Was bedeutet eigentlich Energiewende?

Wir alle kennen den Begriff Energiewende. Wir hören und lesen ihn ständig, wenn es in den Medien um Energie geht. Zwar hat der Begriff in manchen Kreisen in Deutschland eine sehr lange Tradition, laut Umfragen versteht aber fast jeder primär etwas leicht unterschiedliches darunter. Im Anbetracht dessen, dass Energie bzw. Energiepolitik fast alle gesellschaftlichen Bereiche berührt, denn ohne Energie geht nichts, ist dies auch verständlich.

Aus einer rein technischer Sicht fällt die Definition des Begriffs allerdings deutlich leichter. Die Essenz der Energiewende, liegt im Ersatz des Bedarfs an endlichen Brennstoffe bzw. Energieträgern durch Technik. Dies trifft besonders für die im folgenden vorgestellten großen “Baustellen” der Energiewende zu.

Veränderungen in der Wärmesektor

Raumwärmeverluste eindämmen

Mit ca. 800 TWh verschlingt das Heizen unserer Wohn & Arbeitsräume einen Großteil des heutigen Energiebedarfs in Deutschland. Dabei werden in den wenigen Monaten der Heizperiode eine mit dem Verkehr und der Stromerzeugung vergleichbare Mengen an fossiler Energie in heiße Luft verwandelt.

In dem hier aufgezeigten Szenario wurde davon ausgegangen, dass der Raumwärmebedarf durch energethische Sanierungen um 60% auf nur 40 % des heutigen Wertes gesenkt wird. Dies entspricht einer ambitionierten, jedoch nicht maximalen energetischen Sanierung.

Neben Raumwärme im Winter benötigen wir eine ganzjährige Versorgung mit Warmwasser. Elektrisch angetriebene Wärmepumpen gewinnen zur Bereitstellung beider Energiebedürfnisse eine dominante Position und auch die installierte Leistung von Solarthermie-Anlagen nimmt deutlich zu. Da Erdgas als fossiler Energieträger noch eine wesentliche Rolle im Gesamtsystem spielen wird, kommen auch noch Techniken, die Erdgas nutzen im Wärmesektor vor.

Wärmeversorgung von Einzelgebäude

Die Wärmeversorgung in Einzelgebäuden erfolgt im Jahr 2050 durch Heizkessel, Gas-Wärme-pumpen, elektrische Wärmepumpen mit der Außenluft oder dem Erdreich als Wärmequelle oder durch kleine Blockheizkraftwerke. Solarthermie kann die Wärmeversorgung unterstützen und so den Bedarf an Strom und Erdgas dezentral verringern. 

Ausbau von Wärmenetzen

Ein moderater Ausbau von Wärmenetzen scheint sinnvoll. Diese Wärmenetze werden durch Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen unterschiedlicher Leistungsklasse mit Wärme versorgt. Große Wärmespeicher, die an diese Wärmenetze angeschlossen sind bewirken, dass die Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen überwiegend stromgeführt betrieben werden können, um die Strombereitstellung immer dann sicherzustellen, wenn nicht ausreichend Wind- und Solarenergie verfügbar sind. Überschüsse der zeitgleich erzeugten Wärme können in großen Wärme-speichern effizient und kostengünstig gespeichert werden.

Als weitere Wärmequellen können zentrale & dezentrale Solarthermieanlagen und Wärmepumpen in die Wärmenetze integriert werden.

Veränderungen im Verkehrssektor

Annahmen für den Verkehrssektor

Es wird davon ausgegangen, dass 40 % des heute auf Brennstoffen basierenden Verkehrs mit dem gleichen Kraftstoffmix wie heute betrieben wird. Dies entspricht in etwa dem Anteil an Brennstoffen, der auf Schwerlastverkehr und Luft-verkehr entfällt. Da es noch enorme Unsicherheiten darüber gibt, wie sich die Elektrifizierung des Verkehrssektors entwickelt, wird angenommen, dass die verbleibenden 60 % je hälftig durch Fahrzeuge mit Batterie/Elektromotor und durch Fahrzeuge mit Wasserstoff/Brennstoffzelle/Elektromotor abgedeckt werden. Demnach würde Individualverkehr kurzer Reichweite, also vor allem städtischer Verkehr, durch Batterie-basierte Elektromobilität erfolgen und Individualverkehr längerer Reichweiten mit Wasserstoff-basierter Elektromobilität.

Elektrofahrzeug-Mix

Die Entwicklung der nicht konventionell angetriebenen Fahrzeuge ist schwierig zu bewerten, da es noch nicht abzuschätzen ist, ob sich Batterie- oder Brennstoffzellen-Fahrzeuge durchsetzen werden. Für das Energiesystem 2050 wurde angenommen, das beide Konzepte zu gleichen Teilen zum Einsatz kommen.

Veränderungen der Stromversorgung

Steigerung der Stromeffizienz

In Zukunft werden die Wärmeversorgung und der Verkehr “elektrischer” werden, was zu einer Erhöhung des Strombedarfs führen wird. Durch den breiten Einsatz von effizienteren Endgeräten und Maschinen, wird allerdings zur selben Zeit der Stromverbrauch für klassische Anwendungen ( mechanische Energie, Beleuchtung, …) in Zukunft stark sinken. Für das hier beschriebene Energiesystem wurde von einer Verringerung des klassischen Strombedarfs um 25-30% ausgegangen, wodurch der deutsche Netto-Strombedarf von heute ca. 500-530 TWh auf 375 TWh sinkt.

Ausbau der Erneuerbaren Energien

Um den Klima- & Umwelt schädlichen Einsatz von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung um das nötige Maß zu verdrängen, müssen die Erneuerbaren Energien deutlich ausgebaut werden. Windkraft & Photovoltaik sind nicht nur die günstigsten Stromerzeugungstechnologien, sie bieten auch das bei weitem größte technisch-ökologische Potential in Deutschland. Zwar könnte jede der beiden Erneuerbare Energietechnologien theoretisch unseren gesamten Energiebedarf in Deutschland decken, die Möglichkeit der Vollversorgung mit Erneuerbaren Energien ist aber nicht das Ziel des hier betrachteten Energiesystems für das Jahr 2050.

Strukturwandel der regelbaren Stromerzeugung

Da mit Windkraft & Photovoltaik wetterabhängige bzw. fluktuierende Erneuerbare Energien (FEE) ins Zentrum des Stromsystems rücken, müssen sich die für das zukünftige Stromsystem benötigten regelbaren Kraftwerkskapazitäten diesen neuen Gegebenheiten anpassen. Zwar wird es auch 2050 voraussichtlich noch einige alte / abgeschriebene konventionelle Kraftwerke geben, der Großteil der regelbaren Leistung wird aber in Form von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen bereitgestellt werden. Dies führt zwangsläufig zu einem Strukturwandel weg von zentralisierten Großkraftwerken, hin zu dezentralen kleinen & mittleren Anlagen nah am Verbrach.