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WWF Stromsystem II
Regionalisierung der erneuerbaren
Stromerzeugung
Beitrag zum Dialogforum 1:
Thüringen regional und dezentral: Unser Strom 2040
Ein Projekt für den WWF Deutschland unter Mitarbeit von
Dr. Felix Chr. Matthes, Franziska Flachsbarth, Charlotte Loreck, Hauke Hermann (Öko-Institut)
Hanno Falkenberg (Prognos AG)
2
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• Transformationsszenario der Studie „Zukunft Stromsystem – Kohleausstieg
2035. Vom Ziel her denken.“
• Einhaltung eines CO2-Emissionsbudgets im Stromsektor i.H.v. 4 Mrd. t CO2
• konventioneller Kraftwerkspark mit Kohleausstiegpfad
• Sonstige energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen (Preise, Ausland,…)
Hintergrund und Ausgangspunkt der Untersuchung
Entwicklung der Kohlekapazitäten
Jährliche und kumulierte
CO2-Emissionen
Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019
3
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• Welche alternativen Wege gibt es für die Umstellung des deutschen
Stromsystems auf erneuerbare Energien?
• unterschiedliche Technologiemixe
• unterschiedliche Regionalisierungsmuster
• unterschiedliche Einsatzstrategien (z.B. Eigenverbrauchsoptimierung)
• Mit welchen Kriterien können die Alternativen bewertet werden?
• technische Machbarkeit
• Flächenbeanspruchung
• Infrastrukturbedarf
• (System-) Kosten
Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019
Leitfragen für die Untersuchung
4
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• Datenanalysen (Flächen, Verbrauch etc.) auf Ebene der 402 Landkreise
• Energiemarkt- und Netzberechnungen mit dem europaweiten
Strommarktmodell „PowerFlex-Grid EU“ des Öko-Instituts
• Zusatzanalysen zur Ermittlung der Systemgesamtkosten für
Erzeugungsanlagen, Speicher, Netze
• Zentrale Ergebnisse
- regionalisierter Flächenbedarf
- regionalisierte Stromerzeugung
- jährliche und kumulierte CO2-Emissionen
- Infrastrukturbedarf (Übertragungsnetze)
- Systemgesamtkosten
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Methodischer Ansatz
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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│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019
Aufspannen der Bandbreite: EE-Ausbau in den
Szenarien „Energiewende Referenz“ und „Fokus Solar“
• Stromerzeugung aus Wind und PV liegt in beiden Szenarien: etwa 750 TWh
Energiewende Referenz
Ausbau von Wind und PV im
gleichbleibenden und
ungefähr gleichem Verhältnis
(Ø PV-Anteil 45%)
Fokus Solar
stärkerer PV-Ausbau ab
2030 mit hohen
Eigenverbrauchs-Anteilen,
schwächerer Aus-bau von
Onshore-Wind
(Ø PV-Anteil 58%)
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Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019
Aufspannen der Bandbreite: EE-Ausbau in den
Szenarien „Energiewende Referenz“ und „Fokus Solar“
Onshore-
Windkraft
Muster des
schwächeren
Ausbaus
entlastet die
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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Bewertungskriterium Technische Machbarkeit:
Keine Jokertechnologien, Ambitionsniveau
• Das Ambitionsniveau des Ausbaus bleibt im Szenario „Fokus Solar“ bis 2025
auf dem heutigen Niveau, im Szenario Energiewende Referenz bis 2040
2025:
Ab 2025 wird im Szenario
Fokus Solar eine Erhöhung
der Zubaurate um etwa 35%
erforderlich.
2045:
Ab 2045 wird im Szenario
Energiewende Referenz eine
Verdopplung der Zubaurate
erforderlich, im Szenario Fokus
Solar fast eine Verdreifachung.
8
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Deutschland:
• Heute
- 0,5% der Landesfläche für Onshore-Windkraft und 0,04% für PV-Freiflächen
• 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
- 1,7% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen weitgehend
restriktionsfrei, 0,7% mit weichen Restriktionen
- 0,9% der Landesfläche für PV-Freiflächenanlagen
- maximal verfügbare Fläche für Aufdachanlagen ist im Szenario „Fokus Solar“ in
2050 mit der Installation von ca. 200 GW vollständig genutzt
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Bewertungskriterium Flächenbeanspruchung:
Wind onshore Energiewende Referenz: Weiche Restriktionen
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Thüringen: leicht unterproportional zum Durchschnitt
• Heute
- 0,4% der Landesfläche für Onshore-Windkraft und 0,04% für PV-Freiflächen
• Flächenrestriktionen (restriktivste Perspektive)
- 1,7% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen weitgehend
restriktions-frei, 0,7% mit weichen Restriktionen
- 0,9% der Landesfläche für PV-Freiflächenanlagen
- maximal verfügbare Fläche für Aufdachanlagen ist im Szenario „Fokus Solar“ in
2050 mit der Installation von ca. 200 GW vollständig genutzt
• Im Szenariojahr 2050
- Energiewende-Referenz: 1,6% 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
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Bewertungskriterium Flächenbeanspruchung:
Wind onshore Energiewende Referenz: Weiche Restriktionen
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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│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019
Bewertungskriterium Infrastrukturbedarf:
Absoluter Netzausbaubedarf im Szenarienvergleich
Gesamt-Ausbaubedarf
in beiden Szenarien
insgesamt sehr ähnlicher
Zusatzbedarf, Mehrbedarf
ändert sich im Zeitverlauf
11
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Bewertungskriterium Infrastrukturbedarf:
Zum EE-Ausbau zeitversetzte Pfadabhängigkeit ab 2035/40
Energiewende-Referenz Fokus Solar
Konkreter Netzbedarf
ändert sich hinsichtlich der
strukturellen Schwerpunkte
ab 2035/40: es entstehen
klare Pfadabhängigkeiten
12
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• Kosten der regenerativen Erzeugungsanlagen
- im Szenario Fokus Solar leicht über denen des Szenarios Energiewende-
Referenz (max. 0,63 Mrd. € jährlich)
- bedingt durch höheren Leistungsbedarf und (leicht) höhere 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)
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Bewertungskriterium Systemkosten:
Szenario Fokus Solar unwesentlich höher
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Bewertungskriterium Systemkosten:
Szenario Fokus Solar unwesentlich höher
Jährliche Gesamtsystemkosten:
zwischen 60 und 80 Mrd. €
Jährliche Mehrkosten Fokus Solar:
ca. 1 - 1,5 % der gesamten Systemkosten
System-Mehrkosten Fokus Solar
insgesamt: ca. 17 Mrd. €
14
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• Flächenverfügbarkeit wird zentrale Restriktion (Wind-onshore, Aufdach-PV):
• (nur leichtes) Spannungsfeld zwischen Systemkosten und Flächenbedarf
• Flächennutzung ist ein gesellschaftlicher Aushandlungsprozess
• Erschließung der verfügbaren Dachflächenpotenziale von hoher Bedeutung
(Rolle der Gebäudeeigentümer)
• Kombinierte Flächennutzung sollte politisch aktiver adressiert werden
• Unterstützend für Zielerreichung ist eine frühzeitige Steuerung der regionalen
Verteilung des EE-Ausbaus
• Pfadabhängigkeit des Netzausbaubedarfs vom EE-Ausbaupfad
• Robuste Netzplanung erfordert größere Bandbreite bei der EE-Regionalisierung
• Aber: Zeitversatz von 5-10 Jahren ermöglicht Synchronität der Entscheidung
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Zentrale Erkenntnisse
aus den Szenarienanalysen
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Haben Sie noch Fragen?
Franziska Flachsbarth
f.flachsbarth@oeko.de
Tel.: +49-761-452 95-289
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  • 1. www.oeko.de WWF Stromsystem II Regionalisierung der erneuerbaren Stromerzeugung Beitrag zum Dialogforum 1: Thüringen regional und dezentral: Unser Strom 2040 Ein Projekt für den WWF Deutschland unter Mitarbeit von Dr. Felix Chr. Matthes, Franziska Flachsbarth, Charlotte Loreck, Hauke Hermann (Öko-Institut) Hanno Falkenberg (Prognos AG)
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  • 3. 3 www.oeko.de • Welche alternativen Wege gibt es für die Umstellung des deutschen Stromsystems auf erneuerbare Energien? • unterschiedliche Technologiemixe • unterschiedliche Regionalisierungsmuster • unterschiedliche Einsatzstrategien (z.B. Eigenverbrauchsoptimierung) • Mit welchen Kriterien können die Alternativen bewertet werden? • technische Machbarkeit • Flächenbeanspruchung • Infrastrukturbedarf • (System-) Kosten Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Leitfragen für die Untersuchung
  • 4. 4 www.oeko.de • Datenanalysen (Flächen, Verbrauch etc.) auf Ebene der 402 Landkreise • Energiemarkt- und Netzberechnungen mit dem europaweiten Strommarktmodell „PowerFlex-Grid EU“ des Öko-Instituts • Zusatzanalysen zur Ermittlung der Systemgesamtkosten für Erzeugungsanlagen, Speicher, Netze • Zentrale Ergebnisse - regionalisierter Flächenbedarf - regionalisierte Stromerzeugung - jährliche und kumulierte CO2-Emissionen - Infrastrukturbedarf (Übertragungsnetze) - Systemgesamtkosten Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Methodischer Ansatz
  • 5. 5 www.oeko.de 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 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│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Aufspannen der Bandbreite: EE-Ausbau in den Szenarien „Energiewende Referenz“ und „Fokus Solar“ • Stromerzeugung aus Wind und PV liegt in beiden Szenarien: etwa 750 TWh Energiewende Referenz Ausbau von Wind und PV im gleichbleibenden und ungefähr gleichem Verhältnis (Ø PV-Anteil 45%) Fokus Solar stärkerer PV-Ausbau ab 2030 mit hohen Eigenverbrauchs-Anteilen, schwächerer Aus-bau von Onshore-Wind (Ø PV-Anteil 58%)
  • 6. 6 www.oeko.de Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Aufspannen der Bandbreite: EE-Ausbau in den Szenarien „Energiewende Referenz“ und „Fokus Solar“ Onshore- Windkraft Muster des schwächeren Ausbaus entlastet die 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
  • 7. 7 www.oeko.de Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Technische Machbarkeit: Keine Jokertechnologien, Ambitionsniveau • Das Ambitionsniveau des Ausbaus bleibt im Szenario „Fokus Solar“ bis 2025 auf dem heutigen Niveau, im Szenario Energiewende Referenz bis 2040 2025: Ab 2025 wird im Szenario Fokus Solar eine Erhöhung der Zubaurate um etwa 35% erforderlich. 2045: Ab 2045 wird im Szenario Energiewende Referenz eine Verdopplung der Zubaurate erforderlich, im Szenario Fokus Solar fast eine Verdreifachung.
  • 8. 8 www.oeko.de Deutschland: • Heute - 0,5% der Landesfläche für Onshore-Windkraft und 0,04% für PV-Freiflächen • 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 - 1,7% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen weitgehend restriktionsfrei, 0,7% mit weichen Restriktionen - 0,9% der Landesfläche für PV-Freiflächenanlagen - maximal verfügbare Fläche für Aufdachanlagen ist im Szenario „Fokus Solar“ in 2050 mit der Installation von ca. 200 GW vollständig genutzt Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Flächenbeanspruchung: Wind onshore Energiewende Referenz: Weiche Restriktionen
  • 9. 9 www.oeko.de Thüringen: leicht unterproportional zum Durchschnitt • Heute - 0,4% der Landesfläche für Onshore-Windkraft und 0,04% für PV-Freiflächen • Flächenrestriktionen (restriktivste Perspektive) - 1,7% der Landesfläche für Onshore-Windkraftanlagen weitgehend restriktions-frei, 0,7% mit weichen Restriktionen - 0,9% der Landesfläche für PV-Freiflächenanlagen - maximal verfügbare Fläche für Aufdachanlagen ist im Szenario „Fokus Solar“ in 2050 mit der Installation von ca. 200 GW vollständig genutzt • Im Szenariojahr 2050 - Energiewende-Referenz: 1,6% 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 Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Flächenbeanspruchung: Wind onshore Energiewende Referenz: Weiche Restriktionen
  • 10. 10 www.oeko.de 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 ZunahmeInvestitionsbedarf(%) Energiewende-Referenz Fokus Solar Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Infrastrukturbedarf: Absoluter Netzausbaubedarf im Szenarienvergleich Gesamt-Ausbaubedarf in beiden Szenarien insgesamt sehr ähnlicher Zusatzbedarf, Mehrbedarf ändert sich im Zeitverlauf
  • 11. 11 www.oeko.de Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Infrastrukturbedarf: Zum EE-Ausbau zeitversetzte Pfadabhängigkeit ab 2035/40 Energiewende-Referenz Fokus Solar Konkreter Netzbedarf ändert sich hinsichtlich der strukturellen Schwerpunkte ab 2035/40: es entstehen klare Pfadabhängigkeiten
  • 12. 12 www.oeko.de • Kosten der regenerativen Erzeugungsanlagen - im Szenario Fokus Solar leicht über denen des Szenarios Energiewende- Referenz (max. 0,63 Mrd. € jährlich) - bedingt durch höheren Leistungsbedarf und (leicht) höhere 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│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Systemkosten: Szenario Fokus Solar unwesentlich höher
  • 13. 13 www.oeko.de Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Bewertungskriterium Systemkosten: Szenario Fokus Solar unwesentlich höher Jährliche Gesamtsystemkosten: zwischen 60 und 80 Mrd. € Jährliche Mehrkosten Fokus Solar: ca. 1 - 1,5 % der gesamten Systemkosten System-Mehrkosten Fokus Solar insgesamt: ca. 17 Mrd. €
  • 14. 14 www.oeko.de • Flächenverfügbarkeit wird zentrale Restriktion (Wind-onshore, Aufdach-PV): • (nur leichtes) Spannungsfeld zwischen Systemkosten und Flächenbedarf • Flächennutzung ist ein gesellschaftlicher Aushandlungsprozess • Erschließung der verfügbaren Dachflächenpotenziale von hoher Bedeutung (Rolle der Gebäudeeigentümer) • Kombinierte Flächennutzung sollte politisch aktiver adressiert werden • Unterstützend für Zielerreichung ist eine frühzeitige Steuerung der regionalen Verteilung des EE-Ausbaus • Pfadabhängigkeit des Netzausbaubedarfs vom EE-Ausbaupfad • Robuste Netzplanung erfordert größere Bandbreite bei der EE-Regionalisierung • Aber: Zeitversatz von 5-10 Jahren ermöglicht Synchronität der Entscheidung Stromsystem II│Erneuerbare Energien Konferenz│Weimar│21.03.2019 Zentrale Erkenntnisse aus den Szenarienanalysen
  • 15. www.oeko.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie noch Fragen? Franziska Flachsbarth f.flachsbarth@oeko.de Tel.: +49-761-452 95-289 ?