ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND

 
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
ERNEUERBARE
ENERGIEN 2020
POTENZIALATLAS
DEUTSCHLAND
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ERNEUERBARE
                       ENERGIEN 2020
                       POTENZIALATLAS
                       DEUTSCHLAND

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INHALT

                                                                                                                                  Inhaltsübersicht

                                                                 1.   EINLEITUNG                                                                5

                                                                 2.   FLÄCHENBEDARF FÜR ERNEUERBARE ENERGIEN 2020                               6

                                                                 3.   WINDENERGIE - RÜCKENWIND FÜR DIE STROMVERSORGUNG                          8
                                                                      Mehr Ertrag mit weniger Anlagen                                          10
                                                                      Windenergie holt mehr Strom aus der Fläche als Braunkohle                14
                                                                      Offshore-Windenergie: Energie vom stürmischen Meer                       16

                                                                 4.   SOLARENERGIE – SONNIGE AUSSICHTEN FÜR STROM UND WÄRME                    18
                                                                      Strom aus Solarenergie                                                   20
                                                                      Dachanlagen für Solarenergie                                             22
                                                                      Freiflächenanlagen für Solarenergie                                      24
                                                                      Solarthermie: Heizen und Kühlen mit Sonne                                26

                                                                 5.   GEOTHERMIE – ENERGIE AUS DER TIEFE                                       28
                                                                      Nutzungstiefen Geothermie                                                30
                                                                      Geothermische Kraft –und Heizwerke                                       32
                                                                      Oberflächennahe Geothermie                                               34

                                                                 6.   BIOENERGIE – VIEL ERTRAG VON WENIG FLÄCHE                                36
                                                                      Woher die Bioenergie kommt: Acker- und Grünland                          40
                                                                      Woher die Bioenergie kommt: Reststoffe                                   42
                                                                      Selbstversorgung mit Bioenergie                                          44

                                                                 7.   WASSERKRAFT – QUELLE FÜR SAUBERE ENERGIE                                 46
                                                                      Wasserkraftpotenzial: Bestehende Querverbauungen                         49
                                                                      Ausbaupotenzial der kleinen Wasserkraft                                  50
                                                                      Ausbaupotenzial der großen Wasserkraft                                   52

                                                                 8.   DATEN KOMPAKT                                                            54

                                                                      GLOSSAR                                                                  56

                                                                      ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS                                                    61

                                                                      LITERATUR- UND ABBILDUNGSNACHWEIS, IMPRESSUM                             62
                                                        . c om
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                         FC Reg Cert XXXX

2   FC_Reg_Cert_70123                                                                                                                                3
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
EINLEITUNG

                                      Eine zukunftsfähige Energiepolitik muss Umwelt- und Kli-                         Aber Deutschland hat das Potenzial zu viel mehr. Bis 2020
                                      maschutz, Wirtschaftlichkeit sowie Versorgungssicherheit                         werden nach Branchenberechnungen 28 Prozent des End­
                                      gleichermaßen verfolgen. Erneuerbare Energien leisten                            energieverbrauchs durch Erneuerbare Energien gedeckt.
                                      hierzu einen erheblichen Beitrag.                                                Dieser Ausbau geht einher mit enormen volkswirtschaft-
                                                                                                                       lichen Gewinnen. So können im Jahr 2020 Kosten für fos-
                                      Anders als fossile Energiequellen verursachen Strom,                             sile Brennstoffimporte in Höhe von 50 Mrd. Euro durch die
                                      Wärme und Kraftstoffe aus Erneuerbaren Energien kaum                             Nutzung von Erneuerbaren Energien eingespart werden.
                                      Treibhausgase wie Kohlendioxid (CO2). So wirken sie dem                          Zudem können sie den Ausstoß von 287 Mio. Tonnen Treib-
                                      Klimawandel entgegen, der mit erheblichen wirtschaft-                            hausgasen vermeiden und somit zukünftige Umwelt- und
                                      lichen Folgekosten verbunden ist.                                                Klimaschäden in Höhe von etwa 20 Mrd. Euro verhindern.

                                      Gleichzeitig reduzieren Erneuerbare Energien die Import­                         Deutschland hat in den vergangenen 10 Jahren gezeigt,
                                      kosten für Erdöl, Erdgas und Kohle (BEE: 8,3 Mrd. Euro im                        dass ein starker Ausbau der Erneuerbaren Energien in kur-
                                      Jahr 2008). Drei Viertel der in Deutschland genutzten Ener­                      zer Zeit möglich ist und gilt international als Vorbild. Und
                                      gie wird importiert. Durch den Ausbau von Erneuerbaren                           Deutschland hat das Potenzial, diesen starken Ausbau auch
                                      Energien kann die Importabhängigkeit verringert und                              in den kommenden 10 Jahren fortzuführen. Die Branche
                                      gleichzeitig die Versorgungssicherheit gesteigert werden.                        prognostiziert für das Jahr 2020 einen Anteil der Erneuer­
                                                                                                                       baren Energien von 47 Prozent am Stromverbrauch, 25
                                      Zukunftsfähig ist deshalb nur eine Energieversorgung aus                         Prozent am Wärmeverbrauch und von 22 Prozent am Kraft-
                                      Wind-, Solar-, Wasser-, Bioenergie und Geothermie. Sie                           stoffverbrauch im Straßenverkehr.
                                      stehen weltweit unendlich zur Verfügung. Ihr Potenzial ist
                                      bei Weitem noch nicht ausgeschöpft.                                              Die Fläche, die hierfür benötigt wird, ist gering. Das zeigt
                                                                                                                       dieser „Potenzialatlas der Erneuerbaren Energien 2020“.
                                      Auch die Europäische Union (EU) hat dies erkannt und be-                         Je nach Klima, Landschaft, Siedlungs- und Agrarstruktur
                                      schlossen, den Anteil Erneuerbarer Energien in der EU bis                        bietet jede Region ihre eigenen, unterschiedlichen Poten­
                                      2020 auf 20 Prozent zu steigern. Dabei ist für Deutschland                       ziale. Überall liegen ungenutzte Chancen, die nur da-
                                      ein nationales Ziel von 18 Prozent am gesamten Endener-                          rauf warten, ergriffen zu werden. Denn eines ist gewiss:
                                      gieverbrauch vorgesehen.                                                         Deutschland hat unendlich viel Energie.

                                      Anteile Erneuerbarer Energien an der Energieversorgung in Deutschland

                                      Strom                                   Wärme                                    Kraftstoff                                Endenergieverbrauch
                                      Anteile Erneuerbarer                    Anteile Erneuerbarer                     Anteile Erneuerbarer                       Anteile Erneuerbarer
                                      Energien am gesamten                    Energien am gesamten                     Energien am gesamten                       Energien am gesamten
                                      Bruttostromverbrauch                    Wärmeverbrauch                           Kraftstoffverbrauch                        Endenergieverbrauch
                                                                                                                       (Straßenverkehr)                           (Strom, Wärme, Verkehr)
                                                                  47 %

                                                       ≥   30 %                                                                                                                               28 %
                                                                                                           25 %

                                                                                                                                                     22 %                         18 %

    47 Prozent regenerativer Strom            15,1 %                                            14 %
    in Deutschland bis 2020 – das                                                                                                        12 %                             9,5 %
    prognostiziert die Erneuerbare-                                                    7,7 %
    Energien-Branche                  4,8 %                                                                                      5,9 %                            3,1 %
                                                                               3,5 %
                                                                                                                         0,2 %

                                      1998 2008 2020 2020                      1998 2008 2020 2020                       1998 2008 2020 2020                      1998 2008 2020 2020
                                                   Ziel der       Branchen-                    Ziel der    Branchen-                     Ziel der    Branchen-                    Ziel der    Branchen-
                                                   Bundes­        prognose                     Bundes­     prognose                      Bundes­     prognose                     Bundes­     prognose
                                                   regierung      2020                         regierung   2020                          regierung   2020                         regierung   2020
                                                   (Stand         (BEE/AEE)                    (Stand      (BEE/AEE)                     (Stand      (BEE/AEE)                    (Stand      (BEE/AEE)
                                                   2009)                                       2009)                                     2009)                                    2009)

4                                                                                                                                                                                                         5
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
FLÄCHENBEDARF FÜR ERNEUERBARE ENERGIEN 2020

Kraftstoff                               Wärme                                                                                                                                                                       Strom

      22                 %    2020
                                         25             %   2020
                                                                                                                                                                                                                    47%    2020

Anteile am Kraftstoffverbrauch       Anteile am Wärmeverbrauch 2020:                                                                                                                                                Anteile am
(Straße, einschließlich Elektro-                                                                                                                                                                                    Stromverbrauch 2020:
fahrzeuge) 2020:

                                                     5,8
                                                            %2020
                                                                                                                                                                                      Windenergie auf See:
                                                  Strom aus                                                                                                                           37,0 Mrd. kWhel
                                                  Erneuerbaren Energien:
                                                  67,0 Mrd. kWh                                                                           Gesamtfläche Deutschlands: 35,7 Mio. ha                                                 0 6 ,2   %2020
                                                                                                                                                                                      Windenergie an Land:
                                                                                                                                                                                      112,1 Mrd. kWhel

                                                                                                                                                                                                                                  1 8 ,8   %2020
                                                                                                                                                       Windenergieanlagen werden
                                                                                                                                                       vorrangig auf landwirt-
                                                                                                                                                       schaftlich genutzten Flächen
                                                                                                                                                       installiert. Der Flächen-
                                                                                                                                                       bedarf errechnet sich aus
                                                                                                                                            270.000 ha den Abstandsflächen zur
                                                                                                                                                       nächsten Anlage bzw. aus den
                                                    13,1                                                                                               versiegelten Flächen durch
                                                                                                                                                       Fundamente.
                                                            %2020                                                                             2.700 ha

                                                 Bioenergie: 150,3 Mrd. kWhth

                                                                                                                                                                                                                                  0 9 ,1
                                                                                                                                                                                      Bioenergie: 54,3 Mrd. kWhel
                   0,2      %2020                                                                                                                                                                                                          %2020
                                                                                                                                          3,7 Mio. ha
                 Strom aus                                                                 Der überwiegende Teil von
                                                                                     Photo­voltaik- und Solar­thermie­
                 Erneuerbaren Energien                                                   anlagen wird in Dächer und
                 0,9 Mrd. kWh                                                         Fassaden integriert: 37.000 ha.                          Freiflächenanlagen
                                                                                                                                               (Strom): 10.500 ha                     Wasserkraft: 31,9 Mrd. kWhel

                                                    2,6                                                                                                                                                                           0 5 ,4   %2020
                                                            %2020
                  21,4      %2020                Solarthermie: 30,1 Mrd. kWhth                                                                                                        Photovoltaik: 39,5 Mrd. kWhel
                 Bioenergie:                                                                                                                                                                                                      0 6 ,6   %2020
                 111,3 Mrd. kWh                     3,6                                                                     960.000 ha
                                                                                                                         (unterirdisch)
                                                            %2020
                                                 Geothermie: 42,1 Mrd. kWhth                                                                                                          Geothermie: 3,8 Mrd. kWhel

                                                                                                                                                                                                                                  0 0 ,6   %2020

                                          Die Rechtecke bilden den jeweiligen Flächenbedarf
                                          der Erneuerbaren Energien an der Gesamtfläche der
                                          Bundesrepublik Deutschland maßstabsgetreu ab und
6                                         sind nicht ortsbezogen.                                                                                                                                                                                  7
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
WINDENERGIE

                                                                                                                           RÜCKENWIND FÜR DIE
    Windgeschwindigkeiten in 120 m Höhe

                                                     Kiel
                                                                                                                            STROMVERSORGUNG
                                               Hamburg                    Schwerin
                                                                                                                                 WINDENERGIE
                                Bremen

                                                                                                             In 120 m Höhe weht der
                                                                                        Berlin
                                                                                                             Wind durchschnittlich mit
                                                                                                             einer Geschwindigkeit
                                                     Hannover                                                von                                 Die Windenergie liefert zwar heute schon den größten Anteil erneuer-
                                                                                                                                                 baren Stroms, ihr Potenzial ist jedoch noch längst nicht ausgeschöpft. Das
                                                                                                             über 7 m/s                          liegt in erster Linie an der rasanten Leistungssteigerung der Technik. Der
                                                                           Magdeburg                                                             stärkere Wind in großen Höhen kann fast überall in Deutschland genutzt
                                                                                                                                                 werden, und viele alte können durch wenige moderne leistungsstarke An-
                                                                                                             5 – 7 m/s                           lagen ersetzt werden. Das bedeutet, dass immer weniger, aber leistungs-
                                                                                                                                                 stärkere Windenergieanlagen immer mehr Strom erzeugen werden.
                                                      nur Fundamentsflächen
                                                      2008: 1.700 ha                                         3 – 5 m/s                           Seit August 2009 erzeugen auch Windenergieanlagen vor der deutschen
                                                      2020: 2.700 ha
      Düsseldorf                                                                                                                                 Küste (sog. Offshore-Windenergie) Strom. Sie werden zukünftig in erheb-
                                                                                            Dresden                                              lichem Maße zur Stromversorgung beitragen.
                                                                                                             unter 3 m/s
                                                                inkl. Abstandsflächen
                                                                2008: 170.000 ha
                                                                2020: 270.000 ha

                                                                                                                                                    Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020
                                                                                                                                                   (nur Onshore-Windenergie)
                                                                                                           Dass der Wind an der Küste am
                                                                                                           stärks­­ten weht, ist keine Über­
                                                                                                                                                                                                          40,6
                                                                                                           rasch­ung. Trotzdem lohnt es sich                                             2008
                                                                                                                                                    1 8,8 %
                                                                                                                                                                                                          Mrd. kWh/a
                                                                                                           auch in Süddeutschland, auf Wind-
                        Mainz                                                                              energie zu setzen. Denn es gibt für                        2020
                                                                                                                                                                             Strom       2020                          112,1
                                                                                                           jeden Wind die passende Anlage.                                                                             Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                    Flächenbedarf 2008 und 2020
         Saarbrücken

                                                                                                                                                                 2008: 170.000 ha
                                         Stuttgart                                                                                                               2020: 270.000 ha      inkl. Abstandsflächen

                                                                                                                                                                 2008: 1.700­ha
                                                                                                                                                                 2020: 2.700 ha        nur Fundamentsflächen
                                                                        München
                                                                                                                                                   Um die gegenseitige Beeinflussung zu minimieren, müssen Wind­
                                                                                                                                                   energieanlagen einen Mindestabstand zueinander einhalten. Dieser ist
                                                                                                                                                   abhängig von der vorherrschenden Windrichtung und der Anlagengröße.
                                                                                                                                                   Der rechnerische Wert für das Jahr 2008 beträgt eine Abstandsfläche
                                                                                                                                                   von 7 Hektar pro MW. Da immer weniger, aber leistungsstärkere Wind-
                                                                                                                                                   energieanlagen immer mehr Strom produzieren, fällt der rechnerische
                                                                                                                                                   Wert für das Jahr 2020 mit 6 Hektar pro MW geringer aus.

                                                                                                                                                   Die Fundamentsfläche einer Windenergieanlage beträgt maximal ein
                                                                                                                                                   Prozent der Abstandsfläche und versiegelt den Boden. Die Abstands­
               100 km                                                                                                                              flächen können aber z.B. für die Landwirtschaft genutzt werden.
                                                                                                 Quelle:
8                                                                                                                                                                                                                                   9
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
MEHR ERTRAG MIT WENIGER ANLAGEN DURCH TECHNISCHEN FORTSCHRITT
     UND AUSNUTZUNG DES HÖHENPOTENZIALS                                                                                                                                                                                                WINDENERGIE

     Technische Entwicklungen in der Windenergiein-                                              Rotordurchmesser x 2   BEISPIEL NORDRHEIN-WESTFALEN: DAS WINPOTENZIAL WÄCHST MIT DER HÖHE
     dustrie führen zu größeren und leistungsfähigeren                                           = Ertrag x 4
     Anlagen. Mehrere alte Windenergieanlagen kön-
     nen durch eine moderne Anlage ersetzt werden.                                                                      Windgeschwindigkeiten in 60 m Höhe                                                 Windgeschwindigkeiten in 120 m Höhe
     Im Zuge des sogenannten Repowering kann mehr
     Strom mit weniger Anlagen erzeugt werden.
                                                                Nabenhöhe + 1 m
     In höheren Bereichen weht der Wind nicht nur               = Ertrag + 1 %
     stärker, sondern auch regelmäßiger. Durch eine
     Steigerung der Nabenhöhe können deshalb
     selbst Anlagen an durchschnittlichen Standorten                                           Nabe
     im Binnenland die Erträge eines Küstenstand-
     orts erreichen.

     Als Faustregel gilt: pro Meter höherer Nabe
     steigert sich der Ertrag der Windenergie bis zu
     einem Prozent.

                                                                                                                                                                                                                                                                                 100 km

                                                                                                                        0     3          5           7+ m/s                                                0    3        5        7+ m/s
                                                                                                                                                                                 Quelle:                                                                               Quelle:

     Es gibt überall Wind und für jeden Wind die passende Anlage.

     Beispielrechnung: An jedem Standort können ähnliche Strom­erträge erzielt werden,
     wenn Höhe und Größe der Windenergieanlage dem Standort angepasst sind.

                                                                                                                        Höhenbegrenzungen schmälern                                                        Installierte Leistung
                                                                                                                        das Repowering-Potenzial.                                                          und potenzieller Jahresenergieertrag 2008
                                                                                                                        Der Einsatz moderner Anlagen scheitert häufig an den
                                                                                                                        Vorgaben für Höhenbegrenzungen der Länder und Ge-
                                                                                                                        meinden. Dadurch bleibt viel Potenzial ungenutzt.

                                                                                                                        In Nordrhein-Westfalen ist die Höhe von Windenergie-                                                                  2.694 MW
                                                                                                                        anlagen pauschal auf 100 m beschränkt (Stand 2009).                                                                   5,4 Mrd. kWh
                                                                                                                                                                                                                                                                       1.431 MW
                                                                                                                        2.700 Anlagen (insgesamt rund 2.700 MW) haben 2008                                                                     34 MW
                                                                                                                                                                                                                                                                       2,7 Mrd. kWh

                                                                                                                        ca. 4,6 Mrd. kWh Strom produziert. Allein der Ersatz von                                                               0,1 Mrd. kWh
                                                                                                                        schwachen Altanlagen mit einer geringeren Leistung als                                                      88 MW
                                                                                                                                                                                                                                    0,2 Mrd. kWh
                                                                                                                        1 MW durch Anlagen der 2 MW-Klasse mit einer maxima-
                                                                                                                                                                                                                                                                                2 MW
                                                                                                                        len Höhe von 150 m könnte diesen Ertrag auf 10,2 Mrd.                                                            6.028 MW                               4 Mio. kWh
                                                                                                                        kWh mehr als verdoppeln – bei deutlich verringerter                                                              11,3 Mrd. kWh
                                                                                                                                                                                                                                                                             3.767 MW
                                                                                                                        Anlagen­zahl.                                                                                                                                        6,5 Mrd. kWh
                                                                                                                                                                                                                                                              3.014 MW
                                                                                                                        Nordrhein-Westfalen wäre ohne Höhenbeschränkungen                                       2.677 MW                                      5,8 Mrd. kWh
                                                                                                                                                                                                                4,6 Mrd. kWh
                                                                                                                        bundesweit in der Spitzengruppe in Sachen Windenergie.                                                                                               851 MW
                                                                                                                                                                                                                                                                             1,4 Mrd. kWh
      Offshore (Auf See)             Küstennah                      Norddeutsches Tiefland   Mittelgebirge                                                                   Quelle: BWE (2009)                                                       692 MW
                                                                                                                                                                                                                                 509 MW               1,2 Mrd.kWh
                                                                    4 MW Leistung                                                                                                                                                0,8 Mrd. kWh
      4 MW Leistung                  4 MW Leistung                                           4 MW Leistung                                                                                                     1.207 MW
                                                                    140 m Nabenhöhe                                                                                                                            1,9 Mrd. kWh
      90 m Nabenhöhe                 120 m Nabenhöhe                125 m Rotor-             140 m Nabenhöhe
      95 m Rotor-                    100 m Rotor-                         durchmesser        125 m Rotor-                                                                                                       77 MW
                                                                                                                                                                                                                0,1 Mrd. kWh
           durchmesser                     durchmesser                                             durchmesser
                                                                    12,0 Mio. kWh
      14,4 Mio. kWh                  14,4 Mio. kWh                         Stromertrag       13,2 Mio. kWh                                                                                                                     422 MW
             Stromertrag                    Stromertrag                    pro Jahr                 Stromertrag                                                                                                                0,6 Mrd. kWh                  411 MW
                                                                                                                                                                                                                                                             0,5 Mrd. kWh
             pro Jahr                       pro Jahr                                                pro Jahr
       10
                                                                                                                        0-        100-       500-      1.000-   2.000-   über      installierte Leistung
                                                                                                                        100       500        1.000     2.000    5.000    5.000     in MW                                                                                          Kartengrundlage:
                                                                                                                                                                                                                                                                                  DEWI (2009)

10                                                                                                                                                                                                                                                                                            11
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
REPOWERING BERUHIGT DAS LANDSCHAFTSBILD                    REPOWERING WINDENERGIE

     Simonsberg
                  BEISPIEL SCHLESWIG-HOLSTEIN: WINDPARK SIMONSBERG

          vorher
          13 Windenergieanlagen
          42 m Nabenhöhe
          5,5 MW gesamte installierte Leistung

          Stromerzeugung pro Jahr: 14,4 Mio. kWh

          nachher
          5 Windenergieanlagen
          120 m Nabenhöhe
          15 MW gesamte installierte Leistung

          Stromerzeugung pro Jahr: 48 Mio. kWh

12                                                                                            13
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
WINDENERGIE HOLT MEHR STROM AUS DER FLÄCHE ALS BRAUNKOHLE                                                                                                                     FLÄCHENBEDARF WINDENERGIE

              Flächenbedarf der Braunkohle (Garzweiler II, Nordrhein-Westfalen)

 Garzweiler

 9 km

                                                                                         2006

                                                             2017

                              2035              2025
                                                             Braunkohletagebau Garzweiler II (NRW)                                                                                                                                         Windpark Bergheim/Rheidt

                             2044

     12 km

              Braunkohle                                                                                                                 Windenergie

              Das Abbaufeld Garzweiler II umfasst eine Fläche von 4.800 Hektar und          Tagebau Garzweiler II     2008               2008                                                 Windpark Bergheim/Rheidt
              beinhaltet rund 1,3 Mrd. Tonnen Braunkohle. Die Laufzeit des Tagebaus         Jährlicher potenzieller   ca. 7,3 Mio. kWh   ca. 22,5 Mio. kWh                    nur                       Jährlicher Ertrag
              beträgt 40 Jahre. Im Schnitt könnten 32,5 Mio. Tonnen pro Jahr geför-         Ertrag pro Hektar                                                                 Fundamentsfläche                 pro Hektar
              dert werden. Ein modernes Braunkohlekraftwerk mit einem Wirkungs-                                                          ca. 225.000 kWh                      inkl. Abstands­flächen
              grad von 43 Prozent kann mit dieser Menge pro Jahr etwa 35 Mrd. kWh
              Strom produzieren. Daraus ergibt sich ein Stromertrag pro Hektar und
                                                                                                                                                                                                                                       Abstandsfläche
              Jahr von ca. 7,3 Mio. kWh.
              Vergleicht man diesen Wert mit dem Stromertrag pro Hektar versie-
              gelter Fläche einer Windenergieanlage des benachbarten Windparks
              Bergheim/Rheidt, so zeigt sich, dass schon eine Anlage mit einer instal-      Deutschland               2008               2008                2020                                           Deutschland
              lierten Leistung von zwei Megawatt mehr Strom aus der Fläche holt als                                                                                                            (nur Onshore-Windenergie)
                                                                                                                                                                                                                                              Fundamentsfläche
              Braunkohle.                                                                   Stromerzeugung            150 Mrd. kWh       40,6 Mrd. kWh       112,1 Mrd. kWh                              Stromerzeugung
                                                                                            Flächenbedarf             48.300 ha          1.700 ha            2.700 ha         nur                          Flächenbedarf
              Braunkohle ist ein äußerst problematischer Energieträger, denn im Ver-                                                                                          Fundamentsfläche
              gleich zu Steinkohle und Erdgas setzt sie besonders viel Kohlen­dioxid                                                     170.000 ha          270.000 ha       inkl. Abstands­flächen
              frei und trägt somit wesentlich zum Klima­wandel bei. Für den Abbau           Jährlicher Ertrag         3,1 Mio. kWh       24 Mio. kWh         41,5 Mio. kWh    nur                       Jährlicher Ertrag
              wird zudem großflächig das Grundwasser abgesenkt und gesamte                  pro Hektar                                                                        Fundaments­fläche                pro Hektar
              Dörfer­werden umgesiedelt. Für den Tagebau Garzweiler II müssen ins-                                                       240.000 kWh         415.000 kWh      inkl. Abstands­flächen
              gesamt 7.600 Einwohner aus 13 Ortschaften ihr Heim verlassen.
                                                                                                                                                                                                       Quelle: DEBRIV (2009)

14                                                                                                                                                                                                                             500 m                                  15
ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
OFFSHORE-WINDENERGIE: ENERGIE VOM STÜRMISCHEN MEER                                                                                                                      OFFSHORE WINDENERGIE

     Offshore-Windparks
                                                   Ausschließliche
                                                   Wirtschaftszone
     Auf dem Meer weht der Wind stärker und        Deutschlands                 05
     stetiger. Deshalb ist die Energieaus­beute                                                 07
     von Windenergieanlagen auf See etwa                                             06
     40 Prozent höher als die an Land. Die                                                                      08
     Heraus­forderungen des Ausbaus in deut-
     schen Gewässern liegen vor allem darin,
     die Anlagen in großer Entfernung von der                                                                                                                                                                        23
     Küste (30-100 km) und in großen Wasser-
     tiefen (20-40 m) zu installieren.
                                                                                                                                                                                                                                                24
                                                                                                                                                                                                                                                     25

                                                                                                                                                                                                     22

                                                                      11
                                                                                                                           13
                                                                 10                                                                                    Kiel
                                                         09                                                          12
                                                                                                                          14
                                                                                                                                                                 21                    4
                                                                                                                                                                                           Rostock
                                                                    16
                                                                                18    19
                                                                           01
                                                               15
                                                                      17
                                                                                                                                 20

                                                                                                                                                       Hamburg
                                                                                                                                 03
     Deutschlands erster Offshore-Windpark                                                      Emden
     alpha ventus wurde im November 2009                                                   02
     nach sieben Monaten Bauzeit fertig ge-
     stellt. Zum jetzigen Zeitpunkt ist alpha
     ventus der erste Offshore-Windpark welt­­-
     weit, in dem ein Dutzend Windkraftanla-
     gen der 5-Megawatt-Klasse zum Einsatz
                                                  		                   Bau                           Anzahl der Anlagen               Leistung
     kommen.                                      			                                                (erste Baustufe/Endausbau)       je Anlage (MW)
                                                  Windparks in Betrieb                                                                                                Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020
                                                  01 Alpha Ventus               2009                 12 / 12                          5                               (nur Offshore-Windenergie)
                                                  02 Dollart (Emden)*           2004                 1/1                              4,5
                                                  03 Hooksiel*                  2008                 1/1                              5
                                                  04 Rostock*                   2006                 1/1                              2,5

                                                                                                                                                                      0 6,2 %
                                                                                                                                                                                                                          0
                                                  			                                                                                                                                                         2008        Mrd. kWh/a
                                                  Genehmigte Windparks (erste Baustufe)
                                                  05   Sandbank 24                    2010           80 / 980                         3-5
                                                                                                                                                                                        2020   Strom          2020                 37
                                                                                                                                                                                                                                   Mrd. kWh/a
                                                  06   Nördlicher Grund               k.A.           80 / 402                         3-5
                                                  07   Dan Tysk                       2011           80 / 300                         5
           Windpark                               08   Butendiek                      2012           80 / 80                          3,6                             Die Windenergie auf hoher See wird zukünftig in erheblichem Maß zur
                                                  09   Bard Offshore I                2009           80 / 320                         5                               erneuer­baren Energieversorgung beitragen.
           in Betrieb                             10   Hochsee Windpak Nordsee        k.A.           80 / 508                         k.A.                            Etwa 20 Windparks mit einer gesamten installierten Leistung von 20.000
                                                  11   Global Tech I                  2011           80 / 320                         5
                                                  12   Nordsee Ost                    2010           8/8                              4-5
                                                                                                                                                                      MW sind genehmigt. Zwölf weitere Windparks mit insgesamt ca. 5.000
           genehmigt
                                                  13   Amrumbank West                 2011           80 / 80                          3,5-5                           MW sind im fortgeschrittenen Genehmigungsverfahren.
           Wassertiefe                            14   Meerwind                       2010           80 / 270                         5
                                                  15   Borkum Riffgrund West          2011           80 / 458                         2,5-5
           unter 5 m
                                                  16   Borkum West II                 2012           80 / 80                          5
           5 – 10 m                               17   Borkum Riffgrund West          2011           77 / 180                         3-5                             Ausbaupotenzial
           10 – 20 m                              18   Delta Nordsee                  2012           36 / 80                          4-5
           20 – 30 m                              19   Gode Wind                      2011           80 / 224                         3-5
                                                  20   Nordergründe                   2010           18 / 18                          5
           über 30 m
                                                  21   Geofree                        k.A.           5/5                              5
                                                  22   Baltik I                       2010           21 / 21                          2,3                             0 MW                      10.000 MW                    20.000 MW
                                                  23   Kriegers Flak                  2011/2012      80 / 80                          3-3,5 und 5                     Installierte Leistung     Installierte Leistung        Leistung
                    40 km                         24   Ventotec Ost 2                 2012           50 / 200                         3                               2008                      2020                         aller bereits
                                                  25   Arkona Becken Südost           2012           80 / 201                         4-5                                                                                    genehmigter
                                                                                                                                                                                                                             Anlagen
16                                                * Offshore-Testanlage in Ufernähe                                        Quelle: BSH (2009)                                                                                                             17
SOLARENERGIE

                                                                                                                          SONNIGE
                                                  Kiel

                                                                                                                   AUSSICHTEN FÜR
                                            Hamburg                   Schwerin
                                                                                                                 STROM UND WÄRME
                             Bremen                                                                                  SOLARENERGIE
                                                                                       Berlin
                                                                                                                                                                     In Deutschland liegt die jährliche Sonneneinstrahlung pro Quadrat-
                                              Hannover
                                                                                                                                                                     meter zwischen 900 und 1.200 kWh. Das ist zwar weniger als in Süd­
                                                                                                                                                                     europa oder Afrika, jedoch ausreichend, einen wichtigen Beitrag zur
                                                                                                                                                                     Strom- und Wärmeversorgung in Deutschland zu leisten. 234.400 Hek-
                                                                          Magdeburg                                                                                  tar Gebäudeflächen sind für die solare Nutzung geeignet. Bisher wur-
                                                                                                                                                                     den hiervon nur 2,5 Prozent genutzt. Das zeigt: Es gibt noch sehr viel
                                                                                                                                                                     Potenzial zu erschließen.

                                                         Freiflächenanlagen (Strom)
     Düsseldorf
                                                         2008: 1.700 ha                         Dresden
                                                         2020: 10.500 ha                                                                                                 Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020

                                                         Gebäudeflächen für Photovoltaik                     Jährliche    Im Durchschnitt jährlich erzeugte Strom-                                               2008      4,4

                                                                                                                                                                         0 6,6 %
                                                         und Solarthermie                                   Sonnenein-    menge einer 1 kWpeak -Photovoltaikanlage                                                         Mrd. kWh/a

                                                         2008: 5.800 ha                                      strahlung    mit südwärts ausgerichteten PV-Modulen
                                                                                                                          im Winkel von 35 Grad und einem Perfor-                        2020   Strom            2020             39,5
                                                         2020: 37.000 ha                                                  mance Ratio von 0,85.                                                                                   Mrd. kWh/a

                                                                                                              kWh/m²     kWh/kWp
                                                                                                                                                                                                                 2008      4,1

                                                                                                                                                                          2,6
                                                                                                               > 1.400    > 1.190
                                                         Potenzial geeigneter                                                                                                                                              Mrd. kWh/a
                     Mainz                               Gebäudeflächen:                                        1.350      1.150                                                    %2020       Wärme            2020            30,1
                                                         234.400 ha                                                                                                                                                              Mrd. kWh/a
                                                                                                                1.300      1.105

                                                                                                                1.250      1.065

       Saarbrücken                                                                                              1.200      1.020

                                                                                                                1.150        980                                         Flächenbedarf 2008 und 2020
                                                                                                                1.100        935

                                      Stuttgart                                                                < 1.050     < 890
                                                                                                                                                                                 Freiflächen für Photovoltaik
                                                                                                                                                                                 2008: 1.700 ha
                                                                                                                                                                                 2020: 10.500 ha

                                                                                                                                                                                 Gebäudeflächen für Photovoltaik
                                                                      München                                Beispielrechnung:                                                   und Solarthermie
                                                                                                             In Kiel beträgt die jährliche Sonnenein-
                                                                                                                                                                                 2008 5.800 ha
                                                                                                             strahlung 1.100 kWh/m². Eine südlich
                                                                                                             ausgerichtete und um 35 Grad geneigte                               2020: 37.000 ha
                                                                                                             Photovoltaikanlage mit 1 kWp installierter
                                                                                                             Leistung auf ca. 10 m2 erzeugt 935 kWh
                                                                                                             im Jahr. Dies entspricht 27 Prozent des
                                                                                                             jährlichen Stromverbrauchs eines Durch-
                                                                                                                                                                                  Potenzial geeigneter
                                                                                                             schnitthaushaltes. In München erzeugt
              100 km                                                                                                                                                              Gebäudeflächen:
                                                                                                             1 kWpeak 1.170 kWh Strom pro Jahr und deckt
                                                                                                                                                                                  234.400 ha
                                                                                                             somit 33 Prozent des Stromverbrauchs.
18                                                                                                Quelle:                                                                                                                                      19
STROM AUS SOLARENERGIE

     So viel Strom wurde 2008 aus der Sonneneinstrahlung in Deutschland erzeugt:                                                 Es gibt noch viel Potenzial für Photovoltaik auf privaten Dächern.

     Sonneneinstrahlung 2008                                       Stromerzeugung je Wahlkreis in kWh 2008                       Schon 10 m2 Dachfläche reichen aus, um ca. ein Viertel des     Das Potenzial, das die Dachflächen von Ein- und Zweifami-
                                                                                                                                 Stromverbrauchs eines Durchschnittshaushaltes zu de-           lienhäusern in Deutschland zur Stromerzeugung bieten, ist
                                                                                                                                 cken. Viele Haushalte nutzen die Chance, Strom auf dem         jedoch noch bei Weitem nicht ausgeschöpft.
                                                                                                                                 eigenen Dach zu produzieren.

                                                                                                                                 Potenzial für Dachflächen-Photovoltaik je Landkreis            Ausschöpfung des Potenzials für Dachflächen-Photovoltaik
                                                                                                                                 in MWpeak                                                      je Landkreis in Prozent 2008

        100 km                                                     100 km

         1.230 kWh/m²                                                 125 Mio. kWh

         1.145 kWh/m²                                                  60 Mio. kWh

         1.070 kWh/m²                                                  15 Mio. kWh                                                100 km                                                          100 km
          985 kWh/m²                                                    5 Mio. kWh

          900 kWh/m²           Kartengrundlage: DWD (2009)             0,2 Mio. kWh   Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009)

     So wird die Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung genutzt:                                                                      340
                                                                                                                                     200
                                                                                                                                           MWpeak
                                                                                                                                           MWpeak
                                                                                                                                                                                                   27
                                                                                                                                                                                                   10
                                                                                                                                                                                                        %
                                                                                                                                                                                                        %
                                                                                                                                     150   MWpeak                                                   8   %
                                                                                                                                                                                                    6   %
                                                                                                                                     100   MWpeak                                                   4   %
                                                                                                                                      50   MWpeak                                                   2   %
                                                                                                                                      10   MWpeak                                                   1   %
                                                                                                                                       5   MWpeak   Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009)        0   %          Quelle: BSW-Solar , EuPD Research (2009)

                                                                                                                                                                                                BEISPIEL BERLIN: DACHFLÄCHENPOTENZIAL
                                                                                                                                                                                     Berlin

                                                                                                                                                                                                Dachflächenpotenzial privater Wohnhäuser:      340 MWpeak
                                                                                                                                                                                                Bisherige Potenzialausschöpfung:                    3,2 %
                                                             Die Solarzellen erzeugen aus der Energie der Sonnenstrahlen
                                                             Gleichstrom.                                                                                                                       So wurde gerechnet:
                                                                                                                                                                                                Die Potenzialberechnung basiert auf der Anzahl der Ein-
                                                             Der Wechselstromrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom                                                                    und Zweifamilienhäuser. Dabei wird davon ausgegangen,
                                                             um, damit er ins Stromnetz eingespeist werden kann.                                                                                dass im ländlichen Raum aufgrund geringerer Verschattung
                                                                                                                                                                                                ein höherer Anteil der Wohnhäuser für Photovoltaik geeig-
                                                             Die Stromzähler messen, wie viel Strom eingespeist und wie viel
                                                                                                                                                                                                net ist als im städtischen Raum.
                                                             Strom wieder aus dem Netz bezogen wird.

20                                                                                                                                                                                                                                                            21
DACHANLAGEN SOLARENERGIE

            BEISPIEL OSNABRÜCK:                                                                                     Osnabrück ist ein Beispiel dafür, wie die Nutzung der Solar­   So wurde gerechnet:
            DURCH SOLARENERGIE KÖNNEN OSNABRÜCKS DÄCHER                                                             energie optimiert werden kann. Die Stadt gab eine so ge-       • Erfasste Gebäude: 69.759 von 73.430 Gebäuden
            MEHR ALS 100 PROZENT DES STROMBEDARFS ALLER HAUSHALTE DECKEN                                            nannte Laserbefliegung in Auftrag, mit der die Eignung der     • Gut und sehr gut geeignete Gebäude: 27.500
                                                                                                                    Osnabrücker Dächer für Solarenergie überprüft werden           • Bei der Berechnung wurde von einem Modulwirkungs-
                                                                                                                    konnte.                                                          grad von 15 Prozent ausgegangen, wie ihn gute mono-
     Osnabrück
                                                                                                                    Dabei sind Spezialflugzeuge im Einsatz, an deren Rumpf ein       und polykristalline Solarzellen aus Silizium heute er-
                                                                                                                    Sensor angebracht ist. Dieser Sensor scannt das gesamte          reichen (Stand 2009).
                                                                                                                    Gelände hochauflösend ab. Auf Grund des hohen Detaillie-       • 1 kWp Nennleistung erzeugt in Osnabrück pro Jahr
                                                                                            Solarenergiepotenzial
                                                                                            (Stromertrag)           rungsgrades sowie der großflächigen Erfassung von Laser-         650- 900 kWh Strom. Dafür ist eine PV-Anlage mit einer
                                                                                                                    scannerdaten sind erstmals kleinräumige Analysen wie die         Modulfläche von 6,7 m2 notwendig.
                                                                                            über 125 kWh/m²         Bestimmung der Dachneigung über große Untersuchungs-
                                                                                                                    gebiete möglich gewesen.                                       Der Ertrag ist abhängig von Neigung, Ausrichtung und
                                                                                                                    Für diese Methode zur Erfassung des solaren Ertragspoten-      Verschattung des Moduls. Die höchsten Erträge werden
                                                                                            105–125 kWh/m²
                                                                                                                    zials diente Osnabrück 2005 als Pilotregion. Bei fast 70.000   bei genauer Südausrichtung und 35 Grad Dachneigung
                                                                                                                    Gebäuden konnte die Dachform, -neigung, -ausrichtung und       erzielt.
                                                                                            90–105 kWh/m²           -verschattung ermittelt und somit das Solarenergiepoten­
                                                                                                                    zial aller Dächer erfasst werden. Inzwischen folgten mehre-
                                                                                                                    re Städte dem Beispiel Osnabrücks.
                                                                                            ungeeignet für
                                                                                            Photovoltaik­
                                                                                            anlagen

                                                                                            keine Daten aus
                                                                                            der Scanner-
                                                                                            befliegung
                                                                                            vorliegend

                                                                                            Gewässer
                                                                                                                     37 % der Dachflächen Osnabrücks
                                                                                            Wald                     sind sehr gut oder gut für die
                                                                                                                     Nutzung der Solarenergie geeignet.
                                                                                            Grünflächen

                                                                                            Verkehrsflächen

                                                                                N
                                                                                            100 m

                                                            Maschstr. 20
                                                            max. installierbare Modulfläche:        13 m²
                                                                                                                                                                                             Stromverbrauch der
                                                            Stromertrag:                     1.314 kWh/a
                                                                                                                                                                                             Privathaushalte von
                                                            bedingt geeignet
                                                                                                                                                                                             Osnabrück in 2008        231 Mio. kWh
                                                                                                                     Wären alle sehr gut und gut
                                                                                                                     geeigneten Dächer im Stadtgebiet mit
                                                                                                                     Photovoltaikanlagen belegt, könnte                                      Stromproduktion von
                                                            Augustenburger Str. 32
                                                                                                                     mehr Strom produziert                                                   allen sehr gut und gut
                                                            max. installierbare Modulfläche:        13 m²
                                                                                                                     werden, als alle Privathaushalte                                        geeigneten Dachflächen
                                                            Stromertrag:                     1.681 kWh/a
                                                                                                                     zusammen verbrauchen.                                                   (37 %)                            249 Mio. kWh
                                                            sehr gut geeignet

22                                                                                  Quelle: SUN-AREA (2008)                                                                                                                                   23
PHOTOVOLTAIK NUTZT AUFGEGEBENE MILITÄRFLÄCHEN                                                                                         FREIFLÄCHENANLAGEN SOLARENERGIE

        BEISPIEL BRANDENBURG: KONVERSIONSFLÄCHE LIEBEROSE

     Lieberose

                                                                                                    Konversionsfläche Lieberose
                                                                                                    ehemaliges Chemielager und -städtchen,
                                                                                                    heute Standort des Solarparks Lieberose
                 25 km

                     Konversionsflächen                                                                                                                Solarpark Lieberose

                     Gebäude und Industrie
                                                                                                                                                       Der Solarpark Lieberose produziert nicht nur saubere Energie,
                                                                                                                                                       sondern sorgt auch dafür, dass gefährliche Munition von dem
                     Verkehrsflächen
                                                                                                                                                       ehemaligen Truppenübungsplatz entfernt wird. Die dafür not-
                                                                                                                                                       wendigen fünf Millionen Euro konnten durch eine Einmalzahlung
                     Landwirtschaftlich genutzte Flächen
                                                                                                                                                       der Investoren des Solarkraftwerks und durch die Pachtein­
                                                                                                                                                       nahmen für das Gelände finanziert werden. Lieberose ist damit
                     Wald                                                                                                                              ein Paradebeispiel für die gelungene Verbindung von Hightech
                                                                                                                                                       und aktivem Naturschutz.
                     Gewässer

                                                                                                                                                       Baubeginn/Inbetriebnahme:           Januar bis Dezember 2009
                                                                                                                                                                                       (in mehreren Bauabschnitten)

                                                                                                                                                       Grundfläche:                                            162 ha
                                                                                                                                                                                             (über 210 Fußballfelder)
                                                                                                                                                       Modulfläche:                                        ca. 50 ha
                                                           Konversionsflächen                                                                                                        ca. 700.000 Dünnschicht-Module

                                                           In Deutschland gibt es rund 350.000 Hektar ehemaliger Militärflächen
                                                           bzw. Militärflächen, die in Kürze aus der Nutzung gehen. Zwar ist nur
                                                           ein Teil dieser Flächen für Photovoltaik nutzbar, denn oft handelt es sich                  Leistung:                                          ca. 53 MW
                                   Konversionsflächen:
                                            350.000 ha     bei Konversionsflächen um Naturschutzgebiete. Dahinter verbirgt sich
                                                           jedoch trotzdem ein hohes Flächenpotenzial für Freiflächenanlagen.
                                                           Dies zeigt das Praxisbeispiel aus Brandenburg:                                              Ertrag pro Jahr:                            rund 53 Mio. kWh
                                                                                                                                                                                   (entspricht dem Jahresbedarf von
                                                           Mit einer Fläche von 27.000 Hektar war der Truppenübungsplatz Liebe-                                                              rund 15.000 Haushalten)
                                       davon Flugplätze:
                                               22.000 ha   rose der größte in der ehemaligen DDR. Nach dem Abzug der Sowjet­
                                                           armee im Jahr 1992 ging er in den Besitz des Bundeslandes Branden-
                                                           burg über – mit allen Altlasten. Neben scharfer Munition auf einer
                                                           Fläche von rund 400 Hektar sorgten vor allem Chemikalien für Gefahr
                                                           und verunreinigten den Boden sowie das Grundwasser. Heute wird das
                                                           Gelände zur umweltfreundlichen Stromerzeugung genutzt.
24                                                                                                                                                                                                                      25
                                                                                                      Quelle: Naturstiftung David (2005)
HEIZEN UND KÜHLEN MIT SONNE:
     DAS FLÄCHENPOTENZIAL IST NOCH FAST UNGENUTZT                                                                                                                                                 SOLARTHERMIE SOLARENERGIE

                                                                                                                                                                                                                                                                                     Berlin
     Solarthermische Anlagen wandeln mit Hilfe von         Solarkollektoren                                                                        BEISPIEL BERLIN:
     Kollektoren die Sonnenenergie in Wärmeenergie         Neu installierte Fläche nach Bundesländern 2008                                         SOLARTHERMISCHES POTENZIAL IN DER BUNDESHAUPTSTADT
     um. In Deutschland wird die Solarwärme überwie­
     gend zur Erwärmung von Wasser zum Waschen
     und Duschen oder zur Raumheizung genutzt.
                                                                                                                                                   Berlins Dächer sind voller Energie. Vor allem für Solar­    einer Photovoltaikanlage, sondern auch über das So­
     Es ist jedoch auch möglich, mit Solarwärme zu                                                                                                 thermieanlagen besteht ein großes Potenzial. Bisher         larthermiepotenzial in den ausgewählten Pilotregionen.
     kühlen. Die Nutzung von solarthermisch ange­                                                                                                  wurden seit 2001 nur 24,5 Hektar Solarkollektoren in der    Eine davon ist das Projektgebiet „Friedrichstraße“, das
     triebenen Kältemaschinen ist eine zukunfts­                                    4 ha
                                                                                                             1 ha                                  Bundeshauptstadt installiert. Zwar ist die Tendenz stei­    auf einem Gebiet von 1.000 Hektar über 5.837 Gebäude
     weisende Möglichkeit, um den Strombedarf für                                                                                                  gend – fast ein Viertel der Anlagen wurden 2008 errichtet   verfügt. Für die Nutzung der Solarthermie eignen sich
     die Klimatisierung zu reduzieren. Der große Vor­                                      1 ha
                                                                                                                                                   – jedoch ist das Dachflächenpotenzial bei Weitem noch       3.926 Gebäude mit einer Dachflächengröße von 71 ha.
     teil bei der Technik ist die zeitliche Übereinstim­                             0,3 ha                                                        nicht ausgeschöpft. Dies zeigt das Pilotprojekt „Solar­     Schon 10 m2 Solarkollektoren erzeugen ca. 4.500 kWh
     mung von Kühlbedarf und Sonneneinstrahlung.                         14 ha                                      2 ha                           atlas Berlin“. Das öffentlich zugängliche Internetportal    Wärme pro Jahr. Das entspricht ca. einem Fünftel
     Denn je sonniger es ist, desto höher ist auch der                                                                                             informiert den Nutzer nicht nur über die mögliche Stro­     des jährlichen Wärmebedarfs eines Durchschnitts­
                                                                                                                      1 ha
     Kühlbedarf. So bietet es sich an, die gleiche An­                                                                                             merzeugung, CO2-Einsparung und Inves­titionskosten          haushaltes.
     lage im Sommer zur Kühlung und im Winter als                                                        2 ha
     Heizung einzusetzen.
                                                                 16 ha
                                                                                                                      4 ha

                                                                                                  3 ha
                                                                                 10 ha                                          Neu installierte
     Bisher wird jedoch nur ein Bruchteil der Gebäu­                                                                            Fläche 2008
     deflächen, die für die Nutzung der Solarenergie             7 ha                                                           0–1 ha
     geeignet sind, genutzt.                                                                                                    1–4 ha
                                                                                                                                4–8 ha
                                                                 2 ha                                                           8–16 ha
                                                                                                                                16–32 ha
                                                                                                                                über 32 ha
     Gebäudeflächenpotenzial                                                      25 ha
     234.400 ha
                                                                                                     40 ha

                                                                                                                                                                                                               Friedrichstraße
     Bis 2008 mit                                                                                                                                                                                                                           inden
     Solarkollektoren belegt:                                                                                                                                                                                                    Unter den L
     1.100 ha
                                                                                                                Quelle: BSW-Solar (2009)

     So funktioniert Solarthermie:                                                                                                                                                                                                                                       100 m

                                                                                                                                                   Nutzbare Fläche in m²                                                                        Quelle: Berlin Partner GmbH (2009)
                                                                                                                                                   pro Gebäude

                                                                                                                                                   5.000

                                                                                                                                                   3.000 - 5.000

                                                                                                                                                   1.000 - 3.000
                                                                         Sonnenstrahlen erwärmen die Wärmeträge­r­
                                                                         flüssigkeit im Kollektor.                                                 250 - 1.000

                                                                         Ist die Temperatur der Flüssigkeit höher als                              bis 250
                                                                         die Temperatur im Speicher, startet der So-
                                                                         larregler die Zirkulation.                                                0
                                                                         Der Wärmetauscher gibt Solarwärme an das
                                                                         Wasser im Pufferspeicher ab.

                                                                         Der Pufferspeicher stellt die Wärme auch                                  Bundespresseamt
                                                                         nachts und an kalten Tagen zur Verfügung.                                 Die Solarthermieanlage hat eine Fläche von 348 m2 und
                                                                                                                                                   ist mit Vakuum­röhren bestückt. Die Solarwärme wird im
                                                                         Reicht die Kollektorwärme nicht aus, wird                                 Sommer genutzt, um zwei Absorptionskältemaschinen
                                                                         eine Zusatzheizung (z.B. Holzpelletheizung)                               zu betreiben, die das Gebäude teilweise kühlen. Im Win-
                                                                         aktiviert.                                                                ter wird die Wärme zur Heizungsunterstützung benötigt.

26                                                                                                                                                                                                                                                                                            27
GEOTHERMIE

                                                                                                                                             ENERGIE AUS
                                                                                                                                               DER TIEFE
                                             Kiel

                                     Hamburg
                                                                 Schwerin
                                                                                                                                             GEOTHERMIE
                        Bremen
                                                                                                                Hydrothermale Geothermie      Die Geothermie ist nach menschlichem Ermessen eine unerschöpf­
                                                                                                                                              liche Energiereserve. Sie ist die erneuerbare Energiequelle, die grund­
                                                                                                                                              sätzlich an fast jedem Standort genutzt werden kann. Auch in Deutsch­
                                                                                 Berlin                         Petrothermale Geothermie      land gibt es ein beachtliches geothermisches Potenzial, welches den
                                                                                                                                              Energie­gehalt aller konventionellen Energieträger um ein Vielfaches
                                             Hannover                                                           Hydrothermale und             übersteigt.
                                                                                                                petrothermale Geothermie
                                                                                                                                              Bei der oberflächennahen Geothermie wird die Erdwärme aus Tiefen
                                                                                                                Tiefenstörungen               bis 400 Metern mit Hilfe von Wärmepumpen zur Wärmeversorgung
                                                                Magdeburg                                       (Hydrothermale Geothermie)    eingesetzt. Die Tiefengeothermie (> 400 m) wird sowohl zur Wärme-
                                                                                                                                              als auch zur Stromerzeugung genutzt. Wirtschaftlich interessant für
                                                                                                                                              die geothermische Stromerzeugung sind insbesondere die Bereiche
                                                        Unterirdische Flächeninanspruchnahme                                                  in Deutschland, deren geologische Formationen Schichten mit heißem­
                                                        (Strom und Wärme)                                                                     Wasserangebot führen. Sie finden sich vor allem in den ober­rheinischen
                                                        2008: 129.200 ha                                                                      und norddeutschen Tiefebenen sowie im süddeutschen Molasse­gebiet.
     Düsseldorf                                                                                                                               Neben dieser so genannten hydrothermalen Geo­thermie gibt es die
                                                                                                                                              petro­thermale Geothermie. Mit diesem Verfahren kann Strom und
                                                                                     Dresden                                                  Wärme auch dort erzeugt werden, wo es kein heißes Wasser im Unter­
                                                                                                                                              grund gibt. Um dennoch die hohe Temperatur des trockenen Gesteins
                                                        2020: 960.000 ha                                                                      nutzen zu können, wird dabei Wasser in das Gestein gepresst.

                                                                                                                                                 Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020
                      Mainz
                                                                                                                                                                                                    0,02
                                                                                                                                                                                            2008
                                                                                                                                                  0 0 ,6 %
                                                                                                                                                                                                    Mrd. kWh/a

       Saarbrücken                                                                                                                                                   2020   Strom           2020     3,8
                                                                                                                                                                                                     Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                                                            2008    4,6
                                 Stuttgart
                                                                                                                                                   3,6       %2020          Wärme           2020
                                                                                                                                                                                                    Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                                                                            42,1
                                                                                                                                                                                                            Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                 Flächenbedarf 2008 und 2020
                                                                München

                                                                                                                                                                             Unterirdische Flächeninanspruchnahme

                                                                                                                                                                             2008: 129.200 ha

             100 km
                                                                                                                                                                             2020: 960.000 ha
28                                                                                Kartengrundlage: TAB (2003)                                                                                                            29
NUTZUNGSTIEFEN GEOTHERMIE

     Potenziale der geologischen Formationen
                                                                                                                                             Erdwärmesonde
                                                                                                                                               Erdwärmesonde   Erdwärmesonde
                                                                                                                                                                   Koaxial     Hydrothermale
                                                                                                                                                                               Hydrothermal                Petrothermale
                                                                                                                                                                                                           Petrothermal          Hydrothermale
                                                                                                                                                                                                                                 Störungszonen
                                                                                                                                            (mit(Wärmepumpe)
                                                                                                                                                 Wärmepumpe) (ohne Wärmepumpe)
                                                                                                                                                               Erdwärmesonde    Geothermie                  Geothermie            Geothermie

     Oberflächennahe Geothermie                                    Oberflächennahe Geothermie
     Die oberflächennahe Geothermie nutzt die Ener-
     gie, die in Erdschichten bis 400 Meter Tiefe oder im                                                               0m          10 °c
                                                                        mit Wärmepumpen
     Grundwasser gespeichert ist. Die hier herrschenden                 für Wärmegewinnung
     Temperaturen von 8 bis 12 °C lassen sich mit Hilfe von             geeignet
     Wärmepumpen, Erdwärmekollektoren oder Erdwär-
     mesonden zur Bereitstellung von Raumheizung und
     Warmwasser nutzen. Zunehmend werden Wärme-
                                                                                                                     1.000 m    40-60 °c
     pumpen auch zur Kühlung von Gebäuden verwendet
     und die überschüssige Wärme in der Erde für den
     Winter gespeichert.
                                                                                                                                              Wärmeerzeugung

                                                                                                                     2.000 m    60-80 °c

     Tiefengeothermie                                              Hydrothermale Geothermie
     Als Tiefengeothermie bezeichnet man die Nutzung                                                                 3.000 m   100-130 °c
     der Erdwärme in Tiefen zwischen 400 und 6.000
     Metern­. Die Temperaturen sind im Vergleich zur
     oberflächennahen Geothermie weitaus höher. Neben                   geeignet für Strom-
     der Wärmeversorgung ist die Tiefengeo­thermie des-                 und Wärme­gewinnung
     halb auch für die Stromerzeugung nutzbar. Ab einer
     Temperatur von etwa 90 °C ist eine wirtschaftliche                 vorrangig geeignet
                                                                        für Wärme­-                                  4.000 m   130-170 °c
     Stromerzeugung möglich.                                            gewinnung
     Während die hydrothermale Geothermie heißes
     Thermalwasser zur Strom- und Wärmegewinnung
     nutzt, sitzt die petrothermale Geothermie „auf dem
     Trockenen“. Aus diesem Grund wird unter hohem                                                                   5.000 m   160-190 °c
     Druck Wasser in das trockene Gestein in ca. 2.000 bis
     6.000 m Tiefe gepresst. Hierdurch entstehen Risse                                                                                        Wärme- und
     mit einer Breite von weniger als einem Millimeter.                                                                                       Stromerzeugung
                                                                                                Quelle: TAB (2003)
     Diese­ werden als Transportweg genutzt, um kalte
     Flüssigkeiten mit Hilfe der natürlichen Wärme des                                                               6.000 m   190-220 °c
                                                                   Petrothermale Geothermie
     heißen Gesteins zu erhitzen. Die hohen Tempera-
     turen können dann zur Strom- und Wärmeerzeugung
     genutzt werden.
                                                                        geeignet für
     Tiefenstörungen sind natürliche Risse im Erdreich.                 Strom- und
     Diese Bruchzonen haben ein höheres Leitvermögen                    Wärme­-                                      7.000 m über 220 °c

                                                                                                                                                                                                                                  ng
     von Flüssigkeiten als das benachbarte Gestein. Auf-                gewinnung

                                                                                                                                                                                                                                    ru
     steigendes Thermalwasser konzentriert sich deshalb

                                                                                                                                                                                                                                stö
     auf diese Bruchzonen, so dass Wärme in geringere

                                                                                                                                                                                                                            fen
     Tiefen transportiert wird. Dies macht Tiefen­störungen

                                                                                                                                                                                                                           Tie
     für eine geothermische Nutzung interessant. Stö-
     rungszonen werden bisher in Deutschland noch nicht
     für die Erdwärmegewinnung genutzt.                                                                                                     Je tiefer man in das Innere der Erde vordringt, desto wärmer wird
                                                                                                                                            es. In Deutschland nimmt die Temperatur im Mittel um etwa 30 °C
                                                                                                                                            pro Kilometer zu. Das heißt, dass in 1.000 m Tiefe 40 °C, in 2.000 m
     Geothermische Ressourcen für die Stromerzeugung                                            Quelle: TAB (2003)
                                                                                                                                            Tiefe 70 °C und in 3.000 m Tiefe 100 °C erreicht werden. Diese Werte
     Selbst das Potenzial der kleinsten Ressource (hydro-                                                                                   schwanken regional jedoch oft stark. Abweichungen vom Standard
     thermale Geothermie) entspricht noch ungefähr dem                                                                                      werden als Wärmeanomalien bezeichnet. Energetisch interessant sind
                                                                   Tiefenstörungen
     Fünffachen des deutschen Jahresstrombedarfs.                  (Hydrothermale Geothermie)                                               besonders Gebiete mit deutlich höheren Temperaturen. Hier steigt
                                                                                                                                            das Thermometer schon in geringer Tiefe auf mehrere hundert Grad
                                                                                                                                            Celsius.

                                                                        geeignet für                                                        Nicht nur die Temperatur ist für die geothermische Nutzung relevant­,
                                            1 % Hydrothermale           Strom- und                                                          sondern auch die geologischen Bedingungen. Je nach Boden­be­schaf­
                                                                        Wärme­-                                                             fenheit werden verschiedene technische Verfahren zur Strom- und
                                                Geothermie              gewinnung
                                            4 % Störungszonen                                                                               Wärmeerzeugung genutzt.

                                            95 % Petrothermale
                                                 Geothermie

30                                            Quelle: TAB (2003)                                      Quelle: BGR                                                                                                                            31
KRAFTWERKE GEOTHERMIE

      Geothermische Kraft- und Heizwerke in Betrieb und in Bau                                                                                In Deutschland wird in rund 170 größeren geothermischen Anlagen Wärme und teilweise Strom produziert. Die
                                                                                                                                              Leistung­ dieser Anlagen erreicht insgesamt rund 100 Megawatt. Vor allem Thermalbäder und Gebäudekomplexe
                                                                                                                                              werden mit Tiefengeothermie beheizt. 13 geothermische Heizkraftwerke speisen Wärme in ein Nahwärmenetz ein
                                                                                                                                              und 3 geothermische Kraftwerke produzieren Strom. Zwei weitere Kraftwerke, in Bruchsal und Simbach am Inn, sind
                                                                                                                                              im Probebetrieb. Ende 2008 waren nach Schätzungen des Bundesumweltministeriums und der Branche rund 15 Pro-
                                                                                                                                              jekte zur geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung in Planung. An 180 Standorten wurden bei den Bergämtern
                                                                                                                                              Aufsuchungs­erlaubnisse beantragt.

                                                                                                                                              BEISPIELE: WÄRME- UND STROM AUS                                  So funktioniert die
                                                                                                                                              GEO­THERMISCHEN KRAFTWERKEN IN DEUTSCHLAND                       hydrothermale Geothermie:

                                                                                                                                              Geothermiekraftwerk Neustadt-Glewe
                                                                                                                                                                                                                               5                  4

                                                                                                                                              Inbetriebnahme       1994 (Heizwerk), 2003 (Kraftwerk)
                                                                                                                                              Erschließungskonzept                    Hydrothermal                                    3

                                                                                                                                              Stromerzeugungsverfahren Organic Rankine Cycle (ORC)                         2
                                                                                                                                              Tiefe der Bohrung                                2.455 m
                                                                                                                                              Fördertemperatur des Thermalwassers            92 – 97 °C
                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen übertage                   1.500 m                                        6

                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen untertage                  1.500 m
                                                                                                                                              Elektrische Leistung                                0,2 MWel
                                                                                                                                              Thermische Leistung                                 5,5 MWth

                                                                                                                                              Geothermiekraftwerk Landau
                                                                                                                                                                                                                   1
                                                                                                                                              Inbetriebnahme                                  2007
                                                                                                                                              Erschließungskonzept                  Hydrothermal
                                                                                                                                              Stromerzeugungsverfahren Organic Rankine Cycle (ORC)
                                                                                                                                              Tiefe der Bohrung                          ca. 3.000 m
                                                                                                                                              Fördertemperatur des Thermalwassers               155 °C                                                   7

                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen übertage                      6m
                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen untertage                 1.300 m
                                                                                                                                              Elektrische Leistung                                3 MWel
                                                                                                                                              Thermische Leistung                                 5 MWth
                                                                                                                                                                                                               Aus 2.000 bis 4.000 Meter Tiefe 1 wird
                                                                                                                                                                                                               vorhandenes Thermalwasser mit einer
                                                                                                                                              Geothermiekraftwerk Unterhaching                                 Temperatur von 90 bis 150°C an die Oberfläche
                                                                                                                                                                                                               gepumpt.
                                                                                                                                              Inbetriebnahme                                    2008
                                                                                                                                              Erschließungskonzept                     Hydrothermal            In einem ersten Wärmetauscher 2 gibt das
                                                                                                                                              Stromerzeugungsverfahren                  Kalina Cycle           Thermal­wasser seine Wärme an einen
                                                                                                                                              Tiefe der Bohrung                            ca. 3.400 m         schnell verdampfenden Wärmeträger ab 3 .
                                                                                                                                              Fördertemperatur des Thermalwassers                122 °C        Der Dampf treibt über eine Turbine
                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen übertage                   3.500 m         den Generator zur Stromerzeugung an 4 , ehe er
                                                                                                                                              Abstand der Bohrungen untertage                  4.500 m         kon­densiert und wieder abkühlt 5 .
                                                                                                                                              Elektrische Leistung                                3,4 MWel
                                                                                                                                              Thermische Leistung                                  38 MWth     Das Thermalwasser ist danach noch immer heiß
                                                                                                                                                                                                               genug, um in einem zweiten Wärmetauscher
                                                                                                                                                                                                               Wärme an den Kreislauf eines Nahwärmenetzes
                                                                                                                                                                                                               abzugeben 6 . Das abgekühlte Wasser wird
                                                                                                                                                                                                               wieder in die Tiefe gepumpt, wo es sich erneut
                                                                                                                                                                                                               erhitzt 7 .

     Thermalbäder

     Gebäude-/Fernwärme

     Wärme und Strom

                       100 km
              Quellen: LIAG (2009), Pester, S., Schellschmidt, R. & Schulz, R. (2007): Verzeichnis geothermischer Standorte - Geothermische
32                                       Anlagen in Deutschland auf einen Blick - Geothermische Energie; Geothermische Vereinigung (GtV)                                                                                                                        33
OBERFLÄCHENNAHE GEOTHERMIE

     Mit Hilfe von Wärmepumpen kann jeder Haushalt seinen Wärmebedarf selbst decken                                          BEISPIEL RIESA:                                                                                     Riesa

                                                                                                                             ERDWÄRME DECKT DEN WÄRMEBEDARF EINES EINFAMILIENHAUSES
     Die Funktionsweise der Wärmepumpe ist im Prinzip            zum Vorjahr nahm der Absatz um mehr als ein Drittel         So viel Wärme steckt in 40 m Tiefe
     identisch mit der eines altbekannten Alltagsgerätes: dem    zu. Wärmepumpen, die die Umgebungsluft nutzen, hat-
     Kühlschrank. Während der Kühlschrank allerdings sei-        ten 2008 einen Marktanteil von ca. 45 Prozent aller neu
     nem Innenraum die Wärme entzieht und nach draußen           installierten Anlagen. Erdwärmepumpen haben somit ei-
     abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die        nen etwas höheren Marktanteil.
     Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Die
     Funktion läuft also genau umgekehrt ab. Eine Wärme­         Der Wärmebedarf eines Haushaltes kann komplett durch
     pumpe erzeugt aus rund 75 Prozent natürlich vorhan-         eine Erdwärmepumpe gedeckt werden. Das Nutzungspo-
     dener Umweltwärme und 25 Prozent Antriebsenergie            tenzial der oberflächennahen Geo­thermie ist abhängig von                                                          Der Wärmebedarf eines durchschnitt-
     (d.h. Strom) die Wärme, die man zum Heizen und zur          • der Gesteinswärmeleitfähigkeit und                                                                               lichen Einfamilienhauses kann durch eine
     Warmwasserbereitung benötigt. Sie kann aber auch sehr       • der spezifischen Entzugsleistung. Diese gibt an,                                                                 Erdwärmepumpe mit einer Leistung von
     effektiv zum Kühlen eingesetzt werden.                         wieviel Erdwärme dem Erdreich nachhaltig entzogen                                                               rund 12 kW gedeckt werden.
                                                                    werden kann, ohne dass zu viel oder zu wenig Wärme
     Insgesamt sind in Deutschland rund 350.000 Wärmepum-           entnommen würde, um den jeweiligen Wärmebedarf
     pen installiert – Tendenz weiter steigend. Im Vergleich        zu decken.
                                                                                                                                                                                    Erdwärme am Standort
                                                                                                                                                                                    in bis zu 40 m Tiefe
                                                                                                                                                                                    50,1 – 52,5 W/m Entzugsleistung
                                                                                                                                                                                    x 40 m

     So funktioniert oberflächennahe Geothermie:                                                                                                                                    = 2.004 bis 2.100 W
                                                                                                                                                                                    = 2,0 bis 2,1 kW
     In einer Erdsonde 1 in ca. 10 Meter Tiefe erwärmt sich                                                                                                                         Die benötigte Heizleistung von 12 kW kann
     eine Flüssigkeit (z.B. Wasser) auf rund 10 °C.                                                                                                                                 beispielsweise durch sechs Erdsonden-
                                                                                                                                                                                    bohrungen à 40 m Tiefe erreicht werden
     Die Erdwärmepumpe 2 überträgt die Erdwärme aus                                                                                                                                 (6 x 2,0 kW = 12 kW).
     der Erdsonde­ auf einen Wärme­trä­ger. Dieser wird durch                                                                                                                       In den meisten Fällen ist es sinnvoll, statt
     Druck­erhöhung erhitzt – die Erdwär­­­me­­pumpe funkti-                                                                                                                        vieler kleiner Bohrungen nur eine oder
     oniert also wie ein umgekehrter Kühlschrank. Für eine                                                                                                                          zwei tiefe Erdsonden anzulegen, um eine
     Heizleistung von 3 – 5 Kilo­wattstunden Wärme benötigt                                                                                                                         stetige, gleichmäßige Wärmequelle zu
     sie ca. 1 Kilowattstunde Strom.                                                                                                                                                erschließen.
                                                                                    2                                                                                                                     Quelle: LfULG (2009)
     Der Pufferspeicher  sammelt die Erdwärme, um sie
                         3                                                                                                                                                   2 km
     zum Heizen und zur Warmwasserbereitung nutzen zu                                                      3                 So viel Wärme steckt in 100 – 130 m Tiefe
     können.
                                                                                                                                                                                           Entzugsleistung in Watt pro Meter
                                                                                                                                                                                           bei 1.800 Jahresbetriebsstunden
     Eine Erdwärmepumpe kann den Wärmebedarf eines Ge-
                                                                                                                                                                                           unter 40
     bäudes zu 100 Prozent decken.
                                                                                                                                                                                           40,1-42,5
                                                                                                                                                                                           42,6-45
                                                                         1                                                                                                                 45,1-47,5
                                                                                                                                                                                           47,6-50
                                                                                                                                                                                           50,1-52,5
                                                                                                                                                                                           52,6-55
     Prinzip der Erdwärmepumpe                                                                                                                                                             55,1-57,5
                                                                                                                                                                                           57,5-60
                                                                                                                                                                                           über 60,1

                                                                                                                                                                                    Erdwärme am selben Standort
                                                                                                                                                                                    in 100-130 m Tiefe
                                                                                                                                                                                    52,6 – 55 W/m Entzugsleistung
                                                                                                                                                                                    x 130 m

                                                                                                                                                                                    = 6.838 bis 7.150 W
     Die Erde erwärmt    Der Wärmeträger     Der elektrische                                                                                                                        = 6,8 bis 7,1 kW
     die Flüssigkeit     der Erdwärme-       Kompressor der
     in der Sonde auf    pumpe nimmt         Erdwärmepumpe verdichtet                                                                                                               Somit kann mit zwei 130 m tiefen Sonden
     10 °C.              diese Wärme auf     den Dampf. Dadurch                                                                                                                     eine Heizleistung von 13,6 kW bereitge-
                         und verdampft       steigt dessen Temperatur.                                                                                                              stellt werden (2 x 6,8 kW = 13,6 kW).
                         schnell.            Die Wärme kann dann                                                                                                                    Da im Durchschnitt aber nur eine Heizlei-
                                             zum Heizen und für die                                                                                                                 stung von 12 kW benötigt wird, würde es
                                             Warmwasserbereitung                                                                                                                    ausreichen, zwei Sonden à 115 m Tiefe zu
                                             genutzt werden.                                                                                                                        installieren (52,6 W/m x 115 m = 6,05 kW;
                                                                                                                                                                                    2 x 6,05 kW = 12,1 kW).
                                                                                                                                                                                                          Quelle: LfULG (2009)
                                                                                                                                                                             2 km
34                                                                                                                                                                                                                                       35
BIOENERGIE

                                                                                                                                                    VIEL ERTRAG VON
                                                                                                                                                      WENIG FLÄCHE
                                              Kiel

                                       Hamburg
                                                                 Schwerin
                                                                                                                                                         BIOENERGIE
                        Bremen

                                                                                 Berlin
                                         Hannover

                                                                     Magdeburg

                                                                                                                        Deutschland benötigt nur einen geringen Teil seiner
                                                                                                                        landwirtschaftlich genutzten Flächen für den Ausbau
                                                                                                                        der Bioenergie. Für den Ausbau bis 2020 wird nur
     Düsseldorf                                                                                                         eine Fläche von 3,7 Mio. Hektar in Anspruch genom­      Anteil an der Energieversorgung 2008 und 2020
                                                                                                                        men­. Das entspricht 21,9 Prozent der heutigen land-
                                                                                     Dresden                            wirtschaftlich genutzten Flächen. Bio­energie nutzt
                                                                                                                        2008 eine Fläche von 1,6 Mio. Hektar (9,5 Prozent der                                             27,2
                                                                                                                                                                                                                 2008
                                                                                                                                                                                0 9,1 %
                                                                                                                        landwirtschaftlich genutzten Flächen).                                                            Mrd. kWh/a

                                    2008: 1,6 Mio. ha                                                                                                                                        2020   Strom        2020           54,3
                                                                                                                        Diese Fläche für den Anbau von Energiepflanzen                                                          Mrd. kWh/a
                                                                                                                        liefert jedoch nur einen Teil des Potenzials der
                                                                                                                        Bio­energie. Bioenergie nutzt für die Strom-, Wär-
                                                                                                                                                                                                                 2008                        101,9

                                                 2020: 3,7 Mio. ha
                                                                                              Gebäude und Industrie     me- und Kraftstoffproduktion auch Reststoffe (z.B.
                                                                                                                        Gülle, Restholz, Bioabfall), die in der Land- und       13,1                             2020
                                                                                                                                                                                                                                             Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                                                                                                                      150,3
                                                                                              Verkehrsflächen           Forstwirtschaft sowieso anfallen. Die für Bioenergie           %2020 Wärme
                                                                                                                                                                                                                                                      Mrd. kWh/a
                                                                                                                        eingesetzte Menge Reststoffe würde 2020 theore-
                      Mainz                                                                   landwirtschaftlich
                                                                                              genutzte Flächen          tisch dem Ertrag von einer zusätzlichen Fläche von
                                                                                                                        4,1 Mio. Hektar entsprechen.                                                             2008        36,7
                                                                                              Wald
                                                                                                                                                                                21,4   %2020 Kraftstoff          2020
                                                                                                                                                                                                                             Mrd. kWh/a

                                                                                                                                                                                                                                              111,3
                                                                                              Gewässer                  Deutschland importiert für Futter- und Nahrungs-
                                                                                                                                                                                                                                              Mrd. kWh/a
      Saarbrücken                                                                                                       mittel sowie als Rohstoff Produkte aus Raps, Soja-
                                                                                                                        bohnen und Ölpalmen. Auch in Zukunft wird nur ein
                                                                                                                        Teil davon für Bioenergie genutzt. Diese Menge wür-     Flächenbedarf 2008 und 2020
                                                                                                                        de 2020 dem Ertrag von einer Fläche von ca. 2-3 Mio.
                                                                                                                        Hektar entsprechen.
                                 Stuttgart

                                                                 München

                                                                                                                                                                                    2008: 1,6 Mio. ha

             100 km                                                                                                                            Importe
                                                                                                                                  2020: ca. 2-3 Mio. ha                                             2020: 3,7 Mio. ha
36                                                                                Quellen: DLR 2004, Leibniz-Institut                                                                                                                                       37
FLÄCHENBEDARF BIOENERGIE

                                                                                                                          Die deutsche Landesfläche ist vor allem von Ackerland, Grünland und Wald belegt.

                                                                                                                          Gebäude und Landwirtschaftlich genutzte Flächen (Acker- und                     Wald                                    Gewässer
                                                                                                                          Industrie     Grünland; mit Gartenland, Heide, Moor, Betriebs-                  10,7 Mio. ha                            0,8 Mio. ha
                                                                                                                          2,7 Mio. ha   flächen u.a.) 18,8 Mio. ha
                                                  Kiel                                                                           Verkehrsflächen                                                                                                  Sonstige
                                                                                                                                 1,8 Mio. ha                                                                                                      (Grünanlagen,
                                                                                                                                                                                                                                                  Schutzflächen,
                                                                                                                                                                                                                                                  Militär)
                                                                                                                                                                                                                                                  0,9 Mio. ha

                                            Hamburg
                                                                  Schwerin

                             Bremen                                                                                                                                                                           gesamte Landesfläche: 35,7 Mio. ha
                                                                                                                                                                                                                           Quelle: Stat. Bundesamt 2009
                                                                                    Berlin
                                              Hannover                                                                    Mehr als die Hälfte der landwirtschaftlichen Flächen wird 2008 für Futtermittel genutzt.

                                                                                                                                                                                                           Differenz: ohne Gartenland, Heide,
                                                                   Magdeburg                                                                                                                               Moor, Betriebsflächen u.a.

                                                                                                                                                                                                                             Rund 40 % der Bioenergie-Fläche die-
                                                                                                                                                                                                                             nen gleichzeitig auch der Produktion
                                                                                                                                                                                                                             von Futtermittel, da bei der Herstel-
                                                                                                                                                                                                                             lung von Rapsöl und Bioethanol immer
                                                                                                                                                                                                                             auch Futtermittel wie Rapsschrot und
     Düsseldorf                                                                                                                                                                                                              Trockenschlempe als Koppelprodukt
                                                                                                                                                                                                                             anfallen.
                                                                                         Dresden
                                                         Erfurt
                                                                                                                                        Futter-                             Nahrungs-      stoffl.     Brach-      Bioenergie
                                                                                                                                        mittel                              mittel         Nutzung     fläche
                                                                                                                                        10,2 Mio. ha                        4,5 Mio. ha    0,3 Mio. ha 0,3 Mio. ha 1,6 Mio. ha

                                                                                                                                                                                                  landwirtschaftlich genutzte Flächen: 16,9 Mio. ha
                                                                                                  Gebäude und Industrie                                                                                     Quelle: BMELV, FNR, eigene Berechnungen

                                                                                                  Verkehrsflächen

                           Mainz                                                                  landwirtschaftlich
                                                                                                  genutzte Flächen        Bioenergie belegt heute und in Zukunft nur einen kleinen Teil der landwirtschaftlichen Flächen.
                                                                                                  Wald

                                                                                                  Gewässer                                                                                          Fläche für Bioenergie: 1,6 Mio. ha
      Saarbrücken                                                                                                                                                                                   9,5 % der landwirtschaftlich genutzten
                                                                                                                          2008                                                                      Flächen von Deutschland (16,9 Mio. ha)

                                      Stuttgart                                                                                                                                                     Fläche für Bioenergie: 3,7 Mio. ha
                                                                                                                                                                                                    = 21,9 % der landwirtschaftlich genutzten
                                                                                                                          2020                                                                      Flächen von Deutschland (16,9 Mio. ha)

                                                                  München                                                                                                                                                               Quelle: BEE/DBFZ

                                                                                                                          Auf 1,6 Mio. Hektar der landwirtschaftlich genutzten Flä-        Bis zum Jahr 2020 kann die Anbaufläche für Energie-
                                                                                                                          chen Deutschlands wuchsen 2008 Energiepflanzen wie               pflanzen auf ca. 3,7 Mio. Hektar mehr als verdoppelt
                                                                                                                          Raps, Mais und andere Getreide, die Strom, Wärme und             werden. Dann würde die Bioenergie 21,9 Prozent der
                                                                                                                          Kraftstoffe lieferten. Das sind 9,5 Prozent der landwirt-        landwirtschaftlich genutzten Flächen belegen.
                                                                                                                          schaftlich genutzten Flächen.
                  100 km

38                                                                             Quellen: DLR 2004, Leibniz-Institut                                                                                                                                               39
FLÄCHENBEDARF BIOENERGIE

     Woher die Bioenergie kommt: Acker- und Grünland                                                                             Woher kommen die zusätzlichen Flächen für Bioenergie?

     Was wächst heute wofür auf den Flächen für Bioenergie?                                                                      Flächenpotenzial für Bioenergie bis 2020                                Durch den Bevölkerungsrückgang in Deutschland sinkt
                                                                                                                                                                                                         auch der Bedarf nach Futter- und Nahrungsmitteln sowie
                                                                                                                                                                                                         nach Siedlungsflächen. Gleichzeitig steigen die Ernteer-
      sonstige landwirtschaftlich                              Fläche für Bioenergie: 1,6 Mio. ha
                                                                                                                                                                                                         träge weiterhin leicht an. So werden zusätzliche Flächen
      genutzte Flächen: 15,3 Mio. ha                                                                                                              Flächennutzung für                                     für den Anbau von Energiepflanzen frei, ohne dass die
                                                                                                                                                  Bioenergie 2008                                        Selbstversorgung Deutschlands mit Nahrungsmitteln in
                                                                                                                                                  1,6 Mio. ha                                            Frage gestellt würde. Trotz des steigenden Anteils der
                                                                                                                                                                                                         Bioenergie gab es 2008 einen deutlichen Überschuss bei
                                                                                                                                                                                                         der Getreide­ernte in Deutschland und der EU.
     2008
                                                     Raps            Getreide und       Mais, Getreide                                            Zuwachs durch Ertragssteigerungen
                                                     für Biodiesel   Zuckerrüben für    u.a. für Biogas                                           +1 Mio. ha
                                                     (Kraftstoff)    Bioethanol         (Strom, Wärme,
                                                     0,9 Mio. ha     (Kraftstoff )      Kraftstoff)
                                                                     0,2 Mio. ha        0,5 Mio. ha                                               Zuwachs durch Nutzung
     Welche Energiepflanzen werden wie genutzt?                                                                    Quelle: FNR
                                                                                                                                                  von Brach- und sonst. Flächen                              So viel Energie kommt von einem Hektar:
                                                                wird zu                                                                           +0,8 Mio. ha
                                                                                    Biodiesel,
                  Raps
                                                                                    Pflanzenöl
                                                                                                                                                  Zuwachs durch Nachfragerückgang
                  Getreide                                                                                                                        nach Futter- und Nahrungsmitteln
                                                                                    Bioethanol
                  (z.B. Weizen, Triticale)                                                                                                        infolge Bevölkerungsrückgang
                                                                                                                                                  +0,4 Mio. ha                                                                                                                  100 m

                  Zuckerrüben                                                       Biogas
                                                                                                                                                  Verlust durch Flächenbedarf für
                                                                                                                                                                                                                                   100 m
                                                                                                                                                  Siedlungs- und Verkehrsflächen
                                                                                                                                                  -0,1 Mio. ha
                  Mais
                                                                                                                                                                                                               1 ha Mais
                                                                                                                                                                                                             = ca. 45 t Ernteertrag
                                                                                                                                                  Flächenpotenzial für                                       = ca. 9.000 m³ Biogas
     Was wächst 2020 wofür auf den Flächen für Bioenergie?                                                                                        Bioenergie 2020
                                                                                                                                                  3,7 Mio. ha                                                = 18.000 kWhel = Strom für 5 Haushalte
                                                                                                                                                                                                             + 12.000 kWhth = Wärme für 0,6 Haushalte
      sonstige landwirtschaftlich                              Fläche für Bioenergie: 3,7 Mio. ha                                                                                 Quelle: DBFZ
      genutzte Flächen: 13,2 Mio. ha

                                                                                                                                 So funktioniert eine Biogasanlage:
     2020                                      Raps            Getreide und      Mais, Getreide      Pappeln und Weiden          Strom, Wärme und Kraftstoff aus Energiepflanzen und Reststoffen
                                               für Biodiesel   Zuckerrüben für   u.a. für Biogas     für Holzpellets und
                                               (Kraftstoff)    Bioethanol        (Strom, Wärme,      -hackschnitzel                                                      Gärrestelager                  Gasspeicher                        Gasaufbereitung
                                               1,5 Mio. ha     (Kraftstoff )     Kraftstoff)         (Strom, Wärme)                                                      Ist die Biomasse im            Das entstehende Biogas             Methangehalt und Qualität des Biogases
                                                                                                                                                                         Fermenter vergoren,            wird in der Haube des              werden gesteigert, um es konventionellem
                                                               0,7 Mio. ha       1,2 Mio. ha         0,3 Mio. ha                                                         kommt sie zunächst             Fermenters gespeichert,            Erdgas anzugleichen.
                                                                                                                                                                         ins Gärrestelager,             direkt über der
                                                                                                          Quelle: AEE/BEE/DBFZ                                           um dann als hoch-              vergärenden Biomasse.                                                    Erdgasnetz
                                                                                                                                                                         wertiger Dünger                                                                                 Das aufbereitete Biogas
     Welche Energiepflanzen werden wie genutzt?                                                                                                                          genutzt zu werden.                                                                            kann direkt in bestehende
                                                                                                                                                                                                                                                                 Erdgasnetze eingespeist werden.
                                                                wird zu
                                                                                    Biodiesel,
                  Raps                                                                                                                                                                                                             Blockheizkraft-                        Biogastankstelle
                                                                                    Pflanzenöl                                                                                                                                                                         Kraftstoff für Erdgasautos
                                                                                                                                                   Ener                                                                            werk (BHKW)
                                                                                                                                                                                                                                   Im BHKW wird das Biogas zur
                                                                                                                                                                                                                                   Strom- und Wärmeerzeugung
                                                                                                                                                                                                                                   verbrannt.
                  Zuckerrübe                                                        Bioethanol
                                                                                                                                 Bioabfälle
                                                                                                                                 Biomüll
                                                                                                                                 und andere
                                                                                                                                     Reststoffe
                                                                                                                                 Reststoffe
                  Getreide
                                                                                    Biogas
                  (z.B. Weizen, Triticale)

                                                                                    Holzpellets,
                  Mais                                                              -hackschnitzel                                                                                                      Fermenter                      Wärmetauscher
                                                                                                                                 Gülle und Mist                                                         In dem Behälter wird die       Die Abwärme des
                                                                                                                                                                                                        Biomasse unter Ausschluss      BHKW beheizt den
                                                                                                                                                                                                        von Licht und Sauerstoff von   Fermenter und
                                                                                                                                                                                     Vorgrube           Mikroorganismen abgebaut.      Gebäude, z.B. über
                                                                                                                                                                                     Sammelbecken für   Aus diesem Gärprozess          ein Nahwärmenetz.
                  Pappeln, Weiden                                                                                                                                                    Biomasse           entsteht das Biogas.

40                                                                                                                                                                                                                                                                                                  41
RESTSTOFFE BIOENERGIE

     Woher die Bioenergie kommt: Reststoffe                                                                                           Woher kommen die zusätzlichen Reststoffe?

     Die für Bioenergie genutzte Menge Reststoffe würde heute einer Fläche von 2,6 Mio. Hektar entsprechen, wenn diese                Potenzial für Stroh                               Potenzial für Gülle                                Potenzial für Waldrestholz
     Biomasse eigens angebaut werden müsste. Dabei bleibt noch fast ein Drittel der verfügbaren Reststoffe ungenutzt.                 Das Potenzial für die energetische                Das Potenzial für die energetische                 Das Potenzial für die energetische
                                                                                                                                      Nutzung von Stroh liegt in mehre-                 Nutzung von Gülle und anderen                      Nutzung von Waldrestholz liegt
                                                                                                                                      ren Regionen Nordost- und Mittel-                 tierischen Exkrementen liegt in                    in mehreren Regionen Nordost-
                                                                                                                                      deutschlands bei über 1.000 kWh                   mehreren Regionen Norddeutsch-                     und Süddeutschlands bei über
                                                                                                                                      pro Person. Wird es in Biogasan-                  lands bei über 1.000 kWh pro                       2.000 kWh pro Person. Wird es in
                                                                    Fläche für Bioenergie: 1,6 Mio. ha                                lagen eingesetzt, ließe sich damit                Person. Werden diese in Biogasan-                  Holzkraftwerken eingesetzt, ließen
                                                                                                                                      z.B. ein Drittel ihres jährlichen                 lagen eingesetzt, ließe sich damit                 sich damit – neben Wärme – zwei
                                                                                                                                      Stromverbrauchs abdecken.                         ein Drittel ihres jährlichen Strom-                Drittel ihres gesamten jährlichen
                                                                                                                                                                                        verbrauchs abdecken.                               Stromverbrauchs abdecken. Dabei
                                                                                                                                                                                                                                           ist das Potenzial von Altholz und
                                                                                                                                                                                                                                           Industrierestholz noch nicht be-
                                                                    Bioenergie aus Reststoffen                                                                                                                                             rücksichtigt.
     2008                                                           entspricht einer Fläche von 2,6 Mio. ha.

                                                                                                               Quelle: AEE/BEE/DBFZ
                                                                                                                                      Reststroh
                                                                                                                                      Reststroh                                         Tierische
                                                                                                                                                                                        TierischeExkremente
                                                                                                                                                                                                  Exkremente                               Schwach- und
                                                                                                                                                                                                                                           Schwach- und Restholz
                                                                                                                                                                                                                                                        Waldrestholz
                                                                                                                                      Jährliches Potenzial/Person
                                                                                                                                      Jährliches Potenzial/Person in
                                                                                                                                                                  in kWh
                                                                                                                                                                     kWh                Jährliches
                                                                                                                                                                                         JährlichesPotenzial/Person
                                                                                                                                                                                                   Potenzial/Personin
                                                                                                                                                                                                                    inkWh
                                                                                                                                                                                                                      kWh                  Jährliches Potenzial/Person
                                                                                                                                                                                                                                           Jährliches Potenzial/Person in
                                                                                                                                                                                                                                                                        in kWh
                                                                                                                                                                                                                                                                           kWh
                                                                                                                                            < 278                                              < 139                                               < 556
                                                                                                                                         278-556                                            139-417                                             556-1.111
                                                                                                                                         557-833                                            417-833                                            1.111-1667
                                                                                                                                         833-1.111                                         833-1.250                                          1.667-2.222

     Die für Bioenergie genutzte Menge Reststoffe würde 2020 einer Fläche von 4,1 Mio. Hektar entsprechen. Fast alle verfüg-                >1.111                                            >1.250                                              >2.222

     baren Reststoffe werden dann für Bioenergie genutzt.

                                                                    Fläche für Bioenergie: 3,7 Mio. ha

                                                                    Bioenergie aus Reststoffen
     2020                                                           entspricht einer Fläche von 4,1 Mio. ha.

                                                                                                               Quelle: AEE/BEE/DBFZ

                                                                                                                                                                                                                                                                                 Quelle: BBSR

     Welche Reststoffe werden wie genutzt?                                                                                            So viel Energie steckt in einem Kuhstall.                                        Holzenergie –
                                                                                                                                                                                                                       ausreichender Vorrat für viel Wärme
                                                                                                                                                                                                                      Mit über 75 Prozent macht Holz heute schon den größ-
                                                                      wird zu
                   Gülle, Mist, Stroh
                                                                                                                                                                                                                      ten Anteil der erneuerbaren Wärme aus. Der Ausbau der
                                                                                                                                                                                                                      Holzenergie ist darum unerlässlich, um Treibhausgase
                                                                                                                                                                                                                      und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern zu re-
                                                                                                                                        30 Rinder                                                                     duzieren. Genormte Holzbrennstoffe wie Holzpellets für
                   Erntereste, Biomüll                                                 Biogas                                         = ca. 540 t Rindergülle                                                         die Wärmeversorgung von Ein- und Mehrfamilienhäusern
                                                                                                                                      = ca. 13.500 m³ Biogas                                                          oder zunehmend für Nahwärmenetze sind mit Wirkungs-
                                                                                                                                                                                                                      graden von über 90 Prozent äußerst effizient. Sie werden
                   Altfett                                                             Biodiesel
                                                                                                                                      = 31.500 kWhel = Strom für 9 Haushalte                                          mittelfristig einen deutlich höheren Anteil an der regene-
                                                                                                                                      + 20.000 kWhth = Wärme für 1 Haushalt                                           rativen Wärme ausmachen.
                                                                                                                                                                                                                      Holz ist – wie Biomasse von Energiepflanzen – ein nach-
                                                                                       Holzpellets,                                                                                                                   wachsender Rohstoff. Die Entwicklung des Holzvorrats in
                   Restholz                                                            -hackschnitzel                                                                                                                 den deutschen Wäldern zeigt, dass ausreichende Poten-
                                                                                                                                      So viel Holz wächst jede Sekunde nach.
                                                                                                                                                                                                                      ziale vorhanden sind, um die energetische Holznutzung
                                                                                                                                                                                                                      auszuweiten. Trotz Orkanschäden (Kyrill 2007) wuchs
                   Klärschlamm                                                         Klärgas                                                                                                                        auch im vergangenen Jahr rund 10 Prozent mehr Holz
                                                                                                                                                                           Im Jahr wachsen in Deutsch-
                                                                                                                                                                           land etwa 120 Mio. m³ Holz                 hinzu, als eingeschlagen wurde. Der deutsche Holzvor-
                                                                                                                                                                           hinzu, das sind 4 m³ Holz pro              rat stieg von rund 3,4 Mrd. m3 im Jahr 2004 auf mehr als
                                                                                                                                                                           Sekunde, was einem Wür-                    3,6 Mrd. m3 (2008).
                                                                                                                                                                           fel mit 1,6 m Kantenlänge                                              Quelle: vTI-Inventarstudie 2008
                                                                                                                                                                           gleichkommt.

42                                                                                                                                                                                                                                                                                              43
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