Der Großteil der in Deutschland durch Menschen verursachten Treibhausgasemissionen ist mit der Nutzung von Energie in den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr verbunden (Abb. 1). Energiebedingte Treibhausgasemissionen machten 2021 rund 84,5 Prozent der Deutschland zugeschriebenen Treibhausgasfreisetzungen aus. Den größten Anteil an den energiebedingten Treibhausgasemissionen wies mit 98,0 Prozent Kohlenstoffdioxid (CO2) auf (UBA, 2024a).
Damit die deutschen Treibhausgasemissionen umfassend vermieden werden können, muss die bisherige Nutzung konventioneller Energieträger, z. B. Öl, Kohle und Gas, in eine klimaverträgliche Nutzung erneuerbarer Energieträger überführt werden. Für die Klimaschutzstrategie Deutschlands ist der Ausbau erneuerbarer Energien eine tragende Säule.
Im Stromsektor lieferten die erneuerbaren Energien im Jahr 2022, mit rund 46 Prozent, den höchsten Anteil. In den Sektoren Wärme und Verkehr waren die Anteile mit 18,2 und 6,9 Prozent deutlich geringer. Der Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Energieverbrauch erreichte den Wert 20,4 Prozent (UBA, 2024b). Den größten Anteil an der damit einhergehenden Reduktion der Treibhausgasemissionen hat mit 76 Prozent der Stromsektor. Den mit großem Abstand wichtigsten Beitrag zu den vermiedenen Emissionen von etwa 40,1 Prozent lieferte die Windenergie. Danach folgte die Nutzung von Solarenergie durch Photovoltaik mit 17,6 Prozent (UBA, 2024c).
Im Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (EEG, 2023) ist das Ziel formuliert, durch die Nutzung erneuerbarer Energien die Stromversorgung auf dem Staatsgebiet Deutschlands nachhaltig und treibhausgasneutral zu gestalten. Im Jahr 2030 soll der Anteil aus erneuerbaren Energien erzeugten Stroms mindestens 80 Prozent betragen. Damit dieses Ausbauziel erreicht werden kann, soll in den kommenden Jahren der Beitrag durch Wind- und Solarenergieanlagen massiv gesteigert werden. Eine Steigerung der installierten Leistung von Biomasseanlagen und Wasserkraftwerken ist nicht vorgesehen (EEG, 2023).
Variable erneuerbare Energien
Seit dem Jahr 2015 ist der Anteil der erneuerbaren Stromerzeugung an der Netzlast von 32,4 auf 54,9 Prozent im Jahr 2023 angestiegen (Abb. 2). Da die Stromerzeugung durch Photovoltaik- und Windenergieanlagen von Wetter, Witterung und Klima abhängt, werden Solar- und Windenergie als variable erneuerbare Energien bezeichnet. Ihre natürliche Variabilität bestimmt das Aufkommen erneuerbaren Stroms in Deutschland (Abb. 3). Die Solar- und Windressourcen unterliegen einem Tages- und Jahresgang. Solarenergie steht nachts nicht und in den Wintermonaten nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Die Windressource weist während der Sommermonate ein Minimum auf. Im Winter sorgen Phasen hoher Windgeschwindigkeit für die höchsten Anteile erneuerbarer Energien, wobei die Onshore-Windenergienutzung bislang wesentlich bedeutender ist als die Offshore-Windenergienutzung.
Neben dem Tages- und Jahresverlauf weisen Solar- und Windenergie weitere, nichtzyklische Schwankungen auf, die durch die Nutzung anderer Energieträger ausgeglichen werden müssen oder die zu einem Überangebot von Strom im Netz führen, so dass Teile des deutschen Kraftwerkparks im Rahmen des Einspeisemanagements abgeregelt werden müssen (Bundesnetzagentur, 2024).
Trend zunehmend
Von Januar 2015 bis Dezember 2023 stieg das mittlere monatliche Aufkommen erneuerbarer Energien signifikant um 7,4 TWh bzw. 22 % an. Sollte sich der mittlere monatliche Anstieg zukünftig mit der gleichen Rate wie in den vergangenen neun Jahren fortsetzen, könnte die Deckung des mittleren monatlichen Stromverbrauchs durch die erneuerbaren Energien ab 2055 erreicht werden. Bei einer Verdoppelung des Anstiegs könnte ab 2035 eine Deckung des mittleren monatlichen Stromverbrauchs möglich werden – vorausgesetzt, dass sich die Windressource durch den Klimawandel nicht ungünstig verändert (Jung und Schindler, 2022).
Können Solar- und Windenergie unseren Strombedarf decken?
Auch wenn eine mittlere Deckung des Stromverbrauchs mit erneuerbarer Energie erreicht ist, wird es aufgrund der Variabilität von Sonnen- und Windenergie in Deutschland Zeiträume geben, in denen der Stromverbrauch nicht durch erneuerbare Energie abgedeckt ist. So wird z. B. trotz steigender installierter Leistung in den Nachtstunden und in den Wintermonaten ein Mangel an Solarstrom bestehen bleiben. In Phasen, in denen deutschlandweit insgesamt nur wenig Solar- und Windstrom erzeugt werden kann, z. B. winterliche Dunkelflauten und sommerliche Hochdruckwetterlagen, wird auch zukünftig nur ein Teil des Strombedarfs durch die zeitgleiche Erzeugung gedeckt werden können (Schindler et al., 2022). Da davon ausgegangen werden kann, dass mit zunehmender Elektrifizierung von energiebedürftigen Prozessen der Strombedarf in den kommenden Jahrzehnten deutlich ansteigen wird, müssen diese Zeiträume u. a. durch gespeicherte erneuerbare Energie überbrückt werden. Die damit verbundenen Speicherkapazitäten müssen rasch aufgebaut werden, um die Phasen überbrücken zu können, in denen kaum erneuerbare Energie erzeugt werden kann. Außerdem muss der Ausbau der Onshore-Windenergie effizienter gestaltet werden: In vielen Fällen werden nicht die ertragreichsten Standorte, sondern nach Abwägungsentscheidungen Kompromissstandorte entwickelt, was zu einem Mehrbedarf an Windenergieanlagen führt, um die Energieziele erreichen zu können (Jung et al., 2023).
Zum Weiterlesen
Jung, C., Schindler, D., 2023: Efficiency and effectiveness of global onshore wind energy utilization. Energy Conversion and Management 280, 116788.
Schindler, D., Sander, L., Jung, C., 2022: Importance of renewable resource variability for electricity mix transformation: A case study from Germany based on electricity market data. Journal of Cleaner Production 379, 134728.
Literatur
Bundesnetzagentur, 2024: Leitfaden Einspeisemanagement. Verfügbar unter: https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Fachthemen/ElektrizitaetundGas/ErneuerbareEnergien/Einspeisemanagement/start.html Zugriff am 12.01.2024)
EEG (Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien), 2023: Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien. Verfügbar unter: https://www.gesetze-im-internet.de/eeg_2014/ (Zugriff am 12.01.2024)
Jung, C., Schindler, D., 2022: Development of onshore wind turbine fleet counteracts climate change-induced reduction in global capacity factor. Nature Energy 7, 608-619. https://doi.org/10.1038/s41560-022-01056-z
Jung, C., Schindler, D., 2023: Efficiency and effectiveness of global onshore wind energy utilization. Energy Conversion and Management 280, 116788. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116788 (Zugriff am 12.01.204)
Schindler, D., Sander, L., Jung, C., 2022: Importance of renewable resource variability for electricity mix transformation: A case study from Germany based on electricity market data. Journal of Cleaner Production 379, 134728. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134728
SMARD, 2024: Strommarktdaten. Verfügbar unter: https://www.smard.de/home/downloadcenter/download-marktdaten/ (Zugriff am 12.01.2024)
UBA (Umweltbundesamt), 2024a: Energiebedingte Emissionen von Klimagasen und Luftschadstoffen. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/energiebedingte-emissionen#entwicklung-der-energiebedingten-treibhausgas-emissionen (Zugriff am 12.01.2024)
UBA (Umweltbundesamt), 2024b: Indikator: Anteil Erneuerbare am Bruttoendenergieverbrauch. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/daten/umweltindikatoren/indikator-erneuerbare-energien (Zugriff am 12.01.2024)
UBA (Umweltbundesamt), 2024c: Treibhausgas-Emissionen in Deutschland. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/treibhausgas-emissionen-in-deutschland#emissionsentwicklung (Zugriff am 12.01.2024)
UBA (Umweltbundesamt), 2024d: Indikator: Erneuerbare Energien – Vermiedene Treibhausgase. Verfügbar unter: https://www.umweltbundesamt.de/daten/energie/erneuerbare-energien-vermiedene-treibhausgase#undefined (Zugriff am 12.01.2024)