Betrachtungen zum Klimaschutz und zur Versorgungssicherheit der Bayerischen Stromversorgung im Jahr 2035

Betrachtungen zum Klimaschutz und zur
Versorgungssicherheit der Bayerischen Stromversorgung
im Jahr 2035
Grünes Online-Seminar: Eine sichere und saubere Zukunft für Bayerns Stromversorgung
Dr. Matthias Koch, Sebastian Palacios und Christof Timpe | 01.12.2020

Hintergrund
● Ziel: Erderwärmung auf einen Temperaturanstieg von höchstens 1,5°C bis 2°C begrenzen
● Herausforderung: Ausstoß an Treibhausgasen weltweit, schnell und drastisch zu reduzieren
● Politischer und gesetzlicher Rahmen
‒ Deutschland und die Europäische Union: Treibhausgasneutralität bis 2050
‒ Klimaschutzgesetz, Kohleausstiegsgesetz, EEG, Emissionshandel, …
● Die Energiewende führt zu verschiedenen Effekten im deutschen Stromsystem:
‒ Wechsel der Energieträger und damit auch Rückgang der CO2-Emissionen
‒ Zunahme der Stromnachfrage durch Elektrifizierung in anderen Sektoren
Betrachtungen zum Klimaschutz und zur Versorgungssicherheit der Bayerischen Stromversorgung im Jahr 2035
Matthias Koch│Freiburg│01.12.2020
2

Bruttostromerzeugung nach Energieträger in Deutschland 2005 bis 2019
mit Ausblick auf 2035 und 2050
3Quelle: eigene Darstellung, Datenquelle für den Zeitraum 2005 bis 2019: BMWi Energiedaten 2020
(Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) 2020), Datenquelle für die Jahre 2035 und 2050: Studie
Klimaneutrales Deutschland (Prognos AG et al. 2020), CO2-Emissionen der Stromerzeugung: Icha 2020
● Energiebedingte CO2-Emissionen der Stromerzeugung in Deutschland: rund 270 Millionen Tonnen im Jahr 2018
● Der Energieträgermix entwickelt sich bis 2050 in Richtung Wind, PV und grünem Wasserstoff
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0
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1.000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2035 2050
BruttostromerzeugungnachEnergieträgern[TWh]
Stromimport-Saldo
Wasserstoff
Photovoltaik
Windkraft auf See
Windkraft an Land
Biomasse
Wasserkraft
Sonstige
Mineralöl
Erdgas
Steinkohlen
Kernenergie
Braunkohlen

Bruttostromerzeugung nach Energieträger in Bayern 2005 bis 2019
4
Quelle: eigene Darstellung, Datenquelle für den Zeitraum 2005 bis 2018: Statistische Daten vom Bayerischen
Landesamt für Statistik, Datentabelle zu Stromerzeugung und -verbrauch , Berechnungsstand Juli 2020,
Datenquelle für das Jahr 2019: Leipziger Institut für Energie GmbH 2020, CO2-Emissionen: Bayerisches
Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (Hg.) (2020a)
● Energiebedingten CO2-Emissionen der Strom- und Wärmerzeugung in Bayern: rund 10 Millionen Tonnen im Jahr 2018
● Bayern entwickelt sich zum Nettostromimporteur
-20
0
20
40
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80
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2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019
BruttostromerzeugungnachEnergieträgern
[TWh]
Stromimport-Saldo
Sonstige Erneuerbare
Photovoltaik
Windkraft
Biomasse
Wasserkraft
Sonstige
Heizöl
Erdgas
Steinkohle
Kernenergie

Fragestellung und betrachtete Szenarien
● Wie kann die Stromversorgung in Bayern bis 2035 aussehen?
‒ Welche Gestaltungsspielräume gibt es bei erneuerbaren Energien, welche Rolle sollten
Gaskraftwerke und Stromnetzausbau haben?
‒ Welche Effekte ergeben sich für die Versorgungssicherheit und die CO2-Emissionen?
● Es wurden fünf Szenarien analysiert:
‒ Referenzszenario als Fortschreibung der aktuell erwartbaren Entwicklung
‒ „Möglichkeit 1“: 2.000 Megawatt zusätzlicher Erdgaskraftwerke
‒ „Möglichkeit 2“: 3.000 Megawatt zusätzlicher Windkraftanlagen
‒ „Möglichkeit 3“: zusätzlich 3.000 Megawatt Windkraft und 2.000 Megawatt Erdgaskraftwerke
‒ „Möglichkeit 4“: zusätzlich 6.000 Megawatt Windkraft und 20.000 Megawatt Photovoltaik sowie
keine Erdgaskondensationskraftwerke (-2.000 MW)
5

Installierte elektrische Leistung nach Energieträger in Bayern im Jahr
2019 sowie in den betrachteten Szenarien für das Jahr 2035
6Quelle: eigene Darstellung, Datenquelle für das Jahr 2019:
● Anstieg der Bruttostromnachfrage von 86 TWh in 2019 auf 98,7 TWh in 2035 (+15% oder +1%/a)
● Schwankungsbereich der Bruttostromnachfrage: 7 GW bis 16 GW, Ø 11 GW
2,7
2,8
2,0 2,0 2,0 2,0 2,0
2,4
2,4 2,4 2,4 2,4 2,4
1,5
1,4 1,4 1,4 1,4 1,4
1,4
2,0 4,0 2,0 4,0
2,5
3,2
3,2 6,2
6,2
9,2
13
31
31 31
31
51
0
10
20
30
40
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70
Referenzszenario Möglichkeit 1 Möglichkeit 2 Möglichkeit 3 Möglichkeit 4
2019 2035
installierteelektrischeLeistungungnachEnergieträgerGW
Photovoltaik
Windkraft
Erdgakondensationskraftwer
ke
Biomasse
Pumpspeicher
Wasserkraft
Erdgas-KWK-Kraftwerke &
must-run Anlagen
Mineralöl
Steinkohle
Kernenergie

Methodik zur Bestimmung der Einsatzprofile in stündlicher Auflösung
● Normierte Profile multipliziert mit installierter Leistung aus dem Szenariorahmen
‒ Angebotsprofile der schwankenden erneuerbaren Energien für Wind, PV und Laufwasser
‒ Stromerzeugung aus Erdgas-KWK-Anlagen und sonstige must-run-Stromerzeugung
● Ergebnis eines eigenständigen Optimierungsmodells
‒ PV-Batteriespeichersysteme zur Eigenverbrauchsoptimierung: 12% der gesamten PV-Leistung, 1 h
Speicherkapazität der Batterie
‒ Flexible Biogasanlagen: 12 h Speicherdauer des Gasspeichers, BHKW 2,3-fach überbaut
● Generisches Profil, orientiert an typischen Volllaststunden
‒ Pumpspeicherkraftwerke: mittags Pumpstromverbrauch, morgens und abends Stromerzeugung
‒ Erdgaskondensationskraftwerke: Einsatz in den 2000 Stunden mit dem höchsten Erzeugungsdefizit
7

● Erzeugungsdefizit
‒ Jahressumme
‒ Anteil des jährlichen Erzeugungsdefizits im Verhältnis zur Stromnachfrage
‒ maximal noch zu deckende Last in einer Stunde
● EE-Überschüsse
‒ Jahressumme
‒ Anteil der jährlichen EE-Überschüsse im Verhältnis zum fluktuierenden EE-
Stromangebot
‒ maximaler EE-Überschuss in einer Stunde
● Nettostromimporte
● Energiebedingten CO2-Emissionen der Stromerzeugung
8
Ergebnisindikatoren

Ergebnisse für das Referenzszenario
9 9
‒ 39 TWh bzw. 39% der bayerischen
Stromnachfrage
‒ maximal noch zu deckende Last in
einer Stunde: 9 GW
● EE-Überschüsse: 7 TWh
● CO2-Emissionen: 7,2 Mio. t
‒ 5,9 Mio. t CO2 aus Erdgas-KWK
und sonstigen Brennstoffen
‒ 1,3 Mio. t CO2 aus
Erdgaskondensationskraftwerken
9

Sommerwoche im Referenzszenario
10 10
● Geringe Stromnachfrage mit
viel Wind und PV führt zu
maximalem EE-Überschuss
● Biogasanlagen & PSW:
‒ Stromerzeugung in den
Morgen- und Abendstunden
● PV-Eigenverbrauch:
‒ Speicherung der PV-Spitze
‒ Nutzung in den Abend- und
Nachtsunden
● Deutliche EE-Überschüsse
in der Mittagszeit
● Kein Einsatz von
Erdgaskondensations-
kraftwerken
10

Winterwoche im Referenzszenario
11 11
● Hohe Stromnachfrage mit
wenig Wind und PV führt zu
maximalem
Erzeugungsdefizit
● Biogasanlagen & PSW:
‒ Stromerzeugung in den
Morgen- und Abendstunden
● Kontinuierliches
Erzeugungsdefizit
● Erdgaskondensations-
kraftwerke
‒ auf 2000 h begrenzte
Volllaststundenanzahl
‒ Deshalb kein kontinuierlicher
Einsatz

Ergebnisse für „Möglichkeit 1“: +2 GW Erdgaskondensationskraftwerke
12 12
‒ 35 TWh bzw. 35% der
bayerischen Stromnachfrage
‒ maximal noch zu deckende Last
in einer Stunde: 7 GW

Ergebnisse für „Möglichkeit 2“: +3 GW Wind
13 13

Ergebnisse für „Möglichkeit 3“: +3 GW Wind und +2 GW Erdgaskondensationskraftwerke
14 14

Ergebnisse für „Möglichkeit 4“: +6 GW Wind, +20 GW PV und -2 GW Erdgas-KW
15 15
‒ 0 Mio. t CO2 aus

Residuallast im Referenzszenario und in Möglichkeit 4
16Betrachtungen zum Klimaschutz und zur Versorgungssicherheit der Bayerischen Stromversorgung im Jahr 2035
-42
-36
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-24
-18
-12
-6
0
6
12
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
GWh/h
Stunde
Möglichkeit 4 Referenzszenario
● EE-Überschüsse treten vor allem im Sommer auf.
● Im Winter besteht überwiegend ein Importbedarf.

Jahresdauerlinie der Residuallast
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
12
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
GW
Stunde
ExportImport
● Bayern ist in 6500 bis 7500 Stunden des Jahres auf Stromimporte angewiesen.
● In 1300 bis 2300 Stunden des Jahres kann Bayern Strom exportieren.
Annahme:15 GW
Kappungsgrenze

Bruttostromerzeugung und Stromimportsaldo 2019 und 2035
18Quelle: eigene Darstellung, Datenquelle für das Jahr 2019: Leipziger Institut für Energie GmbH 2020, die
Stromerzeugung aus Erdgaskondensationskraftwerken ist dort nicht separat ausgewiesen
11 11 11 11 11 11
22
- - - - -
-
4
8
4
8
-
9
5
5
5
5
5
12
9
9
9
9
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6 11
11
14
12
27
27 27
27
37
-
3
3 3
3
5
12
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28 27
23
18
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
2019 2035
BruttostromerzeugungnachEnergieträgernTWh
EE-Kappung
Stromimport-Saldo
PV-Eigenverbrauch
Photovoltaik
Windkraft
Wasserkraft
Pumpspeicher
Biomasse
Erdgas (nur Kondensations-
kraftwerke)
Kernenergie
Steinkohle
Erdgas-KWK- und must-
run-Anlagen

CO2-Emissionen der Stromerzeugung 2018 und 2035
19Quelle: eigene Darstellung, CO2-Emissionen für das Jahr 2018: Bayerisches Staatsministerium für
Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (Hg.) (2020a).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2018 2035
Mio.TonnenCO2
Abfall und sonstige Brennstoffe Erdgas-KWK Erdgaskondensationskraftwerke Steinkohlekraftwerke
-25%
-39%
-25%
-11% -11%

Fazit
● Bayern wird zukünftig auf Stromimporte angewiesen sein.
‒ Bei hohen Anteilen erneuerbarer Energien wird der Stromaustausch zwischen den Bundesländern
und auch zwischen Deutschland und seinen Nachbarn generell deutlich zunehmen.
‒ Der Ausbau der Stromnetze ist für die Versorgungssicherheit Bayerns, aber auch für den Export von
PV-Strom, daher sehr wichtig.
● Ungeachtet dessen sollte Bayern seine Potenziale für erneuerbaren Strom nutzen.
‒ Dies erhöht die Versorgungssicherheit und die Wertschöpfung und schafft Arbeitsplätze.
‒ Wichtig ist ein zügiger EE-Ausbau, vor allem auch bei der Windkraft.
‒ Ein hoher PV-Zubau ist nur mit einem parallel stattfindenden Zubau an Speichern und
Flexibilitätsoptionen sinnvoll.
‒ Die CO2-Emissionen im Stromsektor gehen fast ausschließlich auf den Einsatz von
Erdgaskraftwerken zurück. Mittelfristig sollte aus Klimaschutzgründen deshalb ein Ausstieg aus der
Erdgasverstromung in Bayern eingeleitet werden (mit Ausnahme von Kraftwerken die lediglich zur
Stützung der Stromnetze eingesetzt werden).
20

Kontakt und weiterführende Informationen
● Öko-Institut e.V., Bereich Energie & Klimaschutz, Merzhauser Straße 173, 79100 Freiburg
‒ Dr. Matthias Koch: Tel.: 0761/45295-218, Email: m.koch@oeko.de
‒ Christof Timpe: Tel.: 0761/45295-225, Email: c.timpe@oeko.de
● Aktuelle Publikationen
‒ Studie „Klimaneutrales Deutschland“ https://www.agora-
energiewende.de/veroeffentlichungen/klimaneutrales-deutschland/
‒ Studie „Wasserstoff sowie wasserstoffbasierte Energieträger und Rohstoffe“
https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/Wasserstoff-und-wasserstoffbasierte-Brennstoffe.pdf
‒ Studie „Photovoltaik-Pflicht mit Verpachtungskataster“
https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/photovoltaik-pflicht-verpachtungskataster-optionen
‒ Kommentierung des ersten Entwurfs der Übertragungsnetzbetreiber zum Szenariorahmen für den
Netzentwicklungsplan Strom 2035, Version 2021
https://www.oeko.de/fileadmin/oekodoc/Kommentierung-Entwurf-Szenariorahmen-NEP-2021-
2035.pdf
21

Im Vortrag zitierte Literaturquellen
● Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (2020): Zahlen und Fakten. Energiedaten. Online verfügbar unter
https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Binaer/Energiedaten/energiedaten-gesamt-xls.xlsx?__blob=publicationFile&v=121.
● Icha, Petra (2020): Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid- Emissionen des deutschen Strom-mix in den Jahren 1990 - 2019. Unter Mitarbeit von
Gunter Kuhs. Hg. v. Umweltbundesamt. Dessau-Roßlau. Online verfügbar unter
https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2020-04-01_climate-change_13-2020_strommix_2020_fin.pdf.
● Prognos AG; Öko-Institut e.V.; Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie (Hg.) (2020): Klimaneutrales Deutschland. Studie im Auftrag von Agora
Energiewende, Agora Verkehrswende und Stiftung Klimaneutralität https://www.agora-energiewende.de/veroeffentlichungen/klimaneutrales-deutschland/
● Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (Hg.) (2020a): Energiedaten. Bayern. - kompakt.
● Leipziger Institut für Energie GmbH (Hg.) (2020): Energiedaten.Bayern – Schätzbilanz. Daten bis zum Jahr 2019. im Auftrag des Bayerisches
Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie. Leipzig
● Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie (Hg.) (2020b): Monitoringbericht zum Umbau der Energieversorgung
Bayerns
22

Backup
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Jahresdauerlinie der Residuallast bis Stunde 2.000
0
2
4
6
8
10
12
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
GW
Stunde
ExportImport

Ergebnisindikatoren im Überblick
Jährliches Erzeugungsdefizit
(Importstrombedarf)
39 TWh 35 TWh 34 TWh 30 TWh 28 TWh
Relatives Erzeugungsdefizit (bezogen auf
die Stromnachfrage)
39 % 35 % 35 % 30 % 29 %
Maximales Erzeugungsdefizit 9 GW 7 GW 9 GW 7 GW 11 GW
Jährlicher EE-Überschuss 7 TWh 7 TWh 8 TWh 8 TWh 24 TWh
Relativer EE-Überschuss (bezogen auf das
fluktuierende EE-Stromangebot)
16,5 % 16,5 % 16,0 % 16,0 % 32,7 %
Maximaler EE-Überschuss 22 GW 22 GW 23 GW 23 GW 42 GW
Nettostromimporte (bilanziell) 32 TWh 28 TWh 26 TWh 22 TWh 4 TWh
EE-Kappung (ab 15 GW) 1 TWh 1 TWh 1 TWh 1 TWh 14 TWh
Nettostromimporte (inkl. EE-Kappung) 32 TWh 28 TWh 27 TWh 23 TWh 18 TWh
CO2-Emissionen 7,2 Mio. t 8,5 Mio. t 7,2 Mio. t 8,5 Mio. t 5,9 Mio. t
Davon Erdgas-KWK und sonstige Brennstoffe 5,9 Mio. t 5,9 Mio. t 5,9 Mio. t 5,9 Mio. t 5,9 Mio. t
Davon Erdgaskondensationskraftwerke 1,3 Mio. t 2,6 Mio. t 1,3 Mio. t 2,6 Mio. t -

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