Energie erzeugen und verteilen
Um bis 2045 das Ziel Klimaneutralität zu erreichen, muss unser Energiesystem umgestellt werden – auf erneuerbaren Strom, Wasserstoff und Fernwärme.
Das zukünftige Energiesystem basiert nahezu vollständig auf erneuerbaren Energien: Wind, Sonne, Erdwärme, Wasserkraft sowie Biomasse aus nachhaltigen Quellen produzieren erneuerbaren Strom, klimaneutrale Fernwärme und grünen Wasserstoff. Wie können Deutschland und Europa dieses Energiesystem wirtschaftlich betreiben? Wie viel Speicherkapazität ist nötig, um kontinuierlich Versorgungssicherheit zu gewährleisten? Wie lässt sich die Fernwärme dekarbonisieren? Die dena unterstützt die Bundesregierung, diese Fragen systemisch anzugehen und passende Anreize zu setzen.
Strom als Grundlage
Strom ist der Grundstoff eines klimaneutralen Energiesystems auf Basis von erneuerbaren Energien. Er bildet die Basis für die Erzeugung von grünem Wasserstoff und klimafreundlicher Fernwärme, treibt die weitere Elektrifizierung in Gebäuden, Verkehr und Industrie voran. Dazu braucht es eine Beschleunigung bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien – insbesondere von Windkraft und Photovoltaik. Die vielen kleineren, dezentralen Produzenten anstelle zentraler fossiler Kraftwerke erfordern einen erheblichen Ausbau und den Umbau der Netzinfrastruktur. Für die Versorgungssicherheit kommt als weiteres Element eine Speicherinfrastruktur hinzu. Ein neu ausgerichtetes Strommarktdesign nimmt die Bedürfnisse der Verbraucher in den Blick – von energieintensiven Industrien bis hin zu Haushalten mit Solaranlage auf dem Dach.
Die Roadmap Systemstabilität
ist ein Fahrplan zur Erreichung eines sicheren und robusten Betriebs des zukünftigen Stromversorgungssystems mit 100% erneuerbaren Energien. Herzstück ist ein detaillierter Meilensteinplan. Die Roadmap wurde 2022-2023 unter der Leitung des BMWK und der Koordination der dena und weiteren Partnern erstellt. Hier geht es zur Roadmap auf der Seite des BMWK.
Sichere Netze
Ein gut ausgebautes Stromnetz ist entscheidend, um einen hohen Anteil erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarstrom aufnehmen zu können. Denn sie sind wetterabhängig und produzieren oft mehr Strom als lokal benötigt. Mit ausreichender Netzkapazität lässt sich diese Erzeugung aufnehmen und dorthin bringen, wo sie gebraucht wird. Ein solch flexibles Netz gleicht Schwankungen aus und ermöglicht den grenzüberschreitenden Handel im europäischen Markt: Lokale Stromüberschüsse lassen sich exportieren und Defizite durch Importe ausgleichen.
Für einen sicheren Betrieb des Stromnetzes und die Systemstabilität insgesamt spielen die sogenannten Systemdienstleistungen eine zentrale Rolle. Dazu zählen die Regelung von Frequenz und Spannung des Wechselstroms zum Ausgleich von Angebot und Nachfrage bei fluktuierenden Energiequellen. Auch diese Dienstleistungen müssen in das neue Energiesystem passen. Welche Schritte es dafür braucht, gibt die „Roadmap Systemstabilität“ vor, die das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Dezember 2023 veröffentlicht hat.
Ausreichende Speicherkapazität
Speicher sind im künftigen Energiesystem unerlässlich. Sie erhöhen die Versorgungssicherheit und können auch über längere Zeiträume hohe Leistung bereitstellen: Im kleineren Maßstab lassen sich Wasserstoffspeicher einsetzen, die beim Ausbau von Onsite-Elektrolyseanlagen entstehen. Bei zunehmenden Bedarf an Rückverstromung von Wasserstoff kämen eher Kavernenspeicher zum Einsatz. Wasserstoff-Kraftwerke könnten sich auch zur Überbrückung von Energieengpässen nutzen lassen. Große Batteriespeicher, deren Kosten-Nutzen-Verhältnis sich positiv entwickelt, tragen ebenfalls zur Stabilisierung der Stromnetze bei.
Wasserstoffspeicher eignen sich besonders für die saisonale Speicherung, da sie große Energiemengen über längere Zeiträume aufnehmen können. Batteriespeicher sind aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit und begrenzten Kapazität ideal für die kurzfristige Speicherung und den Ausgleich von täglichen Schwankungen in Stromerzeugung und Stromnachfrage.
Neues Design des Strommarkts
Das neue, dezentrale Stromsystem auf Basis erneuerbarer Energien erfordert auch ein neues Marktdesign. Anreize schaffen vielfältige Finanzierungsinstrumente, darunter Differenzverträge (Contracts for Difference CfD) und Power Purchase Agreements (PPAs). PPAs sind ein wichtiger Hebel zur besseren Marktintegration erneuerbarer Energien. Sie ermöglichen es Unternehmen, erneuerbaren Strom langfristig und zu einem vorab vereinbarten Preis direkt vom Erzeuger zu beziehen. Dies stärkt zusätzliche Investitionen in den Ausbau erneuerbarer Energien und schafft Planungssicherheit für die Betreiber. Auch ein angepasster Kapazitätsmechanismus fördert Investitionen und trägt zur Versorgungssicherheit bei.
Wasserstoff
Grüner Wasserstoff und seine Derivate kommen immer dort zum Einsatz, wo die direkte Versorgung mit grünem Strom technisch nicht möglich oder nicht sinnvoll ist. Wasserstoff ist insbesondere für die Dekarbonisierung von energieintensiven Industrieprozessen gefragt. Er ist ein Grundstoff in der chemischen Industrie, dient als Langzeitspeicher im Stromsektor und als Kraftstoff im Schiffs- und Flugverkehr. Um diese Bedarfe zu bedienen, müssen die inländische Produktion steigen und Pipelines entstehen. Zugleich braucht es Importkorridore, die Wasserstoff über sichere Wege nach Deutschland transportieren.
Wasserstoff-Infrastruktur
Beim Aufbau eines Wasserstoff-Kernnetzes ist es sinnvoll, Strom-, Gas- und Wasserstoffnetze gemeinsam zu betrachten. Die bisherigen Gasverteilnetze lassen sich in Teilen zu Wasserstoffnetzen umbauen; weitere Teile werden stillgelegt. In Ergänzung zu den bestehenden Infrastrukturen müssen aber auch neue Netze für das Kernnetz gebaut werden. Diese wie andere Herausforderungen muss eine umfassende Netzentwicklungsplanung für Wasserstoff berücksichtigen. Sie soll in einem integrativen Prozess zusammen mit der Netzentwicklungsplanung für Erdgas erfolgen. So lassen sich Wechselwirkungen berücksichtigen und Synergien nutzen. Diese Planung schließt auch Wasserstoffspeicher ein, die als Langzeitspeicher zur Versorgungssicherheit beitragen.
Importkorridore
Ein resilientes, bezahlbares und klimaneutrales Energiesystem braucht diversifizierte Importe aus unterschiedlichen Regionen. Neben der begrenzten inländischen Produktion muss Deutschland größere Mengen an Wasserstoff importieren. Dies kann zum einen als pipeline-basierte Importe von gasförmigem, klimaneutralem Wasserstoff aus anderen europäischen Ländern und angrenzenden Regionen erfolgen. Eine zweite Möglichkeit sind Einfuhren in Form von Ammoniak, Methanol oder weiteren erneuerbaren Derivaten.
Europa hat vielfältige Möglichkeiten, Wasserstoff aus erneuerbaren Energien herzustellen: Nord- und Ostsee bieten ungenutzte Offshore-Windpotenziale, der Mittelmeerraum kann auf Solarenergie und die Anbindung an Nordafrika zurückgreifen. Eine besondere Rolle spielt dabei die Sicherung dieser kritischen Infrastruktur im Sinne der Energieresilienz Deutschlands.
Fernwärme
Fernwärmeerzeugung basiert noch überwiegend auf fossilen Energieträgern. Nur rund ein Fünftel nutzt derzeit erneuerbare Energien. Entsprechend groß ist der Bedarf, hier zu dekarbonisieren. Ein wichtiger Baustein ist die Transformation von Bestandsnetzen, insbesondere in Industriegebieten mit hoher Nachfrage nach Prozesswärme. Die konkrete Umsetzung ist allerdings äußerst komplex.
In dicht besiedelten Ballungsräumen dürfte die Fernwärme deutlich zulegen. Hier gibt es häufig Kostenvorteile gegenüber dezentralen Lösungen in der Wärmeversorgung.
Zu beachten sind zwei Aspekte:
- der Anschluss von erneuerbaren Energiequellen an das Fernwärmenetz und Wärmespeicher sowie
- die Verdreifachung der Anzahl der Netzanschlüsse bis 2045, wie sie in der Systementwicklungsstragie beschrieben wird.
Auf dem Weg zu mehr Fernwärme gilt es einige Herausforderungen zu meistern. Dazu zählen das erfolgreiche Ausrollen der Kommunalen Wärmeplanung, eine Beschleunigung bürokratischer Prozesse und ein klarer Ordnungsrahmen für den Fernwärmemarkt. Dieser reguliert die Endkundenpreise und erleichtert den Drittzugang von Erzeugungsanlagen, um den Wettbewerb zu verbessern.
