KOMMID2050

Um diese Fragen ergebnisoffen zu beantworten, haben sechs führende Unternehmen der deutschen Energiewirtschaft bzw. Automobilindustrie mit WECOM eine Studie auf Basis eines neuartigen, sektor­über­greifenden Ansatzes durchgeführt und stellen die Ergebnisse einer öffentlichen Diskussion.

Herausforderung

Aus rein technischer und politischer Sicht bestehen unzählige Ausgestaltungsmöglichkeiten für das künftige dekarbonisierte Energiesystem. Bisherige Studien enthalten dazu teiloptimierte Ergebnisse oder nutzen verschiedene, nur einen jeweiligen Teilbereich überblickende Sektor-Modelle zum Design künftiger Energiesysteme.

Der Anspruch von WECOM und seinen Projektpartnern war es daher erstmalig für Deutschland ein vollständig wirtschaftlich optimiertes dekarbonisiertes Energiesystem in feiner regionaler Auflösung zu ermitteln. Es sollten, unter Berücksichtigung regionaler Unterschiede bereits in der Berechnung, alle Segmente des Energiesystems (d.h. auch Endverbrauchstechnologien und Netze) optimiert und diese Optimierung aller Segmente simultan in einem geschlossenen Modell durchführt werden.

Herangehensweise

• Die Ermittlung des kostengünstigsten 100% erneuerbaren, machbaren und versorgungssicheren Energiesystems erfolgte vollständig durch mathematische Optimierung ohne Ergebnisvorgaben durch die teilnehmenden Unternehmen. Für über 150 modellierte Technologien entlang der gesamten Energie­wert­schöpfungs­kette wurde also berechnet, welche Kapazität je Region optimal ist – ohne Prognosen über ihren Einsatz oder Nicht-Einsatz zu benötigen.
• Diese Berechnung (mit über 4 Mio. Entscheidungen) erfolgte mit WECOMs Planungswerkzeug WALERIE, das im Rahmen von fünf internationalen Projekten und unter Mitwirkung von mehr als 35 Unternehmen der Energiewirtschaft entwickelt wurde.
• Das Planungswerkzeug WALERIE arbeitet vollintegriert (Sektorkopplung), vollständig datengetrieben, regionenscharf, inklusive integriertes Netzmodell und optimalen Anlagen-Dispatch.
• WALERIE berücksichtigt bereits bei der Berechnung Prognoserisiken in den Inputdaten und ist auch zur effizienten Szenarioberechnung und Stabilitätsanalyse bestens geeignet.
• Die Parametrierung von WALERIE für Deutschland basiert auf dem aktuellsten Stand der Wissenschaft und Forschung aus mehr als 250 externen Studien sowie der Expertise der Projektpartner.

Ergebnis

Die vorliegenden Berechnungen zeigen ein nach ausschließlich wirtschaftlichen und technischen Bedingungen optimiertes Energiesystem. Um die künftigen, je Segment und Region stark unterschiedlichen Versorgungsaufgaben kostenoptimal und ohne fossile Energiequellen zu erfüllen, wird eine hohe Vielfalt an Technologien und Energieträgern eingesetzt. Das wirtschaftlich optimierte Energiesystem ist viel effizienter als das heutige, viel weniger importabhängig und aufgrund der hohen Diversifikation auch resilient gegenüber Veränderungen der technischen, wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen.

• Die Energieaufbringung erfolgt zu rund drei Vierteln im Inland, die Importabhängigkeit ist daher im Vergleich zu heute massiv reduziert (-80% Energieimporte).
• Inländische Potenziale zur Primärstromerzeugung werden stark ausgelastet, Ausbaupfade für Windkraft und Photovoltaik müssen beschleunigt werden.
• Die Flexibilisierung des Stromsystems und die Bereitstellung notwendiger Speicherkapazität erfolgt wesentlich über erneuerbare Gase: 33% des Primärstroms werden in Elektrolysen (rd. 3 500 Volllaststunden) eingesetzt; Gaskraftwerke werden ausgebaut und Wasserstoff-fähig, setzen im Jahresverlauf jedoch viel weniger Gas als heute ein.
• Neben heimischem Wasserstoff wird auch Biomethan in bedeutendem Umfang in Deutschland produziert. Die landwirtschaftlichen Flächenbedarfe zur Produktion von Energie-Biomassen verbleiben dabei auf heutigem Niveau.
• Netzbedarfe für Strom und Fernwärme steigen. Im Bereich der Gasnetze stellen zahlreiche dezentrale Einspeisungen und die Umstellung bestimmter Teile der Infrastruktur auf Wasserstofftauglichkeit neue Herausforderungen dar.
  

Auf der Grundlage dieser technologieoffenen Berechnung können weitere (industrie-)politische Rahmenbedingungen, alternative Konzepte, oder Akzeptanzüberlegungen integriert und transparent auf ihre Konsequenzen untersucht werden – als Basis für einen rationalen, faktenbasierten Diskurs über das künftige Energiesystem Deutschlands.