Erneuerbare Energien
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Fokusthema Erneuerbare Energien Cindy Dengler (GICON) Gliederung 1. Einführung 2. Aufgabenstellung des Fokusthemas Erneuerbare Energien 3. Vorgehensweise 4. Ergebnisse 5. Empfehlungen für Anpassungsstrategien 6. Fazit RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Einführung im Fokusthema Erneuerbare Energien RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Einführung ? Erneuerbare Energien Klimawandel THG-Emissionen einsparen Folgen begrenzen RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Einführung Wettergeschehen in Deutschland – Einfluss auf den Energiebereich Kleiner Ausschnitt aus der Presse 2013 2014 „Sonnenscheinärmster Winter seit Beginn der Messungen 1951“ „Sommer 2013 unter den zehn wärmsten seit Beginn der Messungen 1881“ „Winter trieb 2013 den Energieverbrauch um 2,5% statt nur ~1% nach oben“ „Sommerhitze treibt den Strompreis“ „Wärmster Winter seit über 125 Jahren „ „Wärmster Frühlingsanfang seit 100 Jahren“ „Warmer Winter senkt Energiekosten der Bundesbürger“ ( weniger Bedarf, günstige Energie) „Viel Wind und Sonne kurbelten die Ökostrom-Produktion an“ (steigender Kühlbedarf, Windflaute, Hitzestress für PVA) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Aufgabenstellung im Fokusthema Erneuerbare Energien Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2100 Oberflächennahe Geothermie / Photovoltaik / Windenergie / Biogas Chancen und Risiken für die zukünftige Nutzung Empfehlungen / Strategien für die Anpassung an die potenziellen Veränderungen Informationen für Administration, Investoren, Planer, Hersteller, Zulieferer, Finanziers, Versicherer, 9 RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Vorgehensweise Erneuerbare Energien Potenzialparameter Natürliches Potenzial Technisches Potenzial Wirtschaftliches Potenzial ? Klimawandel Klimaelemente Untergrundtemperatur Temperatur (heiße Tage, Frosttage, etc.) Globalstrahlung Niederschlag (Regentage, Schneetage, etc.) Windgeschwindigkeit Wind (Sturmtage, windstille Tage, etc.) nat. Ertragsleistung Anlagenplanung Bewölkung (Sonnenscheindauer, Bedeckungsgrad) Restriktionen Betriebsbedingungen Daten aus dem Norddeutschen Klimaatlas Wirtschaftlichkeit http://www.norddeutscher-klimaatlas.de/ RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Allgemein Angestellte Analysen basieren auf öffentlich zugänglichen Wissensstand der letzten fünf Jahre (Projektzeitraum 2009-2014) Potenzielle Entwicklung von Technik, Gesetzeslage sowie marktwirtschaftliche Entwicklungen wurden weitgehend ignoriert, da kaum absehbar Klimaszenarien geben nur Aufschluss über mögliche Entwicklungstendenzen einzelner Klimaparameter, daher kann auch die mögliche Entwicklung der Potenziale der Erneuerbaren nur tendenziell dargestellt werden. möglichst Betrachtung von bekannten eindeutigen Wirkungswegen / Zusammenhängen, z.B.: weniger Sonnenschein weniger Solarstromproduktion RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Oberflächennahe Geothermie Potenzial Natürliches Parameter • Klimatische Parameter (Globalstrahlung, Lufttemperatur, Niederschlag) • Parameter des Untergrundes: • Hydrogeologische P. (Durchlässigkeit, hydraulischer Gradient, Wassergehalt des Bodens) • Thermophysikalische P. (Wärmeleit-, Wärmespeicherfähigkeit, spezifische Wärmestromdichte) • Anlagenplanung: • Leistungsfähigkeit der technischen Anlagen (z.B. Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe) • Art und Höhe des Energiebedarfs (Heizen, Kühlen, Speichern) Technisches • Restriktionen: • Flächenverfügbarkeit • Wasserhaushaltsgesetz (WHG) und Landeswassergesetze, Bundesberggesetz (BbergG) • Betriebsbedingungen: • Parameter des Untergrundes Wirtschaftliches • Ausgaben (Investitionskosten, Betriebskosten, etc.) • Einnahmen (Einsparungen durch Eigenverbrauch) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Parameter Globalstrahlung Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung mögliche Abnahme der Sonnenscheindauer (v.a. im Winter) Ø -4% bis 2050 verminderter Wärmeeintrag in das oberflächennahe Erdreich Ø -6% bis 2100 Zunahme: Lufttemperatur Ø 1,1 - 2,3°C bis 2050 Ø 2,1 - 4,8°C bis 2100 leicht erhöhte jährliche Niederschlagsmengen Niederschlag Weniger sommerliche Niederschläge Verstärkt winterliche Niederschläge Wassergehalt des Bodens Wärmeleit-& speicherfähigkeit sinkt mit Anstieg der Lufttemperaturen und Abnahme der Niederschläge steigt mit Zunahme der Niederschläge variiert je nach Wassergehalt des Bodens Zunahme mit zunehmendem Wassergehalt Abnahme mit abnehmendem Wassergehalt RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Anstieg der oberflächennahen Untergrundtemperaturen (bis 20m) analog zu den Lufttemperaturen bessere Wärmeentzugsbedingungen bei zunehmenden Niederschlägen möglich Abnahme im Sommer mögliche Zunahme im Winter möglich Abnahme im Sommer mögliche Zunahme im Winter Parameter Betriebsbedingungen Anlagenplanung Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung schlechtere Entzugsbedingungen im Sommer bessere Entzugsbedingungen im Winter im Sommer höherer Kühlbedarf im Winter weniger Heizbedarf Abnahme der Effizienz durch schlechtere Entzugsbedingungen im Sommer Zunahme der Effizienz durch bessere Entzugsbedingungen im Winter erhöhter Zubau von auf Kühlleistung ausgelegten Anlagen pot. zunehmende Überschwemmungsflächen Restriktionen Verschärfung ökologischer Restriktionen möglich, z.B. beim Trink-/ Grundwasserschutz erhöhter Zubau von auf Kühlleistung ausgelegten Anlagen Wirtschaftlichkeit erhöhte Untergrundtemperaturen und schlechtere Entzugsbedingungen im Sommer mildere Temperaturen im Winter weniger Heizbedarf weniger Strombedarf für die Wärmepumpe RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 pot. verminderte Flächenverfügbarkeit leicht erhöhte Investitionskosten erhöhte Betriebskosten (erhöhter Leistungsaufwand der Wärmepumpe) im Sommer weniger Ausgaben (Stromkosten für Wärmepumpe) durch steigende Effizienz im Winter Ergebnisse Oberflächennahe Geothermie Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale der oberflächennahen Geothermie können sein: Positive Entwicklung des natürlichen und technischen Potenzials in den Wintermonaten durch die Zunahme der mittleren Lufttemperaturen und der winterlichen Niederschläge Beeinträchtigung des natürlichen und technischen Potenzials in den Sommermonaten durch die Zunahme der mittleren Lufttemperaturen und der Abnahme der sommerlichen Niederschläge (gilt insbesondere für die Nutzung der Erdwärme für Kühlleistungen) Positive Entwicklung des wirtschaftlichen Potenzials der oberflächennahen Geothermie vor allem für Heizanwendungen im Winter (mildere Wintertemperaturen, sinkende Betriebskosten) Das wirtschaftliche Potenzial in den Sommermonaten, insbesondere für Kälteanwendungen, wird abnehmen. RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Photovoltaik Potenzial Parameter • Globalstrahlung Natürliches • Zusammensetzung der Erdatmosphäre, • geografische Lage (Sonnenstand), • Bewölkung, Sonnenscheindauer • Anlagenplanung: • Leistungsfähigkeit der technischen Anlagen (Modultechnologie, Modulausrichtung, Degradation) • Restriktionen: Technisches • Flächenverfügbarkeit (nutzbare Flächen an/auf Gebäuden, Freiland) • Baugesetze (BauGB, LBauG usw.), Raumordnungsgesetze (ROG), Naturschutzgesetze (BNatSchG, LNatSchG usw.) • Betriebsbedingungen: • Lufttemperatur, Bewölkung, Beschattung Wirtschaftliches • Kosten (Investitions-, Nebenkosten (z.B. Reparatur, Versicherung, Finanzierung usw.)) • Ertrag (Fördertarife, Energieverkauf, Eigenverbrauch) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Parameter Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung Bedeckungsgrad Entwicklung unklar mögliche geringfügige Abnahme im Sommer um -5% bis 2100 geringfügig erhöhte Globalstrahlung im Sommer möglich Sonnenscheindauer mögliche Abnahme der Sonnenscheindauer (v.a. Frühjahr/Winter ca. -14% bis -20%) Ø -4% bis 2050 Ø -6% bis 2100 verminderte Globalstrahlung (v.a. im Frühjahr/Winter) Zunahme der Sommertage (>25°C) Ø 4,6 Tage bis 2050 Ø 16,8 Tage bis 2100 Zunahme der heißen Tage (>30°C) Ø 1,3 Tage bis 2050 Ø 5,3 Tage bis 2100 Sinkende Wirkungsgrade durch Temperaturen > 25°C Abnahme Sonnenscheindauer (v.a. im Winter) geringerer Energieertrag Zunahme Extremwetterereignisse erhöhte Degradation, Schadenspotenzial, Ertragsverluste Betriebsbedingungen RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Photovoltaik Parameter Restriktionen Wirtschaftlichkeit Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung pot. zunehmende Überschwemmungsflächen (Meeresspiegelanstieg, Winterniederschläge) pot. verminderte Flächenverfügbarkeit für Freiflächenanlagen vermehrt Extremwetterereignisse geringere Globalstrahlung im Winter steigende Lufttemperaturen (>25°C) im Sommer erhöhter Kühlbedarf bzw. Energiebedarf im Sommer erhöhte Kosten z.B. durch erhöhte Versicherungszahlungen, Reparaturen Ertragsverluste durch pot. vermindertes natürliches sowie technisches Potenzial Kosteneinsparungen durch Eigenverbrauch zu Zeiten von Produktionsspitzen (SommerKühlbedarf) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Photovoltaik Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale der Photovoltaik können sein Beeinträchtigung des natürlichen Potenzials durch geringere Globalstrahlung v.a. im Winter Beeinträchtigung des technischen Potenzials durch geringere Globalstrahlung, vermehrt Temperaturen >25°C, häufigere Extremwetterereignisse vorwiegende Beeinträchtigung des wirtschaftlichen Potenzials durch erhöhte Kosten und Ertragsverluste RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Windenergie Potenzial Natürliches Parameter • Windstärke • Geländerauigkeit • Luftdichte • Anlagenplanung: • Leistungsfähigkeit der technischen Anlagen (Wirkungsgrade) • Restriktionen: Technisches • Standort (on-/ offshore) • Flächenverfügbarkeit (Windeignungsgebiete Ausschlusskrierien) • Baugesetze (BauGB, LBauG usw.), Raumordnungsgesetze (ROG), Naturschutzgesetze (BNatSchG, LNatSchG usw.), Immissionsschutzgesetze (BImSchG) • Betriebsbedingungen: • Witterungsverhältnisse (Sturm, Temperaturschwankungen, Blitz usw.) Wirtschaftliches • Kosten (Investitions-, Nebenkosten (z.B. Reparatur, Versicherung, Finanzierung usw.)) • Ertrag (Fördertarife, Energieverkauf, Eigenverbrauch) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Windenergie Parameter mittlere Windgeschwindigkeit Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung evtl. geringfügige Zunahme (v.a. im Winter) Ø +1% bis 2050 Ø +2% bis 2100 Zunahme der mittleren Temperaturen Luftdichte geringfügige Zunahme des natürlichen Potenzials Ø 1,1 - 2,3°C bis 2050 Ø 2,1 - 4,8°C bis 2100 RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 geringfügige Beeinträchtigung des nat. Potenzials (Abnahme Luftdichte ca. 1,7% je 5°C Zunahme) Ergebnisse - Windenergie onshore Parameter Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung evtl. geringfügige Zunahme der mittleren Windgeschwindigkeit (v.a. im Winter) geringfügige Zunahme Energieertrag Zunahme der mittleren Temperaturen Ø 1,1 - 2,3°C bis 2050 Betriebsbedingungen onshore Ertragsverluste durch geringere Luftdichte Ø 2,1 - 4,8°C bis 2100 Abnahme Frost- und Eistage Ø -27,4 FT, -11,9 ET bis 2050 weniger Ertragsausfall durch weniger Eisschäden Ø -34,5 FT, -15,6 ET bis 2100 Zunahme Extremwetterereignisse RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ertragsverluste durch Abschaltung bzw. erhöhten Störanfälligkeit der WEA (Verschleiß, Schäden) Ergebnisse - Windenergie offshore Parameter Betriebsbedingungen offshore Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung sinkender Salzgehalt der Ostsee geringfügig abnehmende Korrosionsgefahr steigende Wassertemperaturen (oberflächennah) Ø 0,5 - 1,0°C bis ca. 2050 Ø 1,8 - 2,8°C bis ca. 2100 zunehmender Bewuchs (Algen etc.) biologisch induzierte Korrosion Anstieg Windgeschwindigkeiten Ø 3% bis ca. 2050 Ø 5% bis ca. 2100 Zunahme Starkwindereignisse ca. 5% bis 2100 geringfügig positiver Einfluss auf Energieertrag Zunehmende mechanische Belastung der WEA mögl. Zunahme extremer Wellenhöhen um Ø 0,3 – 0,5m bis ca. 2100 Zunehmende mechanische Belastung der WEA leichte Abnahme Strömungsgeschwindigkeiten um 2 – 3 cm/s keine RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Windenergie Parameter Restriktionen Wirtschaftlichkeit Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung z.B. Verschiebung von Verbreitungsgebieten europäischer Vogel- u.a. Tierarten nord- und bergwärts mögl. Ausbau bestehender Windparkflächen oder neue Eignungsflächen evtl. Minimierung von Abstandsregelungen Ertragsausfälle vermehrt Extremwetterereignisse RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 erhöhte Kosten z.B. durch erhöhte Versicherungszahlungen, Reparaturen Ergebnisse Windenergie Mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale der Windenergie: Das natürliche Potenzial der Windenergie wird durch den Klimawandel nach aktuellem Wissenstand kaum verändert. Die Folgen des Klimawandels für das technische Potenzial der Windenergie (on- wie offshore sind zum Teil noch unklar (z.B. Entwicklung Schutzgebiete) vernachlässigbar (z.B. Strömungsgeschwindigkeiten) oder heben sich gegenseitig auf (Zunahme Wind – Zunahme Temperatur). Durch vermehrte Extremwetterereignisse und daraus entstehenden vermehrten Kosten wie auch Ertragsausfällen wirkt sich der Klimawandel voraussichtlich beeinträchtigend auf das wirtschaftliche Potenzial der Windenergie aus. RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse Biogas Potenzial Parameter • Ertragsleistung der Biogas-Substrat-Quellen Natürliches • NaWaRo (Sorte, Standortansprüche Standortbedingungen (Temperaturen, Niederschläge, Boden) • Reststoffe aus landwirtschaftlicher Produktion (Gülle, etc.) • Anlagenplanung: • Leistungsfähigkeit der technischen Anlagen (Anlagenart, -dimension, Verfahrenstechnik, etc.) • Restriktionen: Technisches • Standort – Transportradius, Entfernung der Substraterzeuger • Baugesetze (BauGB, LBauG usw, Immissionsschutzgesetze (BImSchG), Naturschutzgesetze (BNatSchG, LNatSchG usw.), Biomasseverordnung, etc. • Betriebsbedingungen: • Witterungsverhältnisse (Sturm, Temperaturschwankungen, Blitz usw.) Wirtschaftliches • Kosten (Investitions-, Nebenkosten (z.B. Reparatur, Versicherung, Finanzierung usw.)) • Ertrag (Fördertarife, Energieverkauf, Eigenverbrauch) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse - Biogas Parameter Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung Zunahme: Ø 1,1 - 2,3°C bis 2050 Lufttemperatur Ø 2,1 - 4,8°C bis 2100 Zunahme der Sommertage (>25°C) Ø 4,6 Tage bis 2050 Ø 16,8 Tage bis 2100 Zunahme der heißen Tage (>30°C) Ø 1,3 Tage bis 2050 Ø 5,3 Tage bis 2100 leicht erhöhte jährliche Niederschlagsmengen Niederschlag Weniger sommerliche Niederschläge Verstärkt winterliche Niederschläge RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Je nach Standanspruch einzelner Kulturen Rückgang in Wachstum und Ertrag Hitzestress bei den Nutztieren Steigende Verdunstung, schnellere Austrocknung der Böden Zunahme von Schädlingen pflanzlicher wie tierischer Sommer: Austrocknen der Böden, Rückgang des Pflanzenwachstums, verstärkte Winderosion Winter: verstärkte Hochwassergefahr, staunasse Böden erschweren Bodenbewirtschaftung, zunehmende Erosionsgefahr und Auswaschung von Nähr- u. Schadstoffen Ergebnisse Biogas Parameter Restriktionen Betriebsbedingungen Wirtschaftlichkeit Veränderung durch Klimawandel? Auswirkungen der Veränderung Ertragseinbußen in der Nahrungsmittelproduktion Priorisierung der Nahrungsmittelproduktion und damit Rückgang der Flächen für den Energiepflanzenanbau Erhöhtes Schadenspotenzial vermehrt Extremwetterereignisse für die technischen Anlagen für die Pflanzen auf den Feldern vermehrt Extremwetterereignisse pot. Abnahme verfügbarer Ackerpflächen RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ertragsausfälle in der landwirtschaftlichen Produktion sowie in der Biogasanlage erhöhte Kosten z.B. durch erhöhte Versicherungszahlungen, Reparaturen Ergebnisse Biogas Mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale von Biogas: Der Klimawandel wird sich nach aktuellem Kenntnisstand eher nachteilig auf die Ertragsleistung der Landwirtschaft und damit auf das natürliche Potenzial der Biogasproduktion aus. Zunehmende Extremwetterereignisse erhöhen das Schadenspotenzial für die technischen Anlagen. Sie können weiterhin zu Ertragsausfällen in der Landwirtschaft und damit zu einer unzureichenden Versorgung der Biogasanlagen mit Biogassubstraten führen. Der Klimawandel wird voraussichtlich zu Beeinträchtigungen des wirtschaftlichen Potenzial von Biogas führen. RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Ergebnisse - Zusammenfassung Entwicklung der Potenziale der Erneuerbaren unter dem Einfluss des Klimawandels Oberflächennahe Geothermie Positive Entwicklung der Potenziale insbesondere für Heizanwendungen im Winter Photovoltaik Beeinträchtigung der Potenziale durch den Klimawandel möglich, insbesondere durch Extremwetterereignisse Windenergie Beeinträchtigung der Potenziale durch den Klimawandel möglich, insbesondere durch Extremwetterereignisse Biogas Beeinträchtigung der Potenziale durch den Klimawandel möglich, insbesondere durch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Anpassungsempfehlungen Entwicklung der Potenziale der Erneuerbaren unter dem Einfluss des Klimawandels Oberflächennahe Geothermie Nutzung der oberflächennahen Geothermie auch für spezielle Projekte, z.B. thermische Nutzung des Untergrundes im Strandbereich, nutzen Anlagen, die im Sommer kühlen und im Winter heizen, sind energetisch und wirtschaftlich effektiver Photovoltaik Besondere Berücksichtigung potenzieller Extremwetterereignisse bei der Anlagenplanung z.B. durch Erhöhung der Standfestigkeiten, Robustheit der Module gegenüber mechanischer Belastungen (z.B. Hagel) RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 Anpassungsempfehlungen Entwicklung der Potenziale der Erneuerbaren unter dem Einfluss des Klimawandels Windenergie Besondere Berücksichtigung potenzieller Extremwetterereignisse bei der Anlagenplanung z.B. durch Erhöhung der Standfestigkeiten Biogas Ausweitung des Einsatzspektrums von Substrat zur Biogasproduktion neue Sorten von Energiepflanzen (Sorghumhirsen, Sudangras, etc.) mehr Restabfälle verwerten Optimierung der Biogasanlagen auf technischer und biologischer Ebene Berücksichtigung potenzieller Extremwetterereignisse bei der Anlagenplanung RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014 FAZIT Folgen des Klimawandels bis 2100 noch weitgehend unklar! Die potenziellen negativen Auswirkungen des Klimawandels auf die Potenziale der Erneuerbaren werden voraussichtlich durch die Weiterentwicklung der Technologien kompensiert. Die Berücksichtigung von Extremwetterereignissen findet bereits bei der Entwicklung der Anlagen vor allem aus wirtschaftlichen Gründen zur Vorbeugung von Ertragsausfällen statt. Weiterer Forschungsbedarf besteht im Bereich der Anpassung bzw. Optimierung von Biogasanlagen! Für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien sind v.a. die Weiterentwicklung von Speichertechnologien und der Netzausbau von Bedeutung! RADOST Abschlusskonferenz 1. / 2. April 2014
