Windenergie - Ausbau und Repowering in der Stadt- und Regionalplanung

Transkript

1 Berliner Schriften zur Stadt- und Regionalplanung 21 Windenergie - Ausbau und Repowering in der Stadt- und Regionalplanung Bearbeitet von Stephan Mitschang 1. Auflage Taschenbuch. VIII, 221 S. Paperback ISBN Format (B x L): 14,8 x 21 cm Gewicht: 320 g Weitere Fachgebiete > Technik > Energietechnik, Elektrotechnik schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2

3 1 Sachstand und Perspektiven der Windenergie in Deutschland Klaus Müschen I. Windenergie Wo stehen wir, wo geht s hin? Dieser einleitende Beitrag gibt eine kurze Einführung in den Themenkomplex der Windenergienutzung. Ausgehend von den Rahmenbedingungen der deutschen Energie- und Klimapolitik werden bisherige Entwicklungen sowie aktuelle Perspektiven und Herausforderungen in Zusammenhang mit der Windenergienutzung in Deutschland dargestellt. II. Die Energiewende Der Begriff der Energiewende ist seit der Atomkatastrophe in Fukushima und dem darauf folgenden Beschluss zum Ausstieg aus der Atomenergienutzung in aller Munde. Der Begriff wurde durch eine Studie des Öko-Instituts mit Szenarien für eine alternative Energiezukunft schon 1979 geprägt. 1 Die Transformation des Energiesystems weg von den konventionellen Energieträgern, hin zu einer auf erneuerbaren Energien basierenden Energieversorgung ist seit über 20 Jahren Bestandteil der deutschen Energie- und Klimaschutzpolitik. Der entscheidende Grundstein dazu wurde 1991 durch das Inkrafttreten des Stromeinspeisungsgesetzes gelegt, das im Jahr 2000 durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) abgelöst wurde. Auch wenn von Zeit zu Zeit Kritik am EEG laut wird: Mit diesem Gesetz verfügt Deutschland nicht nur über ein verlässliches, sondern auch nach wie vor höchst erfolgreiches Förderinstrument zum Ausbau der erneuerbaren Energien. Eine weitere wichtige Etappe der deutschen Energie- und Klimaschutzpolitik stellte das 2007 in Meseberg verabschiedete Integrierte Energie- und Klimaschutzprogramm (IEKP) dar, in dem Ziele zur Energieversorgung und Minderung von Treibhausgasen bis 2020 sowie Maßnahmen zu deren Umsetzung festgelegt wurden. Im Herbst 2010 beschloss die Bundesregierung schließlich ein Energiekonzept mit Zielen zur Treibhausgasreduktion und Energieversorgung bis Obwohl das Energiekonzept im Vergleich zum IKEP ambitioniertere Ziele zum Ausbau erneuerbarer Energien vorsah, wurde es vielfach als Rückschritt wahrgenommen, 1 Krause, F. et al. (1980): Energiewende Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran.

4 2 weil mit ihm auch die Laufzeitverlängerung der deutschen Atomkraftwerke um durchschnittlich zwölf Jahre festgelegt wurde. Bekanntermaßen revidierte die Bundesregierung diese Entscheidung aber bereits im Jahr 2011 in Folge des Atomunglücks in Fukushima. Stattdessen wurde mit dem Eckpunktepapier der Bundesregierung zur Energiewende der Ausstieg aus der Atomenergienutzung bis zum Jahr 2022 besiegelt. Mithin kann die Energiewende als politischer Konsens bezeichnet werden. Die zentralen Handlungsfelder der Energiewende sind: der schnelle und kontinuierliche, möglichst kosteneffektive und umweltfreundliche Ausbau erneuerbarer Energien die Senkung des Energieverbrauchs und Steigerung der Energieeffizienz und der Ausbau und die Modernisierung der Netzinfrastruktur sowie die Integration erneuerbarer Energien. Die derzeit maßgeblichen Ziele für den Ausbau der erneuerbaren Energien für das Jahr 2020 (2050) sind ein Anteil von 35 % (80 %) an der Stromversorgung und 18 % (60 %) am Endenergiebedarf. 2 Zum Erreichen dieser Zielsetzungen ist der Ausbau der Windenergie von entscheidender Bedeutung, denn [d]ie Windenergie ist der Bereich mit den größten Potenzialen für einen zügigen und kosteneffizienten Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. 3 2 Bundesregierung (2010): Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung, 28. September Bundesregierung (2011): Der Weg zur Energie der Zukunft sicher, bezahlbar und umweltfreundlich. Eckpunktepapier der Bundesregierung zur Energiewende. Stand:

5 3 III. Entwicklung der Windenergienutzung Dass die Windenergie an Land zusammen mit der Wasserkraft heute die leistungsstärkste und wirtschaftlichste Form regenerativer Energieerzeugung darstellt, ist im Wesentlichen den rasanten technischen Weiterentwicklungen der letzten 20 Jahre zu verdanken. Noch in den 1980er Jahren war nicht einmal entfernt daran zu denken, dass die Windenergienutzung heute eine so bedeutende Rolle spielen würde. Zum Prestige-Projekt GROWIAN (Große Windenergieanlage), einer 3-MW- Anlage, die damals mit öffentlichen Mitteln zur Windenergieforschung finanziert wurde, wird Hans Matthöfer 4 mit den Worten zitiert: Wir wissen, dass es uns nichts bringt. Aber wir machen es, um den Befürwortern der Windenergie zu beweisen, dass es nicht geht.. 5 Damals sollte er Recht behalten. Nach nur vier wenig erfolgreichen Betriebsjahren wurde das Projekt für gescheitert erklärt und die damals weltweit größte Windenergieanlage wieder demontiert. Glücklicherweise gab man die Windenergienutzung in Deutschland wegen dieses Misserfolgs nicht auf. Durch die gesetzlich garantierte Abnahme und Vergütung regenerativ erzeugten Stroms durch das Stromeinspeisungsgesetz und das 100- MW-Wind-Programm fand weiterhin eine Förderung statt. Ausgangspunkt der technischen Entwicklung waren zunächst aber erheblich kleiner dimensionierte Anlagen. Eine durchschnittliche Windenergieanlage im Jahr 1990 erzielte bei einer Nennleistung von 250 kw und einer Gesamthöhe von 65 m einen Jahresenergieertrag von kwh. Durch eine kontinuierliche Verbesserung der Anlagentechnologie ist GROWIAN mittlerweile aber längst übertroffen: Die derzeit leistungsstärkste Anlage am Markt ist fast 200 m hoch und erreicht mit 7,5 MW Nennleistung eine Jahresproduktion von ca. 20 Mio. kwh (siehe Abb. 1). 6 Windenergieanlagen mit einer Leistung von mehr als 5 MW sind jedoch an Land bislang die Ausnahme, weil die Möglichkeiten des wirtschaftlichen Betriebs solch großer Anlagen an Land begrenzt sind. Die durchschnittliche Nennleistung neu errichteter Windenergieanlagen lag im Jahr 2011 daher erst bei 2,2 MW. 7 4 damaliger Finanzminister, in den 1970er Jahren Minister für Forschung und Technologie. 5 Zitiert in: Anatol Johansen: Erfolg für das erste Aufwindkraftwerk der Welt, Die Welt Nr. 289, 13. Dezember 1982, S Bundesverband WindEnergie e.v.: zuletzt abgerufen am Ender, C. (2012): Windenergienutzung in Deutschland Stand: In: DEWI Magazin No. 40, Februar 2012, S

6 4 Abbildung 1: Größenentwicklung und Leistungssteigerung von Windenergieanlagen Quelle: LUBW (Hrsg.), Windenergie Einführung, unter Zugriff am Der jährliche Zubau von Windenergieleistung erreichte seinen bisherigen Höhepunkt im Jahr 2002, in dem über MW neu installiert wurden. Seitdem ist der Zubau leicht rückläufig und hat sich mittlerweile auf einem Niveau von jährlich bis MW eingependelt (siehe Abb. 2). Dieser Rückgang wurde vor allem auf die zunehmende Auslastung der für Windenergieanlagen ausgewiesenen Flächen zurückgeführt. Dieses eingeschränkte Flächenangebot führt in Kombination mit dem Alter bestehender Windenergieanlagen dazu, dass das Repowering eine zunehmend interessante Option darstellt, vorhandene Flächen effizienter auszunutzen. Der jährliche Leistungszuwachs durch Repowering blieb zunächst hinter den Erwartungen zurück, gewinnt in den letzten Jahren aber zunehmend an Bedeutung. So wurden im Jahr 2011 bereits 183 Windenergieanlagen mit einer Leistung von insgesamt 127 MW abgebaut und durch 101 Anlagen mit einer Gesamtleistung von 251 MW ersetzt. 8 Bei gleichzeitiger Reduktion der Anlagenzahl um 82 konnte damit die Leistung durch das Repowering verdoppelt werden. Heute ist die Windenergie mit einem Anteil von fast 40 % an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien die mit Abstand wichtigste der regenerativen Energiequellen. Insgesamt waren Ende 2011 in Deutschland gut Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von rund MW installiert, die fast 50 TWh Strom produzierten. Allein durch die Windenergienutzung konnten damit 8 % des 8 Ebenda.

7 5 deutschen Strombedarfs gedeckt und 35,2 Mio. t Treibhausgasemissionen vermieden werden. 9 Abbildung 2: Entwicklung der jährlich neu installierten Windenergieleistung Quelle: Zugriff am IV. Potenziale für den Ausbau der Windenergie In den Langfristszenarien 2011 des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit wird davon ausgegangen, dass im Jahr 2020 insgesamt MW Windenergieleistung an Land und MW auf See installiert sind. 10 Für das Jahr 2050 wird eine installierte Leistung von MW an Land und MW offshore angenommen. Unter diesen Voraussetzungen könnten bei einem Jahresenergieertrag von 260 TWh im Jahr 2050 etwa 43 % des heutigen Strombedarfs aus Windenergie gedeckt werden Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2012): Zeitreihen zur Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland. Unter Verwendung von Daten der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat), Stand: Juli Ausbauzahlen gemäß Szenario 2011 A 11 Nitsch, J.; Pregger, T.; Naegler, T.; Heide, D.; Luca de Tena, D.; Scholz, Y.; Nienhaus, K.; Gerhardt, N.; Sterner, M.; Trost, T.; von Oehsen, A.; Schwinn, R.; Pape, C.; Hahn, H.; Wickert, M. & Wenzel, B. (2012): Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global. Stuttgart, Kassel, Teltow.

8 6 Die Potenziale der Windenergie sind aber durchaus größer einzuschätzen. Die Studie Energieziel 2050: 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen des Umweltbundesamtes hat aufgezeigt, dass eine zu 100 % aus regenerativen Energien basierende Stromversorgung im Jahr 2050 möglich ist. In dieser Studie wird auf Basis einer konservativen Schätzung von einem technisch-ökologischen Potenzial der Windenergie von MW an Land und MW auf See ausgegangen. 12 Die Schätzungen der 100-%-Studie beruhten allerdings auf relativ pauschalen Annahmen zur verfügbaren Fläche und installierbaren Leistung. Das Umweltbundesamt beschäftigt sich daher derzeit damit, die technisch-ökologischen Potenziale der Windenergie an Land in einer konkretisierenden Studie genauer zu untersuchen. Dazu werden zunächst die bundesweiten Flächenpotenziale für die Windenergie anhand der besten verfügbaren Geo- und Wetterdaten ermittelt. Aufbauend auf den Flächenpotenzialen werden anschließend mithilfe von Referenzanlagen Leistungspotenziale errechnet. Die Potenzialstudie wird voraussichtlich noch im Jahr 2012 veröffentlicht. V. Perspektiven für die Windenergienutzung In Zukunft wird das Repowering für den Ausbau der Windenergie an Land zunehmend an Bedeutung gewinnen. So sind auf derzeit bereits für die Windenergie genutzten Flächen noch erhebliche Leistungszuwächse möglich. Außerdem können durch moderne Anlagentechniken Flächen erschlossen werden, in denen die Windenergienutzung früher technisch nicht möglich oder häufig unwirtschaftlich war, wie z. B. im Wald oder im süddeutschen Raum. Aber auch darüber hinaus wird es in den kommenden Jahren vermutlich erhebliche Neuausweisungen von Flächen für die Windenergienutzung geben, denn die Bundesländer haben sich ehrgeizige Ziele zum Ausbau erneuerbarer Energien gesetzt. Die aufsummierten Ziele der Bundesländer übersteigen das im EEG festgelegte Mindestziel von 35 % erneuerbaren Energien an der Stromversorgung im Jahr 2020 deutlich. Dabei wird der Windenergienutzung wiederum ein hoher Stellenwert eingeräumt. Sehr viele Bundesländer haben eine Ausweitung der für Windenergie ausgewiesenen Flächen angekündigt, um den Ausbau der Windenergie voranzubringen. Auch der Bund verfolgt verschiedene Aktivitäten zur Unterstützung der Windenergie bei der Energiewende. In der Plattform Erneuerbare Energien, die im Jahr 2012 gegründet wurde, diskutieren Vertreter aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft in einem übergeordneten Steuerungskreis und drei Arbeitsgruppen über die 12 Klaus, T.; Vollmer, C.; Werner, K.; Lehmann, H. & Müschen, K. (2010): Energieziel 2050: 100 % Strom aus erneuerbaren Quellen. Dessau-Roßlau.

9 7 Herausforderungen des Ausbaus erneuerbarer Energien und mögliche Lösungsansätze. Seit 2011 treffen sich Vertreter aus Bund und Ländern in der Bund-Länder- Initiative Windenergie, um sich über aktuelle Entwicklungen und Probleme beim Ausbau der Windenergie an Land zu informieren und auszutauschen. Darüber hinaus wird derzeit nach dem Vorbild der seit 2005 bestehenden Stiftung Offshore- Windenergie eine Fachagentur zur Windenergie an Land aufgebaut. Sie soll Kommunen, Planungsgemeinschaften und sonstige Beteiligte unterstützen, um den Ausbau der Windenergienutzung an Land zu befördern. VI. Herausforderungen für die Windenergienutzung Eine Herausforderung für die Windenergienutzung ergibt sich aus dem bislang schleppend verlaufenden Ausbau des Stromnetzes. In den vergangenen Jahren konzentrierte sich der Ausbau der Windenergie auf die Bundesländer im Norden und der Mitte Deutschlands, insbesondere Niedersachsen, Brandenburg, Sachsen- Anhalt, Schleswig-Holstein und Nordrhein-Westfalen. Nun entfallen durch die Abschaltung von Atomkraftwerken aber Kraftwerkskapazitäten in Süddeutschland, so dass eine Steigerung der Transportkapazitäten im Übertragungsnetz von Norden nach Süden erforderlich wird. Darüber hinaus ist ein zunehmender Stromtransport durch die Einspeisung aus Offshore-Windparks in der Nord- und Ostsee zu den Ballungsräumen im Süden zu erwarten. Das heutige Netz ist nicht ausreichend für solche großen Leistungstransite sowie für wechselnde Lastflussrichtungen im Verteilungsnetz (Rückspeisung ins Übertragungsnetz) ausgelegt. Der daher notwendige Ausbau der Netzinfrastruktur kann aber derzeit nicht mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien Schritt halten. Um mittelfristigen Kapazitätsengpässen im Übertragungsnetz entgegenzuwirken, ist hier eine Beschleunigung des Netzausbaus notwendig. Die Weiterentwicklung der Anlagentechnik ermöglicht heute auch eine wirtschaftliche Erschließung von Binnenland-Standorten mit geringen mittleren Windgeschwindigkeiten. Der vermehrte Ausbau von Windenergieanlagen in Süddeutschland kann somit mittelfristig auch einen Beitrag zur Entlastung der Übertragungsnetze leisten. Im Jahr 2010 betrug der Anteil des abgeregelten Windenergiestroms aufgrund lokaler Netzengpässe (überwiegend in Nord- und Ostdeutschland) 0,2 % bis 0,4 % der tatsächlich eingespeisten Windenergie. 13 Ein Zubau fand in den Jahren 2011 und 2012 vornehmlich in den ohnehin von Abregelungsmaßnahmen betroffenen Bun- 13 Ecoys (2011): Abschätzung der Bedeutung des Einspeisemanagements nach EEG Auswirkungen auf die Windenergieerzeugung in den Jahren 2009 und 2010.

10 8 desländern statt, weshalb für die Zukunft von einer weiteren Zunahme von Einspeisemanagement-Maßnahmen auszugehen ist. Flexibilitätsoptionen können im Gegensatz zum nicht beeinflussbaren Leistungsdargebot von fluktuierenden erneuerbaren Energien einen Ausgleich zwischen der Stromnachfrage und -angebot schaffen. Dazu gehört neben dem Lastmanagement und dem Ausbau des Stromnetzes für einen großräumigen Ausgleich von Strommengen auch die Abregelung von dargebotsabhängigen Anlagen. Zusätzliche Stromspeicher sind nach Berechnungen des VDE erst mittelfristig erforderlich, d. h. ab einem Anteil von 40 % erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung. 14 VII. Fazit Abschließend ist festzuhalten, dass sich die Windenergienutzung in Deutschland beeindruckend entwickelt hat und heute das wichtigste Zugpferd der Energiewende darstellt. Der weitere Ausbau der Windenergie und zwar aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit bei geringen Kosten insbesondere auch an Land ist daher dringend erforderlich. Einen Teil kann das Repowering bestehender Windenergieanlagen dazu beitragen. Andererseits ist die Erschließung neuer Potenziale durch zusätzliche Flächenausweisungen ebenso wichtig. Eine große Herausforderung stellt bei zunehmender Windstromeinspeisung allerdings die begrenzte Kapazität des Stromnetzes dar. Ein zügiger Ausbau der Netzinfrastruktur ist daher die entscheidende Voraussetzung für die Fortführung der Erfolgsgeschichte der Windenergienutzung in Deutschland. 14 VDE (2012): Energiespeicher für die Energiewende Speicherungsbedarf und Auswirkungen auf das Übertragungsnetz für Szenarien bis 2050.