Systemeffizienz bei regenerativer Stromerzeugung: Strategien für effiziente Energieversorgung bis 2050

Von Günther Brauner

In diesem Buch wird eine genauere Analyse auf der Basis von viertelstündlichen Zeitreihen des Dargebots von Windenergie und Photovoltaik durchgeführt. Die Endnutzung einschließlich Elektromobilität wird ebenfalls mit detaillierteren Zeitreihen der Lastprofile für Sommer und Winter und dabei jeweils für Wochentage und Wochenenden dargestellt. 

Die anschließende Analyse klärt, ob die regenerativen Potenziale ausreichen, wie die optimalen Erzeugungsszenarien und Infrastrukturen der Zukunft aussehen können, wie es um die Leistbarkeit und die Umweltverträglichkeit steht.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Springer Vieweg
• Erscheinungsdatum: 23. Apr. 2019
• ISBN: 9783658248543

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Günther Brauner

Systemeffizienz bei regenerativer StromerzeugungStrategien für effiziente Energieversorgung bis 2050

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Günther Brauner

Institut für Energiesysteme, TU Wien, Wien, Österreich

ISBN 978-3-658-24853-6e-ISBN 978-3-658-24854-3

https://doi.org/10.1007/978-3-658-24854-3

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Vorwort

Die Wandlung der Energieerzeugungssysteme von fossiler zu überwiegend regenerativer Technologie ist vorgegeben und notwendig. Der damit verbundene Evolutionsprozess benötigt mehrere Jahrzehnte, einen hohen Kapitaleinsatz und ist sehr komplex.

Die Vergangenheit war geprägt von der Entwicklung der regenerativen Energiequellen, insbesondere der Windenergie und der Photovoltaik sowie der zugehörigen Leistungselektronik, Schutz- und Automatisierungstechnik.

Mit zunehmendem Anteil der regenerativen Energieerzeugung rückt das Endziel der überwiegend regenerativen Energieversorgung immer näher. Dabei stellen sich Fragen, ob die regenerativen Potenziale ausreichen, wie die optimalen Erzeugungsszenarien und Infrastrukturen der Zukunft aussehen und ob dies alles umweltverträglich umsetzbar und für die Gesellschaft leistbar sein wird.

Die bisherige Entwicklung der Energiewende macht deutlich, dass die anfänglichen Studien, die Potenziale ermittelt haben und daraus Gesamtversorgungsszenarien entwickelten, unzulänglich sind. Die unterschiedlichen Charakteristiken der regenerativen Erzeugungsanlagen und der Lasten mindern nämlich den Anteil der nutzbaren regenerativen Energie. Eine überwiegend solare Energieversorgung führt beispielsweise im Sommer zu einem hohen Überangebot und im Winter zu einem Erzeugungsmangel. Zur Verlagerung der sommerlichen Überschussenergie in den Winter hinein wären sehr große Speicherkapazitäten erforderlich, die nur gering genutzt würden. Die Realisierung von großen langfristigen Speicherkapazitäten wäre weder wirtschaftlich noch umweltverträglich möglich. Kurzfristige zentrale und dezentrale Speicher sind dagegen notwendig, um den Nutzungsgrad der regenerativen Energie zu erhöhen.

In diesem Buch wird eine genauere Analyse auf der Basis von viertelstündlichen Zeitreihen des Dargebots von Windenergie und Photovoltaik durchgeführt. Die Endnutzung einschließlich Elektromobilität wird ebenfalls mit detaillierteren Zeitreihen der Lastprofile für Sommer und Winter und dabei jeweils für Wochentage und Wochenenden dargestellt. Diese detailliertere Analyse ergibt, dass Photovoltaik im Haushalt über das Jahr gesehen nur zu etwa 35 % wirtschaftlich genutzt werden kann. Zusammen mit lokalen Speichern ist eine Nutzung von 50 % möglich. Der beste Erzeugungsmix im Binnenland besteht zu 75 % aus Energie aus Schwachwindanlagen und zu 25 % aus gebäudeintegrierter Photovoltaik mit lokalen Speichern. Hiermit ist eine regenerative Deckungsrate von 80 % möglich.

Eine genauere Analyse der regenerativen Potenziale aus Windenergie, Photovoltaik, Wasserkraft und Biomasse in Österreich, Deutschland und Europa (EU-28) zeigt, dass die wirtschaftlich und ökologisch realisierbaren regenerativen Potenziale nur für etwa 40  bis 50 % des heutigen Endenergiebedarfs ausreichen. Technologische Effizienzsteigerung und verändertes suffizientes Nutzerverhalten sind zusätzlich erforderlich, um eine nachhaltige Energieversorgung zu ermöglichen. Durch Effizienz wird diese auch für alle leistbar. Energieeffiziente Gebäude mit Wärmepumpen oder Speicherheizungen, nachhaltige Elektromobilität und Sektorenkopplung mit Power-to-Heat, Power-to-Gas und Power-to-Mobility sind die Schlüssel zum Erfolg.

Die Potenzialanalysen zeigen auch, dass zur Zielerreichung durch Photovoltaik die Dach- und Fassadenflächen der Mehrzahl der vorhandenen Gebäude beansprucht werden und Windenergie näher an die Siedlungen rücken muss, als es die heutigen Raumordnungen vorsehen. Hierbei sind Konflikte vorhersehbar, ist doch unsere Vorstellung von einer lebenswerten Siedlung seit der Römerzeit durch rote Dachziegelflächen geprägt. Wenn die überwiegende Zahl der Häuser blauglänzende Photovoltaikmodule trägt und wir keine Dachziegel mehr benötigen – wird das allgemeine Akzeptanz finden? Können wir neue solare Architekturen entwickeln, die regenerative Erzeugung und lebenswertes Wohnen verbinden?

Auch bei der Windenergie gibt es ähnliche Herausforderungen. Die Mindestabstände zu Siedlungen wurden in einigen Länder auf 2000 m festgelegt. Die damit möglichen Windenergiepotenziale reichen aber nicht mehr aus. Die Windenergieanlagen müssten mindestens auf 1000 m an die Siedlungen heranrücken. Der gewohnte Blick auf ein weites Land wird durch rotierende Windenergieanlagen verändert. Sollten wir die Raumplanung erneuern und um Siedlungen Baumgürtel schaffen, die eine Entkopplung bewirken?

Diese Fragestellungen können in diesem Buch nicht beantwortet werden, ergeben sich aber aus den genaueren Potenzialanalysen. Sie sollten Anregung für die Architektur und die Raum- und Landschaftsplanung sein.

Dies alles zeigt, dass die Energiewende viele sehr komplexe Aufgabenstellungen enthält und nicht nur durch Sicht auf Potenziale und Technologien allein planbar ist. Sie benötigt vielmehr einen langfristigen Mediationsprozess, in dem die Vorteile gegen die Nachteile abzuwägen sind. Für faire Mediationsverfahren sind neue Ausbildungsinhalte erforderlich. Die Technische Universität Wien bietet daher zusammen mit der Diplomatischen Akademie Österreichs eine postgraduale Ausbildung an: „Environmental Technology and International Affairs", in der einerseits Umwelt- und Energietechnologien und andererseits diplomatische Fähigkeiten vermittelt werden. Der Autor dieses Buches ist hier im Bereich „Renewable Energy Systems" tätig. Das Buch enthält auch Inhalte aus dieser Vorlesung.

Abschließend möchte ich mich bei Frau Dr. Gabriele Goffriller für das Korrekturlesen und wertvolle Hinweise bedanken. Herrn Dr.-Ing. Herbert Bessei danke ich für die technische Durchsicht des Manuskripts und wertvolle Anregungen. Meiner Frau Hannelore für das Verständnis und die Geduld, mit denen sie den arbeitsaufwendigen Vorgang, der mit dem Schreiben eines Buches verbunden ist, begleitet hat.

Herzlich bedanken möchte ich mich beim Springer Verlag und bei Herrn Dr. Fröhlich für die hervorragende Betreuung und Gestaltung dieses Buches.

Günther Brauner

Wien

25. August 2018

Inhaltsverzeichnis

1 Kurzfassung des Buches:​ Regenerative Systemeffizienz 1

1.​1 Energiebedarf, Potenziale und Ressourcen 1

1.​2 Energiewirtschaf​t der Effizienz und Suffizienz 6

1.​3 Speichertechnolo​gien 7

1.​4 Netze 8

1.​5 Dezentrale Energieversorgun​g 8

1.​6 Gebäude und Heizungsbedarf 9

1.​7 Nachhaltige Mobilität 10

1.​8 Sektorenkopplung​ 11

2 Energiebedarf, Potenziale und Ressourcen 13

2.​1 Entwicklung des Energiebedarfs 13

2.​2 Entwicklungsziel​e der erneuerbaren Energieversorgun​g 16

2.​3 Potenziale der erneuerbaren Energie 19

2.​3.​1 Grenzen der Potenziale 19

2.​3.​2 Windenergie 20

2.​3.​3 Photovoltaik 23

2.​3.​4 Wasserkraft 26

2.​3.​5 Biomasse (nachwachsende Rohstoffe – NaWaRo) 28

2.​4 Bedeutung der Biomasse in der regenerativen Energieversorgun​g 32

2.​5 Zusammenfassung 34

Literatur 34

3 Energiewirtschaf​t der Effizienz 37

3.​1 Entwicklung der Erzeugungskosten​ und Netztarife bis 2050 37

3.​2 Photovoltaik und das Mieterstrommodel​l 41

3.​3 Effizienz und Leistbarkeit 43

3.​4 Energiewirtschaf​tliche Bewertung der Effizienz 45

3.​5 Contracting 46

3.​6 Effizienzmaßnahm​en und Monitoring 48

3.​7 Der Rebound-Effekt 51

3.8 Graue Energie und Energy-Payback-Time 52

3.​9 Analyse und Monitoring der Energieeffizienz​ 53

3.​10 Energiemanagemen​t 57

3.​11 Zusammenfassung 58

Literatur 59

4 Effizienz und Suffizienz 61

4.​1 Bedeutung der Effizienz 61

4.​2 Erzeugungseffizi​enz 61

4.​3 Nutzungseffizien​z 67

4.​4 Betriebseffizien​z 67

4.​5 Ressourceneffizi​enz 68

4.​6 Lebenszyklusanal​yse (LCA) 68

4.​7 Erntefaktor und Erntezeit, bezogen auf die graue Energie 69

4.​7.​1 Definitionen 69

4.​7.​2 Erntefaktor von Erzeugungsanlage​n 70

4.​7.​3 Erntefaktor von Endnutzungsanlag​en 73

4.8 Energierückgewinnungszeit (Energy-Payback-Time-Period) 74

4.​9 Suffizienz und Leistbarkeit 75

4.​10 Zusammenfassung 78

Literatur 78

5 Effizienz von Speichertechnolo​gien 81

5.​1 Speichertechnolo​gien 81

5.​2 Aufgaben der Speicher 82

5.​3 Pumpspeichertech​nologie 85

5.​3.​1 Wandel der Pumpspeicher für die regenerative Energieversorgun​g 85

5.​3.​2 Energiewirtschaf​t der Pumpspeicher im regenerativen Umfeld 87

5.​4 Druckluftspeiche​r 91

5.​5 Vergleich der Speichertechnolo​gien 94

5.​6 Akkumulatoren 96

5.​7 Lastverschiebung​ (Load Levelling) mit Speichern 100

5.​8 Spitzenlastverme​idung (Peak Shaving) 102

5.​9 Zusammenfassung 104

Literatur 104

6 Effizienz von Netzen 107

6.​1 Aufgaben der Elektrizitätsnet​ze 107

6.​2 Theorie der Leitungsübertrag​ung 109

6.​3 Betriebsverhalte​n von Freileitungen 111

6.​4 Betriebsverhalte​n von Kabeln 114

6.​4.​1 Technische Eigenschaften von Kabeln 114

6.​4.​2 Thermisches Betriebsverhalte​n von Kabeln 115

6.​4.​3 Eigenschaften von Mittelspannungs- und Hochspannungskab​eln 119

6.​4.​4 Dynamisches Betriebsverhalte​n von Kabeln 123

6.​5 Anbindung von Windparks im Hoch- und Höchstspannungsn​etz 127

6.​6 Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Freileitungen und Kabeln 131

6.​7 Energiewirtschaf​t der Netze 132

6.​7.​1 Genehmigungsverf​ahren und Umweltverträglic​hkeitsprüfung 132

6.​7.​2 Energiewirtschaf​tliche Analyse der Versorgungssiche​rheit 133

6.​7.​3 Energiewirtschaf​tliche Analyse des Engpassmanagemen​ts 136

6.​8 Zusammenfassung 138

Literatur 138

7 Effizienz der dezentralen Energieversorgun​g 141

7.​1 Herausforderunge​n der nachhaltigen Energieversorgun​g 141

7.​2 Dezentrale Versorgungskonze​pte 142

7.​2.​1 Smart Grid 142

7.​2.​2 Micro Grid und dezentrale Energiezellen 143

7.​2.​3 Vertikale Netznutzung und traditioneller Strommarkt 144

7.​2.​4 Horizontale Netznutzung und Smart Market und Micro Market 147

7.​3 Effizienz von dezentralen Energiezellen 149

7.​3.​1 Effizienzstrateg​ie der dezentralen Energieversorgun​g 149

7.​3.​2 Mögliche Deckungsgrade der dezentralen Energieversorgun​g 150

7.​4 Erzeugungseffizi​enz durch Vernetzung von Regionen 153

7.​5 Eigenerzeugungsq​uote und Deckungsrate im Verteilnetz mit PV 155

7.​6 Nachhaltige Elektromobilität​ im Verteilungsnetz 158

7.​7 Nachhaltige Versorgungsstrat​egie im Verteilungsnetz 162

7.​8 Zukunft dezentraler Netzdienstleistu​ngen 165

7.​9 Zusammenfassung 167

Literatur 167

8 Effizienz der Gebäude und Heizungsbedarf 169

8.​1 Wohngebäudebesta​nd nach Effizienzklassen​ 169

8.​2 Allgemeiner Energiebedarf der Gebäude 172

8.​3 Heizenergiebedar​f 174

8.​4 Heizungskosten und Elektrizitätsbed​arf 175

8.​4.​1 Monovalente und bivalente Gasheizungen mit Solarthermie 175

8.​4.​2 Wärmepumpen:​ Theorie und Bauformen 176

8.​4.​3 Auslegung von Wärmepumpen zur Raumheizung 181

8.​5 Wärmepumpen zur Raumkühlung 183

8.​6 Direkt- und Speicherheizunge​n 184

8.​7 Zukünftige Anforderungen an Speicherheizunge​n 186

8.​8 Effizienzpotenzi​ale und Wirtschaftlichke​it von Heizungssystemen​ 190

8.​8.​1 Jahreskosten von Wärmepumpentypen​ im Vergleich 190

8.​8.​2 Elektrische Direkt- und Speicherheizunge​n 191

8.​8.​3 Elektrizitätsbed​arf von Wärmepumpen und Direktheizungen 192

8.​9 Effizienzpotenzi​ale bei Raumheizungen bis 2050 193

8.​10 Zusammenfassung 196

Literatur 196

9 Effizienz der Mobilität 199

9.​1 Kenndaten des Straßenverkehrs 199

9.​2 Bauformen von Elektrofahrzeuge​n 201

9.​3 Energiebedarf von Fahrzeugen 202

9.​4 Energiebedarf und Reichweite von Elektrofahrzeuge​n 207

9.​5 Vergleich von Elektro- und Verbrennungsantr​ieb 210

9.​6 Neuer Europäischer Fahrzyklus und WLTP-Zyklus 211

9.​7 Mobilitätsbedarf​ im städtischen und ländlichen Bereich 213

9.​8 Effizienzpotenzi​ale im Verkehrssektor 216

9.​8.​1 Effizienz durch Technologie 216

9.​8.​2 Effizienz durch Organisation und Digitalisierung 219

9.​8.​3 Effizienz durch Nutzerverhalten 221

9.​9 Zusammenfassung 221

Literatur 222

10 Effizienz durch Sektorenkopplung​ 225

10.​1 Sektorenkopplung​ 225

10.​2 Wärmesektor – Power-to-Heat 227

10.​3 Gassektor – Power-to-Gas 233

10.​4 Mobilitätssektor​ – Power-to-Mobility 234

10.​5 Potenziale der Sektorenkopplung​ 237

10.​6 Energiewirtschaf​t der Sektorenkopplung​ 239

10.​7 Zusammenfassung 240

Literatur 241

11 Handlungsoptione​n 243

11.​1 Handlungsoptione​n der Effizienz von Gebäuden 243

11.​2 Handlungsoptione​n einer effizienten Mobilität 244

11.​3 Handlungsoptione​n in Industrie und Gewerbe 244

11.​4 Handlungsoptione​n im Haushalt 244

11.​5 Handlungsoptione​n der regenerativen Erzeugung 245

11.​5.​1 Windenergie 245

11.​5.​2 Photovoltaik 245

11.​5.​3 Wasserkraft und Pumpspeicher 246

11.​5.​4 Biomasse 246

11.​6 Handlungsoptione​n bei Energienetzen 246

11.​7 Humanfaktoren 247

Über den Autor

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Günther Brauner

Technische Universität Wien. Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe.

Studium der Nachrichtentechnik und Promotion auf dem Gebiet Hochspannungstechnik an der Technischen Universität Darmstadt. Danach 14 Jahre bei AEG Frankfurt im Fachgebiet Netzanlagen beschäftigt. Dort war er für die Entwicklung des „Programmsystems für Aufgaben der Netzplanung – PAN" verantwortlich und hat Systemstudien über Netzdynamik, Netzregelung, Blackout und Netzwiederaufbau durchgeführt. Seit 1990 an der Technischen Universität Wien im Bereich Energiesysteme mit Forschungsarbeiten auf den Gebieten: Netzintegration regenerativer Energiequellen, insbesondere Photovoltaik und Windenergie, Netzdynamik und Netzregelung, Masterpläne für Übertragungsnetze und großstädtische Verteilungsnetze, Pumpspeicher, Elektromobilität und dezentrale regenerative Energiesysteme. Er war 10 Jahre Mitglied des Aufsichtsrates der Verbund AG und hat in dieser Zeit Erfahrungen für technische, wirtschaftliche und ökologische Systemansätze und langfristige Unternehmensstrategien gewonnen.

© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, ein Teil von Springer Nature 2019

Günther BraunerSystemeffizienz bei regenerativer Stromerzeugunghttps://doi.org/10.1007/978-3-658-24854-3_1

1. Kurzfassung des Buches: Regenerative Systemeffizienz

Günther Brauner¹  

(1)

Institut für Energiesysteme, TU Wien, Wien, Österreich

Günther Brauner

Email: [e-mail]

Dieses Kapitel ist eine Kurzfassung des Buches und stellt die wesentlichen Ergebnisse zusammen. Die Hintergründe und ausführlichen Analysen können in den entsprechenden Kapiteln nachgelesen werden.

1.1 Energiebedarf, Potenziale und Ressourcen

Potenziale und Effizienzerfordernisse

Beim Übergang von der fossilen zur regenerativen Energieversorgung stellen die technisch, wirtschaftlich und umweltverträglich nutzbaren Potenziale die Grenzen der Machbarkeit dar. In diesem Buch werden die Möglichkeiten und Grenzen in langfristigen Szenarien bis zum Jahr 2050 durch Potenzialanalysen und Zeitreihensimulationen analysiert. Hieraus werden Notwendigkeiten für effiziente und suffiziente Endanwendung von Energie abgeleitet.

Die Länder Österreich und Deutschland werden hierbei miteinander verglichen. Die Europäische Union mit ihren Mitgliedsstaaten EU-27 bzw. EU-28 wird in ihren Gesamtpotenzialen in den Vergleich einbezogen.

Tab. 1.1 zeigt den Ausgangszustand im Jahr 2016. Der Elektrizitätsbedarf hat einen Anteil von 20 bis 24 % in Österreich, Deutschland und in der EU-28. Da die Entwicklung der regenerativen Energieversorgung überwiegend in Richtung Elektrizitätserzeugung mit Wasserkraft, Windenergie und Photovoltaik geht, ist zukünftig eine Substitution von fossiler Energie durch erneuerbare Elektrizität erforderlich. Hierzu muss einerseits die Elektrizitätserzeugung aus fossilen Energieträgern durch erneuerbare Energie substituiert werden. Andererseits müssen möglichst alle bisherigen fossilen Energieanwendungen auf erneuerbare Elektrizität umgestellt werden.

Tab. 1.1

Energieversorgung 2016

Tab. 1.1 zeigt, dass die Sektoren des Endenergiebedarfs vergleichsweise sehr ähnlich sind.

Eine Analyse der regenerativen Potenziale unter Berücksichtigung von technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Randbedingungen in Tab. 1.2 zeigt, dass die Potenziale beschränkt sind. Die Potenzialgrenzen liegen in fast allen Ländern Europas bei etwa dem doppelten Elektrizitätsbedarf von 2016. Das bedeutet, dass gegenüber dem gesamten Endenergiebedarf von 2016 etwa 50 % einzusparen sind.

Tab. 1.2

Potenziale der erneuerbaren Elektrizität bis 2050

Abb. 1.1 zeigt eine denkbare Energiestrategie der Zukunft. Der bisherige Gesamtenergiebedarf wird durch Maßnahmen zur Effizienz und Suffizienz um 50 % vermindert und der nutzbare regenerative Anteil wird durch Ausbau der regenerativen Energiequellen nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien unter Beachtung geltender Umweltstandards auf 40 % des bisherigen Endenergiebedarfs erhöht. Zwischen dem nutzbaren regenerativen Potenzial und dem Bedarf klafft weiterhin eine Lücke von 10 % des heutigen Bedarfs. Dies ergibt sich aus dem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf von Dargebot und Bedarf. Insbesondere auf längere Perioden mit regenerativer Übererzeugung können längere Perioden mit Untererzeugung folgen. Bei der solaren Energiewandlung kann eine Sommer-Winter-Verlagerung notwendig sein und Windenergie hat im Winter ein höheres Dargebot als bei großflächigen Hochdrucklagen im Sommer.

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Abb. 1.1

Veränderung des Energiebedarfs in Europa bis 2050

Bezogen auf einen zukünftigen verminderten Endenergiebedarf im Jahr 2050 bedeutet dies, es können nur 80 % regenerativ erzeugt werden (letzte Zeile von Tab. 1.2). Ein Schließen dieser Lücke wäre durch langfristige Speicherkapazitäten möglich. In Österreich haben Untersuchungen gezeigt, dass dazu die Pumpspeicherkapazitäten um den Faktor 150 erhöht werden müssten. So viele Täler zum Fluten gibt es in Österreich aber nicht. Diese Speicher wären zudem unwirtschaftlich, da sie nur etwa zweimal im Jahr gefüllt würden und damit sehr hohe Fixkosten hätten. Ökologie und Wirtschaftlichkeit erlauben nur kurzfristige Speicherkapazitäten. Aus heutiger Sicht sind daher weiterhin umweltfreundliche Reservekraftwerke vorzuhalten. Dies können dezentrale Kleinkraftwerke mit Brennstoffzellen und Wasserstoff als Energieträger sein, Gasmotoren in Heizkraftwerken oder Gebäudeheizungsanlagen mit Erdgas bzw. Biogas oder zentrale Gas-und-Dampfkraftwerke großer Leistung mit Fernwärmeauskopplung und mit Erdgas/Biogas als Brennstoff.

Die Reservekraftwerke würden nur etwa 1000 bis 1500 Volllaststunden eingesetzt und hätten daher höhere Fixkosten. Wegen der kurzen Einsatzstunden und dem damit geringen Anteil an der Gesamterzeugung hat das nur einen geringen Einfluss auf die Strompreise.

Wie gezeigt wird, ist eine regenerative Vollversorgung im Jahr 2050 technisch und wirtschaftlich kaum möglich. Reservekraftwerke sind daher notwendig und sollten in ihrer Leistung ungefähr der Spitzenlast des Netzes entsprechen. Dadurch ist eine hohe Versorgungssicherheit möglich, da dann auch länger Perioden ohne ausreichendes Dargebot sicher zu überbrücken sind. Damit wird deutlich, dass ein systemischer Ansatz unter Berücksichtigung von Potenzialen, Kosten, Umweltauswirkungen und Versorgungssicherheit zu Kompromisslösungen führt. Die Ideologie einer rein regenerativen Energieversorgung würde nach heutigem Stand der Technik zu unwirtschaftlichen Systemen mit hohen Umweltauswirkungen durch die Schaffung langfristiger Speicherkapazitäten führen. Langfristig ist durchaus eine regenerative Vollversorgung möglich. Dazu sind neue Speichertechnologien, Sektorenkopplungen und ein verändertes Nutzerverhalten erforderlich, das sich in den nächsten Jahrzehnten entwickeln müsste und kaum vorhersehbar ist.

Die Minderung des Energiebedarfs bis zum Jahr 2050 ist voraussichtlich zu 70 % durch technologische Effizienzmaßnahmen und zu 30 % durch verändertes suffizientes Nutzerverhalten erreichbar. Technologische Effizienzverbesserungen im Endverbrauch sind durch Umstellung der Mobilität vom Verbrennungsmotor auf den Elektroantrieb möglich. Im Bereich Heizungswärme kann durch Effizienzmaßnahmen an den Gebäuden der Energiebedarf durch thermische Dämmung und durch Einführung von Wärmepumpen anstelle von Öl- oder Gasheizungen abgesenkt werden. Die freiwillige Begrenzung der Wohnfläche pro Person auf den Bedarf stellt eine Suffizienzmaßnahme dar. Der industrielle Energiebedarf ist durch Umstellung von fossiler Energie auf effiziente Elektrizitätsanwendungen, Biomassederivate und Sektorenkopplung auf überwiegend regenerative Versorgung umstellbar.

Windenergie

Die Windenergieanlagen müssen im Binnenland längerfristig in Richtung von Schwachwindanlagen technologisch entwickelt werden, um mit geringeren Übertragungsleistungen in den Netzen auskommen zu können. Der von der Bevölkerung wenig akzeptierte Netzausbau stellt ein wesentliches Hindernis für die adäquate Entwicklung der Netze entsprechend dem Ausbau der regenerativen Energieerzeugung dar. Durch verstärkte Dezentralisierung kann eine teilweise Entschärfung erfolgen. Zentrale Infrastrukturen für eine weiträumige Vernetzung der regenerativen Erzeugung sind aber weiterhin notwendig.

Die Raumordnung stellt ein weiteres Hindernis für die Entwicklung der Windenergie dar. Mindestabstände von 2000 Metern zu Siedlungen begrenzen die Ausbaumöglichkeiten. Es wäre erforderlich, die Mindestabstände auf etwa 1000 m zurückzunehmen.

Die Ausbeute an Windenergie kann im Binnenland in Europa um den Faktor acht vergrößert werden und wird 2050 einen Anteil von 40 % an der erneuerbaren Elektrizität haben. Die Offshore-Windenergie wird einen Anteil von 15 % erreichen und die gebäudeintegrierte Photovoltaik 30 %.

Photovoltaik

Die ökologischen Potenziale der Photovoltaik sind durch die nutzbaren Dach- und Fassadenflächen der Gebäude begrenzt. Um die Ausbauziele zu erreichen, ist der überwiegende Teil dieser Flächen für PV-Installationen notwendig. Geförderte Einspeisetarife für PV-Anlagen sind infolge regelmäßiger Tarifabsenkungen längerfristig nicht mehr attraktiv. Zukünftige PV-Anlagen befinden sich im Eigentum der Hausbewohner oder von Energiedienstleistern und sind im Vergleich zu den stark ansteigenden Netztarifen wirtschaftlich zu betreiben. PV-Contracting stellt ein neues interessantes Geschäftsfeld für Energieversorger und Investoren dar. Wegen der unterschiedlichen Charakteristiken von regenerativer Erzeugung und Energiebedarf können nur etwa 50 % der gebäudeintegrierten PV lokal genutzt werden, daher stellt der PV-Retailmarkt mit Aggregatoren und Mikrobilanzgruppen ein neues Wachstumssegment dar. Zusammen mit Schwachwindanlagen und PV-Speichern sind Deckungsraten der Haushaltslast bis 80 % möglich.

Wasserkraft

Im Bereich der Energiebereitstellung hatte die Wasserkraft historisch eine große Bedeutung. Die Potenziale sind in Deutschland weitgehend ausgebaut. In Österreich ist ein ausbauwürdiges Restpotenzial von 15 % vorhanden und in Europa beträgt dies 40 %.

Laufwasserkraftwerke als kleine und große Anlagen werden in Europa bis zum Jahr 2050 weiterhin ein jährliches Wachstum von 0,9 % aufweisen. Insbesondere in Ländern mit noch ungenutzten Potenzialen ist eine Entwicklung möglich.

Der Ausbau der Pumpspeicherkraftwerke ist zur kurzfristigen Aufnahme von regenerativer Überschussenergie und zur Bereitstellung von Regel- und Ausgleichsenergie erforderlich. Pumpspeicher waren in der Periode der überwiegend fossilen Energieversorgung für die Aufnahme von Nachtstrom aus thermischen Kraftwerken und zur Abgabe als Spitzenlast zur Mittagszeit des folgenden Tages ausgelegt. Die