E2S – Erneuerbare Energien Szenarien

Ziel der Bundesregierung ist, die Treibhausgasemissionen bis zum Jahr 2050 um 80 - 95 % gegenüber 1990 zu reduzieren. Neben der Analyse eines kostenoptimalen zukünftigen Energiesystems stellt sich die Frage nach dem Tempo, mit dem sich ein Energiesystem verändern kann. Daher spielen zeitlich aufgelöste Transformationsprozesse für die Energiesystemanalyse eine wichtige Rolle. Anhand modellierter Entwicklungspfade können CO₂-Minderung, Netzauslastung oder benötigte Flexibilitätsoptionen analysiert werden. Der Weg zu einem Energiesystem der Zukunft, basierend auf erneuerbaren Energien, wird im Rahmen des Eigenforschungsprojekts »Erneuerbare Energien Szenarien (E2S)« analysiert und bewertet.

Kernfrage bei der Darstellung von Entwicklungspfaden ist: Welche Gruppe von Akteuren investiert unter gesetzten Rahmenbedingungen in welche Technologie an welchem Standort? Basierend auf dem heutigen Energiesystem ermittelt das »E2S-Investmodell« explorativ den Zubau an erneuerbaren Energietechnologien, konventionellen Kraftwerken und Speichern. Zu Grunde liegen dabei politische, ökonomische und technische Rahmenbedingungen. Die betrachteten Investorengruppen sind Privatpersonen, EVUs, Banken und Fonds, Gewerbe, Projektierer und Landwirte. Jede Gruppe besitzt unterschiedliche Technologiepräferenzen – z. B. investieren Privatpersonen vornehmlich in PV-Aufdachanlagen – und unterschiedliche Finanzierungsbedingungen. Dadurch ist die Investition in eine Technologie nicht für jeden Investor gleichermaßen wirtschaftlich. Zusätzlich spielt gerade bei erneuerbaren Energietechnologien – aufgrund ihrer Abhängigkeit von natürlichen Ressourcen – der Standort eine bedeutende Rolle. Das »E2S-Investmodell« berücksichtigt auch die Veränderung des Wohngebäudebestands bezüglich der Sanierung und Bereitstellungsart der Wärmeenergie.

Das E2S-Jahressimulationsmodell stellt den unterjährigen Betrieb einer gegebenen Energieversorgungsstruktur und somit regional und zeitlich aufgelöste Strom- und Wärmeströme dar. Es besteht aus einzelnen Submodellen. Diese setzen sich zusammen aus Modellen zur Simulation der Stromerzeugung von Photovoltaik- und Windkraftanlagen basierend auf meteorologischen Daten, der Einsatzplanung von Großkraftwerken und Speichern, der Sektor-übergreifenden dezentralen Erzeuger und der thermischen Nachfrage. Des Weiteren ist ein Netzmodell integriert, welches alle Leitungen der 110- bis 380-kV-Ebene umfasst und den Lastfluss simuliert.

Abb. 1 beschreibt beispielhaft für das Jahr 2020 die simulierte Jahreserzeugung der beiden fluktuierenden Technologien Photovoltaik und Windkraft, aufgelöst nach Stadt- und Landkreisen. Die zugrunde gelegte installierte Leistung wurde mit dem »E2S-Investmodell« ermittelt. Private Investoren haben dabei mit über 60 % den größten Anteil an der Finanzierung von PV-Anlagen. Bayern, Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen sind die Bundesländer mit der größten installierten PV-Leistung. Abb. 2 stellt aus OpenStreetMap ausgelesene Leitungsdaten dar. Aus diesen erfolgte die Modellierung des Höchstspannungsnetzes, für welches der Lastfluss simuliert und Aus- und Überlastungen beschrieben werden können.