Inhalt. Überblick und Einführung...

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1 Inhalt Überblick und Einführung... xv 1 Abkehr von fossilen Brennstoffen: Probleme, Ziele und Lösungsansätze Probleme fossiler Energieträger: abnehmende Ressourcen, zunehmende politische Abhängigkeit, Klimawandel Energiepreisentwicklung Abhängigkeit und Erpressbarkeit Europas Ziele und Maßnahmen zur Lösung des Klimaproblems Effizienzsteigerungen und Einsparungen Erneuerbare und nachwachsende Energie Nukleare Optionen Kohlendioxid-Rückhaltung Leitszenarien für zukünftige Energiestrukturen Wie sind die Aussichten, die Energie- und Klimaziele zu erreichen? Stromerzeugung in Deutschland bis Regenerative Stromerzeugung in Deutschland bis Teil I Grundlagen der Erzeugung und Übertragung von Windenergie 2 Physikalisch-technische Grundlagen der Windenergienutzung Globale und lokale Luftzirkulation in der Atmosphäre Klima und Wetter Reguläre und chaotische Strömung Wind und Windenergie Von der Bewegungsenergie des Windes zur elektrischen Energie Umwandlung Stufe 1: Von der Luftströmung zur Drehung der Turbinenwelle Umwandlung Stufe 2: Von der Turbine bis zum Drehstromausgang einer Windenergieanlage: die Leistungskennlinie Regelung und Netzeinspeisung ix

2 x Inhalt 3 Wind als stochastische Energiequelle Statistische Beschreibung von Windgeschwindigkeiten Windenergieproduktion an einem gegebenen Standort Leistung-Dauer-Kurve Jahresenergieproduktion und Volllaststunden Theoretisch versus tatsächlich zu erwartende Volllaststunden Extreme zeitliche Schwankungen der Windgeschwindigkeit Einzelanlage versus Windpark Energieproduktion aller deutschen Windkraftwerke Versorgungssicherheit im Stromnetz bei hoher Windenergieeinspeisung Stromnetze und Windenergie Trennung von Stromerzeugung, Übertragungsnetzbetrieb und Stromverkauf Ausbau der Stromnetze erforderlich Übertragungsleistung und Versorgungssicherheit Zuverlässige Versorgung von Stromverbrauchern: das (n-1)-kriterium Übertragung von Windenergie durch ein vermaschtes System: modifiziertes (n-1)-kriterium Anschluss von Windparks an das Höchstspannungsnetz Windbedingte Erhöhung der Übertragungsfähigkeit des Stromnetzes Erhöhung von Versorgungssicherheit und Übertragungsleistung ohne Netzneubau: Leitungsmonitoring und Hochtemperaturseile Netzneubau: Freileitung versus Erdkabel Netzanbindung der Offshore-Windparks Übernahme der Netzanbindung durch die Übertragungsnetzbetreiber Umsetzung der Offshore-Netzanbindung in der Nordsee Netzintegration der Windenergie in Europa Europäisches Offshore-Supergrid Teil II Windenergieausbau 5 Systematische Berücksichtigung von externen Kosten: Erneuerbare-Energien-Gesetz Berücksichtigung der externen Kosten der konventionellen Stromerzeugung Förderung der erneuerbaren Energien... 95

3 Inhalt xi Zum Charakter des Erneuerbare-Energien-Gesetzes und der Rolle der Förderinstrumente Vom Stromeinspeisungsgesetz 1991 zum Erneuerbare-Energien-Gesetz 2000/ Das Stromeinspeisungsgesetz Das Erneuerbare-Energien-Gesetz Das Erneuerbare-Energien-Gesetz Das Erneuerbare-Energien-Gesetz von Der EEG-Erfahrungsbericht von November Erneuerbare Energien verringern die Börsen-Strompreise Änderungen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz von Zukünftige Weiterentwicklung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes Reine Börsenvergütung verhindert Zubau von Windenergieanlagen Beispiel Dänemark Eigenvermarktung der Windenergie durch die Windmüller Vermarktung des EEG-Stroms durch den Übertragungsnetzbetreiber Übergang von der EEG-Mindestvergütung zur Strombörse risikoreich Windenergieausbau und Verwaltungsverfahren Windenergieausbau onshore Eignungsflächen und Genehmigungsverfahren Planungserlasse und Flächenoptimierung Windenergieausbau offshore Genehmigungsverfahren des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie Eignungsgebiete und Raumordnung in der ausschließlichen Wirtschaftszone Stromnetzausbau und Verwaltungsverfahren Gesetzliche Vorgaben zur Verkabelung von Höchstspannungsleitungen Leitlinien für transeuropäische Energienetze Energieleitungsausbaugesetz Fallbeispiel Schleswig-Holstein Praxiserfahrungen im Windland Schleswig-Holstein Handlungsfeld Repowering oder aus weniger wird mehr Handlungsfeld Offshore-Windenergie oder der Weg aufs Meer Handlungsfeld Stromnetze oder die Ertüchtigung der Infrastruktur

4 xii Inhalt 7 Windenergie in Deutschland, Europa und weltweit Windenergie in Deutschland Ausbauplanung der deutschen Bundesregierung bis Windenergieproduktion und Stromverbrauch Zukünftige Offshore-Windenergie in Deutschland Die Entwicklung der Offshore-Windenergie Genehmigte Offshore-Windkraftwerke Probleme beim Offshore-Windenergieausbau Windenergie in Europa und weltweit Windenergie in Europa Windenergie weltweit Teil III Optimierung des Windenergieausbaus 8 Grundlagen der Optimierung: Nutzen versus Kosten Nutzen und Kosten der Windenergie Nutzen der Windenergie Kosten der Windenergie Monetäre Bewertung von Nutzen und Kosten der Windenergie Abgeltung des volkswirtschaftlichen Nutzens durch die EEG-Mindesteinspeisevergütung Grenznutzen und Grenzkosten Grenznutzenkurve einer zeitlich fluktuierenden Quelle wie der Windenergie Monetarisierung des Nutzens Prinzip der Erstellung einer Dauer-Leistung-Kurve Dauer-Leistung-Kurve und Grenznutzen- Leistung-Kurve Anwendung der Grenznutzenfunktion Optimierung von Windenergieanlagen Entwicklung von Rotordurchmesser und installierter Leistung Kosten der Onshore-Windkraftwerke Kostenstruktur Sinkende Stromerzeugungskosten der Windenergie bis Steigende Stromerzeugungskosten der Windenergie seit Kosten der Offshore-Windkraftwerke Optimierung statt Maximierung des Windenergieausbaus Optimierung der installierten Leistung pro Rotorfläche Verringerung der Windleistungsspitzen

5 Inhalt xiii 10 Optimierung der Übertragung von Windenergie Wirtschaftliche Zumutbarkeit als Begrenzung für Netzausbau Drei verschiedene Standardfälle Optimierung der Erhöhung der Übertragungsleistung Wirtschaftliche Zumutbarkeit als Verhältnismäßigkeit von volkswirtschaftlichen Nutzen und Kosten Richtgrößen für Netzausbau und für dynamische Begrenzung von kurzzeitigen Erzeugungsspitzen Faustregeln für wirtschaftliche Zumutbarkeit Objektive Bestimmung des wirtschaftlich zumutbaren Netzausbaus Bestimmung des Grenznutzens einer Erhöhung der Übertragungsleistung Bestimmung der Grenzkosten einer Erhöhung der Übertragungsleistung Optimierung der Erhöhung der Übertragungsleistung Fallbeispiele Fallbeispiel 1: 110-kV-Anbindung von Windparks Fallbeispiel 2: Netzanbindung von Offshore-Windenergieanlagen Fallbeispiel 3: 380-kV-Fernleitungen Exkurs: dena-netzstudien Teil IV Optimierung des gesamten Kraftwerkssystems bei hohen Windenergieanteilen 11 Struktur und Entwicklung des Kraftwerksparks: Zielvorgaben und Szenarien Bisheriges System von Stromnachfrage, Stromerzeugung und Stromübertragung Gesetzliches Grundprinzip: Jederzeitige Deckung der Stromnachfrage Ausgangssituation: Installierte Leistung und Stromerzeugung 1997, 2002 und Stromübertragung Kraftwerkseinsatzplanung Grundlast, Mittellast, Spitzenlast Änderungen durch die Windenergie Exkurs: Kraftwerkseinsatzplanung und Preisbildung an der Strombörse Zielvorgaben der Bundesregierung für die deutsche Kraftwerksstruktur Zukünftiges Kraftwerkssystem in der Diskussion Eckpunkte für ein integriertes Energie- und Klimaschutzprogramm der Bundesregierung

6 xiv Inhalt Monitoring-Bericht des Bundeswirtschaftsministeriums Ausgewählte Szenarien der zukünftigen Kraftwerksstruktur dena-kurzanalyse 2008 und ihre Bewertung Arrhenius-Institut und Öko-Institut: Klimaschutz und Stromwirtschaft 2020/ Greenpeace: Nationales Energiekonzept bis Schlussfolgerungen aus den Studien zur zukünftigen Kraftwerksentwicklung Entwicklung des Kraftwerkssystems bei über 50 GW Windleistung Ausgleich von Stromangebot und Stromnachfrage bei hohen Windenergieanteilen Schwankungen von Stromangebot und von Stromnachfrage Ausgleich von Stromangebot und von Stromnachfrage Speicher für elektrische Energie Ausgleich von Windenergieschwankungen Ausgleich von Windenergieschwankungen bis zu einigen Stunden Ausgleich längerer Windflauten Nachfragedeckung bei hohem Windenergieanteil Anteil der Windenergieeinspeisung an der Stromnachfrage Restnachfrage, die für konventionelle Kraftwerke verbleibt Windenergieanlagen versus Grundlastkraftwerke: ein Entweder-Oder Mit wachsender Windenergieeinspeisung deutlich abnehmende Benutzungsdauer der Grundlastkraftwerke Bei hoher Windenergieeinspeisung neue Grundlastkraftwerke nicht mehr wirtschaftlich betreibbar Liste der Tabellen Liste der Abbildungen Liste der Kästen Sachverzeichnis

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