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Im Fokus der Studiendatenbank stehen Veröffentlichungen, die sich mit dem notwendigen Umbau und der Steuerung des Energiesystems für eine erfolgreiche Energiewende insgesamt beschäftigen. Mehr zu den Kriterien, nach denen das Forschungsradar Studien aufnimmt …

 

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Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen

Herausgeber/Institute:

UBA

Datum:

Juli 2010

Autoren:

Thomas Klaus et al.

Art der Veröffentlichung:

Auftraggeber/Förderer:

BMU

Themenbereiche:

Energiesysteme

Schlagwörter:

Klimaschutz, Energieeffizienz, Atomkraft, Potenziale

Seitenzahl:

196

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Zielsetzung und Fragestellung

Die Studie prüft, ob der Strombedarf durch Erneuerbare Energien in 2050 vollständig mit Erneuerbaren Energien in Deutschland gedeckt werden kann. Die Untersuchungsfrage wird aus technischer Perspektive beantwortet, das heißt die ökonomischen Wirkungen des Ausbauszenarios werden nicht analysiert.

Zentrale Ergebnisse

Der Strommix im Regionenverbund bei 100% Strom aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050

Eine vollständig auf Erneuerbaren Energien beruhende Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2050 ist nach der Szenariosimulation „Regionenverbund“ technisch möglich und ökonomisch vorteilhaft. Demnach nutzen alle Regionen Deutschlands im Jahr 2050 weitgehend ihre Potenziale der Erneuerbaren Energien. Regionen mit hohen Potenzialen decken dabei anteilig den Strombedarf von ...

Der Strommix im Regionenverbund bei 100% Strom aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050

Eine vollständig auf Erneuerbaren Energien beruhende Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2050 ist nach der Szenariosimulation „Regionenverbund“ technisch möglich und ökonomisch vorteilhaft. Demnach nutzen alle Regionen Deutschlands im Jahr 2050 weitgehend ihre Potenziale der Erneuerbaren Energien. Regionen mit hohen Potenzialen decken dabei anteilig den Strombedarf von ...

Der Strommix im Regionenverbund bei 100% Strom aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050

Eine vollständig auf Erneuerbaren Energien beruhende Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2050 ist nach der Szenariosimulation „Regionenverbund“ technisch möglich und ökonomisch vorteilhaft. Demnach nutzen alle Regionen Deutschlands im Jahr 2050 weitgehend ihre Potenziale der Erneuerbaren Energien. Regionen mit hohen Potenzialen decken dabei anteilig den Strombedarf von Regionen mit geringen Potenzialen. Nur zu einem geringen Anteil wird Strom aus Erneuerbaren Energien aus dem europäischen Ausland importiert. Voraussetzung für die Realisierung des Szenarios „Regionenverbund“ und die Gewährleistung der Versorgungssicherheit ist, dass die Einsparpotenziale beim Stromverbrauch konsequent erschlossen werden.

Die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien beträgt im Jahr 2050 534 TWh und deckt damit den Bedarf vollständig ab. Dafür werden etwa 75% des technisch-ökologischen Potenzials genutzt. Die Windenergie leistet mit 170 TWh Onshore und 177 TWh Offshore, bzw. 60 und 45 GW installierter Leistung den größten Beitrag. Die Photovoltaik ist mit 104 TWh (120 GW) die zweitwichtigste Energiequelle, die Geothermie folgt mit 50 TWh (6,4 GW). Wasserkraft und Abfallbiomasse (Biogas) tragen 22 bzw. 11 TWh (5,2 GW bzw. 23,3 GW) zur Stromerzeugung bei.


Gewährleistung der Versorgungssicherheit

Die Simulation zeigt, dass die Versorgungssicherheit auf dem hohen heutigen Niveau jederzeit gewährleistet werden kann. Kriterium dafür ist, dass im Jahr 2050 87,5 GW gesicherte Leistung in Deutschland bereitgestellt werden können. Die unterschiedlichen Erzeugungsarten der Erneuerbaren Energien, die Speicher und das Lastmanagement ergänzen sich und gleichen Fluktuationen aus. Dafür sind der umfangreiche Ausbau der Stromnetze und die gezielte Steuerung von Stromerzeugung, Speichern, Verbrauch und Netzbetrieb erforderlich.

Überschüssiger Strom, das heißt Strom, der nicht von anderen Verbrauchern genutzt werden kann, wird in Pumpspeicherwerken und in Langzeitspeichern auf Basis von Methan oder Wasserstoff gespeichert. Die Rückverstromung des Methans und des Wasserstoffs erfolgt mit Gas- und Dampfturbinenkraftwerken. Nur geringe Mengen an überschüssigem Strom können nicht verwendet werden.
Durch Lastmanagement (Wärmepumpen, Klimatisierung, Elektromobilität und industrielle Großverbraucher) können die Stromüberschüsse von 154 TWh auf 83 TWh reduziert werden. Die maximalen Leistungsüberschüsse durch Windenergie und Photovoltaik verringern sich dadurch von 105 auf 64 GW.

Weichenstellungen für den Umbau der Stromversorgung


Um die Umstellung auf 100% Erneuerbare Energien zu bewältigen, muss die Politik die entsprechenden Weichenstellungen vornehmen. Zu den vom UBA identifizierten Handlungsempfehlungen gehören:

• Verbindliche Ziele für Emissionsminderungen und Erneuerbare Energien setzen
• Vorgaben und Förderung für eine effizientere und intelligentere Energienutzung, um Lastmanagementpotenziale zu erschließen und den Energieverbrauch zu senken
• Rechtliche und ökonomische Rahmenbedingungen für die Umstellung auf Erneuerbare Energien schaffen, unter anderem Emissionshandel stärken, Energiebesteuerung weiterentwickeln und klimaschädliche Subventionen abbauen, Markt- und Systemintegration der Erneuerbaren Energien fördern
• Raumordnung stärker auf das Ziel des Ausbaus Erneuerbarer Energien ausrichten
• Notwendige Infrastruktur (Netze und Speicher) ausbauen
• Konventionellen Kraftwerkspark an den steigenden Ausbau Erneuerbaren Energien anpassen: kein weiterer Neubau von Kohlekraftwerken, Nutzung von hochflexiblen Gaskraftwerken für den Übergang, Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung, keine Laufzeitverlängerung für Atomkraftwerke
• Schwerpunkte der Energieforschung insbesondere auf Effizienz, Erneuerbare Energien, Netze, Speicher setzen und Fachkräftemangel vorbeugen
• Akzeptanz der Bevölkerung für die Energiewende verbessern durch breiten gesellschaftlichen Diskurs
• Leitlinien für den für den umweltverträglichen und Ressourcen schonenden Ausbau der Erneuerbaren Energien verankern.

Zentrale Annahmen und Thesen

Umbau des Energiesystems erforderlich

Um die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95% zu verringern, nimmt der Umbau der Stromversorgung auf Erneuerbare Energien eine Schlüsselrolle ein. 100% Strom aus Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 ist ein sehr ambitioniertes Ziel. Dafür ist es nicht nur notwendig, den Ausbau der Erneuerbaren Energien weiter voranzutreiben, sondern auch, das bestehende Energiesystem umzubauen und für die Umstellung auf Erneuerbare ...

Umbau des Energiesystems erforderlich

Um die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95% zu verringern, nimmt der Umbau der Stromversorgung auf Erneuerbare Energien eine Schlüsselrolle ein. 100% Strom aus Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 ist ein sehr ambitioniertes Ziel. Dafür ist es nicht nur notwendig, den Ausbau der Erneuerbaren Energien weiter voranzutreiben, sondern auch, das bestehende Energiesystem umzubauen und für die Umstellung auf Erneuerbare ...

Umbau des Energiesystems erforderlich

Um die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 80 bis 95% zu verringern, nimmt der Umbau der Stromversorgung auf Erneuerbare Energien eine Schlüsselrolle ein. 100% Strom aus Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 ist ein sehr ambitioniertes Ziel. Dafür ist es nicht nur notwendig, den Ausbau der Erneuerbaren Energien weiter voranzutreiben, sondern auch, das bestehende Energiesystem umzubauen und für die Umstellung auf Erneuerbare Energien tauglich zu machen.

Entwicklung des Energieverbrauchs

Das UBA nimmt an, dass die Potenziale zur Verringerung des Energieverbrauchs bis 2050 nahezu vollständig erschlossen werden. Dadurch reduziert sich der Endenergieverbrauch von 1.856 TWh im Jahr 2005 auf 846 TWh im Jahr 2050 (ohne Kraftstoffe im Verkehr). Besonders stark sinkt der Energiebedarf für Raumwärme und Warmwasser. Der geringe verbleibende Wärmeenergiebedarf wird komplett durch solarunterstützte Wärmepumpen gedeckt. Durch die Elektromobilität und den zunehmenden Einsatz elektrischer Wärmepumpen sinkt der Nettostromverbrauch nur leicht von 509 TWh in 2005 auf 468 TWh in 2050.

Potenziale von Stromspeichern und Lastmanagement

Wasserstoff und Methan werden als einzige, aber noch zu entwickelnde Option zur Langzeitspeicherung gesehen. Pumpspeicherkraftwerke sind aufgrund der Topologie in Deutschland nur begrenzt erweiterbar und dienen wegen der beschränkten Speicherkapazität nur als Kurzzeitspeicher. Trotz geringem Wirkungsgrad schneidet die Methanisierung (35%) insgesamt am besten ab, da für die Speicherung, den Transport und die Rückverstromung die vorhandene Gasinfrastruktur und Gaskraftwerke genutzt werden können. Das Speichersystem mit Wasserstoff hat zwar einen höheren Wirkungsgrad (42%), würde aber ein zusätzliches Ferntransportnetz erfordern.

Als Lastmanagementoptionen mit großem Potenzial werden Wärmepumpen, Klimatisierung, Elektrofahrzeuge und industrielle Verbraucher betrachtet. 

Potenziale der Erneuerbaren Energien

Das technisch-ökologische Stromerzeugungspotenzial der Erneuerbaren Energien in Deutschland ist mit 705 TWh deutlich höher als der ermittelte Strombedarf von 468 TWh im Jahr 2050. Die Windenergie hat mit jeweils 180 TWh an Land und auf See bzw. 60 GW installierter Leistung Onshore und 45 GW Leistung Offshore das größte Potenzial. Zweitwichtigste Energiequelle ist die Photovoltaik mit 248 TWh (275 GW) Potenzial. Die Geothermie folgt mit 50 TWh (6,4 GW), Wasserkraft und Biogas aus Abfallbiomasse tragen 24 bzw. 23 TWh (5,2 GW bzw. Biogas nach Bedarf) bei. Anbaubiomasse wird nicht berücksichtigt, da im Hinblick auf die Konkurrenz mit der Nahrungs- und Futtermittelproduktion und den Naturschutz zu viele Nachteile gesehen werden.

Methodik

Die Frage, ob eine hundertprozentige Stromversorgung im Jahr 2050 möglich ist, wird aus der technischen Perspektive beantwortet, da ökonomische Faktoren, wie zum Beispiel der Ölpreis nur sehr schwer für die kommenden Jahrzehnte abzuschätzen sind. Im Zentrum steht die Modellierung des Szenarios „Regionenverbund“. Den Rahmen dafür bilden Annahmen zur demografischen und wirtschaftlichen Situation im Jahr 2050, zum Energieverbrauch sowie zu den Potenzialen des Lastmanagements, der Stromspeicher und der Erneuerbaren Energien in Deutschland.

Die in der Modellierung genutzten Rahmendaten basieren auf ...

Die Frage, ob eine hundertprozentige Stromversorgung im Jahr 2050 möglich ist, wird aus der technischen Perspektive beantwortet, da ökonomische Faktoren, wie zum Beispiel der Ölpreis nur sehr schwer für die kommenden Jahrzehnte abzuschätzen sind. Im Zentrum steht die Modellierung des Szenarios „Regionenverbund“. Den Rahmen dafür bilden Annahmen zur demografischen und wirtschaftlichen Situation im Jahr 2050, zum Energieverbrauch sowie zu den Potenzialen des Lastmanagements, der Stromspeicher und der Erneuerbaren Energien in Deutschland.

Die in der Modellierung genutzten Rahmendaten basieren auf ...

Die Frage, ob eine hundertprozentige Stromversorgung im Jahr 2050 möglich ist, wird aus der technischen Perspektive beantwortet, da ökonomische Faktoren, wie zum Beispiel der Ölpreis nur sehr schwer für die kommenden Jahrzehnte abzuschätzen sind. Im Zentrum steht die Modellierung des Szenarios „Regionenverbund“. Den Rahmen dafür bilden Annahmen zur demografischen und wirtschaftlichen Situation im Jahr 2050, zum Energieverbrauch sowie zu den Potenzialen des Lastmanagements, der Stromspeicher und der Erneuerbaren Energien in Deutschland.

Die in der Modellierung genutzten Rahmendaten basieren auf der wirtschaftlichen und demografischen Entwicklung im Referenzszenario von Prognos. Bei den Potenzialschätzungen geht das UBA jeweils von der besten heute am Markt verfügbaren Technik aus. Bei den Erneuerbaren Energien beschränkt sich die Potenzialschätzung der Biomasse auf die Abfallbiomasse.

Das Szenario „Regionenverbund“ legt den Fokus auf das Ausschöpfen der regionalen Potenziale. Die Szenario-Simulation erfolgt mit dem Modell SimEE des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES). Es ermöglicht die räumlich und zeitlich hoch aufgelöste Simulation der Einspeisung unter Berücksichtigung der Wetter- und Lastdaten der Jahre 2006 bis 2009.

Grafiken

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