Räumliche Aufteilung von erneuerbaren Energien

Ungleichzeitigkeit und Effekte räumlicher Verteilung von Wind- und Solarenergie

 
deutschlandkarte

Nach den isolierten Betrachtungen des Wind- und Solarstrahlungsdargebotes in Deutschland legte 2014 die 100 prozent erneuerbar stiftung die erste Untersuchung vor, die den Effekt der räumlichen Kapazitätsverteilung auf die Erzeugung von Wind- und Solarenergie kombiniert betrachtet. Die Untersuchung „Ungleichzeitigkeit und Effekte räumlicher Verteilung von Wind- und Solarenergie“ wurde als Langfassung und Kurzfassung veröffentlicht.

Das Forschungsinteresse zielte dabei auf die Fragen nach der Gleichzeitigkeit der Erzeugung und nach dem Einfluss der räumlichen Verteilung von dargebotsabhängig erzeugenden Kapazitäten auf die Residuallast, die Länge und Häufigkeit von „Erzeugungstiefs“ und die Gradienten in den zwischenstündlichen Einspeisehöhen.
Die Arbeit kann den energiewirtschaftlichen Wert einer räumlichen Verteilung von Windenergie- und Photovoltaikanalgen differenziert darstellen. Sie zeigt die Leistungen der einzelnen Technologien auf und erkennt insbesondere der Photovoltaik einen energiewirtschaftlichen Wert zu. Darüber hinaus kann aufgezeigt werden, dass die räumliche Verteilung von Windenergie- und Photovoltaikanlagen nicht unbedeutende Auswirkungen auf das Energiesystem als Ganzes hat. Viel spricht für die systemische Vorteilhaftigkeit einer möglichst gleichmäßigen Verteilung. Die Variante, die Erzeugung auf die ertragreichsten Standorte bzw. Regionen zu konzentrieren, führt hingegen in die Irre, da sie den Erhalt der Systemstabilität gefährdet.

Vergleich und Optimierung von zentral und dezentral orientierten Ausbaupfaden zu einer Stromversorgung aus erneuerbaren Energien in Deutschland

 
BVMW-Studie

Die Experten für komplexe Simulationen hat das Reiner Lemoine Institut im Auftrag des Bundesverband mittelständische Wirtschaft, der Haleakala-Stiftung und der 100 prozent erneuerbar stiftung in verschiedenen Szenarien berechnet, welche Auswirkungen unterschiedliche regionale Verteilungen von Erneuerbare-Energie-Anlagen auf die Gesamtkosten des Energiesystems haben. Das Ergebnis findet sich in der Studie Vergleich und Optimierung von zentral und dezentral orientierten Ausbaupfaden zu einer Stromversorgung aus erneuerbaren Energien in Deutschland.

Es wurde ein ausgeprägt zentralistisches Szenario, in dem Erneuerbare-Energie-Anlagen nur dort installiert werden, wo die spezifischen Stromerzeugungskosten am niedrigsten sind, wo also die Sonne am meisten scheint und der Wind am stärksten weht, einem dezentralen Szenario gegenübergestellt. In diesem Vergleich zwischen einer weitgehend dezentralen und extrem zentralistisch ausgeprägten Energiewende zeigen sich keine wesentlichen Unterschiede der Gesamtkosten. Es sprechen jedoch drei Faktoren für eine dezentrale Energiewende:
(1) Der Faktor Risiko: Ein zentrales Szenario setzt mehr Übertragungsnetzausbau und mehr Speicher voraus – beides sind Optionen, die mit hohem Risiko verbunden sind.
(2) Der Faktor Klimaschutz: Dezentral kommen wir leichter weg von konventionellen Energien.
(3) Der Faktor Energieimporte: Dezentral können wir leichter Importkosten für Steinkohle und Erdgas sparen.
Darüber hinaus sind im Falle einer dezentralen Energiewende positive Effekte auf die regionale Wertschöpfungskette zu erkennen. Doch wie groß sind diese Unterschiede im Vergleich zu der dezentralen Energiewende? Die Antwort: Der Abstand zwischen Energiewende-Gewinner-Regionen und Energiewende-Verlierer-Regionen ist bei einer zentralen Energiewende um gut 40 Prozent größer als bei einer dezentralen Energiewende.
Schlussendlich haben die Wissenschaftler festgehalten, dass die jährlichen Gesamtkosten für Erzeugung, Transport und Speicherung des Stroms in einer Welt, in der annährend der gesamte Strom aus erneuerbaren Energie stammt, nicht wesentlich höher sind als heute.

Impacts of restricted transmission grid expansion in a 2030 perspective in Germany

 
SEFEP ECOFYS Map

Im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) und mit inhaltlicher Unterstützung der 100 prozent erneuerbar stiftung untersuchte das Beratungsunternehmen Ecofys, wie sich ein verzögerter Ausbau der Stromübertragungsnetze bei unterschiedlicher geografischer Verteilung Erneuerbarer-Energie-Anlagen auswirkt. Das Ergebnis: Eine dezentrale Energiewende ist in jedem Fall billiger als eine zentrale Energiewende. Ein weiterer Vorteil der dezentralen Energiewende: Ein verlangsamter Netzausbau verursacht praktisch keine Zusatzkosten. Aber auch generell gilt: Wenn es zu Verzögerungen beim Netzausbau kommt, behindert dies den Ausbau der Erneuerbaren Energien nicht grundsätzlich und führt nur zu marginalen Steigerungen der Gesamtkosten. Als Nebenergebnis zeigt die Studie außerdem, dass eine zentrale Energiewende, verbunden mit einem schnellen Netzausbau, zu mehr Kohlendioxid-Emissionen führt.

Die Studie ist ein weiterer, schlagender Beleg, dass eine Konzentration von Wind- und Solarenergieanlagen auf die windstärksten und sonnenreichsten Standorte nicht kostenoptimal ist und eine dezentrale Energiewende nicht nur aus sozialen, sondern auch aus energiewirtschaftlichen und klimapolitischen Gründe der richtige Weg ist. Die Studie auf Englisch finden Sie hier.

Windpotenzial im räumlichen Vergleich

 
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In der anhaltenden Debatte zum Ausbau der Windenergie wird oft behauptet, der Windenergieausbau sei vornehmlich im Meer vor Deutschlands Küsten oder in küstennahen Regionen aufgrund des höheren Dargebots sinnvoll. Wie weht der Wind aber tatsächlich über Deutschland, und welche raumzeitlichen Muster herrschen dabei vor? Die Beantwortung dieser Fragen ist für die Nutzung der Windenergie von entscheidender Bedeutung, geht es darum, regionale und zeitlich auftretende Unterschiede im Winddargebot zu erschließen und die Windeinspeisung insgesamt zu verstetigen. Hierzu hat die 100 prozent erneuerbar stiftung stündlich aufgelöste Reanalysedaten der gemittelten Windgeschwindigkeit im Zeitraum von 2005 bis 2009 an 37 fiktiven Standorten ausgewertet und einer Clusteranalyse unterzogen. Anschließend werden in acht verschiedenen Szenarien die Erzeugungsleistung bei hoher räumlicher Konzentration und bei breiter räumlicher Verteilung simuliert. Die vollständige Studie Windpotenzial im räumlichen Vergleich finden Sie hier.

Solarstrahlung im räumlichen Vergleich

 
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Mit der wachsenden energiewirtschaftlichen Bedeutung von Photovoltaik stellt sich auch die Frage nach der räumlichen Effizienz: Welche Regionen gleichen beispielsweise eine geringe Einstrahlung in den südlichen Regionen aus? Und welchen Beitrag können schwächere Standorte generell leisten? Um diesen Fragen nachzugehen, hat die 100 prozent erneuerbar stiftung im Anschluss an die Studie Windpotenzial im räumlichen Vergleich die Solarstrahlungswerte von 27 Regionen vorgenommen. Die Datenbasis bildet die gemessene horizontale Globalstrahlung als stündliches Integral der Strahlungsleistung, die an insgesamt 34 Stationen des Deutschen Wetterdienstes zwischen 2007 und 2009 aufgezeichnet wurden. Die Studie Solarstrahlung in Deutschland in raumzeitlicher Perspektive weist nach, dass während der Sommerhalbjahre Standorte im Norden und Nordosten Deutschlands hohes Ausgleichspotenzial zu generell im Dargebot begünstigten Standorten in Süddeutschland besitzen. Im Winter gilt wiederum, dass sich südwestliche Regionen mit südöstlichen ergänzen.