Entwicklung der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und des Strommixes in Deutschland Szenarien zur Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland Die Umstellung der Stromversorgung auf Erneuerbare Energien spielt eine Schlüsselrolle für Klimaschutz und Atomausstieg. Dank des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) haben die Regenerativtechnologien im Stromsektor in den vergangenen Jahren eine sehr dynamische Entwicklung vollzogen. Ihr Ausbau hat auch ambitionierte Szenarien in der Realität immer wieder übertroffen. Im Jahr 2011 stieg ihr Beitrag zur Stromerzeugung auf rund 20 Prozent. Was die weitere Umstellung der Versorgung auf Wind, Sonne, Bioenergie, Wasserkraft und Erdwärme angeht, sind sich die meisten Experten einig, dass die mengenseitigen Potenziale für eine vollständige Versorgung vorhanden sind. Umstritten ist hingegen, wie schnell der Übergang gelingt, wie der optimale erneuerbare Strommix aussieht und wie lange, in welchem Umfang und auf welche konventionellen Kraftwerke wir noch angewiesen sind. Auf jeden Fall bedeuten die wachsenden Anteile von fluktuierenden bzw. vom natürlichen Dargebot abhängigen Energieträger (Wind und Sonne) neue Herausforderungen für das Energiesystem, die mit den Stichworten Systemintegration oder Systemtransformation beschrieben werden. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich eine Vielzahl von Studien mit der möglichen weiteren. Sie analysieren unter anderem, wie hoch der Stromverbrauch sein wird und durch welche Energieträger er sich decken lässt. Das vorliegende Grafikdossier stellt die Ergebnisse und Annahmen verschiedener Studien zur Entwicklung der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und des Erzeugungsmixes in Deutschland einander gegenüber. Ziel ist es, dadurch einen Beitrag zur besseren Einordnung der energiepolitischen Diskussion zu 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 variiert der Bruttostromverbrauch im Jahr 2050 zwischen 441 Terawattstunden (TWh) im Szenario I A und I B von EWI/Prognos/GWS (2010) und 887 TWh im Szenario B 100%- S/H2 der Leitstudie 2010. Hinsichtlich des Stromaustauschs mit dem Ausland unterstellen die Szenariofamilie 1 der SRU-Studie (2011) und das Greenpeace-Szenario (2009) eine rein nationale Versorgung ohne Stromimporte. Dagegen rechnen die Szenarien I A bis IV A von EWI/Prognos/GWS (2010) sowie die SRU-Szenarien 2.2 und 3 jeweils mit über 100 TWh und das Szenario B 100%-S/H2 der Leitstudie 2010 sogar mit 196 TWh Netto-Stromimporten. Diese Faktoren beeinflussen die inländische Erzeugungsmenge natürlich erheblich. Februar 2012 Seite 1
Im Referenzszenario von EWI/Prognos/GWS (2010) beträgt die inländische Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien lediglich 264 TWh und deckt damit rund 48 Prozent des für das Jahr 2050 angenommenen Bruttostromverbrauchs. Dagegen gehen das Szenario B 100%-S/H2 der Leitstudie 2010 von DLR/IWES/IfnE sowie die Studien von Greenpeace (2009), SRU (2011) und UBA (2010) von einer Vollversorgung mit Strom aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 aus. Die inländische Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien beträgt in diesen Szenarien zwischen 468 TWh in der Greenpeace-Studie und 766 TWh im Szenario 1.b des SRU. Bei der Biomasse schränken einige Studien (UBA, SRU, Öko-Institut/WWF) 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. Auch hinsichtlich der Auslastung der Erzeugungskapazitäten gibt es sehr unterschiedliche Annahmen. So gehen zum Beispiel BEE/AEE (2009) für das Jahr 2020 davon aus, dass ein Megawatt Windenergieleistung an Land bei rund 2.500 Volllaststunden pro Jahr 2,5 Millionen Kilowattstunden Strom liefert. EWI/Prognos/GWS (2010) rechnen in ihren Energieszenarien für ein Energiekonzept der Bundesregierung dagegen mit rund 2.000 Volllaststunden im Jahr 2020. Bis zum Jahr 2050 gehen sie je nach Szenario sogar von einem Rückgang auf 1.500 bis 1.600 Volllaststunden aus. Zum Vergleich: Im Jahr 2011 wurden etwa 1.685 Volllaststunden erreicht. Februar 2012 Seite 2
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 für die inländische Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und die Entwicklung des Strommixes sind also eine logische Konsequenz der verschiedenen Zielsetzungen und Herangehensweisen der einzelnen Studien. Für die Stabilität des Versorgungssystems, den Umbau der Stromnetze, den Bedarf an Energiespeichern und Anpassungen auf der Nachfrageseite (Lastmanagement) ist vor allem die Entwicklung der dargebotsabhängigen Erneuerbaren Energien (Wind und Sonne) relevant. Aus diesem Grund werden die Szenariowerte zu diesen beiden Sparten im vorliegenden Grafikdossier separat abgebildet. Februar 2012 Seite 3
Erläuterungen zu den einzelnen 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 2016. 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 dadurch 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 Vergleichsgrafik liefert die Studie lediglich einen Wert, nämlich den für das Jahr 2015. Zu beachten ist zudem eine kleine Abweichung zu den anderen Studien, da hier bei der Wasserkraft nur die EEG- Wasserkraft berücksichtigt ist. Der Gesamtwert für die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien liegt also eigentlich um ca. 15 TWh höher. Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) / Agentur für Erneuerbare Energien (AEE): Stromversorgung 2020 -- Wege in eine moderne Energiewirtschaft. Januar 2009. 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 zum Klimaschutz und zur Stromversorgung 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 2030. Energieprognose 2009. März 2010. Die Energieprognose 2009 schätzt die Entwicklung von Angebot und Nachfrage nach Energie in Deutschland bis zum Jahr 2030. Sie zeigt eine wahrscheinliche Entwicklung unter bestimmten energie- und klimapolitischen Rahmensetzungen und Annahmen hinsichtlich der Entwicklung unsicherer Einflussfaktoren wie des Ölpreises. Dabei arbeitet die Studie mit verschiedenen Szenariovarianten, die sich durch die Verlängerung von Laufzeiten 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, wird in den Grafiken nur die Referenzprognose berücksichtigt. Deutsche Energie-Agentur (dena): dena-netzstudie II. November 2010 (Basisszenario). Das Erkenntnisinteresse der dena-netzstudie II liegt in der Ermittlung des Ausbaubedarfs im Bereich der Höchstspannungsnetze, der sich im Wesentlichen durch den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien, insbesondere der Windenergie ergibt. Die in der Studie getroffenen Annahmen zum Ausbau der verschiedenen erneuerbaren und konventionellen Erzeugungskapazitäten und deren geografische 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 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 2010. Dezember 2010 (Basisszenario 2010 A und Szenario B-100%-S/H2). Die Leitstudie 2010 soll aufzeigen, wie die klimapolitischen Ziele bis 2050 erreicht werden können. Auf der Basis differenzierter Potenzialabschätzungen und detaillierter 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 Anteile Erneuerbarer Energien dient dazu, einen Übergang zu einer 100%-Versorgung mit Erneuerbaren Energien zu charakterisieren. Die Grafik stellt 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 2010. 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 25Euro 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 Februar 2012 Seite 5
der Annahme eines deutlich zurückgehenden Stromverbrauchs, der Laufzeitverlängerung für Kernkraftwerke sowie an 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 CO2- Abscheidung und -Speicherung (CCS) bei der Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern kostengünstiger erreichen lassen als mit Erneuerbaren Energien. Die Vergleichsgrafiken beschränken sich aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die A-Szenarien. Die Ergebnisse zum Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien fallen entsprechend der Annahmen der Studie sehr ähnlich aus und variieren lediglich im Bereich der Windenergie. EWI/Prognos/GWS: Energieszenarien 2011. Juli 11 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 Beiträge der Windenergie an Land und der Photovoltaik fallen etwas höher aus als in den Szenarien von 2010. Da es entsprechend der Studienannahmen im Hinblick auf den Ausbau der Erneuerbaren Energien keinen Unterschied zwischen Laufzeitverlängerung und Kernenergieausstieg gibt, wird hier in den Grafiken nur das Ausstiegsszenario dargestellt. WWF/ Prognos /Öko-Institut: Modell Deutschland -- Klimaschutz bis 2050 -- Vom Ziel her denken. Oktober 2009 (Innovationsszenario ohne CCS). Die Studie untersucht, ob und unter welchen Bedingungen eine Minderung der Treibhausgasemissionen von 95% 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 von 95% THG-Minderung die Basis für Schlussfolgerungen hinsichtlich notwendiger Maßnahmen. Das Innovationsszenario berücksichtigt daher auch ein erhebliches 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 1.200 Petajoule (PJ) Primärenergie begrenzt. Die Grafik stellt 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 2011. Das Sondergutachten des SRU untersucht die Möglichkeiten einer Umstellung des Stromversorgungssystems in Deutschland auf 100% Erneuerbare Energien bis 2050. 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 zueinander unterscheiden. Untersucht werden zwei unterschiedliche Stromnachfrageszenarien (500 bzw. 700 TWh 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 und 3.b). Die verschiedenen Optionen führen dabei zu unterschiedlichen Kosten der Stromversorgung. 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 Februar 2012 Seite 6
Nachhaltigkeitsgründen auf Abfallbiomasse beschränkt. Das technisch-ökologische Potenzial der Erneuerbaren Energien in Deutschland wird dabei nach Angaben des UBA zu etwa 75% genutzt. Greenpeace / EUtech: Klimaschutz: Plan B 2050. 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: 030-200535-43 Fax: 030-200535-51 Mail: c.kunz@unendlich-viel-energie.de www.unendlich-viel-energie.de Februar 2012 Seite 7