeugung

Geothermie • Wärmepumpen Wärmeerzeugung• Tiefengeothermie Stromerzeugung

Solare Wärme • passive Solarenergienutzung: Wärmeerzeugungtransparente Wärmedämmung

• aktive Wärmegewinnung: solarthermische Warmwasser- erzeugung und Heizung

• Solaraktivhaus: solare Nahwärmesysteme, Prozesswärme und solare Kälte

Tabelle 1Erneuerbare Energie-quellen und die Technologien zur Deckung des Energie-bedarfs. Aus Kraftstof-fen kann bei Bedarfauch wieder Strom erzeugt werden.

erneuerbaren Energien als chemische Energiegespeichert werden. Zentraler Punkt einer Was-serstoffwirtschaft ist die ökologisch und wirt-schaftlich vertretbare Erzeugung desWasserstoffs mit verschiedenen Verfahren:• Elektrolyse aus erneuerbarem Strom• thermische Wasserspaltung• Reformierung von Kohlenwasserstoffen

(erneuerbares Methan)

Erneuerbarer Strom kann so in transportablenchemischen Energieträgern gespeichert werden,um ihn zeitlich oder räumlich versetzt zu nutzen. Der hergestellte und gespeicherte Wasserstoff kann so zur netzunterstützendenRückverstromung eingesetzt werden sowie alsKraftstoff für den mobilen Sektor. Für die gesamte Verfahrenskette (Herstellung, Speiche-rung und Rückverstromung) werden Wirkungs-grade von bis zu 45% angegeben.4

Wasserstoff kann als sauberer Energieträger inZukunft eine wichtige Rolle für die Kraftstoffund Energieversorgung übernehmen, weil ersehr vielfältig einsetzbar ist und Vorteile bietet:Wasserstoff kann in Brennstoffzellen, Gasturbi-nen (Erzeugung elektrischer Energie), Verbren-nungsmotoren (Erzeugung mechanischerEnergie) oder katalytischen Brennern (Wärme -erzeugung) genutzt werden und er kann nichtzuletzt auch als Zwischenprodukt zur Erzeugungerneuerbaren Methans oder anderer Kohlen -wasserstoffe verwendet werden.

• Erneuerbares Methan als chemischerEnergiespeicher

Das Energiekonzept 2050 sieht neben der direkten Wasserstofferzeugung und -verwen-dung auch in der Herstellung von erneuerbaremMethan ein besonders interessantes Verfahrenzur Speicherung größerer Mengen erneuerbarerEnergien. Der Vorteil gegenüber einer Wasserstoff-Welt liegt darin, dass die bestehende Erdgas Infrastruktur einschließlichder Kraftwerke, der Gasnetze und auch der Erdgasspeicher dafür genutzt werden kann.

Über die Reaktion des Wasserstoffs mit CO2 lässtsich über den sog. Sabatier-Prozess direkt Methan herstellen, das über bestehende Erdgas-netzte und -speicher den Stromerzeugern zugeführt werden kann. Der energetische Wirkungsgrad beläuft sich hierbei auf > 60%(kWErn.Methan/kWStrom). Zusätzliche Attraktivitätgewinnt dieses, bisher in einer 30 kW-Techno-logie demonstrierte Verfahren5 durch Verwendung von CO2 als Rohstoff. So ist beiKraftwerken, Biogasanlagen, der Synthesegas-herstellung oder auch bei der Zementherstel-lung durch die Kopplung mit der Methan - herstellung die CO2-Bilanz neutral.

Das vorhandene Erdgasnetz bildet einen virtuellen saisonalen Speicher, und zwar sowohlfür Wärme- als auch für Stromerzeugung undauch für die Versorgung des Verkehrsektors mitregenerativem Kraftstoff [26]: Während sich dieSpeicherkapazität des Stromnetzes heute aufnur ca. 0,04 TWh beläuft – mit einer Speicher-reichweite von unter einer Stunde –, beträgt dieSpeicherkapazität des heute schon vorhandenenGasnetzes in Deutschland über 200 TWh mitSpeicherreichweiten im Bereich von Monaten.

1.2.3.3 Thermische Energiespeicher Bei der Integration erneuerbarer Energiequellenmit fluktuierendem Angebot können Energie-speicher helfen, Energie gleichmäßig bereit zustellen. Die möglichen Einsatzbereich thermi-scher Energiespeicher reichen von der saison-alen Speicherung in der Solarthermie bis zuHochtemperaturspeichern bei der solarthermi-schen Elektrizitätserzeugung (ConcentratedSolar Power). Selbst erneuerbar erzeugte Elektri-zität kann, wenn kurzzeitig nicht ins Netz ein-speisbar, nach der Umwandlung in Wärme oderKälte kostengünstig und effizient gespeichertwerden.

Einen großen Beitrag zur Steigerung der Ener-gienutzungseffizienz kann die Nutzung derWärme bei der KWK und insbesondere bei derAbwärme erwartet werden. Durch den Einsatzthermischer Energiespeicher können in indu-striellen Bereichen mit hohem Energieverbrauch,


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Energiekonzept 2050

4 Wenn man bei der Rückverstromung die Abwärme derGaskraftwerke mit nutzt, erhöht sich der Gesamtwir-kungsgrad um 10 – 15 Prozent.

5 In einer ersten technischen Realisierungsstufe ist der Auf-bau einer 10 MW-Wind-to-Methan-Anlage in Kopplungmit einer Biogasanlage geplant, in der das Biogas ohneCO2-Abtrennung durch Zudosierung von H2 methani-siert wird. Ziel für die Inbetriebnahme ist das Jahr 2012.

z. B. in Gießereien, Zementwerken oder bei derGlasherstellung, große Wärmemengen zum Teilwieder nutzbar gemacht werden in Form vonProzesswärme oder in Nahwärmenetzen zur Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung.

Solarthermische Wärme kann sowohl für Kraft-werke bei Temperaturen über 400 °C als auchfür die häusliche Warmwasserbereitung dezen-tral gespeichert und zum gegebenen Zeitpunktabgegeben werden.

Grundsätzlich kann thermische Energie in Formvon sensibler oder latenter Wärme oder in ther-mochemischen Prozessen gespeichert werden:

• Sensible Speicherung sensibler thermi-scher Energie

Bei der Speicherung sensibler thermischer Energie wird ein Speichermedium erhitzt oderabgekühlt. In den meisten Fällen wird Wassereingesetzt, da es eine hohe spezifische Wärme-kapazität besitzt und sehr kostengünstig ist.Kleinere Speicher werden als Pufferspeicher inthermischen Solaranlagen (Warmwasserberei-tung) für eine Speicherung über Tage oder Wochen eingesetzt. Große Wasserspeicher (biszu mehreren tausend m3) werden zur saisonalenSpeicherung solarer Wärme zum Heizen im Gebäudebereich meist in Verbindung mit einemNahwärmenetz gebaut. Mit großen saisonalenWärmespeichern kann in Deutschland etwa dieHälfte des Gesamtwärmebedarfs von größerenGebäudeeinheiten solar gedeckt werden.

Wärme und Kälte wird auch im Erdreich gespei-chert. Hier kann beispielsweise thermische Ener-gie mit einem Temperaturniveau von ca. 10 °Cim Winter von einer Wärmepumpe genutzt werden und im Sommer direkt zur Gebäude-kühlung eingesetzt werden.

• LatentwärmespeicherLatentwärmespeicher nutzen zusätzlich zurTemperaturerhöhung (oder -absenkung) einenPhasenwechsel des Speichermediums (PhaseChange Materials = PCM). Dadurch kann beikleineren Temperaturunterschieden deutlichmehr thermische Energie gespeichert werden.Dies ist vor allem bei der Kältespeicherung vonVorteil. In die Gebäudestruktur integrierte PCMkönnen z. B. mit Schmelztemperaturen um 25°die Raumtemperatur bei komfortablen Werten

halten: Bei Umgebungstemperaturen über 25°nehmen diese Materialien die überschüssigeEnergie auf und schützen so vor Überhitzung,bei niedriger Umgebungstemperatur geben siedie gespeicherte Energie wieder ab. PCM stehenmit verschiedenen Schmelztemperaturen zurVerfügung. Momentan wird verstärkt an neuenMaterialien mit hohen Speicherkapazitäten undgünstigen ökonomischen Randbedingungen geforscht.

Bei Kraft-Wärme-Kältekopplungsanlagen ermöglichen Latentwärmespeicher einen strom-geführten Betrieb.6 Die hohe spezifische Speicherkapazität trägt zu einer kompaktenSpeichergeometrie bei. Auch die Nutzung indu-strieller Abwärme hoher Temperaturen kanndurch Latentwärmespeicher erfolgen, bzw. erleichtert werden.

• Thermochemische SpeicherprozesseZur Speicherung thermischer Energie könnenauch reversible chemische Reaktionen genutztwerden. Solche Systeme verfügen über hoheEnergiespeicherdichten, die bis zum Faktor 10höher liegen als in Wasser und sind in der Lage,die Temperaturniveaus beim Laden und Entladenden aktuellen Bedürfnissen anzupassen. Ammeisten untersucht sind auf diesem Gebiet Ad- und Absorptionsprozesse. Hierbei wird inder Regel Wasserdampf an festen, mikroporösenAdsorbentien (z. B. Zeolith oder Silicagel) oderan wässrigen Salzlösungen (z. B. Lithiumchlorid)sorbiert. Dabei wird Wärme freigesetzt. ZumLaden des Speichers muss durch Wärme derWasserdampf wieder desorbiert werden.

Offene Sorptionsspeicher werden für ihren Einsatz bei der Nutzung industrieller Abwärmeuntersucht. Vor allem im Bereich industriellerTrocknungsprozesse können hier effiziente undwirtschaftlich interessante Systeme entstehen.Neben der Speicherung bieten offene Sorptionsspeicher auch die Möglichkeit, Wärmein Kälte zu transformieren, was z. B. für die solare Gebäudeklimatisierung genutzt wird.


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Energiekonzept 2050

6 Weil mit den Latentwärmespeichern Wärme für die spätere Verwendung gespeichert werden kann.

• Notwendige Speicher bei stromgeführtem KWK-Betrieb

Speicher für hohe Temperaturen für kleine Kraft-Wärme-Kältekopplungsanlagen, ermöglicheneinen stromgeführten Betrieb, wobei die anfallende Wärme gegebenenfalls bis zu einigenTagen gespeichert werden kann. Dies ist auchfür eine bessere Nutzung industrieller Prozess-wärme interessant.

1.2.4 Übertragungs- und Verteilungsnetze

Ein europäisches Hochspannung-Gleichstrom-Übertragungsnetz (HGÜ) ist ein wichtiger Baustein des Energiekonzeptes 2050, das die nationale Versorgung mit erneuerbaren Energien sichert, indem regionale Erzeugungs-überschüsse und Erzeugungsdefizite von erneuerbaren Energien innerhalb Europas aus-geglichen und der Import von erneuerbaremStrom aus Nordafrika ermöglicht werden.

Multi-Terminal-HGÜ-Leitungen7 ermöglichendie Integration erneuerbar hergestellten Stromsaus Wüstenregionen (solarthermische Kraft-werke wie im DESERTEC-Projekt und Photovol-taik) und Stroms aus europäischen On- undOffshore-Windparks im Verbund mit skandinavi-schen Pump- und Schwallwasserkraftwerken8 inein europäisches Superstromnetz, wobei aucheine Ausweitung nach Osten und Südosteuropain Erwägung zu ziehen ist. Eine enge europäi-sche Zusammenarbeit ist eine der Voraussetzun-gen für die schrittweise Erhöhung des Anteils an erneuerbaren Energien im Stromnetz.

HGÜ-Leitungen weisen keine elektromagneti-schen Felder auf und können daher Strom weit-gehend verlustfrei über große Entfernungentransportiern. Sie eigenen sich auch für die un-terirdische Verlegung, was optische Beeinträch-tigung vermeidet und die Akzeptanz erhöht.

Übertragungs- und Verteilungsnetze stehen so-wohl von der Nutzung des energetischen Erzeu-gungspotenzials her als auch aus ökonomischenÜberlegungen in Wechselwirkung und erhöhendie Versorgungssicherheit. Je mehr die Kostenfür erneuerbare Energientechnologien undsmart grids in Deutschland sinken, desto wirt-schaftlicher wird der Einsatz dezentraler Energie-erzeugungs- und Verteiltechnologien vor Ort.Stromimporte aus Südeuropa, Afrika und Nor-wegen sind dann nicht unbedingt kostengünsti-ger, sondern bieten vor allem ein zusätzlichesenergetisches und technisches Potenzial.

Die Leistungselektronik spielt eine zentrale Rollebei der Netzregelung, da die rotierenden Generatoren aus Kohle- und Kernkraftwerkenentfallen und die Wechselrichter in Wind- undPV-Kraftwerken die Netzbildung übernehmen.Sie regeln die Spannung und Frequenz des Netzes durch die geregelte Bereitstellung vonWirk- und Blindleistung. Im Falle eines Netz-fehlers liefern sie große Kurzschlussströme zur Auslösung von Sicherheitsorganen und beteili-gen sich aktiv am Wiederaufbau des Netzes.

1.2.4.1 Dezentrale und zentrale Strom- undGasverteilnetze

Das Konzept zeichnet sich durch folgendeMerkmale aus:

• Überwinden von Systemgrenzen: Die verschiedenen Methoden der Methan- Herstellung aus erneuerbaren Energien unddie Nutzungsoptionen in unterschiedlichenVerbrauchsektoren bieten die Chance für einZusammenwachsen der EnergiesektorenStromnetz, Gasnetz und Mobilität. Stromund erneuerbares Methangas sind bidirek-tional ineinander umwandelbar und verfü-gen schon heute über eine gut ausgebauteInfrastruktur mit saisonaler Gasspeicherkapa-zität. Zudem lässt sich aus beiden Energie-trägern dezentral Wasserstoff erzeugen,ohne auf ein großflächiges H2-Verteilsystemmit hohen Infrastrukturkosten angewiesenzu sein.

• Speicherung und Verteilung von temporä-ren Überangeboten: Durch den weiterenAusbau der erneuerbaren Energien werdenzukünftig immer häufiger hohe Wind- undSolarkraftleistungen zur Verfügung stehen,


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Energiekonzept 2050

7 Nicht nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können mitHGÜ realisiert werden. Es ist auch möglich, mehrere Umrichter an einen Gleichspannungskreis anzuschließen.In der Praxis werden diese Systeme meist als Multi-Termi-nal-Systeme bezeichnet. Auf Grund der flexiblen Regel-barkeit des Gleichspannungskreises bei der HVDC Light®

Technologie – im Gegensatz zum Gleichstromkreis einernetzgeführten HGÜ – kann ein Multi-Terminal-System mitHVDC Light® einfacher realisiert werden.

8 Wasserskraftwerke im Schwallbetrieb zur Deckung vonSpitzenbedarf an Strom

die nicht vollständig vom Stromnetz, dafüraber in Form von erneuerbarem Wasserstoffoder Methan in entsprechenden Verteilnet-zen aufgenommen werden können.

• Erdgasverteilnetz: In der vorhandenen Erdgas-Infrastruktur wird der erneuerbar her-gestellte, chemische Energieträger Methaneffizient gespeichert, verteilt und zur bedarfsgerechten Nutzung bereitgestellt.Etwa 50–60% des Stromes können in Methan gewandelt werden, das in bestehen-den Gas- und Dampf-Kraftwerken (GuD)oder dezentralen Blockheizkraftwerken(BHKW) wieder zu Strom und Wärme gewandelt werden kann.

• Stabilisierung des Stromnetzes: Durch dasKonzept „Wind-/Solarenergiezuerneuerba-rem-Kraftstoff“ kann positive und negativeRegelenergie bereitgestellt werden: BeiStromüberschuss wird Erdgassubstitut (erneuerbares Methan) produziert (negativeRegelenergie), bei Strombedarf wird das erneuerbare Methan rückverstromt (positiveRegelenergie)9

Dieses Konzept könnte auch auf Wasserstoffba-sis realisiert werden, allerdings wäre dafür eineneue Infrastruktur zu installieren.

1.2.4.2 Dezentrale WärmenetzeTrotz des abnehmenden flächenbezogenenWärmebedarfs in Gebäuden können in verdich-teten Räumen Wärmenetze ausgebaut werden,um auch dort einen hohen Anteil erneuerbarerWärme, sowie den Ausbau der KWK zu ermög-lichen. In Skandinavien werden Wärmenetze mitniedrigen Netztemperaturen in mittleren undgrößeren Städten als zentrale Wärmeversor-gungstruktur genutzt. Dadurch ergeben sichvielfältige Nutzungsmöglichkeiten in Verbin-dung mit Kraft-Wärme-Kopplung und der Einspeisung von Wärme aus erneuerbaren Energien, insbesondere Solarthermie, sowie Abwärme aus der Industrie. Die Installation vonWärmenetzen bietet einen neuen Freiheitsgrad

im zeitlichen und räumlichen Management vonWärmeströmen und damit auch dem Betriebvon Anlagen der gekoppelten Erzeugung vonStrom und Wärme. In Verbindung mit zukünfti-gen mit Niedertemperaturwärme angetriebenenthermisch angetriebenen Kältemaschinen kannWärme auch zur Klimatisierung verwendet wer-den und somit den Strombedarf reduzieren.

1.2.5 Komponenten für solares und energieeffizientes Bauen

Die Vorstellung der einzelnen technologischenKomponenten, die für die Funktionsweise einesEnergieversorgungssystems 2050 wie im nächsten Kapitel beschrieben notwendig sind,bilden die Grundbausteine auch für das solareund energieeffiziente Bauen. Das Zusammen-spiel der einzelnen Erzeugungs- und Wand-lungstechnologien führt dabei zu ganz neuenSystemlösungen, die an den Energiebedarf desGebäudes, an regionale Besonderheiten und Klimata abgepasst werden können. Das Passiv-haus, das Solaraktivhaus und das Plus-Energie-haus sind jeweils Bauweisen, die aus der Paletteder erneuerbaren Energien und der Energieeffi-zienztechnologien sich diejenigen Komponen-ten zunutze machen, die für eine bestimmteGebäudenutzung oder Region optimal ist.

1.3 Funktionsweise des Energieversorgungs-systems 2050

Nachdem die technologischen Hauptkompo-nenten und ihre Energiepotenziale im Kapitel1.2 beschrieben wurden, soll nun die Funktions-weise dieser technologischen Komponenten innerhalb eines nachhaltigen Energiesystems2050 vorgestellt werden.

1.3.1 Stromerzeugung als Hauptstandbeinder Energieversorgung

Im Jahr 2050 werden Wind- und Solarenergiedie beiden Hauptquellen der Stromversorgungsein, da sie das größte Potenzial aufweisen undzu den kostengünstigsten Stromquellen zählenwerden.


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Energiekonzept 2050

9 Die Firmen Lichtblick AG und Volkswagen AG haben2009 das Projekt „Schwarmstrom“ gestartet, das100.000 gasbetriebene BHKW in ganz Deutschland ver-netzen soll. Diese kleinen Anlagen sollen 100.000 Ge-bäude mit Wärme versorgen und den Strom ins Netzeinspeisen. Sie bilden dann zusammen ein unsichtbaresGroßkraftwerk von 2000 Megawatt.

Abbildung 4Effizienzgewinn imStromsektor durch zunehmende direkteStromerzeugung auserneuerbaren Energienund Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) – exemplarische Trans-formation. Die Grafik fußt aufdem Mengengerüst fürdas 100%-EE-Szenario2050 (Kapitel 2.5.1)(* = CO2-neutrale ungenutzte Abwärme)

Quelle: FraunhoferIWES

Die Nutzung von Primärenergie aus reinen Verbrennungsvorgängen (Kohle-Kraftwerke, Gebäudeheizung, Prozesswärmebereitstellung,Verbrennungsmotoren) wird ersetzt durch reinregenerative elektrische Systeme und regenera-tiv erzeugte Wärme. Durch direkt erzeugendeStromgeneratoren der Wind-, Wasser- und Photovoltaikanlagen ohne begleitende Abwärmeverluste ergibt sich eine große Reduk-tion des Primärenergiebedarfs. Denn jede Kilo-wattstunde Strom aus Wind-, Solar- oderWasserkraftwerken vermindert beim heutigenKraftwerksmix den Bedarf an fossiler oder nuklearer Primärenergie um etwa 2,5 kWh.

Solarwärme- und Geothermieanlagen ersetzenfossile Wärmeerzeugung. Die direkte erneuer-bare Stromerzeugung wird ergänzt durchschnell reagierende Gaskraftwerke mit Kraft-Wärme-Kopplung, wobei das eingesetzte Gas

(Methan) aus „überschüssigem“ erneuerbar erzeugtem Strom bzw. aus nachhaltiger Biomassemutzung gewonnen wird.

Zum Ausgleich der bei der Direkterzeugung vonWind- und Solarstrom entstehenden Fluktuatio-nen und für die Verteilung der Energie von denStandorten mit optimalem Erzeugungspotenzialin die Verbrauchs-Regionen stehen die beidenHochleistungsnetze für Strom (mit HGÜ-Antei-len) und Gas (Erdgas- und/oder Wasserstoff-netz) zur Verfügung [14, 26].

In einem nach wirtschaftlichen Kriterien optimierten Gesamtsystem stammt der größteAnteil der elektrischen Energie in 2050 ausWindkraftanlagen, die an windreichen Stand-orten platziert wurden. Im Falle Europas sinddas Standorte entlang der Atlantikküste, anwindreichen Regionen im Inland und im


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Energiekonzept 2050

Bei der konventionellen Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern ohne Wärmeauskopplung kann im globalen Durchschnitt nur gut ein Drittel der Primärenergie in Strom gewandelt werden, während knappzwei Drittel als Abwärme ungenutzt bleiben. Beim Umstieg auf erneuerbare Energien aus Direkterzeugungsinken daher bei gleicher Stromerzeugung der Primärenergiebedarf und die energiebedingten CO2-Emissio-nen. Die Abwärme aus thermischer Stromerzeugung kann zum Großteil durch die KWK nutzbar gemachtwerden (siehe auch [17]). Die Stabilität der Stromversorgung wird durch erneuerbare Stromerzeuger im Verbund (Regenerative Kombikraftwerke), Energiemanagement (Lastregelung) und entsprechender Speicherund Backup Kapazitäten (v. a. Pumpspeicher, Gaskraftwerke mit Wasserstoff bzw. mit erneuerbarem Methan)gewährleistet. Die Darstellung ist abgeleitet nach [17, 26].

Quelle: Fraunhofer IWES

Abbildung 5Transformation desWärmesektors: durchden Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung, derSolarthermie und dieverstärkte Nutzungvon Elektrowärmepum-pen, erneuerbaremMethan/Biomethan inBrennwertkesseln undProzesswärme kann in Zukunft der durchEnergieeinsparmaß-nahmen gesunkeneProzess- und Heizwär-mebedarf vollständigerneuerbar gedecktwerden. Die Grafik fußt aufdem Mengengerüst fürdas 100%-EE-Szenario2050 (Kapitel 2.5.1)(* = CO2-neutrale ungenutzte Abwärme)

Quelle: FraunhoferIWES; die Darstellungist abgeleitet nach [17,26].

Offshore-Bereich. Die kurz- bis mittelfristigen Fluktuationen bei der Windenergie werdendurch ein europäisches Hochleistungs-Strom-netz ausgeglichen. Saisonale Fluktuationen werden durch Langzeitspeicher (Wasserstoff,Methan (Erdgas-Substitut)) unter Nutzung derbestehenden Gasinfrastruktur ausgeglichen. DieWindenergie wird ergänzt durch Photovoltaik,solarthermische Kraftwerke, größtenteils schonheute bestehende Wasserkraftwerke, geothermische Stromerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen.

Thermisch arbeitende Solarkraftwerke mit Wärmespeichern oder Hybrid-Versorgung mitHilfe chemischer Energiespeicher im SüdenEuropas oder in Nordafrika tragen zum Ausgleich der aus der Windstromerzeugung entstehenden Fluktuationen bei.

Meeresenergie (Strömung und Wellen), Geothermie-Kraftwerke an dafür geeignetenStandorten sowie gebäudeintegrierte Photovol-taikanlagen-Anlagen ergänzen das Erzeugungs-Portfolio. Photovoltaik-Anlagen übernehmen inVerbindung mit der Kraft-Wärme-Kopplung undder Elektromobilität weitere Aufgaben zur Verbesserung der Versorgungssicherheit: Bei Ausfall großer elektrischer Netze können sieeinen Weiterbetrieb lokaler Netze ermöglichen.Für Entwicklungs- und Schwellenländer erlauben sie den Aufbau dezentraler Versorgungsnetze.

1.3.2 Energieeffizienz durch Kraft-Wärme-Kopplung

Die Kraft-Wärme-Kopplung erhöht den Gesamt-wirkungsgrad der Konversionstechniken unddamit die Energienutzungseffizienz der erneuer-baren Energien. Kraft-Wärme-Kopplungsanla genwerden vor allem bei der dezentralen Energie -erzeugung eine tragende Rolle spielen wie beikleineren Gaskraftwerken, Mikroturbinen,Brennstoffzellen und Blockheizkraftwerken,Brennstoffzellen und Mikrogasturbinen, derenLeistung dem lokalen Wärmebedarf angepasstist. Sie können jedoch auch über den Strombe-darf gesteuert werden. Durch einen drehzahl-variablen Betrieb kann der Systemwirkungsgradverbessert und die Lebensdauer erhöht werden.Die dafür eingesetzten Energieträger kommenaus der Biomassenutzung, der Wasserstoff- oderMethangaserzeugung aus erneuerbaren Ener-gien, der Solarthermie und der Geothermie.

In der Kombination von KWK mit solarer Strom-erzeugung ergänzen sich beide Komponentenhervorragend: während im Winter die KWKWärme und Strom erzeugt, reduziert sich imSommer der Bedarf an KWK-Strom durch diesolare Stromerzeugung.

Der konsequente Einsatz von KWK, Wärmepum-pen und elektrischen Antriebssystemen für Fahrzeuge erlaubt es, den globalen Primärener-giebedarf allein durch diese drei Maßnahmenum mehr als 50% zu reduzieren. Sie stellen sichdamit als wichtigste Maßnahmen zur Steigerungdes Effizienzgewinns im Energiesystem dar. DieUmweltverträglichkeit der elektrischen Wärme -pumpen verbessert sich mit zunehmendem An-teil der erneuerbaren Energien im Strommix.


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Energiekonzept 2050


Abbildung 6Oben: Effizienzgewinnim Verkehrssektordurch Elektromobilität.Vergleich von Energie-aufwand und Effizienz:links herkömmlichesAntriebskonzept mitfossilen und biogenenKraftstoffen, rechtsElektroantrieb, der regenerativen, direkterzeugten Strom ausWasser-, Solar undWindenergie nutzt.(siehe auch [17]) Unten: ExemplarischeTransformation: Baustein regenerativeElektromobilität, erneuerbares Methan/erneuerbarer Wasser-stoff (erneuerbareKraftstoffe) und Bio-kraftstoffe (Biodiesel,Biokerosin).

Die Grafik fußt aufdem Mengengerüst fürdas 100%-EE-Szenario2050 (Kapitel 2.5.1)

Quelle: FraunhoferIWES

1.3.3 Wärmeerzeugung – direkte und sekundär erzeugte Wärme

Die Bereitstellung von Wärmeenergie ist heutemit einem sehr großen Anteil an CO2-Emissio-nen verbunden. Der Transformation der Systeme zur Wärmebereitstellung kommt deshalb eine besondere Bedeutung zu. Solar-wärme- und Geothermieanlagen ersetzen fossileWärmeerzeugung direkt und vermeiden so diebei der Verbrennung fossiler Energieträger entstehenden Emissionen.

Die Wärmeversorgung zur Gebäudeheizung ergibt sich aus dem Zusammenspiel von deut-lich verbesserter Wärmedämmung und Deckung des verbleibenden Wärmebedarfs auserneuerbaren Energien, wie solarthermische

Kollektoren, Geothermie- und Biomasseanlagensowie, über die Abwärme aus Industrieprozes-sen, aus der Kraft-Wärme-Kopplung (BHKW,Brennstoffzellen) und über die Kombination vonWärmepumpen mit erneuerbaren Energien. DieBereitstellung von industrieller Prozesswärme erfolgt primär aus Hochtemperatur-Solarthermie,sowie mit Strom aus erneuerbaren Energienbzw. erneuerbarem Methan.

Der Prozesswärmebedarf für Industrie und Gewerbe im Temperaturbereich zwischen 80 und 250 °C lässt sich erneuerbar decken. Er verläuft in einigen Branchen parallel zumStrahlungsangebot und kann dann mit Prozess-wärmekollektoren oder mit KWK-Anlagen gedeckt werden. Die im Sommer erhöhten


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Energiekonzept 2050

Durch die zunehmende Nutzung regenerativen Stroms, davon ein großer Anteil aus der Direkt erzeugung mittels Wind-, Wasser- und Solarenergie, können der Primärenergiebedarf und die Treibhausgasemissionenim Verkehrsektor erheblich reduziert werden.

* = können auch andere regenerative Kraftstoffe wie zum Beispiel Wasserstoff oder erneuerbares Kerosin sein.Die Darstellung ist abgeleitet nach [17, 26]


Produktionszahlen z. B. der Getränkeindustrieund der erhöhte Kühlbedarf in Lebensmittelpro-duktion und -handel bieten Chancen, hier nennenswerte Anteile solar zu decken.

Dass der Wärmebedarf u. a. durch wesentlichbesser gedämmte Gebäude deutlich reduziertwurde, versteht sich von selbst. Das BMU-Leit-szenario 2009 [9] zeigt eine sinkende Nachfra-ge nach Wärme bis 2020 auf 85% und bis 2050etwa auf die Hälfte des heutigen Wertes.

1.3.4 Energieversorgung des Verkehrs

Die Mobilität wird zunehmend auf elektrischerBasis erfolgen und damit um den Faktor 2 bis 3effizienter sein als unsere heutigen Kraftfahr-zeuge. Hierzu zählen rein elektrisch betriebeneFahrzeuge auf Batteriebasis mit und ohne „Rangeextender“ (Reichweitenverlängerer),wobei letzterer sowohl aus kleinen Verbren-nungsmotoren als auch aus Brennstoffzellen bestehen kann. Im Güterverkehr werden zumeinen ebenfalls Hybridtechnologien eingesetzt,andererseits sollte soviel Güterverkehr wie mög-lich auf die Schiene verlagert werden. Für denGüter- und Langstreckenverkehr, für Flugzeugeund Schiffe werden erneuerbare Kraftstoffe (erneuerbares Methan, Wasserstoff, Diesel) ausBiomasse, bzw. mittels Strom aus Windenergie,Solarenergie und Wasserkraft hergestellt.

PKW, Bahn und Bus beziehen ihre Energie überOberleitungen, Akkumulatoren oder Brennstoff-zellen, wobei sich ihre Umweltverträglichkeitmit zunehmendem Anteil der erneuerbarenEnergien im Strommix verbessert. Die Akkumu-latoren werden durch bidirektionale Ladegerätean Ladestationen geladen. Zusätzlich könnendurch kontaktloses Laden beim Fahren (induk-tive Übertragung) die Speicherbatterien nach-geladen werden.

Flugzeuge und Schiffe werden erneuerbareKraftstoffe aus Biomasse, Wasserkraft, Solar- undWindenergie benutzen. Dabei besteht die Möglichkeit, erneuerbares Kerosin als Treibstoffaus Überschuss-Strom nach den genannten Verfahren zu erzeugen (erneuerbares Methan).

1.3.5 Information und Kommunikation inder Energieversorgung

Eine Einbindung des deutschen Energiekonzeptsin einen gesamteuropäischen Kontext schaffteine Verstetigung der erneuerbaren Einspeisungund reduziert den Energiespeicherbedarf. Eineenge Abstimmung zwischen allen europäischenMitgliedsländern und die Koordination z. B.durch die Europäische Kommission ist daherVoraussetzung für eine erfolgreiche Implemen-tierung.

Die Änderungen von einer zentralen Energie -versorgung zu einer dezentralen Struktur mitvielen kleinen fluktuierenden stromeinspeisen-den Anlagen erfordern eine technische Kommunikationsanbindung von elektrischenVerbrauchern und dezentralen Erzeugern imNetzbetrieb. Nur durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologienkann der Strom optimal verteilt oder zwischen-gespeichert werden: Die Stromnetze werden„intelligent“, man nennt sie smart grids, weil sieüber das Internet ein bidirektionales Energiema- nagement erlauben. Breitband-Kommunikati-onssysteme zwischen Erzeugern, Netzbetreibernund Verbrauchern erlauben die Realisierungeines Online-Energiemarktes, der über zeitvaria-ble Stromtarife eine flexible Anpassung zwi-schen Erzeugung und Verbrauch ermöglicht.10

So können kundenorientierte Anreizsystemeentwickelt werden, um z. B. bei Starkwind die Batterien der Elektrofahrzeuge aufzuladen, oderKältemaschinen bzw. Wärmepumpen bevorzugtzu betreiben. Die Entwicklung der heutigenStromnetze und Energieversorgungsstrukturenhin zu den smart grids wird zurzeit im Rahmender von der Bundesregierung geförderten so genannten E-Energy-Initiative in sechs Modell -regionen vorangetrieben und demonstriert.

Für den Ausgleich der in Zukunft stark steigen-den Schwankungen bei der Stromerzeugungaus Sonne und Wind können dann folgende Elemente in den Online-Markt eingebundenwerden:

• Schnell reagierende, dezentrale Kraftwerke –vorzugsweise Kraft-Wärmekopplungs- Anlagen bzw. Gas- und GuD-Kraftwerke, die


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Energiekonzept 2050

10 Hier muss man allerdings auch den Datenschutz beachten.

Energiekonzept 2050

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über Erdgasnetze aus Biomassevergasungs-anlagen oder mit aus Stromüberschüssen erzeugtem Methan versorgt werden.

• Interaktive Netze für Strom, Gas und auchfür Wärme/Kälte (smart grids) in Verbindungmit smart metering für Last- und Einspeise-management (regenerative Kombikraft-werke).

• Regenerative Kombikraftwerke für eine be-darfsgerechte Erzeugung aus verschiedenenerneuerbaren Energiequellen und für die Bereitstellung von Systemdienstleistungenfür die Spannungs- und Frequenzregelung.

1.3.6 Das Regenerative Kombikraftwerk

Das im Rahmen des Energiegipfels am 3. Juli2007 vorgestellte „Regenerative Kombikraft-werk (RKKW)“ hat gezeigt, dass eine bedarfsge-rechte Stromversorgung aus erneuerbarenEnergien möglich ist durch eine intelligenteKopplung von dargebotsabhängigen, bedingtregelbaren Erzeugern (Wind, PV) mit regelbarenErzeugern (Biogas betriebene Blockheizkraft-werke, Mikrogasturbinen) und Pumpspeichern[27]. Eine sichere Energieversorgung durch er-neuerbare Energien ist dadurch immer undüberall möglich, insbesondere wenn in Zukunftzusätzlich erneuerbares Methan im Erdgasnetzverfügbar ist.

Abbildung 7Das Regenerative Kombikraftwerk

(schematische Darstellung)

3 Windparks

20 Solaranlagen

4 Biogasanlagen

1 Pumpspeicherwerk

Energiekonzept 2050

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Das Kombikraftwerk verknüpft und steuert 28 über ganz Deutschland verstreute Wind-,Solar- und Biomasseanlagen mit einer Leistungvon zusammen 23,2 MW [27]. Jeder einzelneEnergieerzeuger aus regenerativen Quellen hatseine Stärken und Schwächen. Die intelligenteVerknüpfung der einzelnen Erzeuger, gekoppeltmit leistungsfähigen Vorhersageverfahren undkombiniert mit Speichern und flexiblen Verbrau-chern ermöglicht eine Leistungsverfügbarkeit,die den Anforderungen an die Versorgungssi-cherheit gerecht wird. Das Kombikraftwerk hatin Echtzeit den Strombedarf Deutschlands imVerhältnis von 1:10.000 sekundengenau abge-deckt und demonstriert, dass die erneuerbarenEnergien in der Lage sind, die StromversorgungDeutschlands sicher zu stellen, wenn sie entsprechend ausgebaut werden.

Das Projekt hat aber auch gezeigt, dass für einezukünftige, auf regenerativen Quellen basierteEnergieversorgung die Installation von mehrfa-chen Überkapazitäten unbedingt erforderlichist, damit Erzeugungsüberschüsse generiert werden, die temporäre Erzeugungsdefizite decken können.

Die Fähigkeit der erneuerbaren Energien zur zuverlässigen Versorgung und zur Deckung desgesamten Strombedarfs wird durch aktuelle Forschungsaktivitäten im Rahmen der E-Energy-Projekte weiter untermauert [28].

1.3.7 Gebäude, Städte und Gemeinden alsenergetische Systemkomponenten

Bis zum Jahr 2050 sollen das Passivhaus, dasPlusenergiehaus und das Solaraktivhaus jeweilswahlweise zum Neubaustandard werden. Lang-fristig muss eine Entkopplung des Heizenergie-bedarfs von der Pro-Kopf-Wohnfläche erreichtwerden.

• Passivhäuser werden im Wesentlichen mitStrom betrieben, der zum Teil von einerPhotovoltaikanlage auf dem Dach erzeugtwird und besitzen eine thermische Solar an-lage zur Trinkwassererwärmung. Der Rest-energiebedarf kann im Wesentlichenhocheffizient über mit regenerativ erzeug-tem Strom versorgten Wärmepumpen abge-deckt werden, die im Bedarfsfall im Sommerin Kombination mit der PV-Anlage zur

Kühlung des Hauses eingesetzt werden können. Der Heizenergiebedarf eines Passiv-hauses liegt bei bis zu 15 kWh pro m2 undJahr, der Gesamtenergiebedarf beträgt bis zu 30 kWh/(m2a) [9].

• Plusenergiehäuser können im Jahresdurch-schnitt sogar mehr Endenergie erzeugen, alssie selbst verbrauchen.

• Solaraktivhäuser weisen, ebenso wie Passiv-und Plusenergiegebäude, eine gute Wärmedämmung auf und decken ihren verbleibenden Wärmebedarf zu 100% mitSolarwärme, wobei mit einem saisonalenWärmespeicher ein Teil der Solarwärme ausdem Sommer bis zum Winter gespeichertwird.

Bei Neubauten findet bereits eine Entwicklungzu diesen energieeffizienten und solaren Bau -weisen statt. Um aber das Gesamtniveau desEnergiebedarfs im Wohnbereich zu senken,muss auch der Altbaubestand energetisch saniertwerden, was bis 2050 im Wesentlichen abge-schlossen sein sollte. Bei einer Sanierungsrate von2 bis 3% pro Jahr wäre dieses Ziel erreichbar.

Energetisch sanierte Altbauten haben einen umbis zu 90% reduzierten Energiebedarf [16]. Die-ser kann mit erneuerbaren Energien abgedecktwerden. Darüber hinaus werden in Städten,bzw. verdichteten Zonen, Netz- und Verbund -lösungen zur sinnvollen Verknüpfung von Wärmequellen und Wärmesenken verwendet.Quartierslösungen werden insbesondere beiKulturdenkmälern als Lösungsansatz dienen.

Der Technologie der Nah- und Fernwärme -nutzung – gegebenenfalls gekoppelt mit trans-portablen Wärmespeichern – fällt hierbei in Ballungsgebieten eine Schlüsselrolle für die effi-ziente Nutzung von Abwärme aus Industrie undKWK zu. Weiterhin können Synergien durch denAnschluss von Alt- und Neubauten entstehen,höhere Vorlauftemperaturen werden zunächstim Altbestand für Heizzwecke verwendet, Neubauten können dann z. B. aus dem Rücklaufdieser Systeme immer noch ausreichend ver-sorgt werden (Kaskadennutzung der Wärme).

1.3.8 Dynamisches Zusammenwirken derTechnologiekomponenten

Für die Integration sehr großer Anteile an erneu-erbaren Energien sind außer den beschriebe-nen Hochleistungstransportnetzen auch flexibleund interaktive Verteilungs- und Niederspan-nungsnetze erforderlich. Diese sogenanntensmart grids erlauben erstmalig das Zusammen-spiel zwischen Erzeugung und Verbrauch underöffnen damit auch für Verbraucher die Mög-lichkeit, sich dem aktuellen Angebot, z. B. übervariable Tarife, anzupassen. Erste Projekte zurDemonstration der Leistungsfähigkeit von sogenannten smart grids werden zurzeit im Rahmen des E-Energy-Programms durchgeführt.

Die Einbindung solarthermischer Kraftwerke indie nationale Energieversorgung bietet sowohlin Bezug auf die konkurrenzfähige Bereitstellungals auch auf die Versorgungssicherheit deutlicheVorteile, wie sie z. B. in der Initiative „DESER TEC“beschrieben sind [29]. Einerseits benötigt derBetrieb solarthermischer Kraftwerke einenhohen Anteil von solarer Direktstrahlung, wie ernur in Südeuropa oder in Nordafrika zu findenist. Andererseits lassen sich diese Kraftwerks-typen durch Hinzunahme von Speichern oderdurch den Betrieb von Zusatzbrennern, die regenerativ erzeugten Brennstoff einsetzen,dem jeweiligen Bedarf anpassen. In jedem Fallsind jedoch sehr leistungsfähige Ferntransport-netze dafür erforderlich. Auch geothermaleKraftwerke müssen sich entsprechend des Bedarfs an einen optimalen Einsatz anpassen.

In dem Maße, in dem die Einbindung der natio-nalen Stromversorgung mit erneuerbaren Energien in ein gesamteuropäisches Netz nichtgelänge, würden die Strombereitstellungskostensteigen – auch wegen der dann erforderlichenzusätzlichen Stromspeicher.

Für die Bereitstellung von Regel- und Ausgleichs-energie in elektrischen Netzen werden in Zukunft sogenannte Residuallast-Kraftwerke benötigt, die den Differenzbedarf zwischen denfluktuierenden Stromquellen und der aktuellenLast abdecken. Im Gegensatz zu Grundlastkraft-werken sind ihre Laufzeiten kurz (z. B. 1000 Voll-last-Betriebsstunden/a). Die Anforderungen andie zeitliche Dynamik der Leistungsbereitstel-lung sind jedoch sehr hoch. Dafür eignen sichz. B. Gasturbinen-Spitzenlastkraftwerke. Völligneue Perspektiven ergeben sich über die koordi-nierte Erzeugung verteilter KWK-Anlagen als sogenannte virtuelle Kraftwerke. Dabei wird aufder Basis geeigneter Kommunikationseinrichtun-gen eine Vielzahl kleiner KWK-Anlagen dann aktiviert, wenn der entsprechende Leistungs-bedarf im elektrischen Netz besteht. Die Entkopplung zum zeitlich unterschiedlichenWärmebedarf lässt sich durch thermische Speicher realisieren. In Ausnahmefällen kann einderartiges virtuelles Kraftwerk auch dann in Betrieb genommen werden, wenn kein Wärme-bedarf besteht.


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Energiekonzept 2050

Abbildung 8 Darstellung der Gesamtenergietrans-formation von heutezum Energiesystem2050. Die keilförmigen Flächen in Grafikmittesymbolisieren denschrittweisen Über-gang vom heutigenEnergiemix zum zukünftigen.

Die Grafik fußt aufdem Mengengerüst fürdas 100%-EE-Szenario2050 (Kapitel 2.5.1)

* = können auch andere regenerativeKraftstoffe wie z. B. erneuerbares Kerosinsein** = ungenützte CO2-neutrale Abwärme

Quelle: FraunhoferIWESAngepasst nach [17,26] und [7] unter Verwendung vonDaten des BMWI [31]und Kapitel 2.6

Der Umbau des Energiesystems in Deutschlandund in Europa hin zu einer nachhaltigen Energieversorgung bedeutet eine tiefgreifendeVeränderung der gegenwärtigen Industrie- undDienstleistungsgesellschaft, die sich evolutionärüber vier Jahrzehnte erstrecken wird. Dabeisollte der Übergang vom heutigen Energiesystemzu dem in Kapitel 1 beschriebenen, nachhalti-gen und weitgehend emissionsfreien System sogestaltet werden, dass technologische Fehlent-wicklungen vermieden und die Versorgungs-sicherheit auch während der Transformations-phase gewährleistet ist (no regret strategy).

In Abbildung 8 sind die wesentlichen Bausteineder Transformation des Energiesystems am Bei-spiel des Industrielands Deutschland zusammen-gefasst:

Der Primärenergiebedarf ohne den nicht-ener-getischen Anteil (wie Erdöl für die chemische Industrie) belief sich in Deutschland in 2005 auf13,4 EJ, wovon 34% auf den Stromsektor, 43%auf den Wärmesektor und 23% auf den Verkehrentfielen.

Wird der Endenergiebereich betrachtet, ergebensich andere Verhältnisse: der Stromanteil wird

31

Energiekonzept 2050

2. Transformation des heutigen Energiesystems zum nachhaltigenEnergiesystem 2050

Energiekonzept 2050 • Transformation des heutigen Energiesystems zum nachhaltigen Energiesystem 2050


kleiner (18%) und die beiden anderen Bereicheentsprechend größer (Wärme 54%, Verkehr28%). Im Verkehr wird zwar auch heute schonStrom eingesetzt, der derzeit jedoch nur einenAnteil von 2% im Verkehrssektor ausmacht unddaher in der Darstellung nicht berücksichtigtwird.

Zukünftig soll die Direktverbrennung für dieWärmenutzung durch Wärme aus KWK, aus Solarthermie und aus mit regenerativem Stromversorgten Elektro-Wärmepumpen ersetzt werden.

Der Wärmeanteil, der aus Strom gewonnenwird, einschließlich der Wärme aus der KWK, istim Diagramm in der Stromerzeugung enthal-ten. Strom soll hauptsächlich aus der Direkter-zeugung durch Solar-, Wasser- und Windenergiegewonnen werden. Für das Lastmanagementder fluktuierenden Energiequellen sollen nebeneinem massiv ausgebauten Stromtransport- und-verteilungsnetz und der Anbindung von Speicherkraftwerken (Pumpspeicher, Druckluft,Wasserstoff oder erneuerbares Methan im Erd-gasnetz) sowohl der Verkehrssektor (elektrischangetriebene Fahrzeuge) als auch die Wärme-nutzung über Wärmepumpen zur Verfügungstehen, welche über ein breit ausgebautes Informationsnetz angebunden sind (smart grid).Zusammen soll die Stromnutzung im Wärme-und Verkehrssektor 25% der elektrischen Energieversorgung betragen. Bis 2050 ist einesolche Transformation vorstellbar.

2.1 Strukturwandel im Raumwärmesektor

Auf den Betrieb von Gebäuden entfallen rund40% des Endenergieverbrauchs, das macht siezu einem der wesentlichen Sektoren, die zumEnergieverbrauch Deutschlands beitragen. Umdas Ziel einer nachhaltigen Energieversorgungund die notwendigen klimapolitischen Ziele zuerreichen, besteht deshalb die Notwendigkeiteiner Reduzierung des Energiebedarfs für Hei-zung und Klimatisierung von Gebäuden sowieeiner zunehmenden Deckung ihres verbleiben-den Energiebedarfs mit erneuerbaren Energien.

Da im Gebäudebereich besonders viel Energieeingespart werden kann, folgt, dass die Zieleder Bundesregierung zur Energieeffizienz vorallem im Gebäudebereich bzw. im Raumwär-mebereich erreicht oder verloren werden [30].Neubauten müssen kurzfristig als Plusenergie-häuser umgesetzt und der Gebäudebestand aufein Niedrigenergiehausniveau gebracht werden.Hierdurch lassen sich in Deutschland Verbrauchsminderungen herbeiführen, die die2008 erzielten Beiträge aus erneuerbaren Energien um den Faktor 3 bis 4 übersteigen.

Das Energiekonzept 2050 stellt fest, dass bis2050 der Raumwärmesektor einen gravierendenStrukturwandel durchlaufen muss.

2.2 Von der Erdgasversorgungzum erneuerbaren Methan

Wie in Abschnitt 1.2.3.2 bereits ausgeführt,kann aus den erneuerbaren Energieüberschüs-sen neben Wasserstoff auch erneuerbares Methan erzeugt werden. Darin ist ein Paradig-menwechsel in der Philosophie der Energiespei-cherung zu sehen. Denn so kann erneuerbarerStrom in großer Menge chemisch gespeichert,im vorhandenen Erdgasnetz gespeichert und jenach Bedarfsanforderung wieder zu Strom,Wärme oder Kraftstoff umgewandelt werden.Für die Rückverstromung bieten sich GuD-Kraft-werke mit elektrischen Wirkungsgraden von biszu 60% an.

Mit dem Ausbau der zunächst erdgasbasiertenKraftwerke und der Kraft-Wärme-Kopplungkann sofort begonnen werden. Der zunächst zu-nehmende Bedarf an fossilem Erdgas wird mit-telfristig kompensiert durch die Reduktion dergasverbrauchenden Gebäudeheizungen undderen Substitution durch Kraft-Wärme-Kopp-lung und elektrische Wärmepumpen.

Dabei geht das Energiekonzept 2050 davon aus,dass die Gesamtnachfrage nach Erdgas bereitsbis 2020 um 10% sinkt [9]. Langfristig wird derErdgasbedarf durch dessen zunehmende Substi-tution mit nachhaltig erzeugtem Biomethanund mit erneuerbarem Methan aus elektrischenÜberschüssen gegen Null gehen. Dies bedeutet,

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Energiekonzept 2050 • Transformation des heutigen Energiesystems zum nachhaltigen Energiesystem 2050Energiekonzept 2050

Abbildung 9Speicherung von Stromaus Sonne und Winddurch die Herstellungvon Methan und dessen anschließenderSpeicherung. Durcheine bidirektionaleKopplung von Gas-und Stromnetz mit Anbindung an denVerbrauchssektor Mobilität bildet Methan einen indirek-ten Stromspeicher.

Quelle: FraunhoferIWES (Sterner) undZSW (Specht) [14;26;32]

dass auch das bestehende Erdgasnetz an diesich ändernden Standorte zukünftiger Quellenangepasst werden muss. Wie beim elektrischenNetz wird auch das Gasnetz – im Gegensatz zuheute – wechselnde Durchflussrichtungen verar-beiten können. Dafür sind neue Management-Strategien notwendig (smart grids). Der zurzeitstattfindende Ausbau von Flüssiggas-Terminalssollte weiterhin forciert werden, um die Aufnahmefähigkeit von aus Wind- und Solar-strom-Überschüssen an besonders günstigenStandorten erzeugtem Wasserstoff oder Methanzu ermöglichen.

2.3 Flexible energetische und stoffstromorientierte Nutzungsstrategien fürBiomasse

Biomasse kann für die Energieversorgung derZukunft einen wichtigen Beitrag leisten, dennsie hat das Potenzial, eine besondere Rolle imKonzert der erneuerbaren Energien zu spielen.Sie gehört zu den heimischen Ressourcen undsie steht der energetischen Nutzung – im Rahmen definierter Potenziale – bedarfsgerechtzur Verfügung. Damit zählt sie zu den Energie-trägern, die in vielfältiger Weise fluktuierendeerneuerbare Energieströmen ausgleichen und soals Regelenergie zwischen Angebot und Nach-frage eingesetzt werden können. Besonders

aussichtsreich sind hierbei neuartige Konversi-onstechnologien, mit denen Strom und Wärme(durch Co-Generation) sowie zusätzlich Kraft-stoffe (durch Poly-Generation) erzeugt werden.Eine energetische Nutzung von Biomasse miteiner Bereitstellungseffizienz von mehr als 70%ist vor diesem Hintergrund möglich. Diese Technologien sind somit für den Übergang vonder Versorgung mit fossilen Energien in eine Zukunft mit Erneuerbaren unverzichtbar. Dieszeigen unter anderem zahlreiche Projekte zumAusbau von Bioenergiedörfern.

Während die Biomasse-Reststoffe – allerdingsmit einem limitierten Potenzial – weitestgehendunkritisch zur Verfügung stehen und im Rahmeneffizienter Nutzungsketten auch langfristig energetisch verwertet werden können, stehenAnbau-Biomassen in Form von Energiepflanzenzukünftig – sowohl im nationalen als auch imglobalen Kontext – verstärkt in Konkurrenz zualternativen Nutzungen (Nahrungsmittel, Ausgangsmaterialien für Bioraffinerien, etc.). Zukünftig sind somit im Bereich der Biomassedifferenzierte, stoffstromorientierte Strategien zuverfolgen, welche stringent an Effizienzkriterien,Ausbauerfolgen anderer erneuerbarer Energie-träger sowie an der spezifischen Ressourcen-nachfrage auszurichten sind.

Das Leitszenario 2009 [9] diagnostiziert vor diesem Hintergrund, dass „unter der Vorausset-zung einer wesentlich effizienteren Nutzungvon Kraftstoffen die Einführung biogener Kraft-stoffe dann eine empfehlenswerte Übergangs-

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Energiekonzept 2050Energiekonzept 2050 • Transformation des heutigen Energiesystems zum nachhaltigen Energiesystem 2050

Quelle: Fraunhofer IWES (Sterner) und ZSW (Specht)

strategie ist, wenn die Nachhaltigkeitskriterieneingehalten werden, die u. a. in der Biomassestrategie des BMU definiert sind. Aus „ökolo-gischen“ inländischen Potenzialen steht in dervorgenommenen Nutzungsaufteilung für denVerkehrssektor eine verfügbare Anbaufläche fürBiokraftstoffe von maximal 2,35 Mio. ha zur Verfügung. Vor dem Hintergrund der aktuellenRahmenbedingungen hinsichtlich Biokraftstoff-quote und Besteuerung wird bis 2020 ein Anteilvon Biokraftstoffen am gesamten Kraftstoffver-brauch von knapp 10% angesetzt.“

Biogas kann bis 2050 zunehmend ersetzt werden durch erneuerbares Methangas, das seinerseits in einer vergleichbaren flexiblenWeise eingesetzt werden kann. Langfristig solltedie Biomasse auch aus Gründen der CO2-Bin-dung in Kaskadennutzungssysteme überführtwerden, bei denen erst nach Ausschöpfung derstofflichen Nutzungsoptionen eine energetischeVerwertung erfolgt.

2.4 Balance zentraler und dezentralen Energieversorgung

Die rasche Entwicklung dezentraler regionalerEnergieversorgungskonzepte in Deutschlandmobilisiert auch regionale Wirtschaftsstrukturen.Diese Umstrukturierung ist ein Motor des Wan-dels. Um die notwendigen energiepolitischenImpulse zu geben, muss auf die Balance zwi-schen Zentralität und Dezentralität in der Ener-gieversorgung geachtet werden. Diese Balancewird wesentlich durch die zukünftigen Kosten-strukturen geprägt sein. Je kostengünstiger dieKomponenten und Systeme zur Nutzung vonerneuerbaren Energien sind, desto dezentralerwird ihr Einsatz ausfallen.

2.4.1 Netzmanagement von dezentralenStrom- und Wärmenetzen im Verbundmit großen, landesweiten und europäischen Netzen

Für die Nachhaltigkeit eines solchen Netzaus-baus ist es notwendig, die zukünftige Entwick-lung der erneuerbaren Energien und desgesamten europäischen Kraftwerksparks so

genau wie möglich zu simulieren und zu analysieren. Weiter ist es erforderlich, dassneben dem Netzausbau ein leistungsfähiges, europaweites Monitoring den sicheren Netzbetrieb gewährleistet.

Schon 2020 „trägt Strom aus dem sich etablie-renden europäischen erneuerbaren Energie-Stromverbund mit knapp 5 TWh/a bereitssubstantiell zur erneuerbaren Energie-Strom-erzeugung Deutschlands bei. Wegen günstigerStromgestehungskosten um 6,5–7 ct2005/-kWhwächst die Stromlieferung aus dem europäi-schen Stromverbund (Windenergie und solar-thermische Kraftwerke) nach 2020 deutlich,beläuft sich in 2030 bereits auf 41 TWh/a undsteigt bis 2050 auf 123 TWh/a. Dies entspricht20% der gesamten Bruttostromerzeugung“ [9].

Gelingt der Ausbau dieses transeuropäischenSupernetzes nicht rechtzeitig oder nicht voll-ständig, müssen im nationalen Rahmen einer-seits Stromüberschüsse aus erneuerbarenEnergien gespeichert werden und andererseitsStromlücken durch Residuallast-Kraftwerke auf-gefangen werden. Im Gegensatz zu bisher ein-gesetzten Grund- bzw. Mittellastkraftwerkensind das schnell reagierende Gaskraftwerke mitKraft-Wärme-Kopplung und virtuell vernetzbareKleinstsysteme wie Blockheizkraftwerke, Mikro-turbinen und Brennstoffzellen. Elektrische Ener-giespeicher, wie sie oft vorgeschlagen werden,könnten im Prinzip diesen Ausgleich ebenfallsleisten, sie sind jedoch auf absehbare Zeit gegenüber starken Netzen bzw. Residuallast-Kraftwerken vermutlich nicht konkurrenzfähig.Mittel- bis langfristig können aber elektrochemi-sche Energiespeicher wie Hochtemperatur- undRedox-Flow-Batterien einen Beitrag leisten [33].

2.4.2 Wie können Systemkonflikte vermieden werden?

Die heutigen Großkraftwerke sind ungeeignet,fluktuierende Ströme aus erneuerbaren Ener-gien auszugleichen, denn sie können die dafürerforderlichen großen Leistungsänderungennicht abbilden. Häufige und große Laständerun-gen reduzieren bei Großkraftwerken wegen derdabei auftretenden zusätzlichen Materialspan-nungen die Lebensdauer und damit auch derenWirtschaftlichkeit.


34

Energiekonzept 2050

Mit anderen Worten, wenn die Vorrangigkeitder Einspeisung erneuerbarer Energien erhaltenbleibt, dann werden herkömmliche Grundlast-kraftwerke zunehmend ungeeignet, die Residuallast aufzubringen. Geeignete Kraftwerk-stypen dafür sind dann: Gaskraftwerke undKraft- Wärmekopplungsanlagen (Motor-Genera-toren, Mikroturbinen, Brennstoffzellen), dieüber Kommunikationseinrichtungen gesteuertwerden können.

Die Konsequenzen, die sich aus der Forderungnach schnell reagierenden Kraftwerken erge-ben, sind gravierend: Sie bedeuten, dass Groß-kraftwerke jeder Art für die zukünftigenVersorgungsstrukturen ungeeignet sind, wenndie fluktuierenden erneuerbaren Energien denHauptanteil der Versorgung übernehmen sollen.Das bedeutet nicht nur, dass dann weder Kern-kraftwerke, noch Fusionskraftwerke, noch Kohle-kraftwerke eingesetzt werden können, sondernauch, dass die gegenwärtigen Ansätze der CO2-Abscheidung und Speicherung bei derKohleverstromung (CCS) nicht nur aus rein wirtschaftlichen sondern auch aus systemischenGründen in eine verkehrte Richtung führen.

2.5 Kosten und Nutzen des Umbaus der Energieversorgung

Das vorliegende Energiekonzept 2050 gehtdavon aus, dass bis zum Jahr 2050 die Transfor-mation zu einem vollständig auf der Nutzungerneuerbarer Energiequellen basierten Energie-system gelingt. Die Tragfähigkeit dieses Ansat-zes wird vor dem Hintergrund der mit derSystemtransformation verbundenen Kosten häufig in Frage gestellt. Dabei wird in der Regelaußer acht gelassen, dass durch die Rohstoffver-knappung die fossilen Energieträger zunehmendteurer werden, während die erneuerbaren Energien sich noch in der technologischen Entwicklung befinden und durch erheblicheLern- und Erfahrungseffekte deren Kosten kontinuierlich weiter absinken. Um aufzuzeigen,dass ein 100%-Erneuerbare-Energien-Szenariofür Deutschland in 2050 nicht nur potenzial-seitig möglich und technologisch machbar ist,sondern auch zu vertretbaren Kosten umgesetztwerden kann, wird im folgenden ein mögliches

Mengengerüst skizziert (2.5.1) und mithilfeeiner Differenzkostenbetrachtung (2.5.2) werden die erneuerbaren Energien mit den fossilen Energieträgern verglichen. Die Differenz-kostenbetrachtung beschränkt sich auf Bereitstel-lungstechnologien für Strom, Gas und Wärmeaus solar- und geothermischen Quellen. Nichtenthalten sind eventuell anfallende Mehrkostenfür die verstärkte Einführung der KWK und vonelektrischen Wärmepumpen. Auch Mehrkostenfür den erforderlichen Netzausbau sind in dieserBetrachtung, ebenso wie die durch den notwen-digen Ausbau der Stromspeicherung entstehen-den Mehrkosten nicht enthalten. Diese Mehr-kosten liegen jedoch auf jeden Fall unterhalb derSumme für die Einsparungen, die sich aus der Be-reitstellung erneuerbarer Energien im Vergleichzu konventionellen Alternativen bis zur Mitte desJahrhunderts ergeben.

2.5.1 Mengengerüst für 100%-EE-Szenario 2050

Das hier skizzierte, mögliche Mengengerüst fürdas Energieszenario 2050 berücksichtigt die Bereiche Stromerzeugung, Nutzwärmebereit-stellung und Endenergiebedarf des Verkehrs.In allen drei Sektoren wird bis zum Jahr 2050ein Anteil von 100% erneuerbaren Energien erreicht. Hier sei darauf hingewiesen, dass dasvorgestellte Mengengerüst nur einen möglichenEntwicklungspfad hin zu einer rein regenerativenEnergieversorgung darstellt und als eine Lösungsoption von vielen für eine erneuerbareEnergieversorgung gesehen werden kann.Dabei ist das 100%-EE-Ziel ein sehr robustesZiel, denn auch wenn eine bestimmte Techno -logie nicht das im Mengengerüst angegebeneAusbauziel erreicht, bieten die erneuerbarenEnergien genügend technologische Vielfalt, dassder ausfallende Anteil von einer oder mehrerenAlternativtechnologien aufgefangen werden kann.Das hier aufgezeigte Mengengerust ist derart ge-staltet, rechnerisch den gesamten Jahresenergie-bedarf Deutschlands zu decken, es wird jedochhiermit keine Autarkie der deutschen Energiever-sorgung angestrebt. Deutschland ist insbesonderein der Stromversorgung als Teil eines europäischenVerbundnetzes zu sehen, wodurch die zu instal-lierende Speicherkapazität und -leistung auf einMinimum begrenzt werden kann. Eine Spezifi-zierung der einzusetzenden Speichertechnolo-gien wird hier nicht vorgenommen.

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Abbildung 10Entwicklung der Brut-tostromerzeugung auserneuerbaren Energienund des Bruttostrom-verbrauchs in Deutsch-land bis 2050.

Quelle: ZSW

Für die Entwicklung des Mengengerüsts imStrom- und Wärmesektor diente zunächst dasLeitszenario des DLR [8, 9] als Grundlage, imVerkehrssektor erfolgte die Orientierung bedarfsseitig an der WWF-Studie [11]. Die Forderung einer 100% regenerativen Energie-versorgung macht im Vergleich zum zugrundeliegenden Leitszenario 2009 höhere Ausbau -raten bei unterschiedlichen Technologien erfor-derlich. Berücksichtigt wurde hierbei auch deraus dem Ausbau strombasierter Energiebereit-stellung in den Bereichen Wärme und Verkehrresultierende Anstieg der Stromnachfrage.

Die vollständige Nutzwärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien wird im Vergleich zumLeitszenario durch einen wesentlich höherenDurchdringungsgrad der elektrischen Wärme-pumpen, durch einen höheren Anteil der Solarthermie und nicht zuletzt durch die Unter- stellung eines stärkeren Bedarfsrückgangs durchEffizienzmaßnahmen erreicht. Im Vergleich mitden in der WWF-Studie genannten Zielwertenfür den Wärmesektor wurde jedoch von geringeren Steigerungsraten im Effizienz- undSanierungsbereich ausgegangen, so dass derangesetzte Nutzwärmebedarf in 2050 zwischenden im Leitszenario 2009 und in der WWF- Studie genannten Werten liegt.

Im Verkehrsbereich wird im Vergleich zum Aus-gangszenario des WWF eine wesentlich stärkereDurchdringung der Elektromobilität, insbeson-dere im Personenverkehr, unterstellt.

Eine bedeutende Rolle kommt der Nutzung vonÜberschussstrom aus Wind- und Solarkraftwer-ken zu: Mit den verfügbaren Stromüberschüssensollen Wasserstoff bzw. zukünftig erneuerbaresMethan oder andere erneuerbare Kraftstoffe erzeugt werden, wodurch die Stromüberschüsseauch über längere Zeiträume speicherfähig werden. Ein Import von auf diese Weise erzeug-ten Wind- und Solarkraftstoffen ist ebenfallsdenkbar. Diese Verknüpfung des Strom- und desErdgasnetzes und die resultierende Möglichkeitder Nutzung des Erdgasnetzes als Speicher erleichtern das Erreichen des 100%-EE-Ziels erheblich. Es kann bei Bedarf rückverstromt, alsEnergiequelle zur Deckung des Wärmebedarfsherangezogen oder im Verkehrssektor einge-setzt werden.

In Abbildung 10 ist die Entwicklung der Brutto-stromerzeugung aus erneuerbaren Energien von2005 bis 2050 sowie die erwartete Entwicklungdes Bruttostromverbrauchs dargestellt. Im Ver-gleich zum Leitszenario 2009 muss ein höhererStrombedarf gedeckt werden. Dieser resultiertaus dem erhöhten Einsatz von elektrisch betrie-


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Energiekonzept 2050

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400.000

300.000

200.000

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02005 2010 2015 2020 2030 2040 2050

WasserPhotovoltaikBiomasse/erneuerbares MethanBruttostromverbrauch

WindGeothermieregenerativer Stromimport

Bruttostromerzeugung aus Erneuerbaren Energien

[GWh/a]

Quelle: ZSW

Abbildung 11Entwicklung der inDeutschland installierten Leistungzur Stromerzeugungaus erneuerbaren Energien bis 2050.

Quelle: ZSW

benen Wärmepumpen in der Wärmebereitstel-lung und aus einem wesentlich höheren Elektrifizierungsgrad des Verkehrssektors. DieWasserstoffbereitstellung für den Verkehrssektorentspricht dagegen dem im Leitszenario 2008[8] prognostizierten Ausbaupfad. Für seine Bereitstellung wird insbesondere der anfallendeÜberschussstrom genutzt. Darüber hinausge-hende Stromüberschüsse werden ebenfalls zu-nächst in Wasserstoff und gegebenenfalls durchdie erwähnte weitere Umwandlungsstufe in erneuerbares Methan überführt. Falls es gelingt,die Gas- und Öl-Infrastruktur auf Wasserstoffumzustellen, kann Wasserstoff auch direkt genutzt werden.

Der höhere Strombedarf wird durch einen stärkeren Ausbau im Offshore-Wind-Bereich undder Photovoltaik sowie durch eine Erhöhung desImportanteils kompensiert. Bis zum Jahr 2020kann der Ausbau allein im Inland erfolgen. Erstdanach ist der Import von regenerativem Stromerforderlich. Dies schafft unter anderem den nötigen zeitlichen Spielraum für den Ausbau deseuropäischen Verbundnetzes. Insgesamt werdenim Jahr 2050 ca. 764 TWh Strom aus regenera -tiven Energien bereitgestellt und damit eine voll- ständige Deckung des Bruttostromverbrauchs

durch erneuerbare Energien erreicht. Die Höhedes Strombedarfs liegt leicht oberhalb der Ergebnisse des SRU-Gutachtens [10], das beieiner starken Elektrifizierung des Verkehrssektorsvon einem Strombedarf von 700 TWh, der auchpotenzialseitig in Deutschland zu 100% aus erneuerbaren Energien gedeckt werden kann,ausgeht.

Im skizzierten Mengengerüst für das Szenariodes Energiekonzepts 2050, das nur einen mög -lichen Pfad für eine 100 % Versorgung mit er-neuerbaren Energien darstellt, hat die Strom-erzeugung aus Wind – dabei Offshore-Wind miteinem Anteil von ca. 38 % – die größte Bedeu-tung. Ebenso entwickelt sich die Photovoltaik zueiner wichtigen Säule der Stromerzeugung undproduziert im Jahr 2050 knapp 15 % des Strom-bedarfs, womit die Photovoltaik einen größerenBeitrag leistet, als die Windenergienutzung anLand. Auch der regenerative Stromimport kannzu einem großen Teil aus Photovoltaik und so-larthermischen Kraftwerken kommen (gelb-grauschraffierter Säulenbereich – siehe Abbildung 10),wodurch bis zu 25% Solarstrom im deutschenStromnetz erreicht werden können. Die großeBedeutung der Photovoltaik zeigt sich auch inAbbildung 11, aus der die zur Erzeugung der

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275.000

250.000

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100.000

75.000

50.000

25.000

02005 2010 2015 2020 2030 2040 2050

WasserkraftWindenergie Offshore Biomasse/erneuerbares Methan

Windenergie OnshorePhotovoltaikGeothermie

Im Inland installierte Gesamtleistung zur Stromerzeugung

aus erneuerbaren Energien [MWel]

Quelle: ZSW

Abbildung 12Entwicklung der Nutzenergiebereit -stellung für Wärme auserneuerbaren Energienund des Gesamtnutz-e nergiebedarfs fürWärme in Deutschlandbis 2050.

Quelle: ZSW

dargestellten Strommengen benötigten instal-lierten Leistungen ersichtlich sind. Auch derStromaustausch innerhalb des europäischenVerbundnetzes sowie der Import von Regenera-tivstrom spielt eine wichtige Rolle. Insgesamtwerden 2050 knapp 20 % des benötigtenStroms aus dem Ausland importiert.

Im Wärmebereich geht das Leitszenario 2009auch in 2050 lediglich von einem Deckungs-anteil der erneuerbaren Energien von ca. 50 %aus. Um eine 100%-Versorgung mittels regenerativen Energien bis zum Jahr 2050 realisieren zu können, muss deshalb zunächstder Energieverbrauch für Wärme durch stärkereEnergieeffizienzmaßnahmen, vor allem im Gebäudebestand, stärker abgesenkt werden.Die angesetzte Effizienzsteigerung ist größer alsin der Leitstudie 2009 [9], verfolgt aber einenweniger ambitionierten Wachstumspfad als inder WWF-Studie im Szenario „Innovation“ zugrunde gelegt ist.

Neben der Reduktion des Nutzenergiebedarfsfür Wärme erfolgt im Energiekonzept 2050 einverstärkter Ausbau der Solarthermie und elek-trisch betriebener Wärmepumpen. Der Einsatzvon Biomasse wird bis zu dem Grad sukzessiveersetzt, in dem Wasserstoff bzw. erneuerbares

Methan aus Überschussstrom zur Verfügungsteht. Die Wärmeerzeugung erfolgt dabei vor-rangig in dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungs-anlagen, die zum Ausgleich von Fluktuationenin der Stromerzeugung eine wichtige Funktionübernehmen.

Insgesamt werden in 2050 rund 500 TWhWärme aus erneuerbaren Energien erzeugt. Miteinem sehr ambitionierten, aber realisierbarenAusbaupfad für die Solarthermie, wird diese inbetrachtetem Mengengerüst etwa 27% der benötigten Wärme erzeugen. Außerdem wirdzur Deckung des Wärmebedarfs vor allem in Bestandsgebäuden ab 2030 vermehrt auf Wärmepumpen gesetzt, wodurch im Jahr 2050die Umweltwärme etwa 40% des Wärmebe-darfs bereitstellt. Biomasse bzw. erneuerbaresMethan stellen einen Anteil von 33 % wie in Abbildung 12 gezeigt.

Für die Entwicklung im Verkehrsbereich dientdie WWF-Studie [11] als Grundlage für dasMengengerüst: sie prognostiziert, dass in 2050im Verkehrsbereich keine fossilen Energieträgermehr eingesetzt werden und diese sukzessivedurch erneuerbare Energien, vorrangig Biomasse, substituiert werden (z. B. Biodiesel, Benzin aus Biomasse, Kerosin). Das Energiekon-


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Energiekonzept 2050

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1.200.000

1.000.000

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600.000

400.000

200.000

02005 2010 2015 2020 2030 2040 2050

UmweltwärmeKollektorenBiomasse/erneuerbares MethanGesamtnutzenenergiebedarf für Wärme

Nutzenenergiebereitstellung Wärme aus

Erneuerbaren Energien [GWh/a]

Quelle: ZSW

Abbildung 13Entwicklung des Endenergiebedarfs desVerkehrs aus erneuer-baren Energien unddes Gesamtendener-giebedarfs für den Verkehr in Deutschlandbis 2050.

Quelle: ZSW

zept 2050 weicht hiervon insofern ab, als dassfür den Personenstraßenverkehr angenommenwird, dass er bis 2050 vollständig auf batterieelektrisch-betriebene Fahrzeuge undBrennstoffzellenautos, die mit Wasserstoff bzw.Methan betrieben werden, umgestellt ist. Eswird dabei davon ausgegangen, dass sowohlBenzin- als auch Dieselfahrzeuge ersetzt werden.Auch im Güterverkehr werden einzelne Anteiledurch wasserstoffoder methanbetriebene Fahr-zeuge ersetzt. Dies nicht zuletzt auch deshalb,weil die Reservierung des gesamten deutschenBiomasseaufkommens für den Verkehrssektor,wie in der WWF-Studie erfolgt, aus Sicht desEnergiekonzepts 2050 aus Gründen der Nach-haltigkeit und der prioritären Nutzung von Biomasse für stoffliche Zwecke nicht realistischerscheint. Die verbleibenden für den Güter-,Schiffs- und Flugverkehr benötigten Kraftstoffewerden analog zur WWF-Studie bis zum Jahr2050 vollständig durch Kraftstoffe biogener Herkunft bzw. aus Überschuss-Strom gewonne-nen Energieträger ersetzt.

Abbildung 13 stellt eine mögliche Entwicklungder Energieträger im Verkehrssektor bis 2050dar. Die Entwicklung im Verkehrssektor ist beson ders schwer prognostizierbar, da die Produktion von Biomasse im Inland Restriktionen

unterworfen ist und ein nicht unerheblicher Anteil aus dem Ausland importiert werdenmüsste. Alternativ bzw. ergänzend ist der Einsatz von Kraftstoffen aus Strom-Überschüssenzu berücksichtigen.

2.5.2 Differenzkosten für 100%-EE-Szenario2050

Die Umstellung der drei Sektoren Strom, Wärmeund Verkehr auf erneuerbare Energien erzeugt imVergleich zu den anlegbaren Energiepreisen aufder Basis der herkömmlichen Energieversorgungzunächst Mehrkosten, die hier als Differenzkostenjeweils für die einzelnen Sektoren ausgewiesenwerden. Die durch die heute noch über den Prei-sen von fossilen Energieträgern liegenden Mehr-kosten für die erneuerbaren Energien sinkendurch Lern- und Erfahrungs effekte im Zeitverlaufbis schließlich der Break-Even-Punkt mit den fossilen Energieträgern erreicht ist. Ab diesemZeitpunkt werden die Differenzkosten negativ,d.h., durch den Einsatz erneuerbarer Energienkönnen gegenüber einer Nutzung fossiler Brenn-stoffe Kosten eingespart werden.

Die Differenzkostenermittlung erfolgt hier aufKostenbasis, d. h., die Energiegestehungskostender erneuerbaren Energien werden mit dendurchschnittlichen Stromgestehungskosten des

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200.000

100.000

02005 2010 2015 2020 2030 2040 2050

Benzinersatz (regenerativ)Flugtreibstoff (regenerativ)WasserstoffGesamtbedarf

Dieselersatz (regenerativ)erneuerbares MethanStrom

Energiebereitstellung aus Erneuerbaren Energien

[GWh/a]

Quelle: ZSW

Abbildung 14Entwicklung der Differenzkosten der erneuerbaren Stromerzeugung inDeutschland von 2010bis 2050.

Quelle: ZSW

fossilen Kraftwerksmixes inklusive Wärmegut-schriften11, mit fossilen Wärmepreisen und mitKraftstoffpreisen (ohne Steuern) verglichen.

Diese Differenzkosten liegen im Strombereichetwas höher als die EEG-Differenzkosten undunterscheiden sich im Einzelnen, da die Vergü-tungssätze des EEG generell nicht mit den reinen Stromgestehungskosten identisch sind.Es wird die gesamte Energiebereitstellung auserneuerbaren Energien betrachtet, das heißt ins-besondere, die „alte“ Wasserkraft aus größerenKraftwerken wird miteinbezogen. Sie gehört zuden günstigsten Stromerzeugungsquellen undbewirkt bereits heute „negative“ Differenzkos -ten im Vergleich zu anlegbaren Strompreisen.

Die Basis zur Ermittlung der Differenzkosten istdie Leitstudie 2008 [8]: einerseits die getroffenenAnnahmen für die zukünftige Kostenentwicklungder erneuerbaren Energien-Technologien undandererseits die dortigen Preisszenarien für dieEntwicklung der fossilen Energiepreise und derPreise von CO2-Zertifikaten. Diesbezüglich sindfür die Leitstudie 2010 leichte Anpassungen auf-grund der aktuellen wirtschaftlichen Lage in Arbeit, die hier bereits miteinbezogen wurden.

Diese betreffen aber eher die Kurzfristbetrach-tung als die Langfristwirkungen.Bei der sektorspezifischen Kostenbetrachtungwerden zunächst die wichtigsten zugrunde liegenden Annahmen jeweils noch einmal zusammengefasst vorangestellt, um die nötigeTransparenz zu schaffen.

2.5.2.1 Differenzkosten der Stromerzeugung• Die Differenzkosten der gesamten EE-Strom-

erzeugung sind auf Basis der Stromgesteh-ungskosten der einzelnen Technologien undderen jeweiligem Anteil am erneuerbarenStromerzeugungsmix berechnet. Durch-schnittlich steigen die mittleren Stromkostenfür den erneuerbaren Erzeugungsmix vonheute 11,5 ct/kWh zunächst auf 13,1 ct/kWhin 2015, womit sie ihr Maximum erreichen.Danach sinken sie kontinuierlich ab. In 2020liegen sie mit 12,1 ct/kWh noch über demheutigen Wert. Danach sinken sie deutlichauf 7,6 ct/kWh in 2030, 6,4 ct/kWh in 2040und 6,3 ct/kWh in 2050.

• Ab 2020 wird die im Preispfad A der Leitstu-die 2008 angegebene Energiepreisentwick-lung angesetzt.

• Da für den neuen Technologiepfad der Erzeugung von erneuerbarem Methan nochkeine verlässlichen Daten zur Verfügung stehen, werden die hierfür entstehenden


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Energiekonzept 2050

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0

–5.000

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2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030 2040 2050

WasserPhotovoltaikBiomasse/erneuerbares MethanSumme

WindStromimportGeothermie

Energiebereitstellung aus Erneuerbaren Energien [Mio. €/a]

11 Vergütung für Abwärme insbesondere für Biomasse KWK-Anlagen

Quelle: ZSW

Abbildung 15Entwicklung der Differenzkosten der erneuerbaren Nutz-wärmebereitstellung inDeutschland von 2010bis 2050.

Quelle: ZSW

Differenzkosten denen der Biomasse gleich-gesetzt. Dies stellt eine gewisse Unschärfe inder Kostenbetrachtung dar. Da die Diffe-renzkosten der Stromerzeugung aus Bio-masse vergleichsweise hoch sind, handelt essich hierbei tendenziell eher um eine Überschätzung als um eine Unterschätzungder resultierenden Differenzkosten.

Durch die Stromerzeugung aus erneuerbarenEnergien entstehen in Deutschland im Jahr2010 voraussichtlich Differenzkosten in Höhevon etwa 7,5 Mrd. Euro. Durch den verstärktenAusbau der erneuerbaren Stromerzeugung werden die jährlichen Differenzkosten zunächstweiter ansteigen. Sie erreichen mit ca. 13,6 Mrd.Euro ihr Maximum im Jahr 2016. Danach sindsie rückläufig. In 2020 betragen sie noch 10,7 Mrd. Euro. Nach Erreichen des Differenz-kostenmaximums nehmen die jährlichen Differenzkosten kontinuierlich ab.

Zwischen 2020 und 2030 erreicht der Mix erneuerbarer Energien den Break-Even-Punktmit den fossilen Energieträgern. Für die Einzel-technologien ist dabei der Zeitpunkt des Errei-chens des Schnittpunkts mit der Kostenkurveder fossilen Energieträger sehr unterschiedlich.So erzielt beispielsweise die Windkraft bereits2020 Kosteneinsparungen gegenüber den fossi-

len Energieträgern, während dies bei der Photo-voltaik erst 2030 der Fall sein wird. Im Jahr 2050wird schließlich eine Kostenersparnis von ca.61,3 Mrd. Euro erreicht.

Insgesamt werden im Zeitraum 2010 bis 2050durch die Nutzung erneuerbarer Energien zurStromerzeugung Kosten in Höhe von 567 Mrd.Euro eingespart (Abbildung 14). Betrachtet manden Verlauf der Differenzkosten über die Jahre,so zeigt sich, dass die erneuerbaren Energieninsgesamt mehr Kosten einsparen, als an Vor-leistungen bis zum Erreichen des Break-Even-Punkts erbracht werden müssen. Dies bedeutet,dass der Ausbau der Nutzung der erneuerbarenEnergien nicht nur im Sinne einer zukunftsorien-tierten Energiepolitik sondern auch ökonomischsinnvoll ist.

2.5.2.2 Differenzkosten der Wärmeerzeugung • Die Differenzkosten der gesamten Nutzwär-

mebereitstellung aus erneuerbaren Energiensind auf Basis der Wärmegestehungskostender einzelnen Technologien und deren jeweiligem Anteil am erneuerbaren Bereitstellungsmix berechnet.

• Ab 2020 wird die im Preispfad A der Leitstudie 2008 angegebene Energiepreis-entwicklung angesetzt.

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0

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2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030 2040 2050

WärmepumpenBiomasse/erneuerbares Methan-SolarthermieSumme

Differenzkosten der Nutzenenergiebereitstellung für Wärme

[Mio. €/a]

Quelle: ZSW

Im Wärmesektor entstehen im Jahr 2010 voraus-sichtlich Differenzkosten von ca. 2,9 Mrd. Euro.Bei einer Entwicklung der Nutzwärmebereitstel-lung aus erneuerbaren Energien gemäß demaufgezeigten Mengengerüst wird das Maximumder jährlichen Differenzkostensumme mit etwa3,1 Mrd. Euro bereits im Jahr 2012 erreicht. Danach sinken die Differenzkosten kontinuier-lich ab. In 2020 sind sie mit 1,1 Mrd. Euro nochpositiv, während sie in 2030 mit -2,6 Mrd. Eurobereits deutlich im negativen Bereich sind. Hiersind also bereits deutliche Kosteneinsparungenzu verzeichnen. Diese steigen im Zeitraum nach2030 erheblich an. Im Jahr 2050 ergeben sichEinsparungen in Höhe von ca. 17,2 Mrd. Euro.

Die Gesamtdifferenzkosten im Wärmebereich imZeitraum von 2010 bis 2050 sind negativ, d. h.,die Einsparungen überwiegen die Mehrkosten,die bis zum Erreichen des Break-Even-Punktsaufzuwenden sind. Die Gesamtersparnis für denZeitraum von 2010 bis 2050 beträgt in Wärme-sektor 163,1 Mrd. Euro.

2.5.2.3 Differenzkosten des VerkehrssektorsMehrkosten im Verkehr resultieren für einenÜbergangszeitraum aus der zunehmenden Nutzung von Biokraftstoffen und der Einführungvon Fahrzeugen mit elektrischen Antrieben.Maßgeblich dafür sind die Preisrelationen derrelevanten Energieträger, die Kosten der Fahr-zeuge und die Energiemengen im Vergleich zueiner Referenzentwicklung, die eine Entwicklungunter weitgehend unveränderten politischenRahmenbedingungen beschreibt, wobei Mobilitätstrends und Effizienzsteigerungen fortgeschrieben werden. Im Unterschied zu Klimaschutzszenarien sind Veränderungen derTreibhausgasemissionen in diesem Fall Ergebnisund nicht Zielgröße. So gehen die CO2-Emissio-nen des Verkehrs im Referenzszenario [11] zwischen 2005 und 2050 lediglich um 42% zurück.

Die wesentlichen Kostenfaktoren für die hierverwendete Referenzentwicklung sind (in heutigen Preisen):

• Der Ölpreis beträgt im Jahr 2020 100 US$ jebarrel und steigt in Anlehnung an [WWF2009] bis zum Jahr 2050 auf 210 US$ je barrel.

• Die Kraftstoffpreise erhöhen sich korrespon-dierend dazu für Benzin (analog Dieselkraft-

stoff) auf 1,60 €/Liter bis 2020 und etwa2,60 €/Liter im Jahr 2050.

• Die CO2-Gutschriften für regenerative Kraft-stoffe betragen 20 €/t CO2 im Jahr 2020und erhöhen sich linear auf 50 €/t CO2 imJahr 2050.

Für regenerativ erzeugte Kraftstoffe ist unter diesen Annahmen davon auszugehen, dass dieDifferenzkosten nach dem Jahr 2020 auf Nullzurückgehen, da sie die Wettbewerbsfähigkeitgegenüber unversteuertem Benzin und Diesel-kraftstoff erreichen [9]. Für die Bilanzierungelektrisch betriebener Fahrzeuge (Plug-In-Hy-bride und reine Elektrofahrzeuge) wird davonausgegangen, dass sie sich überwiegend in privater Hand befinden und somit für den Betrieb der Fahrzeuge die Strompreise für private Haushalte anzusetzen sind. Im Einklangmit den Zielen des 100%-Szenarios im Energie-konzept 2050 stammt dieser Strom ausschließ-lich aus regenerativen Quellen. Entsprechendder Kostenentwicklung des regenerativenStrommixes steigen die Preise bis 2020 auf 27 ct/kWh an und gehen anschließend leichtzurück. Darüber hinaus muss berücksichtigtwerden, dass die Anschaffungskosten von Elektrofahrzeugen gegenüber Fahrzeugen mitVerbrennungsmotoren deutlich höher sind. Diesist vor allem im Zuge der anstehenden Markt-einführung von Bedeutung. Das Szenario siehtentsprechend des Nationalen EntwicklungsplansElektromobilität der Bundesregierung vom August 2009 [34] vor, dass bis zum Jahr 2020eine Million Elektrofahrzeuge und bis 2030 rundfünf Millionen Fahrzeuge betrieben werden. DieMehrkosten dürften sich im Zuge der Weiterent-wicklung von Komponenten und der Serienpro-duktion bis zum Jahr 2020 auf unter 5.000 € jeFahrzeug reduzieren lassen. Die deutlich gerin-geren Betriebskosten gegenüber Fahrzeugenmit Verbrennungsmotoren können zu diesemZeitpunkt allerdings die höheren Anschaffungs-kosten noch nicht vollständig kompensieren.Dies wird erst einige Jahre später der Fall sein.Unter Berücksichtigung der zu Beginn derMarkteinführung noch deutlich höheren Mehr-kosten ergeben sich für den gesamten Bestandan Elektrofahrzeugen im Jahr 2020 Differenz-kosten von etwa 400 Mio. €/a. Sie nehmen danach deutlich ab und schneiden um das Jahr2030 die Nulllinie. Die bis dahin erbrachten Vorleistungen können anschließend aber in


42

Energiekonzept 2050

Abbildung 16Entwicklung der gesamten Differenz -kosten aus den Bereichen Strom,Wärme und Verkehrbis 2030.

Quelle: ZSW

Abbildung 17Differenzkostenent-wicklung bis 2050 imVerhältnis zu den Gesamtausgaben fürEnergie in Deutschland.

Quelle: ZSW

einem relativ kurzen Zeitraum wieder zurück gewonnen werden.

Anders als bei den reinen Elektrofahrzeugenwird der Einstieg in die Wasserstofftechnologiezunächst über die fossilbasierte Bereitstellungvon Wasserstoff erfolgen. Die Gründe hierfürsind infrastruktureller Art, denn zunächst wirdnur über eine dezentrale Reformierung von Erdgas Wasserstoff für mobile Anwendungenbereitgestellt werden können.

Erst im Zeitraum um 2030 wird ein Übergangauf regenerative Ressourcen erfolgen. Der stei-gende Bedarf zur Speicherung regenerativenÜberschussstroms in Form von Wasserstoff odererneuerbarem Methan wird die Technologieent-wicklung entsprechend forcieren. Die durch denEinsatz der Brennstoffzellentechnologie entste-henden Mehrkosten können durch den Einstiegin die Serienproduktion sowie die Weiterent-wicklung von Komponenten und Fahrzeug-technologie längerfristig auf 2000 € pro

43


20.000

15.000

10.000

5.000

0

–5.000

–10.000

–15.000

–20.000

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2030

Strom Wärme MobilitätDifferenzkosten in Mio €/a

220.000

200.000

180.000

160.000

140.000

120.000

100.000

80.000

60.000

40.000

20.000

0

–20.000

–40.000

–60.000

–80.000

–100.000

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2030

2040

2050

Differenzkosten in Mio €/a

Strom Wärme Mobilität

Gesamtausgaben für Energie in Deutschland –212 Mrd. €/a (monetäre Bewertung des Endenergieverbrauchs)

Quelle: ZSW

Quelle: ZSW

Fahrzeuge im Vergleich zum benzinbetriebenenFahrzeug abgesenkt werden, womit das Brenn-stoffzellenfahrzeug das Niveau des Dieselfahr-zeugs erreichen würde /GermanHY 2009/. Diesbedeutet bei mittel- und langfristig erreichbarenKosten für regenerativ erzeugten Wasserstoff freiTankstelle von unter 14 Cent/kWh H2, dass diekilometerbezogenen Kosten auf etwa 30 ct/kmgesenkt werden können. Das heißt, dass keineMehrkosten mehr anfallen, sobald der Ölpreisüber 130 $/bbl liegt.

2.5.2.4 Differenzkosten – Einordnung in denGesamtzusammenhang

Der Ausbau der erneuerbaren Energien verursacht zunächst Mehrkosten sowohl in derStrom- und Wärmeerzeugung als auch im Ver-kehrssektor. Bei einer jahresspezifischen Betrach-tung wird das Maximum der Mehrkosten aberbereits im Jahr 2015 mit einer Summe von rund17 Mrd. Euro erreicht (Abbildung 16). Zum Vergleich: Dies entspricht lediglich ca. 8% derGesamtausgaben für Energie in Deutschland,die sich gemäß der monetären Bewertung desEndenergieverbrauchs auf 212 Mrd. €/a belau-fen [35] (siehe Abbildung 17). Das Argument,wonach erneuerbare Energien erhebliche Kosten -steigerungen des Energiesystems verursachenwürden, ist mit diesem Vergleich zu entkräften.

Bei der Betrachtung der Differenzkosten der erneuerbaren Energien aus allen drei Sektorenwird deutlich, dass die Transformation in einvollständig auf erneuerbaren Energien basieren-des Energiesystem bis zum Jahr 2050 auch ausökonomischer Sicht vorteilhaft ist. Im Zeitraum2010 bis 2050 können allein in den SektorenStrom und Wärme Kosten von insgesamt730 Mrd. Euro eingespart werden. Die Einspa-rungen aus dem Verkehrssektor kommen nochhinzu.

2.5.3 Chancen und Risiken der Transformation des Energiesystems

Ein weiterer positiver Aspekt ist die Reduktionder Kosten externer Effekte durch verringerteEmissionen. Dies führt einerseits über die Reduktion der Kosten beispielsweise im Gesund-heitswesen zu einem unmittelbaren volkswirt-schaftlichen Nutzen andererseits kommt esdurch die Emissionsminderung zu einer

Abschwächung des Klimawandels und somit zugeringeren Anpassungskosten.

Gleichzeitig reduziert Deutschland seine Roh-stoffabhängigkeit gegenüber dem Ausland.Diese Abhängigkeit stellt ein besonderes Risikodar, weil ein großer Teil der bezogenen fossilenRohstoffe aus Staaten bezogen werden muss,die als politisch instabil oder undemokratischgeführt angesehen werden müssen. Die Abhän-gigkeit von diesen Lieferländern würde ohne dievorgeschlagene Transformation zukünftig nochsteigen, da die Rohstoffvorkommen der verlässlichen Staaten Europas zunehmend ausgeschöpft sein werden.

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil des Einsatzes erneuerbarer Energien ist eine wesent-liche Verbesserung der Prognostizierbarkeit derökonomischen Entwicklung. Die Verlässlichkeitvon Prognosen zur der Rohstoffpreisentwick-lung, insbesondere für Öl und Gas, ist ausge-sprochen gering. Einige Studien aus dem Jahr2001 prognostizierten beispielsweise für 2010einen Ölpreis von etwa 18-21 US-Dollar pro Barrel. Problematisch ist dabei weniger, dassdiese Vorhersagen deutlich übertroffen wurden,sondern vielmehr die immense Volatilität derRohstoff- und Energiepreise. Es gibt keinen kontinuierlichen Trend, sondern erheblicheSchwankungen innerhalb sehr kurzer Zeit. DieEnergiebereitstellungskosten von erneuerbarenEnergien schwanken hingegen kaum, da sie imWesentlichen durch die Höhe der Anfangsin -vestition und die entsprechenden Kapitalkostenbestimmt werden. Einzige Ausnahme ist die Biomasse, aber auch hier ist nicht annäherndeine vergleichbar hohe Volatilität der Preise zuerwarten.

Wirtschaftlicher Strukturwandel – Deutschlands Position auf dem Weltmarkt

Durch eine weltweite Transformation des Ener-giesystems hin zu erneuerbaren Energien wirdein globaler Strukturwandel eingeleitet. Fürdeutsche Unternehmen ergeben sich dadurchChancen, aber auch Risiken. Deutschland als Exportnation kann durch den weltweiten Aus-bau der Nutzung erneuerbarer Energien erheb-lich profitieren, wenn die Weichen rechtzeitiggestellt werden. Bereits heute nehmen deutscheUnternehmen beispielsweise im Bereich der


44

Energiekonzept 2050

Windenergie Spitzenpositionen auf dem Welt-markt ein. Ob Deutschland jedoch auch in Zukunft vom Ausbau der erneuerbaren Energienwird profitieren können, hängt von mehreren Faktoren ab: Ein besonders wichtiger Punkt istdas Technologieprofil. Deutschland besitzt bis-lang vor allem Stärken im Maschinenbau und inder Elektrotechnik. Dies wird beispielsweise beider Entwicklung der deutschen Windenergie-branche deutlich. Aufgrund der jahrelangenAufbaus und der Stärkung des Know-hows undder Erfahrung in diesem Bereich nehmen deutsche Unternehmen eine führende Rolle aufdem Weltmarkt ein. Auch die innovativen Entwicklungen im Bereich der Systemdienst-leistungen, die Windenergieanlagen für dasStromnetz erbringen können und die teilweiseauch auf gesetzliche Vorgaben zurückzuführensind, bedeuten Wettbewerbsvorteile für deut-sche Unternehmen gegenüber ihren ausländi-schen Konkurrenten. Vor allem in Ländern miteiner schlechten Strominfrastruktur bietet diesVorteile. Dennoch sind erhebliche Anstrengun-gen nötig, um dem zunehmenden Konkurrenz-druck auf dem Weltmarkt standzuhalten, dieWettbewerbsposition behaupten zu können unddiese nach Möglichkeit noch weiter auszu-bauen. Hierzu bedarf es insbesondere weitererLeistung im Bereich der Forschung und Entwick-lung auf sehr hohem Niveau. Eine Forderung,die ebenfalls in bzw. zu Deutschlands Technolo-gieprofil als High-Tech-Standort passt.

Ebenso stellt sich die Situation für den Anlagen-bau in der Photovoltaik dar. Auch an deren starken Wettbewerbsposition kann man dasdeutsche Technologieprofil erkennen. Die deut-sche Weltmarktführerschaft (50%) in diesemTeil der Wertschöpfungskette zeigt sich nicht zuletzt in hohen Exportraten für Maschinen undProduktionsanlagen bis hin zu schlüsselfertigenFabriken. Die starke Nachfrage gerade aus demasiatischen Raum und folglich deren Ausstat-tung mit einem hochwertigen Anlagenpark er-höht zwangsläufig auch den Konkurrenzdruckauf den folgenden Stufen der Wertschöpfungs-kette. Die weltweit stark wachsende Konkurrenzbeschleunigt aber die gewünschte Kostenreduk-tion und stellt die deutschen Zell- und Modul-produzenten vor erhebliche Herausforderungen.Dies nicht zuletzt deshalb, weil der asiatischeRaum im Bereich der elektronischen Massenpro-

dukte, wie z. B. LCD-Bildschirmen, auf demWeltmarkt führend ist und diese Erfahrung auchin der Photovoltaik zunehmend einzusetzen versteht. Doch auch im Bereich der Produktionvon PV-Modulen nimmt Deutschland derzeitnoch eine wichtige Rolle im Weltmarkt ein.Diese kann gehalten und ausgebaut werden,wenn durch intensive Forschung und Ent wick-lung exklusives Know-how, von deutsch en PV-Herstellern generiert und genutzt wird, dasdann vom Anlagenbau aber erst zeitverzögert weiterverbreitet wird. Bei (im Vergleich zu PV-Modulen) komplexerenPhotovoltaik produkten, wie Wechserichternoder PV-Produktionsmaschinen, ist Deutschlandweltweit führend und dürfte diese Position auchzukünftig halten können.

Neben den bereits erwähnten Produktions-anlagen gehört hierzu auch der Bereich derWechselrichtertechnologie für die Windenergieund die Photovoltaik. 60% der weltweiten PV-Wechselrichterproduktion stammten 2009 ausDeutschland. Asiatische Hersteller versuchendiesen Markt zu erobern, jedoch sind Wechsel-richter inzwischen äußerst komplex, besondersim Bereich der Regelungstechnik. Durch die zunehmende Integration von Funktionen zurNetzbildung und Stabilisierung wird sich dieseKomplexität weiter erhöhen. Es ist deshalb zuerwarten, dass Deutschland bei konsequentenForschungsanstrengungen seine führende Stel-lung hier halten oder sogar ausbauen kann.

Elektromobilität

Die Bedeutung der Elektromobilität in und fürDeutschland ist ebenfalls nicht zu unterschätzen.Die deutsche Industrie besitzt zwar seit langerZeit eine wettbewerbsfähige Automobilindustrie,allerdings wird die Hauptkomponente der Elektrofahrzeuge die Batterie sein. Und in diesem Bereich haben deutsche Unternehmen erhebliche Wettbewerbsnachteile gegenüberden Spitzenreitern aus dem asiatischen Raum,allen voran Japan, China und Korea. Um diesen Vorsprung einholen zu können, sind erheblicheInvestitionen verbunden mit großen Forschungs-und Entwicklungsleistungen erforderlich.Zudem wird für die deutsche Automobilindustriedie Fertigung des Verbrennungsmotors zurück-gehen, weil diese zukünftig wohl nur noch inLKWs und Reisebussen eingesetzt werden

45


Abbildung 18Primärenergiebedarfund CO2-Emissionenfür einzelne Sanie-rungsszenarien:Entsprechend den imCO2-Gebäudereportder Bundesregierungermittelten Wirkungenunterschiedlicher Szenarien können diegebäudebedingtenCO2-Emissionen bis2020 bezogen auf dasJahr 2005 um 40 %gesenkt werden.Dabei sind Gesamt-investitionen von ca.344 Mrd. € notwen-dig, entsprechend jährlich 23 Mrd. €, dieeine Heizkostensen-kung von 51 Mrd. €bewirken [36].

Quelle: CO2-Gebäude-report 27.11.07, S. 72–73

dürfte. Da in absehbarer Zeit bei der Batterie-technologie der asiatische Raum weiterhin füh-rend und die Nachfrage nach der Technologiedes Verbrennungsmotors rückläufig sein wird,könnten für Deutschland durch den Ausbau derElektromobilität Arbeitsplatzverluste entstehen.Um dieser Entwicklung entgegenzuwirken sinderhebliche Anstrengungen der deutschen Auto-mobilindustrie erforderlich. Die Aktivitäten derdeutschen Automobilindustrie deuten aber dar-auf hin, dass dieses Risiko bereits erkannt wurdeund die Chance ergriffen wird, sich bzw. dassTechnologieprofil den sich verändernden Gegebenheiten anzupassen. Hierzu passen auchdie Aktivitäten im Bereich der Brennstoffzellen-entwicklung, sowohl für die mobile als auch fürdie stationäre Anwendung.

Leistungselektronik und Elektromotoren sindeine Domäne der deutschen elektrotechnischenIndustrie und das vorhandene Know-how kannauf die Elektromobilität übertragen werden. Sokönnen beispielsweise viele Funktionen für Antriebswechselrichter im Elektroauto von Frequenzumrichtern für industrielle Anwendun-gen übernommen werden und an bidirektionaleLadegeräte für die Batterien im Elektroauto werden ähnliche Anforderungen gestellt wie anPV-Wechselrichter.

Forschung und Entwicklung

Um die genannten Ziele in der zur Verfügungstehenden Zeit zu erreichen,sind erhebliche Leistungen in Forschung und Entwicklung notwendig. Aktive Forschungstätigkeit bewirktjedoch so genannte Spill-over-Effekte, d. h.,

dass beispielsweise in Deutschland erzielte Forschungs ergebnisse auch zu Fortschritten undVerbesserungen der Technologie bei der auslän-dischen Konkurrenz führen. Dies kann bewirken,dass deutsche Unternehmen zu wenig in Forschung investieren, um die Spill-over-Effektezu minimieren, gleichzeitig aber von ausländi-schen Spill-over-Effekten zu profitieren. Es wirdalso weniger investiert als volkswirtschaftlich optimal wäre. Um dies auszugleichen und denHigh-tech-Standort Deutschland zu stärken,müssen öffentliche Forschungsgelder bereitge-stellt werden, insbesondere in sich so schnellentwickelnden Bereichen wie den Technologienzur Nutzung erneuerbarer Energien und derElektromobilität.

Kosten und Nutzen der Gebäudesanierung

Neben den erneuerbaren Energien spielt die Absenkung des Energieverbrauchs und damitdie Steigerung der Energieeffizienz eine bedeu-tende Rolle, sowohl mit Blick auf die Reduktionder CO2-Emissionen (Abbildung 18) als auch auflokale Wertschöpfung. Gleichzeitig führen Maß-nahmen zur energetischen Gebäudesanierungauch zum Werterhalt und der Wertsteigerungeiner Immobilie.

Hinzu kommt eine steigende Bedeutung derGebäudesanierung für den gesamten Bausektor,denn inzwischen entfallen rund 70% des gesamten Hochbauvolumens in Deutschlandauf Sanierungsmaßnahmen. Somit ist die ener-getische Gebäudesanierung auch als tragendeSäule für Arbeit und Beschäftigung im Baugewerbe zu sehen. Denn jede in den Gebäu-


46

Energiekonzept 2050

Szenario Primärenergiebedarf CO2-Emissionen

TWh/a kWh/m2a Mio. t/a kg/m2a

Ist Status Quo 2005 750 226 191 58

1 Fortschreibung bis 2020 624 162 157 41

2 nur erhöhte EnEV für Neubau(IEKP-Szenarium 30/30) 619 161 156 41

3 Zuwachs auf jährl. 3 ProzentVollsanierung 577 150 145 38

4 Maßnahmenbündel„CO2 minus 40 Prozent“ 458 119 114 30

debestand investierte Milliarde Euro sichert oderschafft rund 25.000 Arbeitsplätze im Bauhand-werk und Baugewerbe. Ein Vergleich der Kostenund der CO2-Vermeidungspotenziale mit anderen Bereichen veranschaulicht die hoheWirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur Energie-effizienzsteigerung im Gebäudebereich (Abbildung 18), die um ein Vielfaches erhöhtwird, sobald Maßnahmen im Zusammenhangmit anstehenden Sanierungen durchgeführtwerden. Nicht zuletzt deshalb hat sich in denvergangenen Jahren gezeigt, dass sich über öffentliche Förderprogramme mit vergleichs-

weise geringem finanziellem Aufwand einehohe Investitionsbereitschaft für die energeti-sche Gebäudemodernisierung anstoßen lässt.

Ein Vergleich der Kosten und der CO2-Vermei-dungspotenziale mit anderen Bereichen (siehe Abbildung 19) veranschaulicht die hohe Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung im Gebäudebereich,die um ein Vielfaches erhöht wird, sobald Maßnahmen im Zusammenhang mit anstehenden Sanierungen durchgeführt werden[36].

47


Abbildung 19Kosten und Potenzialeverschiedener Maßnahmen zur Vermeidung von Treib-hausgasemissionen inDeutschland

Abbildung 20Lernkurve für waferbasierte Silizium-Photovoltaikmodule

Quelle: G. Willeke,Fraunhofer ISE [37]

Die technologischen, ökonomischen und sozio-logischen Herausforderungen bei der Transfor-mation zum Energiesystem 2050 sind nur mitForschung und Entwicklung zu bewältigen.

Vom heutigen Zustand der Energiesysteme zueinem nachhaltigen, emissionsfreien, bzw. -neutralen System benötigen wir eine ständigeWeiterentwicklung der erneuerbaren und energieeffizienten Technologien und der sozialen Begleitforschung.

Denn die heute verfügbaren Technologien erneuerbarer Energien sind noch nicht alle weitgenug entwickelt, den Herausforderungen einesMassenmarkts gewachsen zu sein. Neue Materialien für den Ersatz teurer oder seltenerElemente, Verfahrenstechniken, Systemtechni-ken, Kommunikationstechniken usw. müssen fürhohe Stoffumsätze entwickelt werden. Dabeisollten technologische und infrastrukturelleFehlentwicklungen vermieden und die Versor-

gungssicherheit auch während der Transforma-tionsphase gewährleistet werden (no regret strategy). Die Transformationsphase benötigtdaher sowohl die Entwicklung von Übergangs-technologien als auch ein kontinuierliches Monitoring durch systemanalytische Forschungund Technikfolgenabschätzung.

Kostenreduzierung durch Lernkurveneffekte

Wesentlicher Vorteil der erneuerbaren Energiensind ihre sinkenden Kosten bei zunehmenderNutzung.

Die Abbildungen 20 und 21 zeigen die Fort-schritte bei der Kostenreduzierung am Beispielvon waferbasierten Silizium-Photovoltaikmodu-len und PV-Wechselrichtern. Die Lernkurve weistüber eine lange Zeit eine Reduzierung von 22%der Modul- bzw. Wechselrichterkosten bei Ver-dopplung der kumulierten Installationsmengeaus. Diese Kostenreduktion ist das Ergebnis von

3. Die Bedeutung von Forschungund Entwicklung

Energiekonzept 2050 • Die Bedeutung von Forschung und Entwicklung

48

Energiekonzept 2050

25%

Installierte Peak Leistung (kumuliert) [GWp]

2010 2020

1980

1990

20002004

2007

(30%)

10210-1 110-210-310-4 10 103

d [mm] = 400 300 200 100 50

15 18 20

22%

hcell [%] = 10

100

10

0

[€/Wp]

Abbildung 21Lernkurve für Photovol-taikwechselrichter

Quelle: M. Meinhardt,B. Burger, A. Engler: „PV-Systemtechnik –Motor der Kostenre-duktion für die Photovoltaische Stromerzeugung“

Forschung und Entwicklung zusammen mittechnologischen Fortschritten wie Wirkungs-gradsteigerung und reduziertem Materialeinsatz, verbesserter Produktionstechno-logie, effizienterer Vermarktung und sonstigenSkaleneffekten. Kostenreduktionen stellen sichalso dann ein, wenn Forschung und Entwick-lung in Instituten und Industrie in Kombinationmit einem kontinuierlichen Marktausbau erfolgen.

Forschung und Entwicklung sind daher einewichtige Voraussetzung für künftige Kosten-senkungen. Dabei steigt mit wachsendemMarktvolumen auch die Dynamik der Technolo-gieentwicklung deutlich an, weshalb die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ent-sprechend gesteigert werden müssen.

Weitere Lernkurven sind in Abbildung 22 für verschiedene erneuerbare Energien zusammen-gestellt, wobei die Kosten über der erzeugtenEnergie betrachtet werden. Dabei wird deut-lich, dass alle Erneuerbaren konkurrenzfähig zuden konventionellen fossilen Energieträgern

werden, wenn ihr globaler Anteil etwa bei 10%oder darüber liegt. Das gilt für alle gleicher ma-ßen, die Wirtschaftlichkeit ist also keine grund-sätzliche, sondern nur eine zeitliche Frage:• Die Photovoltaik hat zurzeit global einen

Anteil von etwas über einem Promille, aberihre Lernkurve zeigt einen Kostenrückgangum 20% je Verdoppelung der installiertenLeistung.

• Der globale Anteil der Windenergie liegtschon bei rund 1,5%. In den vergangenenJahren hatte die Windenergie jährliche Zuwächse zwischen 30 und 40%. Das wirdin den nächsten Jahren zwar etwas geringerausfallen, aber auch hier zeigt die Lernkurveeinen Rückgang der Kosten um 10% je Verdoppelung der installierten Leistung.

Ausgelöst durch das Erneuerbare-Energien- Gesetz haben Forschung und Entwicklung einebedeutende Stimulanz aus der Wirtschaft erhalten. In Abbildung 23 sind die Stromkostenund die EEG-Vergütungssätze für Deutschlanddargestellt. Die Photovoltaik erreicht mit dengeplanten Absenkungen in naher Zukunft die


49

Energiekonzept 2050

10

1

0,1

100 1.000 10.000 100.000 1.000.000

Spezieller Wechselrichterpreis €/WAC

Abbildung 22Entwicklungspotenzialder Kosten für Stromaus erneuerbaren Energien – weltweit

Quelle: J. Schmid,Fraunhofer IWES 2010

Abbildung 23Entwicklung der Strom-kosten und der EEG-Vergütungssätze inDeutschland

Quelle: BMU undBMWi

so genannte Grid-Parity mit Haushaltsstrom. Ab2020 können also die Stromkosten von fossilen Kraftwerken deutlich höher als bei Wind und PV liegen. Dies spiegelt sich auch in den Diffe-

renzkosten der Stromerzeugung wider, wobeidort ein Übergangsbereich zwischen 2020 und2030 angenommen wurde.


50

Energiekonzept 2050

Die Startwerte der Kostenbänder stellen die aktuellen globalen Mengen und Kosten dar, die Endwerte entsprechen den Potenzialen des exemplarischen Pfads. Die Entwicklung der Stromerzeugungskosten entsprechend den Lernraten der jeweiligen Technologie als Funktion der globalen jährlichen Stromproduk-tion in doppeltlogarithmischer Auftragung im Vergleich zu als (sogar) konstant angesetzten Stromkosten konventioneller Kraftwerke heute und zukünftig mit CO2-Sequestrierung (CCS).

Anteil am Weltstrombedarf 2010 1% 10% 50% 100%

Stromko

sten

Euro-Cen

t/kW

h

Stromkosten Euro-Cent/kWh

10080

60

40

20

108

6

4

2

1

60

50

40

30

20

10

0

1 10 100 1.000 10.000 100.000

Stromproduktion TWh/a

2000 2002 2004 2006 2008 2010

Jahr

2012 2014 2016 2018 2020

StromkostenHaushalte1.000 kWh/a bis 2.500 kWh/aHaushalte2.500 kWh/a bis 5.000 kWh/aIndustrie500 kWh/a bis 2.000 kWh/aIndustrie20.000 kWh/a bis 70.000 kWh/a

StromkostenPV-Dachanlage bis 30 kW (-8%/a)

PV-Dachanlage 30 kW bis 100 kW(-8%/a)PV-Dachanlage 100 kW bis 1000 kW(-10%/a)PV-Dachanlage größer 1000 kW(-10%/a)PV-Freiflächenanlage (-10%/a)

Wind auf dem Meer (-5%/a)

Wind an Land (-1%/a)

3.1 Forschungs- und Entwicklungsbedarf ausSicht des Energiekonzeptsund langfristige Forschungsziele bis 2050

Für die Umsetzung des vorgestellten Energie-konzepts sind auch in Zukunft umfangreicheForschungsarbeiten auf dem Gebiet der Effizienz-Steigerung, der Bereitstellungstechno-logien erneuerbarer Energien, der systemischenOptimierung und der Akzeptanz durch die Nutzer erforderlich. Die wichtigsten Forschungs-felder aus Sicht des Energiekonzepts 2050 wer-den im Folgenden vorgestellt.

3.1.1 Energieeffizientes und solares Bauen

Ein besonders wichtiges Ziel der Forschung undEntwicklung ist es, zunächst den Energiebedarfim Gebäudebereich signifikant zu reduzierenund den verbleibenden Energiebedarf durch erneuerbare Energiequellen zu versorgen. DerGebäudesektor kann durch Plusenergiehäuserim Neubaubereich und allmähliche Annäherungdes Gebäudebestands an den Niedrigenergie-standard einen erheblichen Beitrag zu einernachhaltigen Energieversorgung leisten. Die Geschwindigkeit dieser Annäherung hängt wesentlich von der Forschungs- und Entwick-lungsförderung ab, die von der Politik bestimmtwird. Wesentliche Elemente sind:

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Passivhäuser, Plusenergiehäuser und Solar-

aktivhäuser werden je nach Region und Bedarf zum Baustandard

• neuartige, kostengünstige Wärmedämm-systeme mit Zusatzfunktionen wie Luftführung für Wärmerückgewinnung undSolarenergieaufnahme insbesondere für Modernisierungen

• teilmechanische, bedarfsgesteuerte Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnungauch für den Modernisierungsfall

• verglasungsintegrierte, automatisierbareSonnenschutzsysteme mit großem Schalthub

• thermische Bauteilaktivierung zur Raumkonditionierung ohne Beeinträchtigung der Raumakustik

• vollständige Substitution von Heizkesselndurch Wärmepumpen und BHKW

• Gebäudeleittechnik zur optimalen Einbindung fluktuierender Energieangeboteund -bedarfe

• Wirtschaftlich nutzbare Abwärmenutzungdurch optimierte Nah- und Fernwärme zueinem städtischen Standard machen unddabei quartiersbezogene Versorgungs-systeme, die auf die niedrigen spezifischenBedarfe reagieren, einbeziehen

• Verstärkter Einsatz von Low-Exergy-Techno-logien für den Restheizbedarf

3.1.2 Strom aus erneuerbaren Energien

Strom aus PhotovoltaikSolarzellen besitzen im Bereich der Stromerzeu-gung aus erneuerbaren Energiequellen in Mitteleuropa ein sehr hohes technisches Poten-zial. In einigen Bundesländern Deutschlandsliegt der PV-Stromanteil derzeit schon zwischen1 und 2%. Der PV-Beitrag zur Stromerzeugungsteigt weltweit rasant an. Dies führt in abseh ba-rer Zukunft zu energiewirt schaft lich nennens- werten Stromversor gungs beiträgen. Lang fristigwird die Photovoltaik eine entscheidende Säuleeines nachhaltigen Energieversor gungs systems bilden. Die Preise für Photovoltaikmodule undPhotovoltaikwechselrichter sind in den letzten30 Jahren schon um einen Faktor 10 gesunken(Abb. 20 und Abb. 21) und dieser Trend kannweiter anhalten.

Da eine abschließende Bewertung der unter-schiedlichen Technologieansätze im Hinblick auflangfristige Entwicklungen bei der Photovoltaikderzeit noch nicht möglich ist, muss die breit ge-fächerte Förderung verschiedener Technologienmit einem Fokus auf eine schnelle Kostenreduk-tion beibehalten werden zu denen die kristalli neSi-Photovoltaik (Wafer und Dünnschicht), dieklassischen Dünnschichttechniken (amor phes Silicium, Kupferindium diselenid), sowie neueAnsätze (organische Solarzellen und Nanotech-nolgie) gehören.

Die Photovoltaikwechselrichter sind eine Do-mäne der deutschen PV-Industrie und werdenals Massenprodukt hergestellt. Durch neueHalbleitermaterialien wie z. B. Siliziumkarbid(SiC) oder Galliumnitrid (GaN) können in


51

Energiekonzept 2050

Zukunft noch höhere Wirkungsgrade erzieltwerden. Gleichzeitig sinken die Kosten durchhöhere Integrationsdichte und kompaktere Bau-weise. Da die heute netzbildenden rotierendenGeneratoren zunehmend entfallen, überneh-men die Wechselrichter zunehmend die Netzre-gelung und Stabilisierung. Sie kommunizierenmit Netzleitstellen und erhalten von diesen Vor-gaben für die Betriebsweise.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Photovoltaik-Modul-Wirkungsgrade

erreichen im Durchschnitt 22% • Erhöhung der Modullebensdauer durch

besseres Verständnis der Degradations-mechanismen

• Photovoltaikmodule werden integriert verschaltet

• Die Materialstärke beträgt bei allen Dünnschichtmaterialien nur wenige Mikro-meter und auch beim kristallinen Siliziumunter 30 µm.

• Zell- und Modulfertigung bilden eine Einheit.

• Die prozessierten Flächen betragen vieleQuadratmeter. Die Wirkungsgrade derDünnschichttechniken (inkl. kristallinen Si-Dünnschichttechnik) erreichen 20%. Photovoltaikmodule fungieren als Dachhülleund reduzieren so die Installationskosten.

• Konzentrierende Photovoltaik (CPV) erreichteinen Modulwirkungsgrad von 50%

• Photovoltaikwechselrichter werden durchden Einsatz neuer Halbleiterbauelemente effizienter, kompakter und kostengünstiger

• Photovoltaikwechselrichter übernehmenAufgaben der Netzregelung und werdenüber Leitwarten ferngesteuert

• Reduktion der Materialmengen (Halbleiter,Metalle, Beschichtungen, Gläser, Verbinder,Verkapselung

• Die Kosten photovoltaisch erzeugten Stroms liegen selbst in Deutschland unterden Kosten von Strom aus fossilen Energieträgern

Strom aus solarthermischen KraftwerkenSchnell wachsende Märkte für solarthermischeKraftwerke entwickeln sich zurzeit in Südeuropa,den USA und in einigen Entwicklungs- undSchwellenländern des Sonnengürtels.

Deutsche Industrieunternehmen sind dabei federführend beteiligt. Neben den rasch wachsenden Energiemärkten im Sonnengürtelder Erde existieren schon heute die technischen Voraussetzungen, um den dort erzeugten Stromauch in Mitteleuropa zu nutzen, wenn entsprechende Netzwerkkapazitäten für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung(HGÜ) ausgebaut werden.

Insbesondere die Möglichkeit, kostengünstigEnergiespeicher integrieren zu können oderdurch Zufeuerung von biogenen BrennstoffenStrom bedarfsgerecht zu produzieren, erlaubt es langfristig, große Anteile des Strombedarfsdurch solarthermische Kraftwerke zu decken.

Auch in Verbindung mit Meerwasserentsal-zungsanlagen zeigen solarthermische Kraft-werke für den südlichen Mittelmeerbereich eininteressantes Potenzial, den steigenden Strom-und Wasserbedarf kostengünstig zu decken.

Die Forschungsthemen an Parabolrinnensyste-men umfassen vielfältige Aspekte der Kosten-senkung und der Lebensdauer sowie den Einsatzneuer Wärmeträger mit höherer thermischerStabilität und den Einsatz von Direktverdamp-fungstechnologie, um über eine Erhöhung derAustrittstemperaturen höhere Wirkungsgrade imnachgeschalteten Kraftwerk zu erzielen. Der Forschungsbedarf an Turmkraftwerken reichtnoch deutlich weiter in grundlegende Arbeitenzu verbesserten oder neuartigen Receivern undzu den sich anschließenden Fragen des Wärme-kreislaufs bei Temperaturen bis zu 1000 °C.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele: Übergreifendes Ziel ist die Senkung der Strom-gestehungskosten um 50% und mehr, wasdurch mehrere Pfade erreicht werden soll:• Erhöhung des Wirkungsgrades von Parabol-

rinnen-Kraftwerken durch alternative Wärmeträgerfluide z. B. Wasserdampf oderSalzschmelze um Betriebstemperaturenüber 400 °C zu ermöglichen und die Gesamteffizienz zu erhöhen

• Entwicklung von Hochtemperaturreceivernfür solarthermische Turmkraftwerke mit un-terschiedlichen Wärmeträgerfluiden (Salz,Dampf, Luft, Partikel) für Temperaturen jenseits von 500°C


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Energiekonzept 2050

• Kostensenkung für Konzentratoren durch innovative Reflektoren, effizientere Nach-führsystem und auf Windlasten optimierteDesignkonzepte

• Weitere Optimierung von Betrieb und Wartung solarthermischer Kraftwerke

• Demonstration der kombinierten Erzeugungvon Strom und Trinkwasser in Nordafrika zuwettbewerbsfähigen Preisen

Strom aus WindenergieDer Ausbau der Windenergienutzung ist we-sentlich durch zwei Herausforderungen geprägt.Für die Onshore-Nutzung wird das größteWachstum erwartet. Hier steht die Industrie vorder Herausforderung einer weltweiten Markter-schließung bei gleichzeitiger Kostenreduktion,die eine Technologieentwicklung mit Schwer-punkten auf Standardisierung und höchster Zuverlässigkeit in der Großserienproduktion erfordert.

Auch für den weiteren Ausbau der Windenergie-nutzung in Schwellen- und Entwicklungsländernsind verstärkte Forschungs- und Entwicklungs-aktivitäten notwendig. Gerade unter den beson-deren klimatischen und topographischenBedingungen (stark strukturiertes Gelände) ergeben sich hier neue Herausforderungen.

Eines der wichtigsten Ziele der Forschung undEntwicklung ist eine weitere Kostenreduktiondurch grundlegende Innovationen wie zum Beispiel eine Weiterentwicklung der Anlagen-technik und die Entwicklung neuer Materialienund Verbundwerkstoffe. Parallel hierzu müssendie Aerodynamik, die Aeroelastik und die Aeroakustik der Anlagen durch Anwendung vonErkenntnissen und Werkzeugen der Strömungs-mechanik weiter optimiert werden. Weitere Forschungsthemen sind die Untersuchungen zurWind-Klimatologie, Standortfindung im komple-xen Gelände und Energieertragsprognose.

Für die Offshore-Nutzung bestehen zusätzlicheHerausforderungen, die sich vor allem aus dengrößeren Lasten durch Wind und See und dererschwerten Zugänglichkeit ergeben. So müs-sen innovative Konzepte für Gesamtanlagen, Regelungen und technischer Zuverlässigkeitsowie Wind- und Wellencharakteristik für Offshore-Anwendungen untersucht werden.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Windenergieanlagen werden standardisiert,

modularisiert und als Technologieplattfor-men für die Großserienproduktion entwickelt.

• Die Effizienz von Windenergieanlagen ist um20% gesteigert bei gleichzeitiger Halbierungder Lärmemissionen

• Windturbinen erreichen Leistungen von über 10 MW und besitzen Kraftwerkseigen-schaften

• Die Offshore-Windenergienutzung etabliertsich als wesentlicher Faktor in der Stromver-sorgung. Die technische Verfügbarkeit kannsignifikant gesteigert werden.

• Präzise Prognoseverfahren und ein leistungs-fähiges Energiemanagement ermöglicheneine zuverlässige Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen.

Strom aus ErdwärmeVoraussetzung für eine breitere Anwendung derGeothermie ist die Entwicklung von Verfahren,mit denen kostengünstig und sicher gebohrtund der wirtschaftliche Ertrag von Lagerstättengezielt gesteigert werden kann. Die Herausfor-derung der Forschung besteht deshalb darin,die Lernkurve hin zur wirtschaftlichen Bereitstel-lung von geothermischem Strom zu erarbeiten.Dazu sollen insbesondere so genannte Enhanced Geothermal Systems (EGS) entwickelt werden. Diese basieren überwiegend auf Heißwasserlagerstätten und trockenen Gesteins-formationen, die außerhalb der vulkanisch odertektonisch aktiven Zonen liegen und damit, bezogen auf die gewinnbare Energie, mit größerem Erschließungs- und/oder fördertech-nischen Aufwand verbunden sind. Diese Reservoire stellen aber den größten Teil desweltweiten tiefengeothermischen Potenzials darund sind auch in Deutschland verfügbar.

Aufgrund des noch frühen Standes der Technikgilt es, die Ansätze und Erfolge der EGS-For-schung zukünftig in adäquaten Programmenfortzuschreiben und auszuweiten. Zusätzlichsollten europaweite Forschungs- und Entwick-lungsaktivitäten, nationale Förderprogrammeund Kompetenzen zukünftig stärker zusammen-geführt und vernetzt werden. Schwerpunkt-mäßig sollten die geothermischen Technologiengefördert und weiterentwickelt werden, die


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Energiekonzept 2050

nicht auf geothermisch besonders günstige Gebiete beschränkt und somit weltweit auf ähn-liche Situationen übertragbar und exportfähigsind. Aufgrund der vorhandenen technologi-schen Synergien zu konventionellen geothermi-schen Systemen werden die Forschungserfolgev. a. aus dem Bereich Materialforschung undKomponentenwahl weitere Export-Möglichkei-ten bieten.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Wirtschaftliche Reservoirerschließung soll

mit nur einer Förder- und einer Injektions-bohrung erreichbar sein durch verbessertePlan- und Durchführbarkeit von Bohrungensowie signifikanter Erhöhung der Produktivi-tät geothermischer Reservoire durch innova-tive Stimulationsverfahren. Dabei stehenBelange der Bevölkerung im Zentrum derBetrachtung, so dass „public acceptance“gegeben sein wird.

• Effiziente Wandlung geothermischer Wärmein Strom

• Geothermische Stromerzeugung ist ökono-misch besser planbar bei absehbaren Bohr-kosten und verbesserten Wirkungsgraden

3.1.3 Strom und Wärme aus Brennstoffzellen

Brennstoffzellen sind effiziente Energiewandler,denn sie erreichen bei besonders niedrigenSchadstoffemissionen besonders hohe elektri-sche Wirkungsgrade und einen hohen Gesamt-nutzungsgrad bei gleichzeitiger Wärmenutzung.Sie können sowohl mit Wasserstoff, mit kohlen-wasserstoffhaltigen Brennstoffen (zum Teil nachReformierung) oder direkt mit Methanol betrieben werden und sind sowohl für die dezentrale Strom- und Wärmeversorgung alsauch für den Antrieb von Elektrofahrzeugen geeignet. Andere vielversprechende Einsatz-möglichkeit sind z. B. die Bordstromerzeugungin Fahr- und Flugzeugen sowie der Akkumulatorersatz für elektronische Geräte

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Ersatz der Elektrodenmaterialien durch

kostengünstigere Materialien• Alternative kostengünstigere Katalysatoren-

beschichtungen der Elektroden• Vermeidung von Degradationsmechanismen

im Stack• Brennstoffzellen werden eine hohe

Leistungsdichte und eine Betriebsdauer von10 Jahren und mehr haben und wirtschaft -liche Lösungen für den stationären und auchden mobilen Bereich bieten

3.1.4 Chemische Energieträger aus erneuerbaren Energien

Energetische Nutzung der BiomasseForschung und Entwicklung der Biomasse sindzu flankieren durch eine wissenschaftlich fun-dierte Einschätzung vorhandener Biomassepo-tenziale einschließlich biogener Reststoffe imHinblick auf bestehende Nutzungskonflikte, Fragen des Boden- und Naturschutzes, potenzielle Produktionsrisiken, technologischeRestriktionen und soziale, ökologische und öko-nomische Implikationen eines internationalenBiomassehandels. Langfristig ist neben der energetischen Verwertung biogener Reststoffevor allem eine Kaskadennutzung mit (mehreren)vorgelagerten stofflichen Nutzungsprozessen imBereich der Anbau-Biomasse anzustreben.

Ein hohes Entwicklungspotenzial hat vor allemdie kombinierte Nutzung der Biomasse miteinem hohen Gesamtwirkungsgrad: eine opti-mierte Bereitstellung von Strom, Wärme undKraftstoffen durch „Polygeneration“, die aucheine CO2-neutrale Substitution im Verkehrssek-tor eröffnet. Bei der Synthesegaserzeugung ausBiomasse können schon jetzt etwa 75% der inBiomasse gespeicherten Energie als chemischeEnergie des Wasserstoffs bereitgestellt werden.Eine wichtige strategische Frage bezieht sich aufden Umgang mit biomassebasierten Nahwär-menetzen im Rahmen eines verstärkten Ausbausder Gebäude- und Wärmedämmung. Hier sinddynamische Modelle zu entwickeln, welche einerseits eine CO2-neutrale Wärmeversorgungals Übergangslösung ermöglichen, andererseitsaber auch genügend Anreize bieten, umDämmmaßnahmen im Sinne einer Reduzierungder Wärmenachfrage umzusetzen.


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Energiekonzept 2050

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Die verfügbare Biomasse wird mit Biomasse-

Prognose-Verfahren über Satelliten-Monito-ring zur Verwendungsoptimierung prioritärder Nahrungskette und stofflichen Nutzungzugeführt und erst abschließend energetischgenutzt (z. B. für Kraftstoffe).

• Durch die Nutzung der regenerativen Ressourcen „erneuerbare Elektrizität“ und„Biomasse“ lässt sich Biomasse-Kohlenstoffnahezu vollständig in Kraftstoff-Kohlenstoffüberführen.

Effiziente Erzeugung von WasserstoffDie Entwicklung effizienter Verfahren zur groß -technischen Umwandlung erneuerbarer Ener-gien in Wasserstoff ist Voraussetzung entwederfür die Etablierung des Wasserstoffs oder/unddie Herstellung von erneuerbarem Methan unddessen Einführung als Energieträger.

Wasserstoff mit Hilfe von Strom über die Zerset-zung von Wasser aus erneuerbaren Energien zuerzeugen, erscheint – zumindest für Zentral-europa – als die sinnvollste Variante der Wasser-stoffbereitstellung. Die dafür notwendigenTechnologien müssen vor allem für großtechni-sche Anwendungen weiter entwickelt werden.

Eine zunehmend interessante Möglichkeit fürdie Länder im Sonnengürtel bieten konzentrie-rende Solarsysteme. Hier wird Sonnenlicht aufdirektem thermochemischen Wege zur Brenn-stofferzeugung genutzt. Dieses Verfahren hatdas Potenzial für sehr hohe Umwandlungswir-kungsgrade: Diese sogenannten thermochemi-schen Kreisprozesse haben das Potenzial,Wasserstoff mit höchsten Wirkungsgraden undniedrigen Kosten bereitstellen zu können. ErstePilotanlagen befinden sich im Aufbau. Für dieWeiterentwicklung ist es notwendig, dass Materialien und Komponenten verfügbar werden, die den Betrieb von Anlagen bei Temperaturen über 1000 °C ermöglichen.

Auch die Realisierung der direkten Wasserspal-tung mit Hilfe von katalytischen Verbindungenist eine wichtige Option. Dafür müssen kosten-günstige Materialien entwickelt werden, umden Wasserstoff herzustellen.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Ersatz von Edelmetallen durch kostengünsti-

gere Materialien für die Elektrolyse von Wasser

• Wasserstofferzeugung durch solar unter-stützte thermochemische Reaktionen ergänzen die Wasserstoffgewinnung ausElektrolyse, bzw. aus Hochdruck- oder Hochtemperatur-Elektrolyse.

• Solare Brennstofferzeugung vorzugsweisevon Wasserstoff mit Hilfe biologischer Wand-ler oder von nanotechnologisch maßge-schneiderten Katalysematerialien. Auch eineelektrochemische CO2-Reduktion zu Methanol und Methan ist ein lohnendes Forschungsziel.

• Die Wasserstoff- bzw. ’Biomethan’-Speiche-rung in Kavernen zur Glättung fluktuieren-der erneuerbarer Energien spielt für diegroßmaßstäbliche Energiespeicherung abmehreren hundert GWh eine wichtige Rolle.

Effiziente Erzeugung von MethanFür die Stromspeicherung existieren in Deutschland zurzeit fast ausschließlich Pump-speicherkraftwerke mit einer Speicherkapazitätvon 0,04 TWh. Für eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien sind jedoch ca. 20 TWherforderlich. Diese hohen Speicherkapazitätenkönnen nur durch chemische Energieträger bereit gestellt werden. Neben Wasserstoff ist erneuerbares Methan als Erdgassubstitut (Sub-stitute Natural Gas) die interessanteste Option,weil hierfür die bestehende Infrastruktur und diebestehende Speicherkapazitäten von > 200 TWhgenutzt werden können. Dieses neue Speicher-konzept sollte deshalb durch verstärkte Forschung und Entwicklung zur Marktreife geführt werden.

Die Prozesskette zur Erzeugung von erneuerba-rem Methan aus elektrischer Energie, Wasserund CO2 besteht aus den beiden Hauptkompo-nenten Wasserelektrolyse und Methanisierung.

Dazu ist eine Weiterentwicklung der Methan-synthese und die Einbindung des erneuerbarenMethans ins Energiesystem zu realisieren.


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Energiekonzept 2050

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele: • Strom und erneuerbares Methan sind

bidirektional ineinander umwandelbar undverfügen über eine voll ausgebaute Infra-struktur, so dass die Speicherkapazität desGasnetzes auch für die saisonale Speiche-rung im Stromsektor genutzt werden kann.

• Erneuerbares Methangas und erneuerbareKraftstoffe aus Wind, Solar und Wasserkraftwerden mit hoher Effizienz erzeugt; dezen-trale und zentrale Anlagen sind am Marktverfügbar.

3.1.5 CO2 als Rohstoff nutzen

Die in der Erforschung befindliche CO2-Abtren-nung und -Speicherung stellt eine klassische'End of pipe'-Technologie dar, die den Produktionsprozess selbst nicht verändert, sondern nur nachgeschaltet Umweltschäden zumindern versucht. Selbst im Erfolgsfall könnendadurch nur sehr begrenzte CO2-Mengen ausder Atmosphäre ferngehalten werden. Vielver-sprechender und vor allem nachhaltiger ist es,CO2 als Rohstoff zu nutzen für die Chemieindu-strie, für die Herstellung erneuerbaren Methansund danach für jede Art von Kunststoffen [38].Wirtschaftlicher, ökologischer und sozial förderlicher sind auch weltweite Aufforstungenund Humusaufbau, die der Atmosphäre dasTreibhausgas entziehen. Dadurch kann man Bodenerosion und -zerstörung entgegen wirkenund gewinnt damit einen doppelten Nutzen fürden Nahrungsmittelanbau und für Energiepflanzen.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Erhöhung der Bereitstellungseffizienz der

CO2-Methanisierung

3.1.6 Energiespeicher

In fast allen Bereichen der Energietechnik lässtsich durch Speicherung von Energie der „Energieverbrauch“ erheblich senken, und vielesinnvolle Prozessoptimierungen werden durchden Einsatz von Speichern überhaupt erst möglich. Energiespeicher sind demnach zentraleKomponenten für eine nachhaltige Energiewirt-schaft, die für alle drei Handlungsstränge derEnergiepolitik relevant sind:

• Verringerung des Endenergieverbrauches • Steigerung der Energieumwandlungs- und

-bereitstellungseffizienz • Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energie

im Energiemix

In der Vergangenheit wurde die Entwicklungvon Energiespeichern kaum vorangetrieben.Dies betrifft sowohl Speicher für elektrischeEnergie (Batterien), als auch thermische Speicher und chemische Speicher (alternativeBrennstoffe). Es müssen in allen Bereichengrundlegend neue technologische Ansätze entwickelt und neue Forschungskapazitäten aufgebaut werden. Die Arbeiten reichen vonstark grundlagenorientierten Aspekten bis hinzur Anwendung und erfordern die Zusammen-arbeit verschiedenster wissenschaftlicher Disziplinen. Parallel zu Forschung und Entwick-lung muss die Markteinführung von Speichernbzw. die Umsetzung energieoptimierter Systeme vorangetrieben werden.

StromspeicherDer Bedarf an elektrischen Energiespeichern(Primärzellen und Akkumulatoren), elektroche-mischen Speichern (Hochtemperatur- undRedox-Flow-Batterien) und Hybridsystemen ausBatterien und Superkondensatoren mit hoherLeistungsdichte und langer Lebensdauer wird inden kommenden Jahren stark ansteigen. Dennder Anteil an Strom aus dezentralen und fluktuierenden Quellen wird sich erhöhen, wasden stationären Einsatz dieser Technologien forcieren wird. Gleichzeitig wird deren mobileAnwendung im Verkehr zunehmend an Bedeu-tung gewinnen. Forschung und Entwicklungkönnen dazu beitragen, den in den vergange-nen Jahren entstandenen Rückstand aufzuholen.

Die Herausforderungen liegen in einer nutzer-freundlichen Kostenstruktur elektrochemischerSpeicher und der Produktion von anwendungs-orientierten Systemlösungen. Dies gilt insbesondere für eine stationäre elektrochemi-sche Stromspeicherung für fluktuierende Einspeisungen aus PV- und Windanlagen. Hierzeichnet sich eine Entwicklung ab, mit der über-schüssiger Windstrom in große Batteriesystemegeleitet wird, um diese in ein Energiedienst-leistungssystem einzubinden, das Spannungund Frequenz im Verteilnetz effizient stabilisiert.


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Energiekonzept 2050

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele: • Batterien und Akkumulatoren haben eine

hohe Energie- und Leistungsdichte, die derElektromobilität zum Durchbruch verhilft.

• Die dezentrale Speicherung elektrischerEnergie in Hochtemperatur- oder Redox-Flow-Batterien wird in der Fläche wirksam

• Die Anzahl großer Druckluftspeicher wirdverfünffacht

• Fluktuierend anfallende erneuerbare Elektrizität kann durch die Speicherung inForm von erneuerbarem Methan nach Bedarf rückverstromt werden und ist damitplanbar.

WärmespeicherFür neue Speichertechniken sind umfangreicheForschungs- und Entwicklungsarbeiten notwen-dig. Durch die Entwicklung neuer Speicherma-terialien auf der Basis von Phasenwechsel- undSorptionsmaterialien sind prinzipiell völlig neueAnsätze zur Wärmespeicherung mit geringenSpeicherverlusten möglich, die höhere Energie-dichten erlauben und den Einsatz dezentralerWärmeversorgungssysteme unterstützen. Dabeimacht der reduzierte Energieverbrauch in modernen Gebäuden derartige neue Ansätzeaus systemtechnischer Sicht besonders aus-sichtsreich.

Darüber hinaus eröffnen sich durch neue Speichermaterialien auch neue Einsatzmöglich-keiten im Bereich hoher Temperaturen für diesolarthermische Kraftwerkstechnik und für diebessere Nutzung industrieller Prozesswärme. Interessant sind in diesem Zusammenhang Speicher für kleine Kraft-Wärme-Kälte-Kopp-lungsanlagen, da mit diesen Komponenten einoptimierter stromgeführter Betrieb möglich istund die anfallende Wärme bis zu einigen Tagengespeichert werden kann. Bei solarthermischenKraftwerken können die Verfügbarkeit und dieStromgestehungskosten durch Installation vonWärmespeichern deutlich verbessert werden.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Neue Materialien, Komponenten und

Systeme ermöglichen es, den Wärmetrans-port gezielt zu beeinflussen, d. h. ihn zu erleichtern und zu beschleunigen oder ihnzu reduzieren und zu verzögern.

Saisonale geothermische WärmespeicherSaisonale Speicherung thermischer Energie inAquiferen sowie die Integration der Speicher inEnergieversorgungssysteme haben ein bishernur unzureichend beachtetes enormes Poten-zial. Die Kombination aus saisonaler Wärmespei-cherung und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) verbessert zudem die bedarfsgerechte Strombe-reitstellung eines Energiesystems. Durch das Einspeichern von Überschusswärme in Zeitenvon geringer Wärmenachfrage können KWK- Anlagen ganzjährig stromgeführt betrieben werden, da die eingespeicherte Überschuss-wärme später bei hoher Wärmenachfrage genutzt werden kann. Aquiferwärmespeichereignen sich hierzu besonders aufgrund ihrerhohen Speicherkapazität und der hohen Wärmerückgewinnungsgrade im saisonalen Betrieb.

Aquiferkältespeicher ermöglichen die Nutzungder niedrigen Temperaturen im Winter für dieKühlung im Sommer. Im Vergleich zur konven-tionellen Kältebereitstellung, werden deutlichhöhere COP-Werte (Coefficient of Performance)für die Kältebereitstellung erreicht (Faktor 5 bis10), wodurch der Elektrizitätsbedarfs für die Kältebereitstellung insbesondere in den Sommermonaten reduziert werden kann. DieNutzung von Aquiferen als thermische Energie-speicher ist durch die geologischen Verhältnissebestimmt. In Deutschland sind ca. 70% der Fläche generell für die Nutzung als Speicher miteiner Kapazität von je 5-10 GWh geeignet, wiedas beispielsweise bei den Parlamentsbauten inBerlin genutzt wird. Bei einer angenomme nenAnzahl von 2000 Anlagen in Deutschland isteine Speicherkapazität von über 10 TWh möglich.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Trotz guter Erfahrungen mit den bisherigen

Projekten bestehen Hemmnisse in der Umsetzung weiterer Speicher, die in derKomplexität des Planungsprozesses und derSystemtechnik begründet sind. Hierfür sindgrundsätzliche Technologiekonsolidierungenerforderlich, aus denen Planungs- und Betriebsrichtlinien entwickelt werden, dieauf Erfahrungen aus vorwettbewerblichenDemonstrationsprojekten mit einem erkenn-barem Forschungsanteil basieren. Die sich


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Energiekonzept 2050

daraus ergebende Standardisierung der Planung, des Baus und des Betriebs vonEnergieversorgungssystemen mit Aquifer-speichern ist essentiell für die Schöpfung deshohen Potenzials.

3.1.7 Wärme und Kälte aus erneuerbarenEnergien

Wärme und Kälte aus solarthermischen KollektorenSolarthermische Kollektoren wandeln die auf-treffende Sonnenstrahlung in Wärme um. Siekann mit unterschiedlichen Technologien in verschiedenen Temperaturbereichen genutztwerden:

• Solarthermische Flach- oder Vakuumröhren-kollektoren erwärmen Brauch- und Trinkwas-ser für Haushalt und Raumheizung.

• Konzentrierende Solarkollektoren (Parabol-rinnen und lineare Fresnelsysteme) oderhocheffiziente Flachkollektoren stellen Prozesswärme auf höherem Temperatur-niveau bereit für industrielle Anwendungenund zur Gebäudeklimatisierung.

Kollektorsysteme zur Wärmeerzeugung bis zu90°C müssen weiter entwickelt werden, um Kosten zu reduzieren und neue Anwendungenzu erschließen. Insbesondere für eine Integra-tion von Solarkollektoren in die Gebäudehülle.Dies ist eine Voraussetzung für die Entwicklungder Systemtechnik für das Solaraktivhaus, des-sen Wärmebedarf vollständig mit Solarwärmegedeckt wird und als Zwischenschritt das „Solarhaus 50+“, dessen Wärmebedarf zu mehrals 50% mit Solarwärme gedeckt wird.

Auf der Basis solarthermischer Kollektoren lassensich optimierte Gesamtsysteme zur Kraft-Wärme-Kopplung aufbauen, die im Sommer-halbjahr weitgehend solarbetrieben, imWinterhalbjahr mittels erneuerbaren Methansoder Biobrennstoffe Strom erzeugen und dieAbwärme in ein Wärmenetz einspeisen. Eineökonomische Optimierung – effiziente Sanierung gegenüber Abwärmenutzung in Nahwärmesystemen – ist ebenfalls ein wichtigerForschungsgegenstand.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele• Kollektorsysteme zur Wärmeerzeugung

weiterentwickeln, um Kosten zu reduzierenund eine Integration in die Gebäudehülle zu erleichtern.

• Weiterentwicklung von solarthermisch angetriebenen Kühlsystemen

• Konzentrierende Solarkollektoren (Parabol-rinnen und lineare Fresnelsysteme) oderhocheffiziente Flachkollektoren werden fürindustrielle und gewerbliche Prozesswärme –auch in Verbindung mit Kraft-Wärme- Kopplung – sowie Meerwasserentsalzungentwickelt.

Wärme und Kälte aus GeothermieDie wesentliche Forschungs- und Entwicklungs-aufgabe besteht darin, diese Technik planungs-sicher bereitzustellen. Für eine kostengünstigereund wirtschaftlichere Bereitstellung geothermi-scher Energie bedarf es einer Steigerung derJahresarbeitszahlen (Verhältnis Heizwärme zurAntriebsarbeit) geothermischer Anlagen. Abhän-gig von der eingesetzten Wärmequelle werdenbei kleinen Anlagen verbesserungsfähige Jahres-arbeitszahlen von 3 (Umgebungsluft) bis über 4(Erdsonden/Wasser) erreicht – in Kombinationmit Low-Exergy-Heizflächen sind wesentlichbessere Werte erreichbar. Größere Versorgungs-systeme sollten durch kostengünstige saisonaleSpeicherung von Wärme oder Kälte im Unter-grund verbessert werden. Wärmequellen destieferen Untergrundes müssen wirtschaftlichererschlossen werden.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Steigerung der Jahresarbeitszahlen

(Verhältnis Heizwärme zur Antriebsarbeit)geothermischer Anlagen

• Entwicklung geeigneter Wärmeübertragungüber Tage, z. B. in Niedrigtemperatur-Heiz-netze und direkte Nutzung der Wärme

3.1.8 Mobilität

Die Klimaproblematik erfordert neue Wege derMobilität. Die Entwicklung von Technologien fürbatterie- und brennstoffzellengestützte Elektro-fahrzeuge führt zu extrem energieeffizientenElektroantrieben mit Wirkungsgraden von bis zu80% (vom Speicher bis zur Antriebsachse) undbietet die Möglichkeit, die Energieversorgung


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Energiekonzept 2050

für den Verkehr aus erneuerbaren Quellen wieSonnen- oder Windenergie zu realisieren.

Das Energiekonzept 2050 sieht in der Elektromobilität und in der Entwicklung kosten-günstiger und zuverlässiger stationärer Stromspeicher für Deutschland die Chance,ökono misch und ökologisch in eine neue Dimension vorzustoßen. Mit dem notwendigenTechnologiewandel im Mobilitätssektor bietetsich auch die Chance, unser heutiges Energie-system nicht nur anzupassen, sondern es strukturell zu transformieren.

Das zukünftige Elektroauto wird aus einer tech-nologischen Kombination von Brennstoffzellen,Batterien und Superkondensatoren bestehen.Deshalb ist es notwendig, Batterie- und Brenn-stoffzellentechnologie parallel weiter zu entwickeln, beziehungsweise die Potenziale derHybrid-Betriebsweise zu erforschen, denn nurüber die Erschließung dieser Technologiepfadeist die Transformation des Mobilitätssektors undeine internationale Technologieführerschaftmöglich. Die verschiedenen Speichertechnolo-gien werden durch hocheffiziente kompakte Leistungselektronik an die Traktion gekoppelt.Intelligente Betriebsführungen entscheiden, wiedie Last auf die verschiedenen Speicher verteiltwird.

Neben der Forschung im Bereich der Batterie -systemtechnik müssen auch geeignete Energiesysteme und Systemkomponenten derLeistungselektronik und Regelungstechnik entwickelt werden.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele • Der Wirkungsgrad von Elektromotoren

erreicht 98% • Induktive Stromübertragung wird in viele

Straßen eingebaut.• PKW sind weitgehend elektrifiziert und

beladen ihre On-Board-Energiespeicher mitStrom aus erneuerbaren Energien oder Wasserstoff, Methan oder anderen erneuer-baren Kraftstoffen – hergestellt aus Wind,Solarenergie und Wasserkraft

• Überschüsse aus erneuerbarer Stromerzeu-gung werden dem Verkehrssektor in Formvon erneuerbaren Kraftstoffen (Wasserstoff,Methan, Dimethylether, Kerosin, etc.) überEnergieinfrastrukturen zugeführt.

• Superkondensatoren können Systeme mitgeringen Leistungsdichten so ergänzen, dassauch kurzfristig hohe Leistungen umgesetztwerden können. Dies ermöglicht eine beson-ders günstige Systemauslegung. Eine breiteEinführung erfordert allerdings eine weitereSteigerung der Energiedichten bei an dieAnwendung angepassten Leistungsdichten.

• Es müssen hocheffiziente, kompakte und bidirektionale Umrichter entwickelt werden,um Batterien von Elektroautos möglichstverlustarm zu laden und sie gleichzeitig alsschnellen Energiespeicher ins Netz integrie-ren zu können. Dazu sind Ladeinfrastrukturund die Fahrzeug-Netzschnittstelle zu entwickeln mit den Aspekten Identifikation, Metering, Abrechnung und Kommunikation(zwischen Fahrzeug, Netz und Nutzer).

• Herausforderung an die Sicherheitstechnikvon Lithium-Batterien ist die unbedingteVermeidung eines „thermischen Durchge-hens“. Gleichzeitig soll aber eine Schnell-ladefähigkeit der Zellen ermöglicht werden.Dies erfordert ein detailliertes Verständnisder thermochemischen Mechanismen, eineoptimale Auslegung des thermischen Managements, sowie die Entwicklung vonthermisch stabilen Elektrodenmaterialien.

3.1.9 Elektrische Systemtechnik, Netzmanagement und verteilte Kraftwerke

Ziel zukünftiger Forschungs- und Entwicklungs-anstrengungen muss es sein, die sich änderndenVersorgungsstrukturen so zu gestalten, dass dieNetzstabilität und die Versorgungssicherheit beiwachsender Anzahl fluktuierender Einspeiserauch ohne große Leistungsreserven gewährlei-stet bleiben. Die Wechselrichter von Wind- undPV-Anlagen müssen netzbildende Funktionenübernehmen und die Versorgungssicherheit sicherstellen. Das heute von rotierenden Gene-ratoren gebildete Netz geht über zu einem leistungselektronischen, stromrichtergeführtenNetz.

Der Stromtransport und der Energieausgleichauf deutscher und europäischer Ebene spielenfür die Nutzung der fluktuierenden Energiequel-len eine Schlüsselrolle. Zentrale Themen sindder Netzausbau, die Netzregelung und die opti-male Einbindung der erneuerbaren Energien


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Energiekonzept 2050

mittels leistungselektronischer Energiewandler,die aktiv an der Netzregelung teilnehmen unddie Netzstabilität sicherstellen. Dafür sind leistungsfähige Kommunikationsstrukturen, Online- und Prognoseverfahren für die Netzeinsatzplanung sowie bidirektionale Energiemanagement und -handelssysteme fürden Dialog zwischen Energieerzeuger, Verteilerund Verbraucher von besonderer Bedeutung.

So können die regenerativen Erzeuger alle fürden sicheren Netzbetrieb erforderlichen System-dienstleistungen von den konventionellen Kraftwerken übernehmen. Hierfür ist die Entwicklung moderner Informations- und Kommunikationstechniken für verbesserte Energiemanagementverfahren unverzichtbar.Eine Schlüsselrolle kommt der dynamischenNetzsimulation für den europäischen Raum unddarüber hinaus zu. Nur mit Hilfe dieser Simulationen läßt sich der Einfluss der in Europa geplanten Ausbauszenarien für erneuerbareEnergien, der unterschiedlichen Einbindungs-strategien von Pumpspeicherwerken, von Tarifstrukturen und vom Ausbaugrad des europäischen Transportnetzes in Bezug auf Versorgungssicherheit und Energiebereitstellungskosten analysieren.

Langfristige Forschungs- und Entwicklungsziele• Smart Grids werden überall eingeführt und

kommunizieren mit den Smart Control- Geräten12 der Gebäude

• Weiträumige Stromübertragung mit Hilfeder HGÜ Technik hat sich 2050 globaldurchgesetzt und hilft bei der Verteilung desStroms aus erneuerbaren Energiequellen

• Leistungsfähige Mittel- und Hochspannungs-umrichter zur Kopplung von Gleich- undWechselstromnetzen werden entwickelt

• Neue Regelungsmethoden zur Netzstabilitätfür das leistungselektronisch geführte Netzwerden entwickelt. Die Leistungsflüsse zwischen Wechselstromnetz, Gleichstrom-netz und den Energiespeichern werden intelligent geregelt.

• Stromtransport mit Supraleitern wird inZonen hohen Leistungsbedarfs eingesetzt.

• Strom-, Gas- und Wärmenetze sind optimalvernetzt und ökonomisch optimal ausgebaut

3.1.10 Systemanalyse und Technikfolgen-abschätzung für finanzielle Anreizeund politischen Regulierungsbedarf

Die Entwicklung neuer Energietechnologien erfolgt innerhalb eines komplexen Umfeldes mitzahlreichen technischen, wirtschaftlichen, öko -lo gischen und energiepolitischen Rahmen -bedingungen.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Marktein-führung ist deshalb eine vorbereitende und flankierende Analyse dieser Zusammenhänge.Hier setzt die Systemanalyse an. Mittels Potenzialanalysen werden die Zukunftsperspek-tiven neuer Energietechnologien und -systemeausgelotet. Anschließend werden Szenarien aus-gearbeitet, die mögliche Entwicklungspfade auf-zeigen. Die Umsetzung dieser Szenarien durchden gezielten Einsatz von Politikinstrumenten,deren spezifische Anpassung, Modifizierungbzw. Neugestaltung und die begleitende Politik-beratung gehören zu den fundamental wichti-gen Ansatzpunkten der systemanalytischenArbeit, um die Umsetzung zu erreichen.

Während der Umsetzungsphase werden Energietechnologien und -systeme, ebenso wiedie gewählten Förderinstrumente von einemMonitoring begleitet. Systemanalysen und Technikfolgenabschätzungen werden benötigt,um politische Konzepte an unvorhergeseheneEntwicklungen anzupassen. Diese kontinuierli-che und umfassende Bewertung ermittelt Chancen und Risiken, hilft mögliche Fehlent-wicklungen rechtzeitig zu erkennen und alterna-tive Lösungsansätze zu erarbeiten. Zu beachtensind dabei sowohl ökonomische Aspekte – wiedie Liberalisierung und Globalisierung der Energiemärkte –, ökologische Aspekte, Fragender Versorgungssicherheit als auch die Vorgabender internationalen Klimaschutzpolitik.

3.1.11 Soziale Begleitforschung

Eines der wichtigsten Forschungsfelder bestehtin der sozialen Begleitforschung, bei der vorallem die Fragen der Akzeptanz neuer Technolo-gien behandelt und Verfahren zur Verbesserungdes Dialogs zwischen Technik und Nutzer entwickelt werden müssen. Als besonders wichtig wird dieser Aspekt für die Realisierungeines Nordafrikanischen-Europäischen Stromverbunds betrachtet.


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Energiekonzept 2050

12 Smart Control-Geräte sind z. B. bidirektionale Energiemanagement Interfaces (BEMI)

Das bis zum Jahr 2050 reichende Energiekon-zept 2050 für Deutschland sieht einen vollstän-digen Wandel des heutigen fossil-nuklearen,klimaschädigenden, zentral ausgerichteten, undhauptsächlich auf Energieimporten aufbauen-den Energieversorgungssystems hin zu einemnachhaltigen Energieversorgungssystem vor, daszu 100% erneuerbare Energien, Energieeffizienzund Energiespeicherung nutzt und dabei sicher,zuverlässig und kostengünstig ist.

Das Energiekonzept geht für das Jahr 2050 vonfolgenden Voraussetzungen aus:

• Der weltweite Bedarf an Energiedienst- leistungen wird weiter angestiegen sein

• Fossile und nukleare Energien werden beiweitem nicht mehr ausreichen, den weltweiten Energiebedarf zu decken,

• Es wird noch kein kommerziell einsetzbaresKernfusionskraftwerk zur Verfügung stehen,

• Strom, Wärme und Treibstoffe aus erneuer-baren Energien werden deutlich kostengün-stiger sein als Strom aus fossilen undnuklearen Energiequellen.

• Neue Technologien werden zur Verfügungstehen, die ein Energieversorgungssystem,das auf 100% erneuerbare Energien auf-baut, versorgungssicher und kostengünstigrealisierbar machen.

Diese Einschätzung stimmt insoweit mit der Einschätzung der Regierungsparteien überein,die im Koalitionsvertrag das Ziel formulierthaben, „dass die erneuerbaren Energien denHauptteil an der Energieversorgung übernehmen.“

Ein solch weitreichendes Energiekonzept benö-tigt zu seiner Realisierung ein Transformations-konzept, wie es in Kapitel 2 vorgestellt wurde.Hieraus lassen sich die folgenden Handlungs-empfehlungen ableiten.

4.1 Markteinführungs-maßnahmen

Energiepolitik hat die Aufgabe, notwendigeTransformationen des Energiesystems, die nichtvon selbst oder nicht in der gewünschten Geschwindigkeit ablaufen zu stimulieren oderzu beschleunigen.

Energieeffizienzmaßnahmen und erneuerbareEnergien sind schon seit Jahren einsatzbereitund der Transformationsprozess mit kontinuier-lich steigenden Anteilen erneuerbarer Energienan der Energieversorgung hat bereits begon-nen. Teilweise wurden dabei unerwartet großeErfolge erzielt, z. B. bei der Windkraft und derPhotovoltaik.

Aber die Umsetzung des Energiekonzeptes erfordert politische Unterstützung für die Verstetigung der Markteinführung, wo sie er-folgreich ist und Ergänzung und Verstärkung,wo die Transformationsgeschwindigkeit bislangunzureichend ist. Technologieführerschaft gelingt vor allem durch eine konsequente undfrühzeitige Markteinführung, denn die meistenInnovationsideen entstehen bei der Produktionder Techniken und der Anwendung in der Praxis.

4.1.1 Energieeffizienzmaßnahmen stimulieren

Die Stimulierung von Energieeffizienzmaßnah-men hat sich bisher als besonders schwierig erwiesen. So liegt beispielsweise die Sanierungs-rate beim Gebäudebestand mit unter 1% jähr-lich bislang weit hinter den politischen Zielenzurück. Die Stimulation von Effizienzmaßnah-men muss durch ein Bündel von verschiedenenMaßnahmen verstärkt werden:

• Umsetzung der Europäischen Gebäudericht-linie (EPBD) und Verschärfung der Energie-einsparverordnung (EnEV)

• Umsetzung der europäischen Endenergieeffi-zienz- und Energiedienstleistungs-Richtlinie

Energiekonzept 2050 • Politische Handlungsempfehlungen

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Energiekonzept 2050

4. Politische Handlungsempfehlungen

• Umstellung des Gebäudeenergieausweises ineinen verpflichtenden bedarfsorientiertenEnergiepass

• Ausbau des Gebäudesanierungsprogramm• Deutlicher Ausbau der KWK durch verstärkte

Förderung lokaler und regionaler Nah- undFernwärmenetze

• Abbau von rechtlichen Hemmnissen und Akzeptanzproblemen bei der Realisierungvon Nah- und Fernwärmenetzen

• Erhöhung der Stromnutzungseffizienz z. B.durch Top-Runner-Programme

• Umsetzung der der EU Richtlinie über End-energieeffizienz und Energiedienstleistungen(EDL) [39]13

• Einrichtung eines Energieeffizienzfonds zurFinanzierung von Effizienzprogrammen

4.1.2 Markteinführung von EE-Stromerzeugung stimulieren

Die größten Erfolge bei der Markteinführung erneuerbarer Energien wurden bislang imStrombereich erzielt, wo sich das Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG als äußerst wirkungsvollbewährt hat.

Die Fortsetzung der Markteinführung der EE-Stromerzeugung erfordert folgende Maßnahmen:

• Beibehaltung und kontinuierliche Weiterent-wicklung des EEG

• Erhalt der Vorrangregelung zur Einspeisungerneuerbaren Energiestroms ins Stromnetz

• Ausgleichszahlungen für abgeregelten erneuerbaren Strom nur als Übergangsrege-lung- bis zum Netz- bzw. Speicherausbau

• Bonus für die bedarfsgerechte Energieversor-gung (Regenerative Kombikraftwerke)

• Einführung eines saisonalen Energiespeicher-bonus als Anreiz zur Entwicklung von Energiespeichertechnologien und -systemen

Aufgrund des großen Erfolgs des EEG plädiertder FVEE dafür, dass sich die deutsche Bundes-

regierung für eine europaweite Einführung vonEEG-ähnlichen Instrumenten einsetzt.

4.1.3 Markteinführung von EE-Wärmeerzeugung stimulieren

Obwohl mehr als 50% des Endenergiever-brauchs im Bereich Wärme anfällt und in vielenWärmenutzungsbereichen Effizienz- und erneu-erbare Energien-Technologien vorhanden undvorteilhaft sind, ist die Geschwindigkeit derTransformation in diesem Bereich bislang beiweitem nicht ausreichend. Mit dem ErneuerbareEnergien-Wärmegesetz (EEWärmeG) wurde einerster Anfang gemacht, der nun konsequentfortgesetzt werden muss.

Folgende Maßnahmen sind geeignet, dieMarkteinführung im EE-Wärmebereich zu beschleunigen:

• Verschärfung der Bundesimmissionsschutz-verordnung (BImSchV)

• Novellierung der Heizkostenverordnung• Fortsetzung des Marktanreizprogramms

(MAP) mit ausreichender finanzieller Ausstat-tung, besonders zur Stimulation von neuenMarktsegmenten wie Solarhäusern, Wärme-netzen mit erneuerbaren Energien etc.

• Ausweitung der Nutzungspflicht im EEWärmeG auf den Gebäudebestand

• Möglichkeit der Verrechnung erneuerbarerEnergien bei der Erfüllung von Anforderun-gen bei Altbausanierungen

4.1.4 Markteinführung von EE-Mobilitätskonzepten stimulieren

Die Transformation des Transportsektors istsehr aufwändig und langwierig, auch weil dieerforderlichen Elektrofahrzeuge und Mobilitäts-syste me heute noch nicht zur Verfügung stehen.

Neben der verstärkten Forschung und Entwick-lung im Bereich Biotreibstoffe und Elektromobi-lität sind folgende Maßnahmen zurMarkteinführung sinnvoll:

• Pilotprojekte zur Einführung von Elektrofahr-zeugen

• Pilotprojekte zur Umsetzung innovativer Mobilitätskonzepte


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Energiekonzept 2050

13 Die EU-Mitgliedsstaaten haben sich auf eine gemeinsameRichtlinie mit einem anspruchsvollen Energieeinsparzielverständigt: Die EU-Richtlinie über Endenergieeffizienzund Energiedienstleistungen (2006/32/EG, EDL-Richt-linie) wurde am 5. April 2006 verabschiedet. Gemäß dieser EDL-Richtlinie sollen mit gezielten Maßnahmen in9 Jahren 9% Endenergie gegenüber einer Referenzperi-ode eingespart werden.

4.2 Ressourcenproduktivitäterhöhen

Eine nachhaltige Energieversorgung muss nichtnur die Energieerzeugung im Blick haben, sondern auch die dafür notwendigen Stoffkreis-läufe. Eine Voraussetzung für die Realisierungdes Energiekonzepts 2050 ist eine radikale Ver-besserung der Ressourcenproduktivität von Ele-menten und Materialien, die in einem Massenmarkt erneuerbarer Energietechnologieneine Rolle spielen, wie zum Beispiel Elemente fürStahllegierungen, Kupfer, Platin und Lithium.Doch auch alle anderen verwendeten Materia-lien sind in einen Stoffkreislauf einzubinden, voneiner effizienteren Nutzung der Materialien biszu einem möglichst vollständigen Recycling. Sowohl das sparsamere Nutzen von Materialenals auch die Recyclingprozesse zur Wiederver-wendung der Stoffe ist mit Forschung und Entwicklung verbunden, die zu einem Quer-schnittthema werden müssen, das zu einem integralen Bestandteil aller Vorhaben gehört.

4.3 Infrastruktur und Rahmenbedingungen

4.3.1 Netze um- und ausbauen

Voraussetzung für Effizienzsteigerung und Integration steigender Mengen an fluktuieren-den erneuerbaren Energien ist der Um- undAusbau unserer Versorgungsnetze. Dafür sindu. a. folgende Maßnahmen erforderlich:• Rascher und systematischer Ausbau des

Stromnetzes zur Aufnahme und zum Transport des erneuerbar erzeugten Stromsin die Ballungszentren

• Förderprogramme für Maßnahmen zur Anpassung des Stromverbrauchs an fluktuie-rende Stromerzeugung, z. B. durch den Eigenverbrauch-Bonus im EEG

• Weiterentwicklung der zentralen zu dezen-tralen Stromnetzen

• Einführungsprogramme für ITC-Technologien• Gezielter Ausbau von Nah- und Fernwärme-

und -kältenetzen in Ballungszentren zur Erreichung der Ausbauziele für KWK- und erneuerbare Energien

• Pilotprogramme zur Einführung intelligenterNetze (Smart Grids)

4.3.2 Speicher integrieren

Hohe Anteile fluktuierender Energiequellen erfordern mittel- bis langfristig die Integrationvon Kurz-, Mittel- und Langzeitspeichern in dieStrom-, Wärme-/Kälte- und Gasnetze. Auchwenn viele Speichertechnologien erst noch inder Forschungs- und Entwicklungsphase sind,sollte mit der stufenweisen Integration von vor-handenen Speichertechnologien heute schonbegonnen werden. Dafür sind u. a. folgendeMaßnahmen sinnvoll:• Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken und

anderen elektrischen Speichern• Ausbau von saisonalen Wärmespeichern in

Wärmenetzen

4.3.3 Gaskraftwerke mit KWK ausbauen

Um in der Transformationsphase Kohle- undKernkraftwerke zu ersetzen, sollten schnell regelbare Gaskraftwerke bzw. GuD-Anlagen -vorzugsweise mit Kraft-Wärme-Kopplung unddezentrale Kleinst-Blockheizkraftwerke (Motoren, Mikroturbinen, Brennstoffzellen) breiteingeführt werden.

4.3.4 Integration in europäisches Energiekonzept

Eine wichtige Voraussetzung für ein tragfähigesEnergiesystem 2050 ist die Kompatibilität dernationalen Strategie mit einem gesamteuropäi-schen Ansatz. Dabei sind vor allem nationaleAusbauziele zu erneuerbaren Energien auf ihreEinflüsse in Bezug auf die sich daraus ergeben-den Lastflüsse in den Netzen für Strom und Gaszu identifizieren. Auf dieser Basis lässt sich danneine europäische Strategie zum Ausbau dieserNetze ableiten.

Wichtiges Element einer europäischen Vernet-zung ist ein neues, sehr intelligentes und sehrleistungsfähiges Stromübertragungsnetz, dasdie bei der lokalen Stromerzeugung entsteh-enden Schwankungen großflächig ausgleicht.Denn es ist energetisch und wirtschaftlich vorteilhaft, dezentrale Energieversorgungsstruk-turen über „Backbone“-Netze miteinander zuverbinden. Über diese Netze können mit Hilfevon Informations- und Kommunikationstechno-logien Lastschwankungen oder Angebots-schwankungen auch über große Entfernungenausgeglichen und zusätzliche Stromlieferanten


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Energiekonzept 2050

eingebunden werden (z. B. Wasserkraft ausSkandinavien, Windenergie aus Portugal oderSolarstrom aus Nordafrika).

4.3.5 Aus- und Weiterbildung von Fachkräften

Eine erfolgreiche Transformation der Energie-versorgung erfordert Fachkräfte, die diese technisch umsetzen. Diese stehen nur zur Verfügung, wenn die Aus- und Weiterbildungder Fachkräfte für ein erneuerbares Energiever-sorgungssystem zielgerichtet ausgebaut wird füralle Einsatzbereiche in Spitzenforschung, Produktentwicklung, Planung, Vertrieb, Installation und Energieberatung sowie den Behörden, die entsprechende Planungsaufga-ben haben. Dazu gehören die Einrichtung vonBachelor- und Masterstudiengängen im BereichErneuerbare Energien ebenso wie ihre stärkereIntegration in die berufliche Ausbildung.

4.4 Akzeptanz erhöhen undÖffentlichkeitsarbeit verstärken

Die vollständige Transformation des Energiever-sorgungssystems in wenigen Jahrzehnten erfor-dert die Akzeptanz und aktive Teilnahme derBevölkerung sowohl als Investor, z. B. bei derGebäudedämmung, als auch als Verbraucher,Betreiber und als politischer Souverän. Deshalbist es unerlässlich, das Energiekonzept und dasTransformationskonzept ausführlich zu kommu-nizieren und zu erläutern durch intensive undkontinuierliche Öffentlichkeitsarbeit für alle relevanten Zielgruppen. Generell sind sozialeund gesellschaftspolitische Hemmnisse beimTransformationsprozess zu eruieren und zuüberwinden. Insbesondere sollten folgendeKommunikationsziele verfolgt werden:• Verständnis für die unbedingte Notwendig-

keit der Nachhaltigkeitskriterien für einekünftige Energieversorgung (ökologisch,ökonomisch und sozial)

• Aufklärung über die Potenziale der Energieeffizienz und der Erneuerbaren, dieVersorgungssicherheit gewährleisten

• Information über die technisch-wissenschaft-lichen Innovationen, die neue Energieeffi-zienztechniken und Umwandlungstechniken

ermöglichen und bekannte Techniken kostengünstiger machen

• Aufklärungsmaßnahmen zur Überzeugungvon Gebäudeeigentümern Energieeinspar-maßnahmen umzusetzen und sich an Nahwärmenetze anzuschließen.

• Information über die wirtschaftlichen Potenziale der Energieeffizienz und der Erneuerbaren: Kostensenkungspotenziale,Arbeitsplatzschaffung, Exportpotenzial Werbung von Nachwuchs für Forschungund Wirtschaft für Erneuerbare.

4.5 Technologieentwicklungdurch Forschung und Entwicklung

Jedes neue Energieversorgungssystem erforderteine Vielzahl von weiterentwickelten und neuenTechnologien, weshalb die Energieforschungdeutlich ausgebaut werden muss. Die Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte inden kommenden Jahren werden im 6. Energie-forschungsprogramm beschrieben, das Anfang2011 verabschiedet werden soll.

Die Herausforderung in der Energieforschungbesteht darin, verschiedene mögliche Entwick-lungspfade offen zu halten und gleichzeitig dieknappen finanziellen und Forschungsressourcenzielgerichtet genug einzusetzen, um die notwendigen Erfolge zu erzielen.

Das Energiekonzept 2050 plädiert dafür, dieVerteilung der Ausgaben für Forschung und Ent-wicklung auf die verschiedenen Technologienan ihrer langfristigen Bedeutung zu orientieren.Entsprechend der Zielsetzung der Regierungs-koalition und dem vorgestellten Energiekonzept2050 ist deshalb bei der Forschungsförderungdie Priorität auf die erneuerbaren Energien undEnergieeffizienz zu legen.

Forschung und Entwicklung ist auch als Maß-nahme der Industriepolitik zu begreifen. Dennnur dort, wo deutsche Produzenten im Bereicherneuerbare Energien und Energieeffizienz welt-weit technologisch führend sind besteht dieChance, die Produktion von Komponenten desneuen Energieversorgungssystems in Deutsch-land zu halten. Deshalb müssen Markteinführungund Forschungspolitik Hand in Hand gehen.


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Energiekonzept 2050

[1] Rolf Brendel: Entwicklung neuer Produktionstechnologien für die Solar-energienutzung, FVS-Themenheft 2007„Produktionstechnologien für die Solarenergie“

[2] Robert Pitz-Paal: Strategische Ausrichtungdes DLR für die Qualitätssicherung solar-thermischer Kraftwerke, l12. Kölner Sonnenkolloquium, 9. Juni 2009

[3] Cerbe, G. (2008): Grundlagen der Gas-technik. Gasbeschaffung – Gasverteilung –Gasverwendung. 7., vollst. neu bearb.Aufl. Deutsche Vereinigung des Gas- undWasserfaches (Hg.). München: Hanser

[4] David Nestle: „Dezentrales Energiemana-gement im elektrischen Verteilnetz – waskann Gebäudeautomation beitragen?“,FVS-Themenheft 2008

[5] Gerhard Stryi-Hipp: Die Forschungsstrate-gie der Deutschen Solarthermie-Technolo-gie-Plattform (DSTTP), SolarthermieTechnologie Konferenz 26./27.1.2010

[6] WBGU-Gutachten 2010 „Transformation“(noch in Arbeit – unveröffentlicht)

[7] WBGU-Gutachten 2008 „Welt im Wandel– Zukunftsfähige Bioenergie und nachhaltige Landnutzung“

[8] Leitstudie 2008, Weiterentwicklung der„Ausbaustrategie Erneuerbare Energien“vor dem Hintergrund der aktuellen Klima-schutzziele Deutschlands und Europas. Dr. Joachim Nitsch, Stuttgart, in Zusam-menarbeit mit der Abteilung „System-analyse und Technikbewertung“ des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik

[9] Nitsch, J., Wenzel, B., Langfristszenarienund Strategien für den Ausbau erneuerba-rer Energien in Deutschland – Leitszenario2009; Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit; Berlin;August 2009 und weiterführende Arbeiten.

[10] Sachverständigenrat für Umweltfragen(SRU): „100% erneuerbare Stromversor-gung bis 2050: klimaverträglich, sicher,bezahlbar“ Vorläufige Fassung vom 5. Mai 2010

[11] Kirchner, A.; Matthes F.; Modell Deutsch-land – Klimaschutz bis 2050: Vom Ziel herdenken; WWF; Basel/Berlin; Oktober2009.

[12] IEA-Prognose 2008

[13] Bundesministerium für Wirtschaft, Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Endenergieverbrauch nach Anwendungs-bereichen, Berlin 2008

[14] Specht, M.; Baumgart, F.; Feigl, B.; Frick,V.; Stürmer, B.; Zuberbühler, U.; Sterner,M.; Waldstein,. G. (2010): Speicherungvon Bioenergie und erneuerbarem Stromim Erdgasnetz. Themenheft 2009 „Forschen für globale Märkte erneuerbarerEnergien“ FVEE Jahrestagung 2009.

[15] Dr. Rolf-Michael Lücking, Prof. Dr. GerdHauser „Nachhaltige Energieversorgungvon Gebäuden“, TAB-Technik am Bau,Zeitschrift für Technische Gebäude-ausrüstung, 10, 2009, S. 62

[16] Prof. Dr. Gerd Hauser: EnergieeffizientesBauen – Umsetzungsstrategien und Perspektiven in „Energieeffizientes und solares Bauen“ FVEE-Themenheft 2008

Energiekonzept 2050 • Literatur

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Energiekonzept 2050

Literatur

[17] Sterner, M.; Schmid, J.; Wickert, M.(2008): Effizienzgewinn durch erneuerbareEnergien – der Primärenergiebeitrag vonerneuerbaren Energien. BWK No. 60,08/2008. Düsseldorf: Springer-VDI-Verlag.

[18] (Harvard) Lu, X.; McElroya, M. B.; Kiviluo-mac, J. (2009): Global potential for wind-generated electricity. In: PNAS.www.pnas.org/content/early/2009/06/19/0904101106

[19] (UNDP) Goldemberg, J. (2000): WorldEnergy Assessment.Energy and the Challenge of Sustainability. 1. print. NewYork, NY: UNDP/UN-DESA/World EnergyCouncil

[20] (DLR) Teske, S.; Schäfer, O.; Zervos, A.; Beranek, J.; Tunmore, S.; Krewitt, W. et al.(2008): energy [r]evolution. A SustainableGlobal Energy Outlook. Greenpeace undEuropean Renewable Energy Council. Berlin. www.energyblueprint.info/

[21] FAO (2008b): The State of Food and Agriculture 2008: Biofuels – Prospects,Risks and Opportunities. Rome: FAO.

[22] BP (2009): BP Statistical Review of WorldEnergy June 2009. London: BP.

[23] Von Bremen, L.; Hofmann (2009): Storageand Transport Capacities in Europe for afull Renewable Power Supply System.Fraunhofer IWES Studie für Siemens AG.Präsentation auf der ewec 2009 (EuropeanWind Energy Conference). Marseille.

[24] Sterner, M.; Pape, C.; Gerhardt, N.;Jentsch, M.; Saint-Drenan, Y.M.; von Oehsen, A. (2010): Modellierung einer100-Prozent erneuerbaren Stromerzeu-gung in 2050 – das UBA Szenario Regio-nal. Unveröffentlichte Studie, FraunhoferIWES, Umweltbundesamt: Kassel, Dessau.

[25] Sterner, M.; Specht, M.; Gerhardt, N.;Saint-Drenan, Y. M.; Stürmer, B.; Zuberbühler, U. (2010): Erneuerbares Methan – Eine Lösung zur Integration undSpeicherung Erneuerbarer Energien undein Weg zur regenerativen Vollversorgung.Solarzeitalter 01/2010. Eurosolar, Berlin.www.eurosolar.de/de/images/stories/pdf/SZA%201_2010_Sterner_farbig.pdf

[26] Michael Sterner. Bioenergy and renewablepower methane in 100% renewable ener-gy systems. Limiting global warming bytransforming energy systems. Dissertation,Universität Kassel 2009. www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2

[27] Mackensen, R.; Rohrig, K.; Emanuel, H.(2008): Das Regenerative Kombikraftwerk;Abschlussbericht. ISET e. V. Kassel.

[28] Sterner, M.; Gerhardt, N.; Saint-Drenan,Y.M.; von Oehsen, A.; Hochloff, P.; Kocmajewski, M.; Lindner, P.; Jentsch, M.;Pape, C.; Bofinger, S.; Rohrig, K. (2010):Energiewirtschaftliche Bewertung vonPumpspeicherwerken und anderen Speichern im zukünftigen Stromversor-gungssystem. Fraunhofer IWES, Kassel.www.schluchseewerk.de/105.0.html

[29] Robert Pitz-Paal, Henner Gladen, WernerPlatzer: Solarthermische Kraftwerke – Exportschlager ohne Heimatmarkt, FVEE-Themenheft 2009

[30] Dr. Knut Kübler (BMWi), „Der Schlüssel fürmehr Energieeffizienz in Deutschland:Neue Technologien für energieoptimierteGebäude“, FVEE-Themenheft 2008 „Energieeffizientes und solares Bauen“


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Energiekonzept 2050

[31] BMWi – Bundesministerium für Wirtschaftund Technologie: Energiezahlen (2008).Berlin, BMWi.

[32] Jürgen Schmid, et al. „Integration der erneuerbaren Energien in die Strom- undWärmeversorgung“ Themenheft 2009„Forschen für globale Märkte erneuerbarerEnergien“

[33] Forschungsstrategie des FVEE für elektrochemische Stromspeicher und Elektromobilität (April 2010) Link:www.fvee.de/fileadmin/politik/10_04_strategie_stromspeicher_kurzfassung.pdf

[34] Nationaler Entwicklungsplan Elektromobi-lität der Bundesregierung, August 2008

[35] Bundesministerium für Wirtschaft undtechnologie (BMWi): Trends und Hintergründe zur Energieversorgung inDeutschland. Berlin. April 2009.

[36] Friedrich, M., Becker, D., Grondey, A., Laskowski, F., Erhorn, H., Erhorn-Kluttig, H., Hauser, G., Sager, Ch. und Weber, H:CO2-Gebäudereport 2007. Bundesministe-rium für Verkehr, Bau und Stadtentwick-lung, Berlin (2007).

[37] Eicke R. Weber, Der globale Forschungs-markt für erneuerbare Energien: Wettbe-werb und Technologiepartnerschaften,FVEE-Themenheft 2009 „Forschen für globale Märkte“

[38] Patent DE102006034712 A1, Verfahrenzur Reduzierung der CO2-Emission fossilbefeuerter Kraftwerksanlagen, Anmelder:Steag-Saar Energie und IZES gGmbH

[39] EU-Richtlinie über Endenergieeffizienz undEnergiedienstleistungen (2006/28/EG,EDL-Richtlinie) vom 5. April 2006


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Energiekonzept 2050

Das Konzept wurde vom FVEE-Fachausschuss„Nachhaltiges Energiesystem 2050“ erstellt inZusammenarbeit mit dem Direktorium.

Mitglieder des FVEE-Fachausschusses „Nachhaltiges Energiesystem2050“

Federführung:Prof. Dr. Jürgen Schmid (Fraunhofer IWES)

Dr. Andreas Hauer (ZAE Bayern)Dr. Dietrich Schmidt (Fraunhofer IBP)Maike Schmidt (ZSW)Prof. Dr. Frithjof Staiß (ZSW)Dr. Gerd Stadermann (FVEE)Dr. Michael Sterner (Fraunhofer IWES)Gerhard Stryi-Hipp (Fraunhofer ISE)

Dank sagen für ihre Mitarbeit möchten wir auchHerrn Dr. Joachim Nitsch (DLR), Dr. Kurt Rohrigund Dr. Hans-Gerd Busmann (Fraunhofer IWES),Prof. Dr. Uwe Leprich (IZES), Andreas Püttner(ZSW) und Petra Szczepanski (FVEE).

Das Energiekonzept 2050 wird von folgenden Mitglieds-instituten und Direktoren getragen

• Fraunhofer IBP – Fraunhofer-Institut für Bauphysik: Prof. Dr. Gerd Hauser

• Fraunhofer ISE – Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme: Prof. Dr. Eicke Weber

• Fraunhofer IWES – Fraunhofer-Institut fürWindenergie und Energiesystemtechnik:Prof. Dr. Jürgen Schmid

• ISFH – Institut für Solarenergieforschung Hameln/Emmerthal: Prof. Dr. Rolf Brendel

• IZES gGmbH – Institut für ZukunftsEnergie-Systeme: Prof. Dr. Horst Altgeld

• ZAE Bayern – Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung: Prof. Dr. Vladimir Dyakonov

• ZSW – Zentrum für Sonnenenergie- undWasserstoff-Forschung Baden Württemberg:Prof. Dr. Frithjof Staiß

Gesamtproduktion

Hoch3 GmbH – Design- und Werbeagentur

Berlin, Juni 2010

Energiekonzept 2050 • Impressum

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Energiekonzept 2050

Impressum

Geschäftsstelle des ForschungVerbunds Erneuerbare Energien c/o Helmholtz-Zentrum Berlin • Kekuléstraße 512489 Berlin Telefon: 030/8062-1338 • Telefax: 030/8062-1333 • [email protected] • www.fvee.de

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