Regionalisierung des Ausbaus der erneuerbaren Energien auf Ebene der Bundesländer

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Die Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE) hat eine Methodik zur Regionalisierung der zu erwartenden bundesweiten Ausbauziele für Windenergie onshore und Photovoltaik(PV), Biomasse, Wasserkraft, sonstige erneuerbare Energien und dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) auf Ebene der Bundesländer entwickelt. Im Folgenden wird diese Methodik erläutert.

Windenergie onshore

Bestandsanalyse

Zur räumlichen Abbildung des historischen Ausbaus der Windenergie onshore werden die folgenden Datenquellen herangezogen und zusammengeführt:

  • OpenStreetMap
  • Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber

Potenzialanalyse

Als Randbedingung für den zukünftigen Ausbau der Windenergie wird ein technisches bzw. wirtschaftliches Potenzial bestimmt. Für Windenergie nicht geeignete Flächen (Siedlungen, Verkehrswege, Schutzgebiete) inklusive einzuhaltender Abstände werden ausgeschlossen. Für Windenergie eingeschränkt nutzbare Flächen (z.B. Wald oder Naturparks) werden gesondert berücksichtigt. Die daraus resultierenden geeigneten Flächen sind in Abbildung 1 dargestellt. Zusätzlich werden aufgrund erschwerter Erschließbarkeit und vergleichsweise hohen Investitionskosten Standorte mit einer Hangneigung von mehr als 5° ausgeschlossen, siehe Abbildung 2.

 Potenzialanalyse Flaechennutzung Windenergie in Deutschland 500Abbildung 1: Uneingeschränkt und eingeschränkt nutzbare Flächen für Windenergie in Deutschland

 

Windenergie Ausschlusskriterium Hangneigung500

Abbildung 2: Ausschluss von Standorten mit einer Hangneigung von mehr als 5°

Die wirtschaftliche Priorisierung der Standorte erfolgt über die potenziellen Volllaststunden, siehe Abbildung 3.

Windenergie Potenzielle Volllaststunden500Abbildung 3: Beispielhafte Darstellung der potenziellen Volllaststunden in 80m über Grund

Diese werden für verschiedene Windenergieanlagen aus den Windhäufigkeiten (Weibulldaten des Deutschen Wetterdienstes) im 200 m Raster berechnet. Das wirtschaftliche Potenzial umfasst nur Standorte mit einem definierten Mindestertrag.

Zielkorridor je Bundesland

Im ersten Schritt wird für jedes Bundesland ein Korridor für den zu erwartenden Zubau je Bundesland definiert. Dieser beschreibt einen minimalen und maximalen Zubau innerhalb des Bundeslands und ergibt sich aus technischen und wirtschaftlichen Überlegungen sowie einer Analyse des historischen Ausbaus aller Bundesländer.

Im zweiten Schritt wird dieser Korridor mit den Prognosen der Ministerien der Bundesländer abgeglichen und bei Bedarf angepasst. Es wird somit garantiert, dass der Ausbau in jedem Bundesland die Prognose der Ministerien nicht überschreitet und ein zu erwartender minimaler Ausbau in jedem Bundesland stattfindet.

Modellierung des Ausbaus

Die Modellierung des Ausbaus erfolgt anlagenscharf mit dem Wind-Szenario-Tool WiSTl der FfE. Die Erschließungswahrscheinlichkeit für einen Standort hängt von dessen Ertrag und Abwertung (z.B. Wald oder Naturpark) ab. Vorrangflächen werden durch eine hohe Erschließungswahrscheinlichkeit abgebildet. Beim Repowering wird die Fläche des bestehenden Windparks wie eine Vorrangfläche bewertet, siehe Abbildung 4, Grafik 1 und 2. Alte Windparks werden also mit hohen Erschließungswahrscheinlichkeiten durch neue Windparks ersetzt, siehe Abbildung 4, Grafik 3 und 4. Der Anteil an Bestandsanlagen, die in der Modellierung vom Rückbau oder Repowering betroffen sind, wird so gewählt, dass sowohl die politischen Ziele zum netto-Zubaus (Erhöhung der installierten Leistung) als auch die Ziele zum Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erfüllt werden.

 

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Abbildung 4: Schematische Darstellung der Modellierung von Repowering: O.l. Bestehende Windenergieanlagen; o.r. Definition eines Windparks, der wie eine Vorrangfläche behandelt wird. U.l. Außerbetriebnahme der bestehenden Windenergieanlagen; u.r. Repowering mit größeren Anlagen

 

Photovoltaik

Bestandsanalyse

Zur räumlichen Abbildung des historischen Ausbaus der PV werden die folgenden Datenquellen herangezogen und mittels GIS (Geoinformationssystem)-Analyse zusammengeführt:

  • Georeferenzierte Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber
  • Flächennutzung nach OpenStreetMap, Digitales Landschaftsmodell (DLM), CORINE Land Cover (CLC)

Dabei können 4 verschiedene Anlagen-Kategorien identifiziert werden, siehe Abbildung 5.

PV-Anlagen-Kategorien500

 Abbildung 5: Georeferenzierter PV-Bestand inklusive Identifikation 4 verschiedener Anlagen-Kategorien

Potenzialanalyse

Bei der Bestimmung des PV-Potenzials auf Gebäuden werden die folgenden Kategorien unterschieden: Wohngebäude, gewerbliche Gebäude (Industrie und Gewerbe/Handel/Dienstleistungen) und landwirtschaftliche Gebäude. Das resultierende Potenzial für jede dieser Kategorien berechnet sich auf Basis folgender Untersuchungen:

  • Auswertung von Daten der Statistischen Landesämter zur Gebäudestruktur und Wohnfläche
  • Auswertung der Flächennutzung nach OpenStreetMap und CORINE Landcover (CLC)
  • Klassifizierung nach Siedlungstyp
  • Auswertung ausgewählter Solardachkataster
  • Parametrisierung der siedlungstypischen Verschattung
  • Analyse von Dachaufbauten

Das Flächenpotenzial für den Ausbau von PV-Freiflächenanlagen übersteigt den bisherigen Ausbau um ein Vielfaches. Daher wird das Potenzial für PV-Freiflächenlagen aufgrund der aktuell gültigen förderpolitischen Rahmenbedingungen auf die Nutzung von Flächen entlang von Verkehrswegen begrenzt. Konversionsflächen werden nicht gesondert betrachtet, da diese bereits zu einem Großteil erschlossen sind und deren Nutzung mit zusätzlichen Kosten verbunden sein kann.

Regionalisierung - Modellierung des Ausbaus

Die Modellierung des zu erwartenden Ausbaus der PV-Anlagen auf Gebäuden erfolgt in einem ersten Schritt über eine asymmetrische Sigmoidfunktion je Gemeinde. Dabei werden die Entwicklung des historischen Ausbaus sowie das Potenzial als Eingangsparameter herangezogen (Bottom-Up Ansatz). Abbildung 6 veranschaulicht beispielhaft die resultierenden Ausbaukurven ausgewählter Gemeinden.

 

Ausbaukurve1 Ausbaukurve2 Ausbaukurve3

Abbildung 6: Ausbaukurven ausgewählter Gemeinden

Anschließend erfolgt eine Faltung die resultierenden Ausbaukurven, so dass in Summe die bundesweiten Ausbauziele (Mantelzahlen) erreicht werden (Top-Down Ansatz). Der Ausbau von PV-Freiflächenanlagen orientiert sich an dem Ausbau der vergangenen drei Jahren und dem Potenzial entlang von Verkehrsflächen.

 

Biomasse

Bestandsanalyse

Zur Erfassung des Bestandes an Biomasseanlagen werden die folgenden Datenquellen herangezogen:

  • Georeferenzierte Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber

Potenzialanalyse

Das Potenzial für die energetische Nutzung von Biomasse wird vereinfacht über ein Flächenpotenzial abgeschätzt. Dabei werden potenziell geeignete Flächen mit landwirtschaftlicher Nutzung (exklusive Moore und Heiden) aus der Regionalstatistik entnommen und über eine GIS-Analyse erfasst.

Regionalisierung - Modellierung des Ausbaus

Die Regionalisierung des zukünftigen Ausbaus der energetischen Nutzung von Biomasse erfolgt vereinfacht zu 50 % über den Anlagenbestand sowie zu 50 % über das Flächenpotenzial. Eine Flexibilisierung bestehender Biogasanlagen zum Ausgleich von Erzeugungsschwankungen aus Windenergie und PV wäre technisch umsetzbar und würde zu einer Erhöhung der installierten Leistung der Bestandsanlagen führen. Jedoch besteht unter den aktuellen förderpolitischen Rahmenbedingungen noch kein signifikanter Anreiz für die Umrüstung von Bestandsanlagen zu einer solchen Flexibilisierung.

 

Wasserkraft

Bestandsanalyse

Zur Erfassung des Bestandes an Wasserkraftanlagen werden die folgenden Datenquellen herangezogen:

  • Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber
  • Georeferenzierte Liste der Wasserkraftanlagen mit einer installierten Leistung über 1 MW /WAWI 01 04/

Potenzialanalyse

In Anbetracht des aktuell wirksamen rechtlichen Rahmens (WHG, WRRL) ist der Bau neuer Wasserkraftanlagen in Deutschland stark eingeschränkt. Daher wird vereinfacht angenommen, dass der zukünftige Ausbau der Wasserkraft in Deutschland in erster Linie über den Ausbau bestehender Wasserkraftanlagen erfolgt.

Regionalisierung

Die Leistungssteigerung wird durch die Umrüstung der bestehenden Wasser-kraftanlagen erreicht, daher wird der zu erwartende Ausbau der Wasserkraft über den Anlagenbestand regionalisiert.

 

Geothermie

Bestandsanalyse

Zur Erfassung des Bestandes an Geothermie-Anlagen werden die folgenden Datenquellen herangezogen:

  • Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber
  • Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur

Potenzialanalyse

Potenziell geeignete Gebiete für Geothermie werden über das Geothermische Informationssystem für Deutschland als Flächenpotenzial erfasst.

Regionalisierung

Die Regionalisierung des Ausbaus der Geothermie erfolgt vereinfacht zu 50 % über den Anlagenbestand und zu 50 % über die Flächenpotenziale.

Abfall/Deponie-/Klärgas

Die zukünftige, regionalisierte Entwicklung der installierten Leistung von Müllverbrennungsanlagen, Deponie- und Klärgas-Anlagen wird durch eine Leistungssteigerung von Bestandsanlagen erreicht.

Kraft-Wärme-Kopplung

Bestandsanalyse

Zur Erfassung des Bestandes an dezentralen KWK-Anlagen werden die folgenden Datenquellen herangezogen:

  • Anlagenstammdaten der Übertragungsnetzbetreiber
  • Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur
  • Liste  des Anlagenbestands des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)

Regionalisierung

Die Regionalisierung des Ausbaus der dezentralen KWK erfolgt über die Wärmenachfrage differenziert nach verschiedenen Verbrauchergruppen.
 

Literaturverzeichnis

BNETZA-13 13 Kraftwerksliste Bundesnetzagentur - Stand 16.10.2013. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen (BNetzA), 2013
CLC-01 09 CORINE Land Cover (CLC2006) - Legende. Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt (UBA), 2009
DESTATIS-07 12 Regionaldatenbank - www.regionalstatistik.de. Wiesbaden: Statistische Ämter des Bundes und der Länder, 2012
FBIOG-01 13 Branchenzahlen 2012 und Branchenentwicklung 2013. Freising: Fachverband Biogas e.V., 2013
FFE-26 12 Carr, Luis Dipl.-Ing.; Habermann, Jochen Dipl.-Volksw.; Schmid, Tobias Dipl.-Phys.: Bayernplan - Flexibilisierter Einsatz von Biogas zur Stromerzeugung - Modellierung der Integration von Biogasanlagen im Lastfolgebetrieb. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE), 2012
FFE-40 10 Schmid, Tobias: EEG-Datenbank in: http://www.ffe.de/wissenffe/artikel/. München: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE), 2010
OSM-01 10 OpenStreetMap (OSM) - Die freie Wiki-Weltkarte. Veröffentlicht unter der freien CC-BY-SA-Lizenz durch OpenStreetMap und Mitwirkende. http://www.openstreetmap.org/, 2010

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