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Essay

Klar zur Energiewende

Die Energiewende birgt Chancen, aber auch Risiken. Letztere können durch Energiesystemanalysen minimiert werden: Ein Energiesystemmodell für Bayern soll helfen, die richtigen Rahmenbedingungen für die Energiewende zu schaffen. Klaus Hassmann, Sprecher des Clusters Energietechnik, hat das Projekt entwickelt und koordiniert es. In diesem Essay erklärt er Details.

Dr. Klaus Hassmann – Sprecher des Clusters Energietechnik (© Dr. Klaus Hassmann)

Ohne eine Anpassung der Rahmenbedingungen ist die Energiewende nicht möglich. Doch um die richtigen Konditionen zu entwickeln, ist ein Verständnis des Zusammenwirkens einzelner technologischer Bausteine, deren Kosten sowie Auswirkungen auf die Umwelt nötig. Das zu erarbeiten, ist die Aufgabe des Verbundprojekts Energiesystemanalyse. Dabei werden in Energiesystem-Gesamtbetrachtungen verschiedene Szenarien, ihre Vor- und Nachteile und Umsetzungschancen abgeschätzt.

Zu Anfang war schnell klar: Die Wechselwirkung von Stromerzeugung, Stromverteilung sowie Speicherung zur Deckung des Bedarfs in Bayern kann mit vorhandenen Modellen nicht  beschrieben werden. Der Entschluss reifte, ein neues Modell zu entwickeln. Die drei Teilprojekte werden seit März 2012 an den Lehrstühlen für Rechnernetze und Kommunikationssysteme, Wirtschaftsmathematik und Elektrische Energiesysteme der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt: Entwicklung eines Simulations-, eines Optimierungs- und eines Netzmodells.

Seit November 2012 steht ein lauffähiges Simulationsmodell zur Verfügung. Die ersten Ergebnisse sind aufschlussreich – etwa in Bezug auf die Problematik der Gaskraftwerke. Der von der Bayerischen Staatsregierung angestrebte Neubau moderner Anlagen soll nach dem Abschalten der Kernkraftwerke die Stromversorgung gewährleisten.

Allerdings fehlt dazu der wirtschaftliche Anreiz, denn importierter Kohlestrom wird vor heimischem Gas gehandelt. So wird die Auslastung moderner Gaskraftwerke in den ersten Betriebsjahren extrem niedrig sein – bevor sie mit dem Abschalten des letzten Kernkraftwerks 2022 stark ansteigen wird. Bei hypothetischer Umkehr der Rangfolge der Einspeisung, also Gas vor Kohle, wäre die Auslastung deutlich höher. Dieser sogenannte „Fuel Switch“ würde beispielsweise bei massivem Mangel an CO2-Zertifikaten und somit einer drastischen Erhöhung der CO2-Preise eintreten. Auch niedrige Gaspreise oder Kapazitäts-Zahlungen an Gaskraftwerke- Betreiber wären mögliche Ursachen.

Das Energiekonzept der Staatsregierung sieht außerdem vor, die energiebedingten CO2-Emissionen trotz des Ausstiegs aus der Kernenergie auf unter sechs Tonnen pro Kopf und Jahr zu senken. Dafür dürfte der heutige Anteil der Stromerzeugung von etwa einer Tonne pro Kopf nicht steigen. Aufgrund der oben erwähnten Rangfolge Kohle vor Gas wird er sich aber bis 2022 verdoppeln – denn Kohlestrom ist mit einer deutlich höheren CO2-Freisetzung belastet. Bei umgekehrter Rangfolge würde der Wert nur auf 1,5 Tonnen steigen.

  • Photovoltaik (© GE Global Research)

    Photovoltaik (© GE Global Research)

  • Akkus (© Dr. Klaus Hassmann)

    Akkus (© Dr. Klaus Hassmann)

  • Kernkraft (© AREVA)

    Kernkraft (© AREVA)

  • Biomasse (© Siemens AG)

    Biomasse (© Siemens AG)

  • Blockheizkraftwerk (© Jurga Graf - Siemens AG)

    Blockheizkraftwerk (© Jurga Graf - Siemens AG)

  • Windkraft (© E.ON)

    Windkraft (© E.ON)

  • Wasserkraft (© E.ON)

    Wasserkraft (© E.ON)

  • Speicherseen (© E.ON)

    Speicherseen (© E.ON)

  • Gaskraft (© Siemens AG)

    Gaskraft (© Siemens AG)

  • Power-to-Gas (© ZSW)

    Power-to-Gas (© ZSW)

  • Stromnetz (© Siemens AG)

    Stromnetz (© Siemens AG)

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Die Rahmenbedingungen für die Energiewende müssen angepasst werden

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Förderung der wetterabhängigen Stromerzeuger Photovoltaik und Wind: Sie werden zu gewissen Zeiten mehr Strom erzeugen, als Bedarf besteht – im Jahr 2022 wird der jährliche Überschuss gut ein Prozent des Gesamtbedarfs von 85 Terawattstunden betragen. Man müsste ihn über Pumpspeicher oder Batterien speichern.

Der Aufbau dieser Kapazität ist im Freistaat allerdings in den nächsten zehn Jahren unrealistisch. Da aber der Anteil der Erneuerbaren Energien bis 2050 auf 80 Prozent ansteigen soll, sind neue, zusätzliche Speichermethoden nötig, wie Power-to-Gas oder flüssige Wasserstoffträgermaterialien.

In den kommenden Monaten sind erste kombinierte Rechnungen mit allen drei Modellen geplant. Die dort gewonnenen Erkenntnisse können einen wertvollen Beitrag leisten, um das detaillierte und fundierte bayerische Energiekonzept und seine Rahmenbedingungen weiterzuentwickeln. In Zukunft soll das Modell noch verfeinert werden und könnte möglicherweise auf andere Regionen angepasst werden.

Die Finanzierung des Projekts ist die ersten zwei Jahre durch ein Partnermodell sichergestellt. Unterstützt werden die Arbeiten finanziell von der Bayerischen Energieagentur ENERGIE INNOVATIV, Allgäuer Überlandwerk GmbH, Areva NP GmbH, BayWa (RENERCO AG ), E.ON AG, infra-Fürth Gmbh, Kraftanlagen München GmbH, OMV Power International, der OSTWIND Verwaltungsgesellschaft mbH, Siemens AG, SWU Energie GmbH, TenneT TSO GmbH, Thüga AG, Verbund AG, sowie von Energie&Management. Die Partner bringen sich auch aktiv mit fachlichen Beiträgen ein, stellen Datenmaterial zur Verfügung und begleiten die Modellinhalte.

Strategisch wird das Projekt von Bayern Innovativ, technisch vom Cluster Energietechnik betreut. Details zum anspruchsvollen bayerischen Energiekonzept, sowie der Energiesystemanalyse gibt es auf der Website des Clusters Energietechnik.