Studienvergleich: Entwicklung der installierten Leistung zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien

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1 Entwicklung der installierten Leistung zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien Szenarien zum Ausbau der Stromerzeugungskapazitäten aus Erneuerbaren Energien in Deutschland Eine Vielzahl von Studien beschäftigt sich mit dem weiteren Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien. Das liegt daran, dass der Umstellung der Stromversorgung auf regenerative Energieträger eine Schlüsselrolle für den Klimaschutz zukommt und die politisch eingeleitete Energiewende auch den Ausstieg aus der Atomkraft vorsieht. Zudem hat sich im Stromsektor dank des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) in den vergangenen Jahren eine sehr dynamische Entwicklung vollzogen. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien hat auch ambitioniert erscheinende Szenarien in der Realität immer wieder übertroffen, so dass sich die meisten Studien heute nicht mehr mit der Frage befassen, ob die Potenziale für eine vollständig regenerative Versorgung vorhanden sind, sondern wie der Übergang dazu gelingt. Denn die immer größeren Anteile von fluktuierenden bzw. vom natürlichen Dargebot abhängigen Energieträger (Wind und Sonne) bringen neue Herausforderungen für das Energiesystem mit sich, die mit den Stichworten Systemintegration oder Systemtransformation beschrieben werden. So beschäftigen sich insbesondere jüngere Veröffentlichungen unter anderem damit, wie die Versorgungssicherheit bei einem hohen Anteil fluktuierender Erzeuger jederzeit gewährleistet werden kann. Unterschiedliche Annahmen zur weiteren Entwicklung der erneuerbaren Erzeugungskapazitäten haben unterschiedliche Implikationen zum Beispiel hinsichtlich des erforderlichen Netzausbaus, des Bedarfs an neuen fossilen Kraftwerken und Speicherkapazitäten. Eine Gegenüberstellung verschiedener Ausbauszenarien und -prognosen soll daher einen Beitrag zur besseren Einordnung der energiepolitischen Diskussionen leisten. Hinweise zur Einordnung und Bewertung des Studienvergleichs Die dargestellten Werte sind nur bedingt vergleichbar, denn die aufgeführten Studien unterscheiden sich in den Zielsetzungen, der Methodik, dem zeitlichen Betrachtungshorizont und den getroffenen Annahmen als Eingangsparameter für die Modellrechnungen. Wesentliche Unterschiede zwischen den Studien bestehen zum Beispiel im Hinblick auf folgende Aspekte: den Annahmen zur Höhe des künftigen Stromverbrauchs, den erzielbaren Kostenreduktionen bei den Erneuerbaren Energien, der Entwicklung des internationalen Stromhandels oder der weiteren Gestaltung von Förderinstrumenten. Beispielsweise gehen das Szenario B 100%-S/H2 der Leitstudie 2010 von DLR/IWES/IfnE, die Studien von Greenpeace (2009), SRU (2011) und UBA (2010) alle von einer Vollversorgung mit Strom aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 aus. Allerdings variiert der Bruttostromverbrauch zwischen etwa 500 Terawattstunden (TWh) in den a-szenarien des SRU und 887 TWh im Szenario B 100%-S/H2 der Leitstudie Zudem gibt es unterschiedliche Annahmen zum Umfang des Stromaustauschs mit dem Ausland. So stellen die Szenariofamilie 1 des SRU und das Greenpeace-Szenario eine rein nationale Versorgung ohne Stromimporte dar. Das Szenario Regionenverbund des UBA beinhaltet nur zu einem geringen Anteil den Stromimport aus Nachbarstaaten. Andere Szenarien berücksichtigen den Stromaustausch mit dem Ausland stärker und rechnen mit Februar 2012 Seite 1

2 Netto-Stromimporten. Dabei kalkulieren die SRU-Szenarien 2.2 und 3 mit 105 TWh, das Szenario B 100%-S/H2 der Leitstudie 2010 sogar mit 196 TWh Netto-Stromimport. Diese Faktoren beeinflussen den Bedarf an inländischer Erzeugungsleistung für eine Vollversorgung mit Erneuerbaren Energien natürlich erheblich. Bei der Biomasse schränken einige Studien (UBA, SRU, WWF/Prognos/Öko-Institut) das für die Stromerzeugung nutzbare Potenzial stärker ein wegen der Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion bzw. wegen der vorrangigen Verwendung der Biomasse für den Kraftstoff- und den Wärmemarkt. Methodisch von Bedeutung ist die Unterscheidung zwischen Referenzprognosen und Zielszenarien. Erstere treffen Aussagen zur wahrscheinlichen Entwicklung der Energieversorgung unter Annahme bestimmter politischer, ökonomischer und technologischer Randbedingungen. Demgegenüber werden bei den Zielszenarien bestimmte Parameter vorgegeben, zum Beispiel die maximal erlaubten Treibhausgasemissionen oder der Anteil der Erneuerbaren Energien am Stromverbrauch. Auf dieser Basis wird dann analysiert, unter welchen Voraussetzungen die Ziele erreicht werden können. Oftmals werden die Zielszenarien einer Referenzprognose gegenübergestellt, um die Unterschiede zu einer Status-Quo-Entwicklung zu verdeutlichen. Unterschiedliche Werte bei der installierten Stromerzeugungsleistung der Erneuerbaren Energien sind also eine logische Konsequenz der verschiedenen Zielsetzungen und Herangehensweisen. Gemeinsam ist allen Szenarien und Prognosen jedoch, dass die Windenergie und die Photovoltaik den stärksten Ausbau beziehungsweise die höchsten Anteile am zukünftigen Kraftwerkspark verzeichnen. Damit bilden zwei dargebotsabhängige Energiequellen die Hauptsäulen der künftigen Stromversorgung und werden zum Taktgeber im Energiesystem. Die Geschwindigkeit, der Umfang und die Standorte des Photovoltaik- und Windenergieausbaus bestimmen den Anpassungsbedarf bei den Stromnetzen, Lastmanagement und Speicherkapazitäten. Wegen dieser zentralen Bedeutung werden die Studienergebnisse zu diesen beiden Erneuerbaren Energien grafisch separat dargestellt. Februar 2012 Seite 2

3 Erläuterungen zu den wesentlichen Zielsetzungen, Annahmen und Ergebnissen der Studien bzw. Szenarien Zu den in der Grafik dargestellten Referenzprognosen gehören: Leipziger Institut für Energie (IE Leipzig): Mittelfristprognose zur deutschlandweiten Stromerzeugung aus regenerativen Kraftwerken bis November 2011 (Trend- Szenario). Aufgabe der EEG-Mittelfristprognose ist es, Prognosen zur Entwicklung der installierten Leistung und Stromerzeugung der in den Geltungsbereich des EEG fallenden Energieträger zu erstellen und daraus die voraussichtlichen Vergütungssummen bzw. die Entwicklung der EEG-Umlage abzuleiten. Diese Studie hat den kürzesten Betrachtungshorizont aller hier vorgestellten Arbeiten, stellt aber die aktuellste Untersuchung zur wahrscheinlichen Entwicklung der einzelnen Erneuerbaren Energien dar. Für die Vergleichsgrafiken liefert die Studie lediglich einen Wert, nämlich den für das Jahr Zu beachten ist eine kleine Abweichung zu den anderen Studien, da hier bei der Wasserkraft nur die EEG- Wasserkraft berücksichtigt ist. Der Gesamtwert für die Stromerzeugungskapazitäten aus Erneuerbaren Energien liegt also eigentlich um ca. drei bis 3,5 Gigawatt (GW) höher. Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) / Agentur für Erneuerbare Energien (AEE): Stromversorgung Wege in eine moderne Energiewirtschaft. Januar Hierbei handelt es sich um eine Prognose der Erneuerbare-Energien-Branchenverbände, wie sich die installierte Leistung und Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien unter der Annahme günstiger Rahmenbedingungen bis 2020 entwickeln wird und welche Beiträge die Erneuerbaren Energien damit zur Stromversorgung und zum Klimaschutz leisten können. Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung an der Universität Stuttgart (IER) / Rheinisch-westfälisches Institut für Wirtschaftsforschung (RWI) / Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW): Energiemärkte Energieprognose März Die Energieprognose 2009 schätzt die Entwicklung von Angebot und Nachfrage nach Energie in Deutschland bis zum Jahr Sie zeigt eine wahrscheinliche Entwicklung unter bestimmten energieund klimapolitischen Rahmensetzungen und Annahmen hinsichtlich der Entwicklung unsicherer Einflussfaktoren wie des Ölpreises. Dabei arbeitet die Studie mit verschiedenen Szenariovarianten, die sich durch die Restlaufzeiten für Atomkraftwerke, Klimaschutzvorgaben oder die Höhe des Ölpreises unterscheiden. Da sich die Erneuerbaren Energien entsprechend der Annahmen der Studie unabhängig von diesen Einflussfaktoren in allen Szenariovarianten einheitlich entwickeln, ist in den vorliegenden Vergleichsgrafiken nur ein Szenario zu berücksichtigen. Deutsche Energie-Agentur (dena): dena-netzstudie II. November Das Erkenntnisinteresse der dena-netzstudie II liegt in der Ermittlung des Ausbaubedarfs im Bereich der Höchstspannungsnetze, der im Wesentlichen durch die Erneuerbaren Energien, insbesondere der Windenergie entsteht. Die in der Studie getroffenen Annahmen zum Ausbau der installierten Leistung der verschiedenen Erneuerbaren Energien und deren geographische Verteilung sind die Basis für den identifizierten Bedarf an zusätzlicher Übertragungsleistung. Energiewirtschaftliches Institut an der Universität zu Köln (EWI) / Prognos / Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung (GWS): Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung. August 2010 (Referenzszenario). Das Referenzszenario zeigt die voraussichtliche Entwicklung der Energieversorgung bis zum Jahr 2050 unter den gegenwärtigen bzw. für am wahrscheinlichsten gehaltenen Rahmenbedingungen. Durch Gegenüberstellung der Ergebnisse der Zielszenarien (s.u.) mit der Referenzentwicklung identifiziert die Studie energiepolitische Handlungsmöglichkeiten, um die Klimaschutzziele zu erreichen. Februar 2012 Seite 3

4 Zu den dargestellten Zielszenarien gehören: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) / Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) / Ingenieurbüro für neue Energien (IfnE): Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global. Leitstudie Dezember 2010 (Basisszenario 2010 A und Szenario B-100%-S/H2) Die Leitstudie 2010 soll aufzeigen, wie die klimapolitischen Ziele der Emissionsreduktion bis 2050 erreicht werden können. Auf der Basis differenzierter Potenzialabschätzungen und detaillierten Technik- und Kostenanalysen entwickelt die Studie verschiedene Szenarien zum möglichen Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland in Wechselwirkung mit den übrigen Teilen der Energieversorgung. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Struktur der zukünftigen Stromversorgung. Die vertiefte Analyse der Wirkungen deutlich wachsender EE-Anteile dient dazu, einen Übergang zu einer 100%-Versorgung mit Erneuerbaren Energien zu charakterisieren. Die Grafiken stellen die Ergebnisse der beiden Modellrechnungen Basisszenario 2010 A und Szenario B-100%-S/H2 dar. EWI/Prognos/GWS: Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung. August 2010 (Szenarien I - IV A + B). Die Zielszenarien bis zum Jahr 2050 dienen als Basis für das Energiekonzept der Bundesregierung vom September Dementsprechend bilden Vorgaben zur Reduktion der Treibhausgasemissionen (40% bis 2020 und 85% bis 2050) und zum Anteil der Erneuerbaren Energien an der Energieversorgung als zentrale politische Ziele die Eckpunkte der Szenarien auf nationaler Ebene. Dabei gehen die verschiedenen Zielszenarien von unterschiedlichen Laufzeitverlängerungen für Kernkraftwerke (4, 12, 20 oder 28 Jahre in den Szenarien I-IV) und unterschiedlichen Nachrüstkosten für Kernkraftwerke aus (pauschal 25 Euro pro Kilowatt und Jahr in Variante A oder anlagenspezifische Kosten in den B- Szenarien). Die installierte Leistung und die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in Deutschland weisen im Vergleich zu anderen Studien geringere Werte auf. Das liegt im Wesentlichen an der Annahme eines zurückgehenden Stromverbrauchs, der Laufzeitverlängerung für Kernkraftwerke sowie an Februar 2012 Seite 4

5 substanziellen Stromimporten. Die Studie geht davon aus, dass Erneuerbare Energien an Standorten im Ausland wesentlich kostengünstiger genutzt werden können und einen Teil des Stromverbrauchs in Deutschland decken. Zudem nimmt die Studie an, dass die Treibhausgasminderungsziele sich durch den Einsatz der Technik zur CO 2 -Abscheidung und -Speicherung (CCS) bei der Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern kostengünstiger erreichen lassen als mit Erneuerbaren Energien. Die Ergebnisse zum Ausbau der installierten Leistung aus Erneuerbaren Energien sind entsprechend den Annahmen der Studie in den verschiedenen Szenarien sehr ähnlich und variieren lediglich im Bereich der Offshore-Windenergie. Die Werte im Referenzszenario und den Szenarien IV A+B sind jeweils gleich und die Ergebnisse der Szenarien II A+B sowie III A+B ebenso. Die Szenarien I A+B liegen dazwischen und werden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht grafisch dargestellt. EWI/Prognos/GWS: Energieszenarien Juli 2011 Anlässlich des Beschlusses der Bundesregierung, bis 2022 aus der Kernenergie auszusteigen, untersucht die Studie anhand zweier Szenarien ( Laufzeitverlängerung und Ausstieg ), welche energiewirtschaftlichen und gesamtwirtschaftlichen Veränderungen sich bei diesem Ausstiegsdatum gegenüber den Energieszenarien 2010 (Szenario II B) ergeben. Die Ausbauannahmen für die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien sind hierbei aktualisiert worden, d.h. die installierte Leistung von Windenergie an Land und Photovoltaik fällt etwas höher aus als in den Szenarien von Da es jedoch entsprechend der Studienannahmen im Hinblick auf den Ausbau der Erneuerbaren Energien keinen Unterschied zwischen Laufzeitverlängerung und Kernenergieausstieg gibt, wird hier in den Grafiken nur ein Szenario dargestellt. WWF/ Prognos /Öko-Institut: Modell Deutschland -- Klimaschutz bis Vom Ziel her denken. Oktober 2009 (Innovationsszenario ohne CCS). Die Studie untersucht, ob und unter welchen Bedingungen eine Minderung der Treibhausgasemissionen um 95 Prozent bis 2050 gegenüber 1990 in Deutschland technisch machbar und bezahlbar ist. Zu diesem Zweck wird einem Referenzszenario mit den voraussichtlichen Treibhausgasemissionen bis 2050 bei einer Fortschreibung der heutigen Klima- und Energiepolitik ein Zielszenario ( Innovationsszenario ) gegenübergestellt. Bei letzterem bildet das Ziel einer THG-Minderung um 95 Prozent die Basis für Schlussfolgerungen hinsichtlich notwendiger Maßnahmen. Das Innovationsszenario berücksichtigt daher unter anderem ein deutliches Einsparpotenzial durch Energieeffizienzmaßnahmen. Bei der Stromerzeugung wird jeweils eine Variante mit und ohne CO 2 -Abscheidung und - speicherung (CCS) berechnet. Hinsichtlich der Potenziale der Erneuerbaren Energien orientiert sich die Studie am BMU/DLR-Leitszenario 2008, sieht aber das nachhaltig nutzbare Biomassepotenzial in Deutschland bei Petajoule (PJ) Primärenergie begrenzt. Die Vergleichsgrafiken stellen die Ergebnisse des Innovationsszenarios ohne CCS dar, das die höchsten Ausbauwerte bei den Erneuerbaren Energien beinhaltet. Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU): Wege zur 100% erneuerbaren Stromversorgung. Januar Das Sondergutachten des SRU untersucht die Möglichkeiten einer Umstellung des Stromversorgungssystems in Deutschland auf 100 Prozent Erneuerbare Energien bis Es analysiert den Transformationsbedarf unter technischen, ökonomischen, rechtlichen und politischen Aspekten und formuliert Handlungsempfehlungen für das Erreichen dieses Ziels. Insgesamt erarbeitet der SRU acht Szenarien einer vollständig erneuerbaren Stromversorgung im Jahr 2050, die sich vor allem durch die Höhe des Stromverbrauchs, den Anteil von Stromimporten und das Verhältnis der verschiedenen Erneuerbaren Energien untereinander unterscheiden. Untersucht werden zwei unterschiedliche Stromnachfrageszenarien (500 bzw. 700 TWh/a im Jahr 2050), eine vollständige Selbstversorgung Deutschlands (Szenarien 1.a und 1.b), Stromaustausch mit Dänemark und Norwegen (2.a und 2.b) bzw. Nordafrika (3.a+3.b). Die ermittelten Stromerzeugungskapazitäten beschreiben das unter bestimmten Randbedingungen in den jeweiligen Szenarien genutzte Potenzial. Das im Prinzip verfügbare Potenzial liegt bei den meisten Erneuerbaren Energien höher. Umweltbundesamt (UBA): Energieziel 2050: 100% Strom aus erneuerbaren Quellen. Juli 2010 (Szenario Regionenverbund). Das Szenario Regionenverbund zeigt aus technischer Perspektive, dass der Strombedarf in Deutschland im Jahr 2050 vollständig durch Erneuerbare Energien gedeckt werden kann, und zwar weitgehend aus heimischen Kapazitäten. Der Beitrag der Biomasse wird dabei aus Nachhaltigkeitsgründen auf Abfallbiomasse beschränkt. Das technisch-ökologische Potenzial der Erneuerbaren Energien in Deutschland wird dabei nach Angaben des UBA zu etwa 75 Prozent genutzt. Februar 2012 Seite 5

6 Greenpeace / EUtech: Klimaschutz: Plan B Energiekonzept für Deutschland. August 2009 Die Studie beschreibt ein Szenario, mit dem die energiebedingten Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 gegen Null sinken. Bezüglich der Stromversorgung geht die Studie davon aus, dass die Gesamtmenge des in Deutschland verbrauchten Stromes auch in deutschen Kraftwerken erzeugt wird. Der vollständige Ausstieg aus der Kernenergie wird auf das Jahr 2015 vorgezogen. Auf den Neubau von Braun- und Steinkohlekraftwerken wird verzichtet und sukzessive bis 2040 aus der Kohleverstromung ausgestiegen. Maßnahmen zur Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) werden nicht genutzt. Dadurch, dass die vorhandenen Effizienzpotenziale erschlossen werden, können die Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 den Stromverbrauch vollständig decken. Weitere Informationen und Grafiken: Forschungsradar Erneuerbare Energien: Kontakt: Agentur für Erneuerbare Energien Claudia Kunz Referentin für Energiewirtschaft / Projektleiterin Tel: Fax: Mail: c.kunz@unendlich-viel-energie.de Februar 2012 Seite 6