Um das Energiesystem CO2-emissionsfrei zu machen, gibt es zu den erneuerbaren Energiequellen keine Alternative. Windenergie- und Photovoltaikanlagen bieten ein hohes technisches Potenzial und liefern unmittelbar, effizient und günstig elektrischen Strom. Diesen gilt es auch weitgehend in den Sektoren Wärme, Kälte, Produktion, Mobilität und Transport für eine CO2-neutrale Versorgung zu nutzen.
Wie schnell diese Entwicklung in Deutschland voranschreitet, zeigen die Ergebnisse des „Barometer der Energiewende 2019“, mit dem das Fraunhofer IEE jährlich den Stand der deutschen Energiewende bewertet. Dazu werden auf Basis der Ist-Werte des Vorjahres mithilfe von Szenario-Modellierungen Zielwerte für 2050 berechnet und Zielpfade aufgezeigt, die eine Transformation des Energiesystems hin zu einer 100 Prozent regenerativen Energieversorgung ermöglichen.
Wende schreitet langsam voran
„Der Ausbau der erneuerbaren Energien schreitet voran, aber zu langsam. Wir sind nicht auf Kurs, um den Zielen des Klimaabkommens von Paris gerecht zu werden und die Energiewende in allen Sektoren tatsächlich zu schaffen“, stellen die Energie-Experten der Fraunhofer-Institute ISE, ISI und IEE im „Barometer der Energiewende 2019“ fest. Prof. Dr. Clemens Hoffmann, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE in Kasse erklärt, dass die deutsche Energiewende an eine Phasengrenze gekommen sei. So wie bei einem Phasenübergang der Temperaturanstieg zum Stocken kommt, sei auch die Energiewende ins Stocken geraten. Er sagt weiter: „Die gegenwärtigen Installationsraten für die erneuerbaren Energiequellen werden absehbar nicht mehr den Verlust von Erzeugungsleistung durch die altersbedingt ausscheidenden Wind- und Solaranlagen überschreiten.“
Zubau bei Wind- und Solarenergie zu gering
Der Zubau in der Windenergie lag 2018 bei 3,82 GW Leistung für Onshore und Offshore zusammen. Diese Zahl umfasst Neu- und Ersatzinstallationen. Um die in Paris vereinbarten Klimaziele einer 95-prozentigen Minderung von Treibhausgasen noch erreichen zu können, muss diese Zahl nach den Szenario-Modellierungen der Wissenschaftler bis 2030 auf rund 11 GW pro Jahr, also etwa das Dreifache, erhöht werden. Bei Photovoltaik-Anlagen lag der Zubau in 2018 bei 2,3 GW. Hier muss der notwendige Zubau bis 2030 auf rund 8,5 GW pro Jahr, also etwa das 3,5 fache, wachsen.
Gesellschaftliches Großprojekt
Bei der Energiewende handelt es sich um ein gesellschaftliches Großprojekt, schließlich wird eine der zentralen Infrastrukturen in Deutschland substantiell umgebaut. „Mein Eindruck ist, dass viele politische Entscheidungsträger nach wie vor hinter den ambitionierten Zielen stehen“, sagt Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Leiter des Fraunhofer ISE in Freiburg und Sprecher der Fraunhofer-Allianz Energie, „Jetzt offenbart sich, dass man dafür einen langen Atem benötigt und der Wandel etliche Implikationen mit sich bringt.“
Die gute Nachricht: Die Kosten für Photovoltaik und Windenergie sind drastisch gesunken, die Gestehungskosten sind mittlerweile konkurrenzfähig. „Neben der fortlaufenden Technologieentwicklung ist nun der nächste große Schritt, die weiteren Sektoren einzubeziehen: etwa die Wärmeversorgung und den Verkehr mit Erneuerbaren zu bedienen, wofür diese jedoch drastisch ausgebaut werden müssen«, erklärt Henning.
Sektorenkopplung als Lösung
Bei der Wärmeversorgung könnte eine Kopplung mit den erneuerbaren Energien Vorteile bringen. So sind Wärmepumpen ein zentrales Bindeglied für die Kopplung von Strom- und Wärmesektor. Gebäude lassen sich damit 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. „Auch aus diesem Grund werden sie künftig eine größere Rolle spielen, wenn unsere Sommer heißer werden“, sagt Henning. Haupthindernis bei der Einführung dieser Technologien ist der teilweise große Aufwand für bauliche Veränderungen. Deshalb handelt es sich hierbei um einen langsamen, aber stetig voranschreitenden Umbau.
Das Thema Mobilität setzt komplexe Randbedingungen, die zu einem breiten Lösungsspektrum führen. Eine weitgehende Elektrifizierung ist anzustreben. Als Antriebssysteme für den Verkehr stehen unterschiedliche neue Konzepte zur Verfügung, wie batterie-elektrische Fahrzeuge und Brennstoffzellenfahrzeuge sowie unterschiedliche Hybridlösungen mit Verbrennungstechnik. In Verbindung mit neuen Leih- und Mietkonzepten sowie multimodalen Angeboten wird dies zu einer höheren Diversifizierung im Transportbereich führen.
Energiewirtschaft und Energiepolitik
Derzeit noch wichtiger als die technologischen Prozesse, die allesamt auf einem guten Weg sind, ist die Entwicklung der Randbedingungen für die Energiemärkte. Die meisten Technologien sind an der Schwelle zur Markteinführung.
„Es sollte ein Marktdesign angestrebt werden, das zur Integration der Sektoren beiträgt, dem volatilen Charakter der erneuerbaren Energien als zukünftige tragende Rolle der Energieerzeugung gerecht wird und marktwirtschaftliche Anreize zur Reduktion von Treibhausgasemissionen setzt“, formuliert Prof. Ragwitz die Präferenz.
„Das europäische Handelssystem für Treibhausgasemissionsrechte (ETS) ist vom Grundsatz her ein gutes Instrument in diesem Sinne, da es die Mengen für derartige Emissionen hart begrenzt“, sagt Ragwitz, „Außerdem brauchen wir eine Reform der Steuern, Abgaben und Umlagen auf Endenergieträger, um Anreize für Lastverschiebungen, Sektorenkopplung und den Einsatz von Speichern zu geben“, so Ragwitz weiter.
Fazit des Barometers
Der Bericht zieht das Fazit, dass sowohl bei Errichtung der technischen Infrastrukturen, der Behandlung der Akzeptanzfragen als auch der Anreizung der Investitionstätigkeit ein hohes Ambitionsniveau erforderlich ist.
„Die nächste Phase der Energiewende verlangt die umfassende Einbeziehung der Sektoren Verkehr, Wärme und Industrie in den Transformationsprozess des Energiesystems“, sagt Ragwitz. Die Forscher sagen: „Neben einem fortgesetzten Ausbau einer CO2-freien Energieerzeugung bedeutet dies eine umfassende und beschleunigte Sanierung von Gebäuden, die Elektrifizierung der Wärmeerzeugung und der Mobilität sowie die Entwicklung und Umsetzung CO2-emissionsfreier Industrieprozesse. Hier benötigt es ein hohes Ambitionsniveau, den politischen Willen und gesellschaftliche Akzeptanz, um die in Paris gesetzten Klimaziele zu erreichen.“ (sd)
