Präsentation von Dr. Felix Chr. Matthes, Berliner Energietage 2019

1. www.oeko.de
Zukunft Stromsystem II
Regionalisierung der 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

2. 2
www.oeko.de
Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019
Der Hintergrund: Grundlegender struktureller
Umbau der Energie- und Stromsysteme (1)
0
100
200
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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

3. 3
www.oeko.de
Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019
Der Hintergrund: 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

4. 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

5. 5
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• Entwicklung des konventionellen 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

6. 6
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41
56 65 78 90 99 107
42 55
83
106
132
169
210
14
19
22
26
31
39
48
14
19
33
46
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75
102
57
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100
126
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57
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6
18
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0
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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

7. 7
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Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019
Umfassender Vergleich 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

8. 8
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• Im Szenariojahr 2035
- 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

9. 9
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0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
140%
160%
2020 2025 2030 2035 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

10. 10
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Stromsystem II│Berliner Energietage/WWF│Matthes│20.05.2019
Notwendiger Ausbau 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

11. 11
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• Kosten der regenerativen 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

12. 12
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• (Sehr) unterschiedliche Ausprägungen 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

13. 13
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• Flächenrestriktionen müssen stärker 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

14. www.oeko.de
Besten Dank
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