Zukunft Stromsystem II. Regionalisierung der erneuerbaren Stromerzeugung

Zukunft Stromsystem II. Regionalisierung der erneuerbaren Stromerzeugung

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  www.oeko.de Zukunft Stromsystem II Regionalisierungder erneuerbaren Stromerzeugung Workshop der Umweltstiftung WWF Deutschland auf den Berliner Energietagen » Windenergie im Spannungsfeld zwischen Flächenbedarf und Naturschutz « Berlin, 20. Mai 2019 Dr. Felix Chr. Matthes
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  2 www.oeko.de Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 DerHintergrund: Grundlegender struktureller Umbau der Energie- und Stromsysteme (1) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 TWh Geothermie Deponiegas Abfall (biogen) Biomasse Fotovoltaik Windkraft offshore Windkraft onshore Wasserkraft Historische Daten Nationale Ziele EU-rechtliche Verpflichtung für 2030-2050 sind exemplarische Projektions- Bandbreiten gezeigt
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  3 www.oeko.de Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 DerHintergrund: Grundlegender struktureller Umbau der Energie- und Stromsysteme (2) 0 100 200 300 400 500 600 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 GW Geothermie Deponiegas Abfall (biogen) Biomasse Fotovoltaik Windkraft offshore Windkraft onshore Wasserkraft Historische Daten Nationale Ziele EU-rechtliche Verpflichtung Konventioneller Lastbereich Maximaler effektiver Lastdeckungsbeitrag der regenerativen Erzeugungsflotte für 2030-2050 sind exemplarische Projektions- Bandbreiten gezeigt
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  4 www.oeko.de • Die (vollständige)Umstellung des deutschen Stromsystems auf erneuerbare Energien kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen - mit Blick auf unterschiedliche Technologiemixe für die Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien - mit Blick auf unterschiedliche Regionalisierungsmuster für die Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien - mit Blick auf unterschiedliche Einsatzstrategien für die Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien (z.B. bzgl. der Eigenverbrauchsoptimierung) • Zum heutigen Entwicklungs- und Technologiestand der erneuerbaren Energien muss ein breiterer Satz von Bewertungskriterien reflektiert werden - technische Machbarkeit sowie technisches und marktliches Zusammenspiel der unterschiedlichen Systemelemente als klassische Herausforderung - (System-) Kosten als üblicher Bewertungsmaßstab - Flächeninanspruchnahme und -verfügbarkeit als neue Herausforderung - Infrastrukturbedarf als zunehmend wichtige Herausforderung Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Leitfragen für die Untersuchung
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  5 www.oeko.de • Entwicklung deskonventionellen Kraftwerksparks und der energiewirt- schaftlichen Rahmenbedingungen entsprechend dem Transformations- szenario der Studie „Zukunft Stromsystem – Kohleausstieg 2035“ • Umfangreiche Datenanalysen (Flächen, Verbrauch etc.) auf Ebene der 402 Landkreise in Deutschland • Energiemarkt- und Netzberechnungen mit dem europaweiten Modell PowerFlex-Grid EU des Öko-Instituts • Zusatzanalysen zur Entwicklung der Gesamtkosten des Stromsystems (Erzeugungsanlagen, Speicher, Netze) • Zentrale Ergebnisse - regionalisierte Stromerzeugung - jährliche und kumulierte CO2-Emissionen - regionalisierter Flächenbedarf - relationsspezifischer Infrastrukturbedarf (Übertragungsnetze) - Systemkosten Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Methodischer Ansatz
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  6 www.oeko.de 41 56 65 7890 99 107 42 55 83 106 132 169 210 14 19 22 26 31 39 48 14 19 33 46 56 75 102 57 67 80 87 100 126 178 57 67 67 67 70 88 115 6 18 27 33 39 45 51 6 18 27 33 39 45 51 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Energiewende-Referenz Fokus Solar GW Wind-Offshore Wind-Onshore PV (Freifläche) PV (Dachfläche) Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Umfassender Vergleich zweier Szenarien: Energiewende Referenz und Fokus Solar (1) Energiewende Referenz weitgehend gleichlaufen- der Ausbau von Onshore- Wind und Solar-PV Fokus Solar stärkerer PV-Ausbau mit starken Eigenverbrauchs- Anteilen, schwächerer Aus- bau von Onshore-Wind
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  7 www.oeko.de Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 UmfassenderVergleich zweier Szenarien: Energiewende Referenz und Fokus Solar (2) Onshore- Windkraft Muster des schwächeren Ausbaus folgt entlastet de norddeutschen Regionen mit gutem Windangebot Gebäude- integrierte PV Muster des verstärkten Ausbaus folgt Bevölkerungs- dichte und Siedlungs- strukturen Freiflächen- PV Muster des verstärkten Ausbaus folgt dem Solar- angebot und geringerer Bevölkerungs- dichte
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  8 www.oeko.de • Im Szenariojahr2035 - Energiewende-Referenz: 1,2% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen und 0,1% für PV-Freiflächenanlagen - Fokus Solar: 1,0% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen und 0,2% für PV-Freiflächenanlagen • Im Szenariojahr 2050 - Energiewende-Referenz: 2,3% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen und 0,2% für PV-Freiflächenanlagen - Fokus Solar: 1,5% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen und 0,5% für PV-Freiflächenanlagen • Flächenrestriktionen (restriktivste Perspektive) - 1,7% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen weitgehend restriktions- frei, 0,7% mit weichen Restriktionen (Einzelbewertungen nötig) - 0,9% der Landesfläche für PV-Freiflächenanlagen - maximal verfügbare Fläche für Aufdachanlagen: ca. 200 GW Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Flächenbedarf als kritische Größe
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  9 www.oeko.de 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 2020 2025 20302035 2040 2045 2050 ZunahmeInvestitionsbedarf(%) Energiewende-Referenz Fokus Solar Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 (Insgesamt) vergleichbarer Ausbau der Übertragungsnetze notwendig Gesamt-Ausbaubedarf in beiden Szenarien insgesamt sehr ähnlicher Zusatzbedarf, Mehrbedarf ändert sich im Zeitverlauf
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  10 www.oeko.de Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 NotwendigerAusbau der Übertragungs- netze ändert sich ab 2035/40 strukturell Energiewende-Referenz Fokus Solar Konkreter Netzbedarf ändert sich hinsichtlich der strukturellen Schwerpunkte ab 2035/40: es entstehen klare Pfadabhängigkeiten
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  11 www.oeko.de • Kosten derregenerativen Erzeugungsanlagen - im Szenario Fokus Solar leicht über denen des Szenarios Energiewende- Referenz (max. 0,63 Mrd. € jährlich) - vor allem bedingt durch die (leicht) höheren Kosten der PV-Aufdachanlagen • Kosten der Speicheranlagen - im Szenario Fokus Solar leicht über denen des Szenarios Energiewende- Referenz (max. 0,67 Mrd. € jährlich) - vor allem bedingt durch den zusätzlichen Bedarf an Batteriespeichern • Kosten des Übertragungsnetzes - extrem geringe Unterschiede: Kosten im Szenario Fokus Solar teilweise bis zu 0,17 Mrd. € unter denen des Szenarios Energiewende Referenz, teilweise auch bis zu 0,15 Mrd. € darüber • Gesamte Systemkosten - im Szenario Fokus Solar leicht über denen des Szenarios Energiewende- Referenz (max. 1,34 Mrd. € jährlich) Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Systemkostenunterschiede zwischen den Szenarien bleiben gering
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  12 www.oeko.de • (Sehr) unterschiedlicheAusprägungen des Erneuerbaren-Ausbaus sind möglich und darstellbar - hinsichtlich des Technologiemixes - hinsichtlich der regionalen Verteilung - hinsichtlich der Betriebsregime (z.B. Eigenverbrauchsoptimierung) • Im Zeitverlauf entwickelt sich die Flächenverfügbarkeit zur zentralen Restriktion, vor allem für den Ausbau der Onshore-Windenergie (1,7 bis 2,4% der Landesfläche), die Freiflächen-PV (0,9% der Landesfläche) sowie bei den Aufdach PV-Anlagen (ca. 200 GW). • Es existiert ein (leichtes) Spannungsfeld zwischen Systemkosten und Flächenbedarf, die Flächenrestriktion ist aber die deutlich härtere Restriktion. • Der Infrastrukturbedarf (im Bereich der Übertragungsnetze) unterscheidet sich zwischen den beiden Szenarien nicht signifikant, ab 2035/40 ergeben sich jedoch unterschiedliche Ausbauschwerpunkte. Hier müssen Ende der 2020er Jahre Pfadentscheidungen getroffen werden. Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Zentrale Erkenntnisse aus den Szenarienanalysen
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  13 www.oeko.de • Flächenrestriktionen müssenstärker in den Blick genommen werden. • Die regionale Verteilung des Ausbaus der regenerativen Stromerzeugung sollte bereits frühzeitig besser gesteuert werden. • Die kombinierte Nutzung der geeigneten Flächen (im Bereich der Energieerzeugung, aber auch bzgl. Energieerzeugung und den verschiedenen wirtschaftlichen Nutzungen) sollte aktiver adressiert werden. • Die reale Erschließung der verfügbaren Dachflächenpotenziale ist von hoher Bedeutung (auch mit Blick auf die Rolle der Gebäudeeigentümer). • Für die robuste Identifikation des notwendigen Infrastrukturausbaus sollten in der Netzentwicklungsplanung breitere Bandbreiten für den Ausbau erneuerbarer Energien berücksichtigt werden (auch für den in dieser Studie nicht variierten Ausbau der Offshore-Windstromerzeugung), für den Zeitraum nach 2030 werden hier Pfadentscheidungen notwendig. • Die Datengrundlagen für die Regionalisierung des Ausbaus der erneuerbaren Energien bedürfen angesichts des hohen Planungs- und Modellierungsbedarfs einer erheblichen qualitativen Verbesserung. Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019 Zentrale Schlussfolgerungen aus den Szenarienanalysen
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