Der Umbau des Energiesystems steht unter Beobachtung von drei Fraunhofer-Instituten. Den jährlichen Entwicklungsstand fassen die Wissenschaftler im Energiewende-Barometer zusammen. Für 2019 haben drei Professoren der Fraunhofer-Institute in Kassel, Karlsruhe und Freiburg Veröffentlichung der Ergebnisse mit einer Warnung verknüpft. Um die Klimaziele von Paris zu erreichen muss die Energiewende massiv vorangetrieben werden. Neben vermehrten Ausbau von Solar- und Windparks geht es vor allem darum, die Sektorenkopplung zu entwickeln.

„In die nächste Phase der Energiewende müssen die Sektoren Verkehr, Wärme und Industrie unbedingt einbezogen werden. Dazu brauchen wir den politischen Willen und gesellschaftliche Akzeptanz, um die in Paris gesetzten Klimaziele zu erreichen,“ so das gemeinsame Fazit von Clemens Hoffmann, Leiter Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE), Hans-Martin Henning, Leiter Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und Mario Ragwitz, stellvertretender Leiter Fraunhofer-Institut für System und Innovationsforschung (ISI). Neben einem Ausbau einer CO2-freien Energieerzeugung bedeute dies eine Sanierung von Gebäuden, die Elektrifizierung der Wärmeerzeugung und der Mobilität sowie die Entwicklung CO2- emissionsfreier Industrieprozesse.

Ausbau von Windanlagen lässt deutlich nach

Im Jahr 2018 wurden Windanlagen an Land und auf See mit einer Kapazität von 3,82 GW gebaut, was zu einer installierten Leistung von 59 GW führte. Damit die in Paris vereinbarten Klimaziele einer 95%igen Minderung von Treibhausgasen erreicht werden können, müsste die jährliche Zubaurate bis 2030 auf 11,1 GW pro Jahr steigen. Für das Jahr 2030 würden 97 GW Wind onshore und 17 GW Wind offshore benötigt. Die Zielgröße für 2050 sehen die Wissenschaftler bei 222 GW an Windkapazitäten. Als Grund für den nachlassenden Ausbau von Windanlagen an Land nennen die Forscher Klagen von Anwohnern und geänderte Abstandsregelungen.

Photovoltaikanlagen müssten Deutlich mehr werden

Auch bei der Photovoltaik müsste die Entwicklung deutlich schneller gehen. Im Jahr 2018 wurden 2,3 GW zugebaut. Insgesamt waren 46 GW an Solaranlagen installiert. Bis 2050 müssten dies 215 GW werden und für 2030 empfehlen die Forscher bereits Kapazitäten von 104 GW, um die Klimaziele zu erreichen. Das bedeute eine Steigerung der jährlichen Zubaurate bis 2030 auf rund 8,5 GW neue Anlagen pro Jahr, so die Berechnungen.

Mehr erneuerbaren Strom in andere Sektoren bringen

Neben dem Zubau von Erzeugungsanlagen sei aber die Ausweitung der Elektrifizierung auf andere Wirtschaftsbereiche wichtig. „Der nächste große Schritt ist, die weiteren Sektoren einzubeziehen. Auch die Wärmeversorgung und der Verkehrssektor muss künftig mit erneuerbarer Energie betrieben werden,“ so Henning. Wärmepumpen seien dabei ein zentrales Bindeglied für die Kopplung von Strom- und Wärmesektor. 2018 waren 3,1 GW elektrischer Leistung im Wärmesektor installiert. Bis 2050 müssten es 55 GW nach dem Energiewende-Barometer werden, bis 2030 sollten diese auf 22 GW steigen.

Wärmepumpen können heizen und kühlen

„Gebäude lassen sich über Wärmepumpen effizient mit erneuerbarem Strom beheizen, weil sie zusätzlich zur eingesetzten elektrischen Energie bis zu drei weitere Anteile aus der Umweltwärme gewinnen. Zudem lassen sich Wärmepumpen auch zum Kühlen nutzen, was ein großer Vorteil ist, wenn unsere Sommer heißer werden«, erläutert Henning. In Verbindung mit Wärmespeichern lasse sich zudem der Strombezug flexibilisieren. Der Aufbau von kleinen Verbünden durch Nahwärmenetze und Speicher auf Siedlungsebene könne weitere Optimierungspotenziale bieten. Bremsend wirke dabei allerdings der hohe Aufwand für die baulichen Veränderungen. Als zentrale Technologie sehen die Forscher Großwärmepumpen für die Versorgung von Wärmenetzen. Damit diese aber wirtschaftlich betrieben werden können, müssten die Steuern und Abgaben auf den Strom reduziert werden.

Mehr Elektrifizierung im Verkehrssektor

Für den Verkehrssektor empfehlen die Wissenschaftler eine weitgehende Elektrifizierung. Als Antriebssysteme für den Verkehr stünden batterie-elektrische Fahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge sowie unterschiedliche Hybridlösungen mit Verbrennungstechnik zur Verfügung. In Verbindung mit neuen Leih- und Mietkonzepten sowie multi-modalen Angeboten werde dies zu einer höheren Diversifizierung im Transportbereich führen.

Die Grundfrage nach der Langzeitspeicherung von Energie beantworten die Professoren mit der Herstellung von Wasserstoff über Power-to-X. Ein frühzeitiger Markthochlauf sei Bedingung, um die langfristig benötigte, sehr hohe Leistung erreichen zu können. Für 2050 werden nach den Berechnungen 39 GW installierte Leistung benötigt, derzeit existiert gerade einmal 0,03 GW im Markt.

Energiewende kann auch Chance für deutsche Wirtschaft sein

Grundsätzlich sehen die Wissenschaftler die Energiewende nicht nur als eine Notwendigkeit für den Klimaschutz sondern auch als Renditemodell und große Chance für die deutsche Wirtschaft. Vor dem Hintergrund der heutigen sehr hohen Energieimporte ergibt sich ein Wachstumspotenzial für die inländische Wirtschaft, wenn vermehrt Energie im eigenen Land produziert werden kann. „Das deutsche Energiesystem verbrauchte 2010 über 4.000 TWh fast ausschließlich fossile Primärenergie, davon wurden 2.902 TWh importiert. Nach unseren Berechnungen müsste Deutschland im Jahr 2050 nur noch 1.419 TWh Energie importieren. Dies wären dann Kraftstoffe, die über Elektrolyse aus erneuerbaren Energien gewonnen wurden“, stellt Hoffmann dar. Die inländische Energieerzeugung werde von 1.147 TWh im Jahr 2010 auf 1.337 TWh im Jahr 2050 steigen. Der künftige Hauptprimärenergieträger werde Strom aus Wind- und Solaranlagen sein.

Der vollständige Beitrag ist in der Zeitschrift EW – Magazin für die Energiewirtschaft 7-8/2019 erschienen.

Auf dem Foto sind zu sehen: Hans-Martin Henning, Leiter Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Clemens Hoffmann, Leiter Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) sowie Mario Ragwitz, stellvertretender Leiter Fraunhofer-Institut für System und Innovationsforschung (ISI).

Bildquelle: Fraunhofer | Volker Beushausen

 

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