Windenergie, Photovoltaik und Biomasse im Vergleich: Welche Auswirkungen auf Umwelt und Wirtschaft haben die Erneuerbaren Energien in ...
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Windenergie, Photovoltaik und Biomasse im Vergleich:
Welche Auswirkungen auf Umwelt und Wirtschaft haben
die Erneuerbaren Energien in Baden-Württemberg?
Energiewende – natürlich!
16. Juni 2018
Maike Schmidt
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
maike.schmidt@zsw-bw.de
-1-
Wo wir stehen…
Entwicklung der erneuerbaren Stromerzeugung in Baden-Württemberg
27,5% der Bruttostromerzeugung
22,5% des Bruttostromverbrauchs
-2-
Wo wir stehen… Entwicklung der erneuerbaren Stromerzeugung in Baden-Württemberg Quelle: www.smard.de -3-
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
1990 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
1995 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990 1995
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
2000 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990 1995 2000
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
2005 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990 1995 2000 2005
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
2010 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990 1995 2000 2005 2010
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Ausbau der Windenergie und Photovoltaik in Deutschland
nach Stadt- und Landkreisen
2015 160.000
installierte Leistung Erneuerbare gesamt
Photovoltaik
250
140.000
Windenergie Offshore 36,2%
Windenergie an Land
120.000 Geothermie 200
installierte Leistung [MW]
Stromerzeugung [TWh]
Biomasse
100.000 Wasserkraft
reg. Stromerzeugung
150
80.000
2.000 MW
60.000 100
1.000
40.000
400
200
50
20.000
0 0
Ausbau der Windenergienutzung und Photovoltaik
nach Land- und Stadtkreisen 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Darstellung: ZSW
Wind PV Postleitzahlen Kreise 16.pptx
Was wir beobachten…
Der Windkraftausbau in Baden-Württemberg
ist auf den Weg gebracht...
3.000 10% Wind-Ziel
der Landesregierung**
Installierte Leistung [MW]
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018* 2019 2020**
* Schätzung auf Basis der Zubauzahlen 2017 und der bereits genehmigten Anlagen
** entsprechen rd. 6 TWh bezogen auf die Bruttostromerzeugung 2016
- 10 -… aber das aktuelle Ausschreibungsdesign
kann zu einem Fadenriss führen
Die Ausschreibungsergebnisse deuten an: das Referenzertragsmodell in Kombination mit der
Mengenbegrenzung ermöglicht keinen Zubau von Windenergieanlagen in Baden-Württemberg.
Zuschläge 1. und 2. Runde
Möglicher Lösungsansatz: Regionalisierungskomponente nach Landkreisen
(z. B. 40 % Mindestquote für Mittel- und Süddeutschland)
Eine Zubauverlagerung Nord Süd wirkt sich wie folgt aus:
Einerseits
• Höhere Erzeugungskosten (ct/kWh) an Standorten
in Süddeutschland.
• Niedrigere Volllaststunden Bedarf für insgesamt
höheres Ausschreibungsvolumen (strommengen-
bezogene Zielsetzungen im EEG).
Andererseits
• Entlastung der Netzsituation im Norden
( Netzausbaugebiet).
• Reduktion des Einspeisemanagements in Nord-
deutschland.
• Die Abregelung im Norden relativiert die Nachteile
süddeutscher Standorte.
- 11 -
Eigene Auswertung und Darstellung ZSWWo wir hin wollen…
Entwicklung der Stromerzeugung im Zielszenario 2050
Nettostromerzeugung [TWh]
70
60
50
40
30
20
10
0
2014 2020 2025 2030 2040 2050
Steinkohle Erdgas Mineralöl Kernenergie Abfall (nicht biogen)
Pumpstrom Windenergie Photovoltaik Biomasse Andere EE
2014 2020 2025 2030 2040 2050
Anteil EE direkt an Bruttostromerzeugung [%] 24 34 48 56 73 92
Anteil EE gesamt an Bruttostromerzeugung* [%] 25 35 49 57 75 97
Import [TWh] 13 19 21 17 21 35
*inkl. Anteil EE an Pumpstrom und EE-Methan
- 12 -Wo wir hin wollen…
Stromerzeugung aus Windenergie und Photovoltaik
Nettostromerzeugung [TWh] Installierte Leistung [MW]/ Stromerzeugung [GWh] Anlagenzahl
70
30.000 2500
60
25.000
2000
50
20.000
40 1500
15.000
30
1000
10.000
20
500
10 5.000
0 0 0
2014 2020 2025 2030 2040 2050 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Stromerzeugung [GWh] Installierte Leistung [MW] Anzahl
Steinkohle Erdgas Mineralöl Kernenergie Abfall (nicht biogen)
Pumpstrom Windenergie Photovoltaik Biomasse Andere EE
W i n d e n e r g i e P h o t o v o l t a i k
2016 2030 2050 2016 2030 2050
Stromerzeugung [TWh] 1 13 27 5 10 19
Leistung [GW] 1,0 5,5 9,2 5,3 11,0 20,6
Volllaststunden im IBN-Jahr 1.640 2.800 3.000 950 950 950
Größe Neuanlagen [MW] 2,8 3,75 4,75
- 13 -Wo wir hin wollen…
Einsatz von Biomasse
Untergeordnete Rolle in der
Stromerzeugung (Biogas, Holz)
Nennenswerte Bedeutung in der
Wärmebereit-stellung Einzelheizung
(Stückholz, Pellets, Hackschnitzel)
sowie Fernwärme
Verstärkte Nutzung von Reststoffen
(z.B. Bioabfall, Grünabfälle) in der
Abfallwirtschaft
- 14 -Was das bedeutet…
Nachhaltige Landnutzung, Landnutzungsänderung und
Forstwirtschaft
FSC-Umstellung Moorschutz + DGL-
im Staatswald Umbruch Verbot
Mehr Naturschutz im
Privatwald
(ca. -5 Mio. t CO2/a)
- 15 -Was das bedeutet…
Klimaschonende Landwirtschaft
Bis 2030:
-25% Milchkühe,
(= Milchproduktion -10%)
-26% Rinder
Bis 2050:
-43% Milchkühe
(= Milchproduktion -35%)
-45% Rinder
Zwingende Notwendigkeit
zur nachhaltigen Umstellung
des Ernährungsverhaltens
um nicht nur Emissionen zu
verlagern!
Heute entstehen insgesamt 20% der THG-
Emissionen im Zusammenhang mit
Ernährung und Nahrungsmitteln!
- 16 -Was das bedeutet…
…im Bereich Windenergie
Konfliktlösung zwischen Klimaschutz und Artenschutz –
Naturschutzbegleitforschung auf dem Forschungswindtestfeld am Stöttener Berg
Im Fokus stehen die Entwicklung und der Test von Kollisions-
vermeidungsmaßnahmen für Vögel und Fledermäuse
Ziel ist die Verwendung der Ergebnisse für die Realisierung einer
naturverträglichen Windenergienutzung
- 17 -Forschungsvorhaben NatForWINSENT
Forschungsthemen
- Vögel -
Fotos: Vogelwarte Sempach
Wie kann das Risiko von Vogelkollisionen verringert werden?
• Telemetrische Erfassung der Raumnutzung von Rotmilanen
• Verschneidung der Bewegungsdaten in der Testfeldumgebung mit
meteorologischen Daten
Windgeschwindigkeit
Temperatur, Niederschlag, Sichtweite u.a.
• Untersuchung möglicher Abschaltalgorithmen statt pauschaler
Abschaltzeiten
- 18 -Forschungsvorhaben NatForWINSENT
Forschungsthemen
- Vögel -
Foto: Vogelwarte Sempach
• Radarüberwachung von Vogelaktivitäten
Foto: SwissBirdRadar
• Schlagopfererfassung mit Wärmebildtechnik
• Test verschiedener Erkennungssysteme zur Entwicklung von
Anforderungsprofilen
• Test von technischen Vermeidungsmaßnahmen (Anlagenstopp,
Rotordrosselung, Vergrämungen)
• Experimente (z.B. Kennzeichnungen)
- 19 -Forschungsvorhaben NatForWINSENT Forschungsthemen: - Fledermäuse - Warum halten sich Fledermäuse wo auf? • Umfassende akustische Erfassung Foto: Klaus Eichle • Untersuchung der Korrelation Insektenvorkommen ↔ Fledermäuse • Verschneidung von Fledermaus- und Insektenaktivität mit meteorologischen Daten • Wärmebild-Schlagopfererfassung • 3-D-Erfassung der Flugbewegungen mit Stereo-Wärmebildtechnik • Experimente (z.B. Variation der Befeuerung) - 20 -
Was das bedeutet…
…im Bereich Windenergie
Entwicklung der Nabenhöhen [m]
200
180 Treiber: große Unternehmen
160
140 Akteure in Baden-Württemberg:
120 • Zulieferer Windindustrie wie bspw. ZF,
100 Lapp-Kabel, Liebherr
80 • Dienstleister für Spezialtransporte
Nabenhöhe Starkwind
60 oder Ingenieurbüros
Nabenhöhe Schwachwind
40 • Forschung u.a. Forschungsverbund
20 WindForS mit dem Aufbau des
0 weltweit ersten
2015 2020 2030 2040 2050 Forschungswindtestfelds in bergig-
komplexem Gelände
Naturstromspeicher Gaildorf-
Kombination Windpark mit Pumpspeicherkraftwerk Zunehmend relevant:
Akzeptanz
Höhe Fundament: bis zu 40 m
Nabenhöhe: 155-175 m
Rotordurchmesser: 137 m
Interessantes Konzept
für Steilküsten
- 21 -Was das bedeutet…
…im Bereich Windenergie
1%1%1%
Offenlegung Patente 2% 1%
3%
mit Zeitverzug 4%
60 29%
4%
50
Anzahl Patente
40 5%
30
20 6%
10
0
14%
Niedersachsen Schleswig-Holstein
15%
Bayern Nordrhein-Westfalen
Baden-Württemberg Hamburg
14%
Niedersachsen (611) Schleswig-Holstein (319)
Bayern (288) Nordrhein-Westfalen (286)
Baden-Württemberg (125) Hamburg (95)
Berlin (83) Mecklenburg-Vorpommern (78)
Hessen (58) Sachsen (33)
Bremen (31) Saarland (31)
Rheinland-Pfalz (18) Brandenburg (14)
Sachsen-Anhalt (10) Thüringen (9)
- 22 -Universität
Was das bedeutet…
89%
…im Bereich Windenergie
Patentanmelder für Deutschland und Baden-Württemberg
Deutschland Baden-Württemberg
3% 10% Baden-Württemberg
12% 1%
1% 1% 2%
10%
1%
Unternehmen Unternehmen
Staatlich Non-Profit Staatlich Non-Profit
Universität Universität Unternehmen
Staatlich Non-Profit
85% 89% Universität
89%
99% Deutschland
98%
3%
12%
Deutschland
Unternehmen
3% Staatlich Non-Profit
- 23 - 12% UniversitätWas das bedeutet…
…im Bereich Photovoltaik
Investkosten €2015/kW
1800 • Erste Generation: Kristallines Silizium
1600 • Zweite Generation: Dünnschichttechnologien
1400 • Dritte Generation: Effizienzsteigernde Methoden
(bspw. Tandemzellen)
1200
1000 Bundesweit PV-Maschinenbau exportorientiert
800 Treiber: Wachsendes Angebot und Nachfrage in Asien
600 insbesondere China
400 • Vorgaben im Städtebau bspw. Verpflichtung zum Bau
200 von Solardachanlagen in Basel bei gegebener
Wirtschaftlichkeit
0
Fokus Eigenverbrauch kann Fehlanreize setzen
2015 2020 2030 2040 2050
• Nische: Agro-Photovoltaik
Freiflächen-PV mittel Dach-PV bis 10 kW mittel
- 24 -Was das bedeutet…
…im Bereich Photovoltaik 1%1%
2% 2%
3%
4% 24%
Offenlegung Patente
5%
mit Zeitverzug
70
5%
60
50
Anzahl Patente
40
30 13%
20
21%
10
0
18%
Baden-Württemberg (560) Bayern (485)
Baden-Württemberg Bayern Hessen (407) Nordrhein-Westfalen (291)
Sachsen (123) Rheinland-Pfalz (122)
Hessen Nordrhein-Westfalen
Berlin (82) Niedersachsen (60)
Sachsen Rheinland-Pfalz
Thüringen (45) Brandenburg (40)
Hamburg (28) Schleswig-Holstein (19)
Sachsen-Anhalt (17) Saarland (6)
Bremen (5) Mecklenburg-Vorpommern (1)
- 25 -Universität
Was das bedeutet…
89% 89%
…im Bereich Photovoltaik
Patentanmelder für Deutschland und Baden-Württemberg
Deutschland Baden-Württemberg
3%
Deutschland 10% Baden-Württemberg
Baden-Württemberg
12% 1%
3% 10%
10%
12% 1%
1%
Unternehmen Unternehmen
Staatlich Non-Profit Staatlich Non-Profit
Universität Universität Unternehmen
Unternehmen Unternehmen
Staatlich Non-Profit
Staatlich Non-Profit Staatlich Non-Profi
85% 89% Universität
Universität Universität
89%
85% Deutschland
89%
3%
12%
Deutschland
Unternehmen
3% Staatlich Non-Profit
12%
Deutschland
Universität
- 26 -
3%Was das bedeutet…
…für die Beschäftigung
Bruttobeschäftigung durch erneuerbare Energien
43.450
40.000 37.100
33.540 32.580 32.710
30.000
20.000
10.000
0
2012 2013 2014 2015 2016
Wasserkraft Windenergie Photovoltaik Solarthermie
Geothermie Biogas Biomasse fest Biokraftstoffe
Die notwendige Rückkehr zur alten Ausbaudynamik in der Photovoltaik und ein
Aufrechterhalten der Dynamik im Windbereich wird den Negativtrend wieder umkehren!
Langfristig bietet die Energiewende zukunftsträchtige Arbeitsplätze!
Quelle: GWS (2018)
- 27 -Was das bedeutet…
…für die Volkswirtschaft
Zeitraum 2017 bis 2030: Zeitraum 2031 bis 2050:
Gesamtkosten: 11,1 Mrd. Euro 2013 Gesamtkosten: 65,6 Mrd. Euro 2013
vermiedene Schadenskosten: 23 Mrd. Euro2013. vermiedene Schadenskosten: 124 Mrd. Euro2013.
Nettokosten: -12 Mrd. Euro2013 Nettokosten: -58 Mrd. Euro2013
Nutzen gegenüber Nichthandeln Nutzen gegenüber Nichthandeln!!!
- 28 -// Energie mit Zukunft
// Zentrum für Sonnenergie- und Wasserstoff-
Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Haben Sie hierzu Fragen?
- 29 -Sie können auch lesen
