Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energielandschaften in Schleswig-Holstein

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1 Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energielandschaften in Schleswig-Holstein P. Michael Link 1,2,3 Jürgen Scheffran 1,2 1 Universität Hamburg, Forschungsgruppe Klimawandel und Sicherheit 2 Universität Hamburg, Institut für Geographie 3 Universität Hamburg, Forschungsstelle Nachhaltige Umweltentwicklung

2 Übersicht 1. Einführung: Produktion von Windenergie und Bioenergie in Schleswig-Holstein 2. Empirische Grundlage: Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf der Halbinsel Eiderstedt 3. Top-Down Ansatz: Dynamische Modellierung des Bioenergiesektors in Schleswig-Holstein 4. Bottom-Up Ansatz: Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energien in Schleswig-Holstein

3 Windzonen in Deutschland besonders geeignet zur Windenergieproduktion (de.wikipedia.org/wiki/windlast)

4 Erneuerbare Energien in Schleswig-Holstein: Windenergie (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2016)

5 Erneuerbare Energien in Schleswig-Holstein: Windenergie (Diercke Weltatlas, 2013)

6 Erneuerbare Energien in Schleswig-Holstein: Windenergie

7 Erneuerbare Energien in Schleswig-Holstein: Bioenergie (

8 Erneuerbare Energien in Schleswig-Holstein: Bioenergie (shz.de) (

9 Übersicht 1. Einführung: Produktion von Windenergie und Bioenergie in Schleswig-Holstein 2. Empirische Grundlage: Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf der Halbinsel Eiderstedt 3. Top-Down Ansatz: Dynamische Modellierung des Bioenergiesektors in Schleswig-Holstein 4. Bottom-Up Ansatz: Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energien in Schleswig-Holstein

10 Landnutzungsänderungsszenarien auf Eiderstedt durch erhöhte Bioenergieproduktion along existing infrastructure extending existing areas of farmland from East to West (Schleupner & Link, 2008)

11 Entwicklung der Bruthabitatqualität für Watvögel auf Eiderstedt entlang bestehender Infrastruktur ausgehend von bereits existierendem Ackerland von Osten nach Westen (Schleupner & Link, 2008)

12 Erwartete Auswirkungen auf ausgewählte Vogelbestände in 2025 HaSI Dichte 2002 S1 S2 S3 HaSI Dichte 2002 S1 S2 S Austernfischer Uferschnepfe Rotschenkel Kiebitz (Schleupner & Link, 2008)

13 Nennungen Wahrnehmung von Landschaftsveränderungen durch Touristen auf der Halbinsel Eiderstedt Wahrnehmung von Störungen im Landschaftsbild Windkraftanlagen auf See Kraftwerke Werbeflächen parkende Autos intensive Landwirtschaft unangepaßte Architektur Industriebauten Hochspannungsleitungen Windparks Getreidesilos Hochhäuser einzelne Windkraftanlagen Zugangsbeschränkte NSG Mülldeponien zersiedelte Landschaft Biogasanlagen Sendemasten aufgefallen stört Ausschlußkriterium (Link & Schleupner, 2011)

14 Übersicht 1. Einführung: Produktion von Windenergie und Bioenergie in Schleswig-Holstein 2. Empirische Grundlage: Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf der Halbinsel Eiderstedt 3. Top-Down Ansatz: Dynamische Modellierung des Bioenergiesektors in Schleswig-Holstein 4. Bottom-Up Ansatz: Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energien in Schleswig-Holstein

15 Die Modellstruktur mit Wind- und Bioenergie (weiterentwickelt von Shu et al., 2015)

16 Das Optimierungsmodell Farmers (r) Crop plantation Grain markets Biomass-based power plant (i) Wind farms (j) Biopower windpower Electrical grid Zielfunktion: (weiterentwickelt von Shu et al., 2015) Maximiere den Gegenwartswert der Profite der landwirtschaftlichen Akteure über den Zeitraum unter Berücksichtigung der vorgegebenen Einschränkungen

17 area(1000 ha) Entwicklung der Weizenproduktion in Schleswig-Holstein in unterschiedlichen Szenarien der Bioenergienachfrage basic scen1 0.5x Ref. scen2 1.5x Ref. scen3 2x Ref. 3x Ref.- scen4 Nachfrage 120 year

18 area (1000 ha) Entwicklung der landwirtschaftlichen Nutzfläche für Lebensmittelpflanzen bei unterschiedlichen Subventionen für Bioenergie year basic scen1 scen3 scen5 scen8 scen10 Quotient Subvention Energiepflanzen/ Subvention Lebensmittel

19 Übersicht 1. Einführung: Produktion von Windenergie und Bioenergie in Schleswig-Holstein 2. Empirische Grundlage: Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf der Halbinsel Eiderstedt 3. Top-Down Ansatz: Dynamische Modellierung des Bioenergiesektors in Schleswig-Holstein 4. Bottom-Up Ansatz: Agentenbasierte Modellierung erneuerbarer Energien in Schleswig-Holstein

20 Räumliche Differenzierung landwirtschaftlicher Anbaumuster: aktuelle Verteilung von Weizen und Mais Weizen Mais Weizen zumeist in der Marsch und im östlichen Hügelland Mais hauptsächlich in der Geest (based on Yang, 2016)

21 Räumliche Differenzierung landwirtschaftlicher Anbaumuster: aktuelle Verteilung von Rüben und Raps Zuckerrüben Raps Raps zeigt ein ähnliches Muster wie Weizen, aber mit geringeren Gesamtmengen Rübenanbau mit Schwerpunkt in Dithmarschen und Herzogtum Lauenburg (based on Yang, 2016)

22 Räumliche Differenzierung landwirtschaftlicher Anbaumuster: Weizen in 2100 im Referenzszenario Weizenanbau verschiebt sich vom östlichen Hügelland in die zentralen Geestbereiche Geringfügige Ausweitung von Weizenanbau als Energiepflanze nur in zentralen Bereichen Schleswig-Holsteins (based on Yang, 2016)

23 Räumliche Differenzierung landwirtschaftlicher Anbaumuster: Mais in 2100 im Referenzszenario deutliche Verschiebung des Maisanbaus vom Futtermittelanbau zum Energiepflanzenanbau Ausweitung des Energiemaisanbaus hauptsächlich im westlichen Schleswig-Holstein, aber nicht in direkter Küstennähe. (based on Yang, 2016)

24 Räumliche Differenzierung landwirtschaftlicher Anbaumuster: Rüben in 2100 für unterschiedliche Subventionen 100/t 400/t langfristiger Rückgang des Rübenanbaus in allen Szenarien Dithmarschen ist davon besonders betroffen geringfügige Ausweitung des Anbaus im Landesinneren Stattdessen höhere Anbaumengen von Mais für Energiezwecke (based on Yang, 2016)

25 Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick Energiewende hin zu einem höheren Anteil erneuerbaren Energien ist in allen Teilen Schleswig-Holsteins erkennbar. Energienachfrage aus Hamburg beeinflusst Schleswig-Holstein nur geringfügig. Nachfrage nach Land zur Windenergieproduktion hat einen deutlichen Einfluss auf den Nutzungsdruck auf landwirtschaftlichen Nutzflächen Sättigung der landgestützten Windenergieproduktion an der Westküste erfordert einen weiteren Ausbau der Offshore-Windparks. Änderungen der politischen Rahmenbedingungen können gravierende Auswirkungen haben. Diese sind im Modell noch nicht berücksichtigt. Mögliche Konflikte, die durch erhöhte Bioenergieproduktion entstehen, sollen untersucht werden.

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. P. Michael Link Forschungsgruppe Klimawandel und Sicherheit Institut für Geographie Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit Universität Hamburg Partner im KlimaCampus Hamburg Grindelberg 7, # 2014 D Hamburg, Germany michael.link@uni-hamburg.de