ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
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ERNEUERBARE ENERGIEN 2020 POTENZIALATLAS DEUTSCHLAND
ERNEUERBARE
ENERGIEN 2020
POTENZIALATLAS
DEUTSCHLAND
www.unendlich-viel-energie.de
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
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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
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
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
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
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
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
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) 17SOLARENERGIE
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: 19STROM 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 21DACHANLAGEN 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) 23PHOTOVOLTAIK 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 27GEOTHERMIE
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) 29NUTZUNGSTIEFEN 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 31KRAFTWERKE 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) 33OBERFLÄCHENNAHE 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 35BIOENERGIE
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 37FLÄCHENBEDARF 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 39FLÄCHENBEDARF 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 41RESTSTOFFE 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 43Sie können auch lesen
