Regionales Potenzial Erneuerbarer Energien

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

1  Kontext und Zielsetzung

Der Ausbau Erneuerbarer Energien wird in Deutschland seit dem Jahr 2000 durch das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (kurz: EEG) gefördert. Vor allem im Bereich der Photovoltaik steigt die installierte Leistung kontinuierlich an. Dieser schnelle Anstieg hat zur Folge, dass eine vorausschauende Planung des Stromnetzausbaus unabdingbar ist, um Netzengpässe zu vermeiden.

Für das Netzgebiet der Rhein-Ruhr Verteilnetz sowie der Westfalen-Weser-Ems Verteilnetz wurden das Potenzial und der zu erwartende Ausbau der Erneuerbaren Energien – Photovoltaik und Windkraftanlagen – räumlich hochaufgelöst ermittelt. Zur Erstellung der Ausbauszenarien erfolgte eine detaillierte Bottom-Up-Analyse.

Die Auswertung des regionalen Ausbauszenarios kann bereits heute eine Indikation zu zukünftigen Einspeiseschwerpunkten sein und damit Hinweise auf den nötigen Netzausbau geben.

2  Methodik

Im Rahmen einer Ist-Zustands-Analyse des Untersuchungsgebietes wurden bestehende Anlagen zur regenerativen Energieerzeugung und deren bisherige Ausbaukurven ermittelt.

Auf Basis des Ist-Zustands wurden Photovoltaik und Windkraft im Detail untersucht: Das Potenzial zur Stromerzeugung aus Photovoltaik wurde, basierend auf verschiedenen Gebäudetypen wie Wohngebäuden, Garagen oder gewerblichen Gebäuden, ermittelt. Im Anschluss erfolgte eine Modellierung des PV-Ausbaus über eigens entwickelte Algorithmen. Die Ergebnisse wurden mittels Geoinformationssystemen visualisiert (vgl. Abbildung 1).

Ausbauszenario_PV_350

Abbildung 1: Ausbauszenario der Photovoltaik (Ausschnitt)

Im Bereich Windkraft werden der neueste Stand der Technik und aktuelle Trends berücksichtigt, um das Potenzial auf Gemeindeebene zu ermitteln. Dabei müssen zunächst die Ausschluss- und Eignungsflächen, v.a. unter Einbeziehung der vorherrschenden Windgeschwindigkeiten, bestimmt werden. Gesetzlich vorgeschriebene Mindestabstände zu Wohn- und Gewerbegebieten sowie verschiedenste Schutzgebietstypen wurden dabei ebenfalls berücksichtigt. Die Modellierung des Ausbaus erfolgte über die Windeignungsflächen und Ausbauerwartungen der Bundesländer.  Auch hier wurden die Ergebnisse zusammengefasst und visualisiert.

Abschließend wurden die Auswirkungen der erneuerbaren Energieproduktion auf das Netzgebiet untersucht.

3  Ergebnisse

Nachfolgend werden die wichtigsten Projekt-Ergebnisse zusammengefasst.

Potenzial für Photovoltaik

Die Erhebung des PV-Potenzials wird nach verschiedenen Gebäudetypen, wie z.B. Wohngebäude, Garagen, oder gewerbliche Gebäude, differenziert. Diese Daten werden anschließend zusammengefügt und das gesamte PV-Potenzial in regionaler Auflösung ermittelt. Diese Zusammenfassung stellt die Grundlage für die Ausbauszenarien dar.

Als Basisdaten dienen die historischen Zubauzahlen der PV-Anlagen bis 2011 (Bestand). Die Modellierung der Ausbaukurve erfolgt schließlich über eine asymmetrische Sigmoidfunktion. Über einen Optimierungsalgorithmus kann die Ausbaukurve dem historischen Verlauf angepasst werden und eine weitere Entwicklung prognostizieren (vgl. Abbildung 2).

PV-Ausbaukurve_400Abbildung 2:  Modellierte Ausbaukurve für PV-Anlagen einer Beispielgemeinde

Dadurch, dass keine feste Ausbaukurve für alle Gemeinden vorgegeben wurde, kann sich der Ausbau für jede einzelne Gemeinde – basierend auf den historischen Ausbaudaten und dem gegebenen Potenzial – frei entwickeln (Modell). So kann der Ausbau für jede Gemeinde im Netzgebiet beschrieben werden. Durch Aufsummierung der Leistungen über die Gemeinde eines Landkreises wird die installierte Leistung im Jahr 2022 je Landkreis bilanziert (vgl. Abbildung 1). Durch Skalierung der Zeitachse können zudem externe Ausbauziele – wie zum Beispiel die Szenarien der Leitstudie – abgebildet werden.

Windkraftpotenzial

Nach Leitszenario wird bis 2020 eine installierte Leistung an Onshore-Windkraft-anlagen in Deutschland von 35,7 GW erwartet. Dieser Wert soll bis 2030 auf 37,8 GW ansteigen. Offshore-Windkraft-Anlagen wurden in dieser Untersuchung nicht betrachtet.

Geeignete Standorte von Windkraftanlagen erfüllen zum einen die notwendigen Abstände zu Siedlungen, Verkehrswegen, Schutzgebieten usw. und weisen zum anderen hohe mittlere Windgeschwindigkeiten auf. Alle Flächen, für welche die notwendigen Abstände zutreffen, werden als Windeignungsflächen definiert. Als Windausschlussflächen werden die Siedlungen, Verkehrswege und Schutzgebiete – wie z.B. Flora-Fauna-Habitate, Vogelschutzgebiete, Naturschutzgebiete oder Biotope – definiert. Unter Berücksichtigung sämtlicher Einschränkungen können die Windeignungsflächen mit ihrer jeweiligen mittleren Windgeschwindigkeit dargestellt werden (vgl. Abbildung 3).

Windeignungsflaechen_370

Abbildung 3:  Windeignungsflächen mit Windgeschwindigkeiten (Ausschnitt)

Unter Berücksichtigung der Flächen mit eingeschränkter Nutzung, dem Ausschluss kleiner Windeignungsflächen (kleiner 20 ha) und der Annahme einer mittleren Leistungsdichte von 0,15 MW/ha lassen sich Potenzialkurven für das gesamte Untersuchungsgebiet ermitteln. Windeignungsflächen bzw. Teile von Windeignungsflächen mit einer mittleren Windgeschwindigkeit kleiner 5,6 m/s werden ausgeschlossen. Das Ausbaupotenzial stellt damit einen räumlich aufgelösten maximalen Ausbauzustand dar.

Ausgehend vom ermittelten maximalen Ausbaupotenzial wird unter der Randbedingung des genehmigten Szenariorahmens des Netzentwicklungsplans der zu erwartende Ausbau modelliert werden. Insbesondere werden dabei die Bestandsanlagen – auf Basis der EEG-Datenbank der FfE – berücksichtigt. Mit Hilfe einer Sensitivitätsanalyse wurde der optimale Modellierungsansatz ermittelt.

Das Ergebnis ist eine Darstellung analog zur Photovoltaik (vgl. Abbildung 2), die die installierte Leistung an Windkraftanlagen je Landkreis im Bestand für das Jahr 2022 darstellt. Die Ausbauwerte und Potenziale auf Gemeindeebene liegen als Tabellenwerk vor.

Auswirkungen auf das Netzgebiet

Wie beschrieben wurden die Ausbauszenarien für Photovoltaik und Windkraft für Verwaltungseinheiten – in diesem Fall die Landkreise – ausgewertet und dargestellt. Für die Rhein-Ruhr Verteilnetz erfolgte zusätzlich eine Auswertung auf Ebene der Netzgruppen. Auf Basis dieser Daten konnte somit ermittelt werden, in welchen Netzgruppen der stärkste Zubau an Photovoltaik und Windkraft erfolgen wird.

Die Auswertung des regionalen Ausbauszenarios gibt bereits heute eine Indikation zu zukünftigen Einspeiseschwerpunkten und kann damit die langfristige Netzausbauplanung unterstützen.

 

Auftraggeber: Rhein-Ruhr Verteilnetz GmbH