Potenzialatlas 2020 Online

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Potenzialatlas 2020 Online

  1. 1. ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
  2. 2. ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND www.unendlich-viel-energie.de
  3. 3. INHALT Inhaltsübersicht 1. EINLEITUNG 5 2. FLÄCHENBEDARF FÜR ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 6 3. WINDENERGIE - RÜCKENWIND FÜR DIE STROMVERSORGUNG 8 Mehr Ertrag mit weniger Anlagen 10 Windenergie holt mehr Strom aus der Fläche als Braunkohle 14 Offshore-Windenergie: Energie vom stürmischen Meer 16 4. SOLARENERGIE – SONNIGE AUSSICHTEN FÜR STROM UND WÄRME 18 Strom aus Solarenergie 20 Dachanlagen für Solarenergie 22 Freiflächenanlagen für Solarenergie 24 Solarthermie: Heizen und Kühlen mit Sonne 26 5. GEOTHERMIE – ENERGIE AUS DER TIEFE 28 Nutzungstiefen Geothermie 30 Geothermische Kraft –und Heizwerke 32 Oberflächennahe Geothermie 34 6. BIOENERGIE – VIEL ERTRAG VON WENIG FLÄCHE 36 Woher die Bioenergie kommt: Acker- und Grünland 40 Woher die Bioenergie kommt: Reststoffe 42 Selbstversorgung mit Bioenergie 44 7. WASSERKRAFT – QUELLE FÜR SAUBERE ENERGIE 46 Wasserkraftpotenzial: Bestehende Querverbauungen 49 Ausbaupotenzial der kleinen Wasserkraft 50 Ausbaupotenzial der großen Wasserkraft 52 8. DATEN KOMPAKT 54 GLOSSAR 56 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 61 LITERATUR- UND ABBILDUNGSNACHWEIS, IMPRESSUM 62 2 3
  4. 4. EINLEITUNG Eine zukunftsfähige Energiepolitik muss Umwelt- und Kli- Aber Deutschland hat das Potenzial zu viel mehr. Bis 2020 maschutz, Wirtschaftlichkeit sowie Versorgungssicherheit werden nach Branchenberechnungen 28 Prozent des End- gleichermaßen verfolgen. Erneuerbare Energien leisten energieverbrauchs durch Erneuerbare Energien gedeckt. hierzu einen erheblichen Beitrag. Dieser Ausbau geht einher mit enormen volkswirtschaft- lichen Gewinnen. So können im Jahr 2020 Kosten für fos- Anders als fossile Energiequellen verursachen Strom, sile Brennstoffimporte in Höhe von 50 Mrd. Euro durch die Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien kaum Nutzung von Erneuerbaren Energien eingespart werden. Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2). So wirken sie dem Zudem können sie den Ausstoß von 287 Mio. Tonnen Treib- Klimawandel entgegen, der mit erheblichen wirtschaft- hausgasen vermeiden und somit zukünftige Umwelt- und lichen Folgekosten verbunden ist. Klimaschäden in Höhe von etwa 20 Mrd. Euro verhindern. Gleichzeitig reduzieren Erneuerbare Energien die Import- Deutschland hat in den vergangenen 10 Jahren gezeigt, kosten für Erdöl, Erdgas und Kohle (BEE: 8,3 Mrd. Euro im dass ein starker Ausbau der Erneuerbaren Energien in kur- Jahr 2008). Drei Viertel der in Deutschland genutzten Ener- zer Zeit möglich ist und gilt international als Vorbild. Und gie wird importiert. Durch den Ausbau von Erneuerbaren Deutschland hat das Potenzial, diesen starken Ausbau auch Energien kann die Importabhängigkeit verringert und in den kommenden 10 Jahren fortzuführen. Die Branche gleichzeitig die Versorgungssicherheit gesteigert werden. prognostiziert für das Jahr 2020 einen Anteil der Erneuer- baren Energien von 47 Prozent am Stromverbrauch, 25 Zukunftsfähig ist deshalb nur eine Energieversorgung aus Prozent am Wärmeverbrauch und von 22 Prozent am Kraft- Wind-, Solar-, Wasser-, Bioenergie und Geothermie. Sie stoffverbrauch im Straßenverkehr. stehen weltweit unendlich zur Verfügung. Ihr Potenzial ist bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. Die Fläche, die hierfür benötigt wird, ist gering. Das zeigt dieser „Potenzialatlas der Erneuerbaren Energien 2020“. Auch die Europäische Union (EU) hat dies erkannt und be- Je nach Klima, Landschaft, Siedlungs- und Agrarstruktur schlossen, den Anteil Erneuerbarer Energien in der EU bis bietet jede Region ihre eigenen, unterschiedlichen Poten- 2020 auf 20 Prozent zu steigern. Dabei ist für Deutschland ziale. Überall liegen ungenutzte Chancen, die nur da- ein nationales Ziel von 18 Prozent am gesamten Endener- rauf warten, ergriffen zu werden. Denn eines ist gewiss: gieverbrauch vorgesehen. Deutschland hat unendlich viel Energie. Anteile Erneuerbarer Energien an der Energieversorgung in Deutschland Strom Wärme Kraftstoff Endenergieverbrauch Anteile Erneuerbarer Anteile Erneuerbarer Anteile Erneuerbarer Anteile Erneuerbarer Energien am gesamten Energien am gesamten Energien am gesamten Energien am gesamten Bruttostromverbrauch Wärmeverbrauch Kraftstoffverbrauch Endenergieverbrauch (Straßenverkehr) (Strom, Wärme, Verkehr) 47 % ≥ 30 % 28 % 25 % 22 % 18 % 47 Prozent regenerativer Strom 15,1 % 14 % in Deutschland bis 2020 – das 12 % 9,5 % prognostiziert die Erneuerbare- 7,4 % Energien-Branche 4,8 % 5,9 % 3,1 % 3,5 % 0,2 % 1998 2008 2020 2020 1998 2008 2020 2020 1998 2008 2020 2020 1998 2008 2020 2020 Ziel der Branchen- Ziel der Branchen- Ziel der Branchen- Ziel der Branchen- Bundes- prognose Bundes- prognose Bundes- prognose Bundes- prognose regierung 2020 regierung 2020 regierung 2020 regierung 2020 (Stand (BEE/AEE) (Stand (BEE/AEE) (Stand (BEE/AEE) (Stand (BEE/AEE) 2009) 2009) 2009) 2009) 4 5
  5. 5. FLÄCHENBEDARF FÜR ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 Kraftstoff Wärme Strom 22 % 2020 25 % 2020 47% 2020 Anteile am Kraftstoffverbrauch Anteile am Wärmeverbrauch 2020: Anteile am (Straße, einschließlich Elektro- Stromverbrauch 2020: fahrzeuge) 2020: 5,8 %2020 Windenergie auf See: Strom aus 37,0 Mrd. kWhel Erneuerbaren Energien: 67,0 Mrd. kWh Gesamtfläche Deutschlands: 35,7 Mio. ha 0 6 ,2 %2020 Windenergie an Land: 112,1 Mrd. kWhel 1 8 ,8 %2020 Windenergieanlagen werden vorrangig auf landwirt- schaftlich genutzten Flächen installiert. Der Flächen- bedarf errechnet sich aus 270.000 ha den Abstandsflächen zur nächsten Anlage bzw. aus den 13,1 versiegelten Flächen durch Fundamente. %2020 2.700 ha Bioenergie: 150,3 Mrd. kWhth 0 9 ,1 Bioenergie: 54,3 Mrd. kWhel 0,2 %2020 %2020 3,7 Mio. ha Strom aus Der überwiegende Teil von Erneuerbaren Energien Photovoltaik- und Solarthermie- anlagen wird in Dächer und 0,9 Mrd. kWh Fassaden integriert: 37.000 ha. Freiflächenanlagen (Strom): 10.500 ha Wasserkraft: 31,9 Mrd. kWhel 2,6 0 5 ,4 %2020 %2020 21,4 %2020 Solarthermie: 30,1 Mrd. kWhth Photovoltaik: 39,5 Mrd. kWhel Bioenergie: 0 6 ,6 %2020 111,3 Mrd. kWh 3,6 960.000 ha (unterirdisch) %2020 Geothermie: 42,1 Mrd. kWhth Geothermie: 3,8 Mrd. kWhel 0 0 ,6 %2020 Die Rechtecke bilden den jeweiligen Flächenbedarf der Erneuerbaren Energien an der Gesamtfläche der Bundesrepublik Deutschland maßstabsgetreu ab und 6 sind nicht ortsbezogen. 7
  6. 6. WINDENERGIE RÜCKENWIND FÜR DIE Windgeschwindigkeiten in 120 m Höhe Kiel STROMVERSORGUNG Hamburg Schwerin WINDENERGIE Bremen In 120 m Höhe weht der Berlin Wind durchschnittlich mit einer Geschwindigkeit Hannover von Die Windenergie liefert zwar heute schon den größten Anteil erneuer- baren Stroms, ihr Potenzial ist jedoch noch längst nicht ausgeschöpft. Das über 8 m/s liegt in erster Linie an der rasanten Leistungssteigerung der Technik. Der Magdeburg stärkere Wind in großen Höhen kann fast überall in Deutschland genutzt werden, und viele alte können durch wenige moderne leistungsstarke An- 7 – 8 m/s lagen ersetzt werden. Das bedeutet, dass immer weniger, aber leistungs- stärkere Windenergieanlagen immer mehr Strom erzeugen werden. nur Fundamentsflächen 2008: 1.700 ha 6 – 7 m/s Seit August 2009 erzeugen auch Windenergieanlagen vor der deutschen 2020: 2.700 ha Düsseldorf Küste (sog. Offshore-Windenergie) Strom. Sie werden zukünftig in erheb- Dresden lichem Maße zur Stromversorgung beitragen. 4,5 – 6 m/s inkl. Abstandsflächen 2008: 170.000 ha 2020: 270.000 ha 3 – 4,5 m/s unter 3 m/s Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020 (nur Onshore-Windenergie) Dass der Wind an der Küste am 40,4 2008 stärksten weht, ist keine Über- 1 8,8 % Mrd. kWh/a Mainz raschung. Trotzdem lohnt es sich 2020 Strom 2020 112,1 auch in Süddeutschland, auf Wind- Mrd. kWh/a energie zu setzen. Denn es gibt für jeden Wind die passende Anlage. Flächenbedarf 2008 und 2020 Saarbrücken 2008: 170.000 ha Stuttgart 2020: 270.000 ha inkl. Abstandsflächen 2008: 1.700 ha 2020: 2.700 ha nur Fundamentsflächen München Um die gegenseitige Beeinflussung zu minimieren, müssen Wind- energieanlagen einen Mindestabstand zueinander einhalten. Dieser ist abhängig von der vorherrschenden Windrichtung und der Anlagengröße. Der rechnerische Wert für das Jahr 2008 beträgt eine Abstandsfläche von 7 Hektar pro MW. Da immer weniger, aber leistungsstärkere Wind- energieanlagen immer mehr Strom produzieren, fällt der rechnerische Wert für das Jahr 2020 mit 6 Hektar pro MW geringer aus. Die Fundamentsfläche einer Windenergieanlage beträgt maximal ein Prozent der Abstandsfläche und versiegelt den Boden. Die Abstands- 100 km flächen können aber z.B. für die Landwirtschaft genutzt werden. Quelle:
  7. 7. MEHR ERTRAG MIT WENIGER ANLAGEN DURCH TECHNISCHEN FORTSCHRITT UND AUSNUTZUNG DES HÖHENPOTENZIALS WINDENERGIE Technische Entwicklungen in der Windenergiein- Rotordurchmesser x 2 BEISPIEL NORDRHEIN-WESTFALEN: DAS WINPOTENZIAL WÄCHST MIT DER HÖHE dustrie führen zu größeren und leistungsfähigeren = Ertrag x 4 Anlagen. Mehrere alte Windenergieanlagen kön- nen durch eine moderne Anlage ersetzt werden. Windgeschwindigkeiten in 80 m Höhe Windgeschwindigkeiten in 120 m Höhe Im Zuge des sogenannten Repowering kann mehr Strom mit weniger Anlagen erzeugt werden. Nabenhöhe + 1 m In höheren Bereichen weht der Wind nicht nur = Ertrag + 1 % stärker, sondern auch regelmäßiger. Durch eine Steigerung der Nabenhöhe können deshalb selbst Anlagen an durchschnittlichen Standorten Nabe im Binnenland die Erträge eines Küstenstand- orts erreichen. Als Faustregel gilt: pro Meter höherer Nabe steigert sich der Ertrag der Windenergie bis zu einem Prozent. 100 km 0 3 4,5 6 7 8+ m/s 0 3 4,5 6 7 8+ m/s Kartengrundlage: DWD (2008) Kartengrundlage: Es gibt überall Wind und für jeden Wind die passende Anlage. Beispielrechnung: An jedem Standort können ähnliche Stromerträge erzielt werden, wenn Höhe und Größe der Windenergieanlage dem Standort angepasst sind. Höhenbegrenzungen schmälern Installierte Leistung das Repowering-Potenzial. und potenzieller Jahresenergieertrag 2008 Der Einsatz moderner Anlagen scheitert häufig an den Vorgaben für Höhenbegrenzungen der Länder und Ge- meinden. Dadurch bleibt viel Potenzial ungenutzt. In Nordrhein-Westfalen ist die Höhe von Windenergie- 2.694 MW anlagen pauschal auf 100 m beschränkt (Stand 2009). 5,4 Mrd. kWh 1.431 MW 2.700 Anlagen (insgesamt rund 2.700 MW) haben 2008 34 MW 2,7 Mrd. kWh ca. 4,6 Mrd. kWh Strom produziert. Allein der Ersatz von 0,1 Mrd. kWh schwachen Altanlagen mit einer geringeren Leistung als 88 MW 0,2 Mrd. kWh 1 MW durch Anlagen der 2 MW-Klasse mit einer maxima- 2 MW len Höhe von 150 m könnte diesen Ertrag auf 10,2 Mrd. 6.028 MW 4 Mio. kWh kWh mehr als verdoppeln – bei deutlich verringerter 11,3 Mrd. kWh 3.767 MW Anlagenzahl. 6,5 Mrd. kWh 3.014 MW Nordrhein-Westfalen wäre ohne Höhenbeschränkungen 2.677 MW 5,8 Mrd. kWh 4,6 Mrd. kWh bundesweit in der Spitzengruppe in Sachen Windenergie. 851 MW 1,4 Mrd. kWh Offshore (Auf See) Küstennah Norddeutsches Tiefland Mittelgebirge Quelle: BWE (2009) 692 MW 509 MW 1,2 Mrd.kWh 4 MW Leistung 0,8 Mrd. kWh 4 MW Leistung 4 MW Leistung 4 MW Leistung 1.207 MW 140 m Nabenhöhe 1,9 Mrd. kWh 90 m Nabenhöhe 120 m Nabenhöhe 125 m Rotor- 140 m Nabenhöhe 95 m Rotor- 100 m Rotor- durchmesser 125 m Rotor- 77 MW 0,1 Mrd. kWh durchmesser durchmesser durchmesser 12,0 Mio. kWh 14,4 Mio. kWh 14,4 Mio. kWh Stromertrag 13,2 Mio. kWh 422 MW Stromertrag Stromertrag pro Jahr Stromertrag 0,6 Mrd. kWh 411 MW 0,5 Mrd. kWh pro Jahr pro Jahr pro Jahr 10 0- 100- 500- 1.000- 2.000- über installierte Leistung 100 500 1.000 2.000 5.000 5.000 in MW Kartengrundlage: DEWI (2009) 10 11
  8. 8. REPOWERING BERUHIGT DAS LANDSCHAFTSBILD REPOWERING WINDENERGIE Simonsberg BEISPIEL SCHLESWIG-HOLSTEIN: WINDPARK SIMONSBERG vorher 13 Windenergieanlagen 42 m Nabenhöhe 5,5 MW gesamte installierte Leistung Stromerzeugung pro Jahr: 14,4 Mio. kWh nachher 5 Windenergieanlagen 120 m Nabenhöhe 15 MW gesamte installierte Leistung Stromerzeugung pro Jahr: 48 Mio. kWh 12 13
  9. 9. WINDENERGIE HOLT MEHR STROM AUS DER FLÄCHE ALS BRAUNKOHLE FLÄCHENBEDARF WINDENERGIE Flächenbedarf der Braunkohle (Garzweiler II, Nordrhein-Westfalen) Garzweiler 9 km 2006 2017 2035 2025 Braunkohletagebau Garzweiler II (NRW) Windpark Bergheim/Rheidt 2044 12 km Braunkohle Windenergie Das Abbaufeld Garzweiler II umfasst eine Fläche von 4.800 Hektar und Tagebau Garzweiler II 2008 2008 Windpark Bergheim/Rheidt beinhaltet rund 1,3 Mrd. Tonnen Braunkohle. Die Laufzeit des Tagebaus Jährlicher potenzieller ca. 7,3 Mio. kWh ca. 22,5 Mio. kWh nur Jährlicher Ertrag beträgt 40 Jahre. Im Schnitt könnten 32,5 Mio. Tonnen pro Jahr geför- Ertrag pro Hektar Fundamentsfläche pro Hektar dert werden. Ein modernes Braunkohlekraftwerk mit einem Wirkungs- ca. 225.000 kWh inkl. Abstandsflächen grad von 43 Prozent kann mit dieser Menge pro Jahr etwa 35 Mrd. kWh Strom produzieren. Daraus ergibt sich ein Stromertrag pro Hektar und Abstandsfläche Jahr von ca. 7,3 Mio. kWh. Vergleicht man diesen Wert mit dem Stromertrag pro Hektar versie- gelter Fläche einer Windenergieanlage des benachbarten Windparks Bergheim/Rheidt, so zeigt sich, dass schon eine Anlage mit einer instal- Deutschland 2008 2008 2020 Deutschland lierten Leistung von zwei Megawatt mehr Strom aus der Fläche holt als (nur Onshore-Windenergie) Fundamentsfläche Braunkohle. Stromerzeugung 150 Mrd. kWh 40,4 Mrd. kWh 112,1 Mrd. kWh Stromerzeugung Flächenbedarf 48.300 ha 1.700 ha 2.700 ha nur Flächenbedarf Braunkohle ist ein äußerst problematischer Energieträger, denn im Ver- Fundamentsfläche gleich zu Steinkohle und Erdgas setzt sie besonders viel Kohlendioxid 170.000 ha 270.000 ha inkl. Abstandsflächen frei und trägt somit wesentlich zum Klimawandel bei. Für den Abbau Jährlicher Ertrag 3,1 Mio. kWh 24 Mio. kWh 41,5 Mio. kWh nur Jährlicher Ertrag wird zudem großflächig das Grundwasser abgesenkt und gesamte pro Hektar Fundamentsfläche pro Hektar Dörfer werden umgesiedelt. Für den Tagebau Garzweiler II müssen ins- 240.000 kWh 415.000 kWh inkl. Abstandsflächen gesamt 7.600 Einwohner aus 13 Ortschaften ihr Heim verlassen. Quelle: DEBRIV (2009) 14 500 m 15
  10. 10. OFFSHORE-WINDENERGIE: ENERGIE VOM STÜRMISCHEN MEER OFFSHORE WINDENERGIE Offshore-Windparks Ausschließliche Wirtschaftszone Auf dem Meer weht der Wind stärker und Deutschlands 05 stetiger. Deshalb ist die Energieausbeute 07 von Windenergieanlagen auf See etwa 06 40 Prozent höher als die an Land. Die 08 Herausforderungen des Ausbaus in deut- schen Gewässern liegen vor allem darin, die Anlagen in großer Entfernung von der 23 Küste (30-100 km) und in großen Wasser- tiefen (20-40 m) zu installieren. 24 25 22 11 13 10 Kiel 09 12 14 21 4 Rostock 16 18 19 01 15 17 20 Hamburg 03 Im August 2009 ging die erste deutsche Emden Offshore-Windenergieanlage (Alpha Ven- 02 tus, 5 MW) ans Netz. Bau Anzahl der Anlagen Leistung (erste Baustufe/Endausbau) je Anlage (MW) Windparks in Betrieb Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020 01 Alpha Ventus 2009 1 / 12 5 (nur Offshore-Windenergie) 02 Dollart (Emden)* 2004 1/1 4,5 03 Hooksiel* 2008 1/1 5 04 Rostock* 2006 1/1 2,5 0 6,2 % 0 2008 Mrd. kWh/a Genehmigte Windparks (erste Baustufe) 05 Sandbank 24 2010 80 / 980 3-5 2020 Strom 2020 37 Mrd. kWh/a 06 Nördlicher Grund k.A. 80 / 402 3-5 07 Dan Tysk 2011 80 / 300 5 Windpark 08 Butendiek 2012 80 / 80 3,6 Die Windenergie auf hoher See wird zukünftig in erheblichem Maß zur 09 Bard Offshore I 2009 80 / 320 5 erneuerbaren Energieversorgung beitragen. in Betrieb 10 Hochsee Windpak Nordsee k.A. 80 / 508 k.A. Etwa 20 Windparks mit einer gesamten installierten Leistung von 20.000 11 Global Tech I 2011 80 / 320 5 12 Nordsee Ost 2010 8/8 4-5 MW sind genehmigt. Zwölf weitere Windparks mit insgesamt ca. 5.000 genehmigt 13 Amrumbank West 2011 80 / 80 3,5-5 MW sind im fortgeschrittenen Genehmigungsverfahren. Wassertiefe 14 Meerwind 2010 80 / 270 5 15 Borkum Riffgrund West 2011 80 / 458 2,5-5 unter 5 m 16 Borkum West II 2012 80 / 80 5 5 – 10 m 17 Borkum Riffgrund West 2011 77 / 180 3-5 Ausbaupotenzial 10 – 20 m 18 Delta Nordsee 2012 36 / 80 4-5 20 – 30 m 19 Gode Wind 2011 80 / 224 3-5 20 Nordergründe 2010 18 / 18 5 über 30 m 21 Geofree k.A. 5/5 5 22 Baltik I 2010 21 / 21 2,3 0 MW 10.000 MW 20.000 MW 23 Kriegers Flak 2011/2012 80 / 80 3-3,5 und 5 Installierte Leistung Installierte Leistung Leistung 40 km 24 Ventotec Ost 2 2012 50 / 200 3 2008 2020 aller bereits 25 Arkona Becken Südost 2012 80 / 201 4-5 genehmigter Anlagen 16 * Offshore-Testanlage in Ufernähe Quelle: BSH (2009) 17
  11. 11. SOLARENERGIE SONNIGE Kiel AUSSICHTEN FÜR Hamburg Schwerin STROM UND WÄRME Bremen SOLARENERGIE Berlin In Deutschland liegt die jährliche Sonneneinstrahlung pro Quadrat- Hannover meter zwischen 900 und 1.200 kWh. Das ist zwar weniger als in Süd- europa oder Afrika, jedoch ausreichend, einen wichtigen Beitrag zur Strom- und Wärmeversorgung in Deutschland zu leisten. 234.400 Hek- Magdeburg tar Gebäudeflächen sind für die solare Nutzung geeignet. Bisher wur- den hiervon nur 2,5 Prozent genutzt. Das zeigt: Es gibt noch sehr viel Potenzial zu erschließen. Freiflächenanlagen (Strom) Düsseldorf 2008: 1.700 ha Dresden 2020: 10.500 ha Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020 Gebäudeflächen für Photovoltaik und Solarthermie Jährliche Im Durchschnitt jährlich erzeugte Strom- 2008 4,0 0 6,6 % Sonnenein- menge einer 1 kWpeak -Photovoltaikanlage Mrd. kWh/a 2008 5.800 ha strahlung mit südwärts ausgerichteten PV-Modulen im Winkel von 35 Grad und einem Perfor- 2020 Strom 2020 39,5 2020: 37.000 ha mance Ratio von 0,85. Mrd. kWh/a kWh/m² kWh/kWp 2008 4,1 2,6 > 1.400 > 1.190 Potenzial geeigneter Mrd. kWh/a Mainz Gebäudeflächen: 1.350 1.150 %2020 Wärme 2020 30,1 234.400 ha Mrd. kWh/a 1.300 1.105 1.250 1.065 Saarbrücken 1.200 1.020 1.150 980 Flächenbedarf 2008 und 2020 1.100 935 Stuttgart < 1.050 < 890 Freiflächen für Photovoltaik 2008: 1.700 ha 2020: 10.500 ha Gebäudeflächen für Photovoltaik München Beispielrechnung: und Solarthermie In Kiel beträgt die jährliche Sonnenein- 2008 5.800 ha strahlung 1.100 kWh/m². Eine südlich ausgerichtete und um 35 Grad geneigte 2020: 37.000 ha Photovoltaikanlage mit 1 kWp installierter Leistung auf ca. 10 m2 erzeugt 935 kWh im Jahr. Dies entspricht 27 Prozent des jährlichen Stromverbrauchs eines Durch- Potenzial geeigneter schnitthaushaltes. In München erzeugt 100 km Gebäudeflächen: 1 kWpeak 1.170 kWh Strom pro Jahr und deckt 234.400 ha somit 33 Prozent des Stromverbrauchs. Quelle:
  12. 12. STROM AUS SOLARENERGIE So viel Strom wurde 2008 aus der Sonneneinstrahlung in Deutschland erzeugt: Es gibt noch viel Potenzial für Photovoltaik auf privaten Dächern. Sonneneinstrahlung 2008 Stromerzeugung je Wahlkreis in kWh 2008 Schon 10 m2 Dachfläche reichen aus, um ca. ein Viertel des Das Potenzial, das die Dachflächen von Ein- und Zweifami- Stromverbrauchs eines Durchschnittshaushaltes zu de- lienhäusern in Deutschland zur Stromerzeugung bieten, ist cken. Viele Haushalte nutzen die Chance, Strom auf dem jedoch noch bei Weitem nicht ausgeschöpft. eigenen Dach zu produzieren. Potenzial für Dachflächen-Photovoltaik je Landkreis Ausschöpfung des Potenzials für Dachflächen-Photovoltaik in MWpeak je Landkreis in Prozent 2008 100 km 100 km 1.230 kWh/m² 125 Mio. kWh 1.145 kWh/m² 60 Mio. kWh 1.070 kWh/m² 15 Mio. kWh 100 km 100 km 985 kWh/m² 5 Mio. kWh 900 kWh/m² Kartengrundlage: DWD (2009) 0,2 Mio. kWh Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009) So wird die Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung genutzt: 350.000 200.000 MWpeak MWpeak 27 10 % % 150.000 MWpeak 8 % 6 % 100.000 MWpeak 4 % 50.000 MWpeak 2 % 10.000 MWpeak 1 % 5.000 MWpeak Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009) 0 % Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009) BEISPIEL BERLIN: DACHFLÄCHENPOTENZIAL Berlin Dachflächenpotenzial privater Wohnhäuser: 340 MWpeak Bisherige Potenzialausschöpfung: 3,2 % Die Solarzellen erzeugen aus der Energie der Sonnenstrahlen Gleichstrom. So wurde gerechnet: Die Potenzialberechnung basiert auf der Anzahl der Ein- Der Wechselstromrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom und Zweifamilienhäuser. Dabei wird davon ausgegangen, um, damit er ins Stromnetz eingespeist werden kann. dass im ländlichen Raum aufgrund geringerer Verschattung ein höherer Anteil der Wohnhäuser für Photovoltaik geeig- Die Stromzähler messen, wie viel Strom eingespeist und wie viel net ist als im städtischen Raum. Strom wieder aus dem Netz bezogen wird. 20 21
  13. 13. DACHANLAGEN SOLARENERGIE BEISPIEL OSNABRÜCK: Osnabrück ist ein Beispiel dafür, wie die Nutzung der Solar- So wurde gerechnet: DURCH SOLARENERGIE KÖNNEN OSNABRÜCKS DÄCHER energie optimiert werden kann. Die Stadt gab eine so ge- • Erfasste Gebäude: 69.759 von 73.430 Gebäuden MEHR ALS 100 PROZENT DES STROMBEDARFS ALLER HAUSHALTE DECKEN nannte Laserbefliegung in Auftrag, mit der die Eignung der • Gut und sehr gut geeignete Gebäude: 27.500 Osnabrücker Dächer für Solarenergie überprüft werden • Bei der Berechnung wurde von einem Modulwirkungs- konnte. grad von 15 Prozent ausgegangen, wie ihn gute mono- Osnabrück Dabei sind Spezialflugzeuge im Einsatz, an deren Rumpf ein und polykristalline Solarzellen aus Silizium heute er- Sensor angebracht ist. Dieser Sensor scannt das gesamte reichen (Stand 2009). Gelände hochauflösend ab. Auf Grund des hohen Detaillie- • 1 kWp Nennleistung erzeugt in Osnabrück pro Jahr Solarenergiepotenzial (Stromertrag) rungsgrades sowie der großflächigen Erfassung von Laser- 650- 900 kWh Strom. Dafür ist eine PV-Anlage mit einer scannerdaten sind erstmals kleinräumige Analysen wie die Modulfläche von 6,7 m2 notwendig. über 125 kWh/m² Bestimmung der Dachneigung über große Untersuchungs- gebiete möglich gewesen. Der Ertrag ist abhängig von Neigung, Ausrichtung und Für diese Methode zur Erfassung des solaren Ertragspoten- Verschattung des Moduls. Die höchsten Erträge werden 105–125 kWh/m² zials diente Osnabrück 2005 als Pilotregion. Bei fast 70.000 bei genauer Südausrichtung und 35 Grad Dachneigung Gebäuden konnte die Dachform, -neigung, -ausrichtung und erzielt. 90–105 kWh/m² -verschattung ermittelt und somit das Solarenergiepoten- zial aller Dächer erfasst werden. Inzwischen folgten mehre- re Städte dem Beispiel Osnabrücks. ungeeignet für Photovoltaik- anlagen keine Daten aus der Scanner- befliegung vorliegend Gewässer 37 % der Dachflächen Osnabrücks Wald sind sehr gut oder gut für die Nutzung der Solarenergie geeignet. Grünflächen Verkehrsflächen N 100 m Maschstr. 20 max. installierbare Modulfläche: 13 m² Stromverbrauch der Stromertrag: 1.314 kWh/a Privathaushalte von bedingt geeignet Osnabrück in 2008 231 Mio. kWh Wären alle sehr gut und gut geeigneten Dächer im Stadtgebiet mit Photovoltaikanlagen belegt, könnte Stromproduktion von Augustenburger Str. 32 mehr Strom produziert allen sehr gut und gut max. installierbare Modulfläche: 13 m² werden, als alle Privathaushalte geeigneten Dachflächen Stromertrag: 1.681 kWh/a zusammen verbrauchen. (37 %) 249 Mio. kWh sehr gut geeignet 22 Quelle: SUN-AREA (2008) 23
  14. 14. PHOTOVOLTAIK NUTZT AUFGEGEBENE MILITÄRFLÄCHEN FREIFLÄCHENANLAGEN SOLARENERGIE BEISPIEL BRANDENBURG: KONVERSIONSFLÄCHE LIEBEROSE Lieberose Konversionsfläche Lieberose ehemaliges Chemielager und -städtchen, heute Standort des Solarparks Lieberose 25 km Konversionsflächen Solarpark Lieberose Gebäude und Industrie Der Solarpark Lieberose produziert nicht nur saubere Energie, sondern sorgt auch dafür, dass gefährliche Munition von dem Verkehrsflächen ehemaligen Truppenübungsplatz entfernt wird. Die dafür not- wendigen fünf Millionen Euro konnten durch eine Einmalzahlung Landwirtschaftlich genutzte Flächen der Investoren des Solarkraftwerks und durch die Pachtein- nahmen für das Gelände finanziert werden. Lieberose ist damit Wald ein Paradebeispiel für die gelungene Verbindung von Hightech und aktivem Naturschutz. Gewässer Baubeginn/Inbetriebnahme: Januar bis Dezember 2009 (in mehreren Bauabschnitten) Grundfläche: 162 ha (über 210 Fußballfelder) Modulfläche: ca. 50 ha Konversionsflächen ca. 700.000 Dünnschicht-Module In Deutschland gibt es rund 350.000 Hektar ehemaliger Militärflächen bzw. Militärflächen, die in Kürze aus der Nutzung gehen. Zwar ist nur ein Teil dieser Flächen für Photovoltaik nutzbar, denn oft handelt es sich Leistung: ca. 53 MW Konversionsflächen: 350.000 ha bei Konversionsflächen um Naturschutzgebiete. Dahinter verbirgt sich jedoch trotzdem ein hohes Flächenpotenzial für Freiflächenanlagen. Dies zeigt das Praxisbeispiel aus Brandenburg: Ertrag pro Jahr: rund 53 Mio. kWh (entspricht dem Jahresbedarf von Mit einer Fläche von 27.000 Hektar war der Truppenübungsplatz Liebe- rund 15.000 Haushalten) davon Flugplätze: 22.000 ha rose der größte in der ehemaligen DDR. Nach dem Abzug der Sowjet- armee im Jahr 1992 ging er in den Besitz des Bundeslandes Branden- burg über – mit allen Altlasten. Neben scharfer Munition auf einer Fläche von rund 400 Hektar sorgten vor allem Chemikalien für Gefahr und verunreinigten den Boden sowie das Grundwasser. Heute wird das Gelände zur umweltfreundlichen Stromerzeugung genutzt. 24 25 Quelle: Naturstiftung David (2005)
  15. 15. HEIZEN UND KÜHLEN MIT SONNE: DAS FLÄCHENPOTENZIAL IST NOCH FAST UNGENUTZT SOLARTHERMIE SOLARENERGIE Berlin Solarthermische Anlagen wandeln mit Hilfe von Solarkollektoren BEISPIEL BERLIN: Kollektoren die Sonnenenergie in Wärmeenergie Neu installierte Fläche nach Bundesländern 2008 SOLARTHERMISCHES POTENZIAL IN DER BUNDESHAUPTSTADT um. In Deutschland wird die Solarwärme überwie­ gend zur Erwärmung von Wasser zum Waschen und Duschen oder zur Raumheizung genutzt. Berlins Dächer sind voller Energie. Vor allem für Solar­ einer Photovoltaikanlage, sondern auch über das So­ Es ist jedoch auch möglich, mit Solarwärme zu thermieanlagen besteht ein großes Potenzial. Bisher larthermiepotenzial in den ausgewählten Pilotregionen. kühlen. Die Nutzung von solarthermisch ange­ wurden seit 2001 nur 24,5 Hektar Solarkollektoren in der Eine davon ist das Projektgebiet „Friedrichstraße“, das triebenen Kältemaschinen ist eine zukunfts­ 4 ha 1 ha Bundeshauptstadt installiert. Zwar ist die Tendenz stei­ auf einem Gebiet von 1.000 Hektar über 5.837 Gebäude weisende Möglichkeit, um den Strombedarf für gend – fast ein Viertel der Anlagen wurden 2008 errichtet verfügt. Für die Nutzung der Solarthermie eignen sich die Klimatisierung zu reduzieren. Der große Vor­ 1 ha – jedoch ist das Dachflächenpotenzial bei Weitem noch 3.926 Gebäude mit einer Dachflächengröße von 71 ha. teil bei der Technik ist die zeitliche Übereinstim­ 0,3 ha nicht ausgeschöpft. Dies zeigt das Pilotprojekt „Solar­ Schon 10 m2 Solarkollektoren erzeugen ca. 4.500 kWh mung von Kühlbedarf und Sonneneinstrahlung. 14 ha 2 ha atlas Berlin“. Das öffentlich zugängliche Internetportal Wärme pro Jahr. Das entspricht ca. einem Fünftel Denn je sonniger es ist, desto höher ist auch der informiert den Nutzer nicht nur über die mögliche Stro­ des jährlichen Wärmebedarfs eines Durchschnitts­ 1 ha Kühlbedarf. So bietet es sich an, die gleiche An­ merzeugung, CO2­Einsparung und Investitionskosten haushaltes. lage im Sommer zur Kühlung und im Winter als 2 ha Heizung einzusetzen. 16 ha 4 ha 3 ha 10 ha Neu installierte Bisher wird jedoch nur ein Bruchteil der Gebäu­ Fläche 2008 deflächen, die für die Nutzung der Solarenergie 7 ha 0–1 ha geeignet sind, genutzt. 1–4 ha 4–8 ha 2 ha 8–16 ha 16–32 ha über 32 ha Gebäudeflächenpotenzial 25 ha 234.400 ha 40 ha Friedrichstraße Bis 2008 mit inden Solarkollektoren belegt: Unter den L 1.100 ha Quelle: BSW-Solar (2009) So funktioniert Solarthermie: 100 m Nutzbare Fläche in m² Quelle: Berlin Partner GmbH (2009) pro Gebäude 5.000 3.000 ­ 5.000 1.000 ­ 3.000 Sonnenstrahlen erwärmen die Wärmeträger- flüssigkeit im Kollektor. 250 ­ 1.000 Ist die Temperatur der Flüssigkeit höher als bis 250 die Temperatur im Speicher, startet der So- larregler die Zirkulation. 0 Der Wärmetauscher gibt Solarwärme an das Wasser im Pufferspeicher ab. Der Pufferspeicher stellt die Wärme auch Bundespresseamt nachts und an kalten Tagen zur Verfügung. Die Solarthermieanlage hat eine Fläche von 348 m2 und ist mit Vakuumröhren bestückt. Die Solarwärme wird im Reicht die Kollektorwärme nicht aus, wird Sommer genutzt, um zwei Absorptionskältemaschinen eine Zusatzheizung (z.B. Holzpelletheizung) zu betreiben, die das Gebäude teilweise kühlen. Im Win- aktiviert. ter wird die Wärme zur Heizungsunterstützung benötigt. 26 27

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