Meteorologische Informationen für die Planung erneuerbarer ...
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Die solare Einstrahlung und die Windgeschwin- digkeit sind der „Brennstoff“ der Solar- und Windenergie. Deren Verfügbarkeit bestimmt entscheidend die Wirtschaftlichkeit eines Kraft- werksprojektes. Wann scheint wo wie viel Sonne oder wann weht wo wie viel Wind? Dies sind zentrale Fragen bei der Planung von erneuer- baren Energiesystemen und deren Integration in die bestehende und zukünftige Energiever- sorgung. Bevor erneuerbare Energien in nennenswertem Maßstab zur Energieversorgung beitragen können, durchläuft ihre Entwicklung in der Regel mehrere Stufen. Am Anfang steht die Abschätzung der potenziellen Märkte und Technologien, d.h., welche Technologien sind in welchem Umfang geeignet, zur Energiever- sorgung beizutragen. Hier stehen die Fragen im Vordergrund, welche Ressourcen sind in welchem Umfang vorhanden und zu welchen Kosten kann mit diesen Ressourcen Energie bereitgestellt werden, d. h., welche technischen und ökonomischen Potenziale sind vorhanden. Sind geeignete Technologien gefunden, müssen in einer zweiten Stufe Strategien entwickelt werden, wie diese in den Markt eingeführt und wie Rahmenbedingungen geschaffen werden können, damit Investoren bereit sind in den Ausbau zu investieren. Solche Rahmenbindun- gen sind zum Beispiel die Schaffung von garantierten Einspeisevergütungen, Quoten- regelungen, Investitionshilfen usw. Sie helfen einer Technologie ihre Lernkurve zügig zu durchlaufen und so langfristig Kosten zu reduzieren und wettbewerbsfähig zu werden. Ebenso helfen meteorologische Informationen optimale Standorte für erneuerbare Energie- systeme zu finden und damit die Energiekosten durch hohe Erträge zu senken. Wenn eine größere Anzahl von Systemen instal- liert ist, beginnt die optimierte Integration in das Gesamtsystem eine größere Rolle zu spielen. Hier spielen Fragen nach dem Mix verschiede- ner Energieträge, nach notwendigen Transport- kapazitäten, nach Speicherbedarf und möglichen Ausgleichseffekten zwischen verschiedenen Regionen und Technologien eine Rolle. Dieser Artikel orientiert sich an diesen drei Stufen. Der erste Abschnitt erläutert die Entwicklung von Markteinführungsstrategien und welche Rolle meteorologische Informa- tionen zur Abschätzung der verfügbaren Ressourcen darin spielen. Als Beispiel werden hier große solarthermische Kraftwerke genom- men. Beispielhaft wird das Potenzial in Spanien, Portugal und Marokko abgeschätzt. Im zweiten Abschnitt geht es um die Entwicklung konkreter Kraftwerksprojekte von der Standortsuche bis zur Entwicklung eines geeigneten Standortes. Der dritte Abschnitt beschäftigt sich mit der Integration erneuerbarer Energieerträge in das Energiesystem. Er zeigt die Auswirkungen von Ausgleichseffekten und das Zusammenspiel verschiedener Energieträger bei der Deckung der Gesamtlast. Markteinführung erneuerbarer Energiesysteme Erneuerbare Energiesysteme sind wie fast alle Energiesysteme am Beginn ihrer Markteinfüh- rung teurer als die bestehenden Systeme, die bereits eine längere technologische Entwicklung am Markt erfahren haben und dadurch ihre Kosten senken konnten. Markteinführungs- strategien setzen ökonomische Rahmen- bedingungen, die dazu beitragen, dass sich Investitionen bereits am Anfang dieses techno- logischen Lernens lohnen. Ein Beispiel für solche Rahmenbindungen ist die Einspeisevergütung im deutschen „Erneuerbare Energien Gesetz“ (EEG). Die Höhe der Einspeisevergütung sichert 22 FVS • Workshop 2006 Carsten Hoyer-Klick • Meterorologische Informationen für die Planung erneuerbarer Energiesysteme C. Hoyer-Klick Ch. Schillings F. Trieb Y. Scholz Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR [email protected] Meteorologische Informationen für die Planung erneuerbarer Energiesysteme
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Die solare Einstrahlung und die Windgeschwin-digkeit sind der „Brennstoff“ der Solar- undWindenergie. Deren Verfügbarkeit bestimmtentscheidend die Wirtschaftlichkeit eines Kraft-werksprojektes. Wann scheint wo wie viel Sonneoder wann weht wo wie viel Wind? Dies sindzentrale Fragen bei der Planung von erneuer-baren Energiesystemen und deren Integrationin die bestehende und zukünftige Energiever-sorgung.
Bevor erneuerbare Energien in nennenswertemMaßstab zur Energieversorgung beitragenkönnen, durchläuft ihre Entwicklung in derRegel mehrere Stufen. Am Anfang steht dieAbschätzung der potenziellen Märkte undTechnologien, d. h., welche Technologien sindin welchem Umfang geeignet, zur Energiever-sorgung beizutragen. Hier stehen die Fragen imVordergrund, welche Ressourcen sind inwelchem Umfang vorhanden und zu welchenKosten kann mit diesen Ressourcen Energiebereitgestellt werden, d. h., welche technischenund ökonomischen Potenziale sind vorhanden.
Sind geeignete Technologien gefunden, müssenin einer zweiten Stufe Strategien entwickeltwerden, wie diese in den Markt eingeführt undwie Rahmenbedingungen geschaffen werdenkönnen, damit Investoren bereit sind in denAusbau zu investieren. Solche Rahmenbindun-gen sind zum Beispiel die Schaffung vongarantierten Einspeisevergütungen, Quoten-regelungen, Investitionshilfen usw. Sie helfeneiner Technologie ihre Lernkurve zügig zudurchlaufen und so langfristig Kosten zureduzieren und wettbewerbsfähig zu werden.Ebenso helfen meteorologische Informationenoptimale Standorte für erneuerbare Energie-systeme zu finden und damit die Energiekostendurch hohe Erträge zu senken.
Wenn eine größere Anzahl von Systemen instal-liert ist, beginnt die optimierte Integration in
das Gesamtsystem eine größere Rolle zu spielen.Hier spielen Fragen nach dem Mix verschiede-ner Energieträge, nach notwendigen Transport-kapazitäten, nach Speicherbedarf und möglichenAusgleichseffekten zwischen verschiedenenRegionen und Technologien eine Rolle.
Dieser Artikel orientiert sich an diesen dreiStufen. Der erste Abschnitt erläutert dieEntwicklung von Markteinführungsstrategienund welche Rolle meteorologische Informa-tionen zur Abschätzung der verfügbarenRessourcen darin spielen. Als Beispiel werdenhier große solarthermische Kraftwerke genom-men. Beispielhaft wird das Potenzial in Spanien,Portugal und Marokko abgeschätzt. Im zweitenAbschnitt geht es um die Entwicklung konkreterKraftwerksprojekte von der Standortsuche biszur Entwicklung eines geeigneten Standortes.Der dritte Abschnitt beschäftigt sich mit derIntegration erneuerbarer Energieerträge in dasEnergiesystem. Er zeigt die Auswirkungen vonAusgleichseffekten und das Zusammenspielverschiedener Energieträger bei der Deckungder Gesamtlast.
Markteinführung erneuerbarerEnergiesysteme
Erneuerbare Energiesysteme sind wie fast alleEnergiesysteme am Beginn ihrer Markteinfüh-rung teurer als die bestehenden Systeme, diebereits eine längere technologische Entwicklungam Markt erfahren haben und dadurch ihreKosten senken konnten. Markteinführungs-strategien setzen ökonomische Rahmen-bedingungen, die dazu beitragen, dass sichInvestitionen bereits am Anfang dieses techno-logischen Lernens lohnen. Ein Beispiel für solcheRahmenbindungen ist die Einspeisevergütungim deutschen „Erneuerbare Energien Gesetz“(EEG). Die Höhe der Einspeisevergütung sichert22
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C. Hoyer-KlickCh. SchillingsF. TriebY. ScholzDeutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt
DLR
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an einem geeigneten Standort die Amortisationder Investition in einem angemessenen Zeit-rahmen, die sinkende Höhe der Vergütungabhängig vom Baujahr der Anlagen forderttechnologische Entwicklungen, die zu sinken-den Kosten für die Anlagen führen. Langfristigsoll sich diese Förderung damit erübrigen. DieFörderung ist somit eine gemeinsam getrageneInvestition in zukünftige Energiesysteme, imFalle des EEG aller Stromkunden.
Diese gemeinsame Investition soll die notwen-digen finanziellen Ressourcen möglichst effizienteinsetzen, d. h., es sollten vorrangig Technologiengefördert werden, die die Energieversorgungsicherstellen und Wirtschaftlichkeit erreichenkönnen. Hier spielt die Analyse der erneuerbarenRessourcen eine wichtige Rolle. Abb. 1 zeigteine Kaskade zur Entwicklung von Markeinfüh-rungsstrategien für erneuerbare Energien. AmAnfang steht die Analyse der verfügbarenRessourcen: Wie viel Sonnenstrahlung ist wovorhanden, wo weht wie viel Wind, wie vielWasser fließt durch die Flüsse, wo gibt es Wärmeführende Schichten in welcher Tiefe und mitwelcher Temperatur, wie viel Biomasse steht fürenergetische Zwecke zur Verfügung?
Die Erstellung von Karten der verfügbarenRessourcen ist der erste Schritt zur Entwicklungerneuerbarer Energien in einer Region. Dochallein die Information über die Ressource ist nichtausreichend, vielmehr sind auch technische,ökologische und sozioökonomische Restriktionenbei der Bestimmung der Potenziale zubeachten. Verfügbare Flächen, Infrastruktur undweitere Faktoren bestimmen die tatsächlichnutzbaren Energiemengen. Mit Informationenzu Ressourcen, technologischen und ökono-mischen Modellen können in einem zweitenSchritt technische und ökonomische Potenzialeabgeschätzt werden. Hier zeigt sich, welcheTechnologien in einer Region in welchemUmfang zur Energieversorgung beitragenkönnen. Der Beitrag der Energiemeteorologiezur Analyse und Entwicklung von Märkten fürerneuerbare Energien ist die Abschätzung dieserPotenziale auf Basis meteorologischer Datenund technologischer Modelle, die daraus diepotenziellen Erträge modellieren können.
Basierend auf den Potenzialen können Szenarienerstellt werden, die Wege aufzeigen, in welcherForm und in welchem Zeitrahmen erneuerbareEnergien zur Energieversorgung beitragen kön-nen. Diese Szenarien können dann zur Entwick-lung von Strategien und letztendlich Instrumen-ten wie dem EEG genutzt werden. Mit denInstrumenten werden dann die politischen undökonomischen Rahmenbedingungen gesetzt,die zu Investitionen in erneuerbare Energie-systeme führen.
Beispiel: Abschätzung der Potenziale fürsolarthermische KraftwerkeGroße konzentrierende Solarkraftwerke benö-tigen die Komponente der solaren Einstrahlung,die direkt aus der Richtung der Sonne kommt.Denn nur diese lässt sich in optischen Systemenkonzentrieren. Konzentrierende thermischeSolarkraftwerke haben typischerweise eineLeistung von mehreren MW und benötigendafür entsprechend große Flächen für dasKollektorfeld. Für eine Markteinführung müssenalso ein entsprechendes Niveau der Direkt-strahlung sowie genügend geeignete Flächenzur Verfügung stehen. Die Frage, welche amAnfang steht, lautet: Wie viele geeignete Stand-orte gibt es (technisches und ökonomischesPotenzial)? Abb. 2 zeigt die Summe der Direkt-normalstrahlung im Jahr 2002 im Mittelmeer-raum. Solarthermische Kraftwerke brauchen inder Regel ein Strahlungsniveau von mindestens1.800 kWh/Jahr. Dieses wird in einigen südeuro-päischen Regionen aber vor allem im nord-afrikanischen Raum erreicht. 23
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Abbildung 1Kaskade zurEntwicklung vonMarkteinführungs-strategien fürerneuerbare Energien
Geeignete Flächen müssen hinreichend eben(z. B. unter 1 % Steigung), von einer festenBodenbeschaffenheit und keiner konkurrieren-den Nutzung unterlegen sein. Daher werdenunebene Landschaften, Feuchtgebiete, Wüstenmit Wanderdünen, Siedlungsgebiete, Natur-schutzflächen und Ähnliches ausgeschlossen.Aus diesen Kriterien kann eine Ausschlussmaskeerstellt werden, die nur noch geeignete Stand-orte übrig lässt. Abb. 3 zeigt eine solche Maskefür die Länder Spanien, Portugal und Marokko.
Auf der Iberischen Halbinsel werden viele Stand-orte aufgrund der vorhanden Landnutzung, zugroßer Hangneigung und ihres Schutzstatusausgeschlossen. In Marokko sind die Hänge desAtlasgebirges der Hauptgrund für den Ausschluss.
Die Karten in Abb. 2 und Abb. 3 können zu einerKarte des technischen Potenzials zusammen-geführt werden. Abb. 4 zeigt dies für Spanien,wo nur noch die Einstrahlung an geeignetenStandorten dargestellt ist.24
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Abbildung 2Jährliche Summe derDirektnormal-strahlung im Jahr2002 in kWh/m2a [5]
Abbildung 3Ausschlussmaske fürgroße solarthermischeKraftwerke inSpanien, Portugal undMarokko [3]
<6007388751013115012881425156317001838197521132250238825252663>=2800kWh/m2/a
no exclusion criteriaindustrial, infrastructural and military usehydrographic exclusion featureprotected arealand cover as exclusion featuregeomorphologic exclusion featureslope as exclusion feature
Aus einer solchen Karte können nun die tech-nischen und ökonomischen Potenziale abgeschätzt werden. Mit Hilfe eines Techno-logiemodells werden für jeden potenziellenStandort die Stromgestehungskosten bestimmt.Abb. 5 zeigt die Anzahl der Standorte mit ver-schiedenen relativen Stromgestehungskosten inSpanien, Portugal und Marokko. Abhängig vonden wirtschaftlichen Rahmenbedingungen kannhier heraus das ökonomische Potenzial für solar-thermische Kraftwerke in der Region bestimmtwerden.
StandortsucheNach der Bestimmung des technischen undökonomischen Potenzials muss nun eine weitereFrage beantwortet werden: Wo sind die bestenStandorte, an denen Solarenergie mit denniedrigsten Stromgestehungskosten erzeugtwerden kann? An diesen Standorten kann dieWirtschaftlichkeit am ehesten erreicht werdenund der Investor seinen Gewinn maximieren,bzw. durch eine geeignete Wahl von Standortenkann der Bedarf an Förderung für die Markt-einführung minimiert werden.
Diese Frage kann mit Hilfe von geographischenInformationssystemen beantwortet werden, in-dem unter Hinzunahme von meteorologischenDaten an jedem Standort der potenzielle Ertrag,die Betriebs- und die Investitionskostenberechnet werden. Auch letztere haben einenRaumbezug, z. B. die Entfernung zur nächstenInfrastruktur (Straßen, Stromnetz), verschiedeneKühlungstechniken in Abhängigkeit vomAbstand zu verfügbarem Kühlwasser, Versiche-rungskosten in Abhängigkeit von Naturrisiken(Hagelschlag, Erdbeben, Stürme). Eine
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Abbildung 4Jährliche Summe derDirektnormal-strahlung in Spanienim Jahr 2002 an fürgroße konzentrierendeKraftwerke geeignetenStandorten [5]
Abbildung 5Anzahl der Pixel mitverschiedenenrelativen Strom-gestehungskosten inSpanien, Portugal undMarokko [3]
01502994495987488971047119713461496164517951944209422432393
80
0
0,000,5
01,0
01,5
02,5
03,5
04,5
05,5
06,5
07,5
08,5
09,5
010
,5013
,0015
,5018
,0020
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,50>2
5,5
70
60
50
40
30
20
10
Kosten (€-cent/kWh)
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detaillierte Beschreibung einer solchen Analysefür solarthermische Kraftwerke findet sich z. B.in [2,3].
Abb. 6 zeigt am Beispiel großer solarthermischerKraftwerke eine solche Karte mit relativenStromgestehungskosten für Spanien, Portugalund Markokko. Innerhalb von Markokkoschwanken die Kosten um etwa 5 Eurocent prokWh, im gesamten Untersuchungsgebiet umbis zu 25 Eurocent. Eine gute Standortwahl istentscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Diebesten Standorte liegen hier südlich des
Atlasgebirges und im Bereich der mittlerenAtlantikküste, in Spanien befinden sie sich imSüden des Landes.
Projektentwicklung
Abb. 7 zeigt die notwendigen Schritte bei derEntwicklung und Realisierung eines Kraftwerks-projektes. Diese beginnt mit der Suche nacheinem geeigneten Standort. Dazu wird zunächsteine Karte der fügbaren Ressource ähnlichAbb. 2 benötigt. Als zeitliche Auflösung reichenim Fall der Solarenergie Jahres- und ggf. Monatswerte. Die räumliche Auflösung sollteallerdings möglichst hoch sein, um auch kleineräumliche Änderungen aufzulösen. Mit diesenDaten kann eine erste ökonomische Abschät-zung für das Projekt gemacht werden bzw. eineKarte wie in Abb. 6 erstellt werden. Ist derStandort gefunden, erfolgt das Engineering desKraftwerks. Für die Simulation des Kraftwerkswerden jetzt auch detaillierte standortspezifischeZeitreihen benötigt, um die einzelnen Kompo-nenten richtig zu dimensionieren. Diese Zeit-reihen sollten einen langen Zeitraum abdecken,damit möglichst viele verschiedene Witterungs-situationen (gute Jahre, schlechte Jahre, ver-schiedene Jahresläufe) evaluiert werden können.26
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Abbildung 6Relative Stromge-stehungskosten fürein solarthermischesKraftwerk in Marokko[3]
Abbildung 7Schritte der Projekt-entwicklung undRealisierung einessolarthermischenKraftwerks
non-suitablebest sites with lowest LEC+0.5 €-cent+1.0 €-cent+1.5 €-cent+2.5 €-cent+3.5 €-cent+4.5 €-cent+5.5 €-cent+6.5 €-cent+7.5 €-cent+8.5 €-cent+9.5 €-cent+10.5 €-cent+13.0 €-cent+15.5 €-cent+18.0 €-cent+20.5 €-cent+25.5 €-cent>+25.5 €-cent
Forschungsbedarf solareRessourcen für dieMarkteinführung undProjektentwicklung
Die Informationsbasis für die verfügbaren sola-ren Ressourcen ist nach wie vor relativ gering.Weltweit gibt es verschiedene relativ grob auf-gelöste Karten, z. B. den SSE (Surface SolarEnergy) Datensatz der NASA (http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/) mit einer Auflösung von1°x1°, den ISIS (Irradiance at the Surface derivedfrom ISCCP cloud data) (http://www.pa.op.dlr.de/ISIS) des DLR mit einer Auflösung von etwa280 km oder die Datenbank Meteonorm(www.meteotest.ch) basierend auf Boden-messungen. Vereinzelt gibt es höher aufgelösteDaten für Europa (www.satel-light.com) oderEuropa und Afrika (www.soda-is.com) oder ein-zelne Länder im Rahmen des SWERA (Solar andWind Resource Assessement) Programms vonUNEP (swera.unep.net). Im Rahmen der Daten-bank SOLEMI (Solar Energy Mining,www.solemi.de) stehen heute umfangreicheArchive von Satellitenbildern zur Verfügung, dieeine umfangreiche Kartierung der solarenRessourcen in hoher Auflösung und über langeZeiträume ermöglichen.
Noch sind viele Informationen, welche dieVerfügbarkeit der solaren Einstrahlungbestimmen, nicht in ausreichender Genauigkeitverfügbar. Dies gilt vor allem für Aerosole, die
deutliche Auswirkungen auf die Direktstrahlunghaben. Ebenso besteht ein Bedarf, die optischenEigenschaften von Wolken und deren Einflussauf die solare Einstrahlung genauer zubeschreiben.
Unterschiedliche Datenquellen (z. B. abgeleitetaus Satellitendaten, Bodenmessungen in unter-schiedlicher zeitlicher Auflösung, räumlich oderzeitlich synthetisierte/interpolierte Zeitreihen)haben unterschiedliche statistische Eigenschaften.Trotz gleicher Mittelwerte können sie zu unter-schiedlichen Ergebnissen in der Simulation derEnergieerträge führen. Auch der Einfluss derunterschiedlichen Datenquellen auf verschiedeneSimulationsanwendungen bedarf noch einerdetaillierten Untersuchung.
Integration erneuerbarerEnergiequellen
Verschiedene erneuerbare Energiequellen habenunterschiedliche räumliche und zeitlicheCharakteristika. Die solare Einstrahlung hateinen Tagesgang und unterliegt zusätzlichjahreszeitlichen Schwankungen abhängig vonder geographischen Breite: Im Sommer ist siehöher als im Winter. Beim Wind ist es oft um-gekehrt: Das Winterhalbjahr ist windreicher alsder Sommer. Sowohl die solare Einstrahlung alsauch die Windgeschwindigkeiten sind direktvom Wettergeschehen beeinflusst, welches über
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Abbildung 8Relative Erzeugungvon 5 Windkraft-anlagen und derenSummenleistung an10 Tagen
Standort 1Standort 2Standort 3Standort 4Standort 5Gesamt
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
08.10.
09.10.
10.10.
11.10.
12.10.
13.10.
14.10.
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größere Regionen oft unterschiedlich ist. Sokann es in einem Teil sonnig sein und dafür ineinem andern Teil regnerisch und windig. VielWind gibt es oft in Küstennähe und im NordenEuropas, Sonne im Süden und Wasserkraft z. B.im Inneren Europas in den Alpen.
Auch andere erneuerbare Quellen sind von derWitterung abhängig. Die Menge der zuwach-senden Biomasse hängt von Sonneneinstrahlung,Temperatur und Regenfällen ab, die Wasser-menge in den Flüssen auch von Regenmengenund z. B. dem Zeitpunkt der Schneeschmelze.
Diese unterschiedlichen Verteilungen lassen sichfür die Integration erneuerbarer Energien nut-zen, denn eine räumliche Verteilung und eineMischung verschiedener Technologien führenzu einem Ausgleich der Schwankungen dereinzelnen Anlagen.
Abb. 8 zeigt die relative Erzeugung von fünfräumlich verteilten Windkraftanlagen und derenSummenleistung an ausgewählten Tagen imOktober. Während die einzelnen Anlagenzwischen 0 % und 100 % ihrer Nennleistung
schwanken, schwankt die Summe nur nochzwischen etwa 8 % und 75 %. Ebenso sind dierelativen Veränderungen langsamer als bei deneinzelnen Anlagen. Mittels geeigneter Vorher-sagen der erneuerbaren Erzeugung aus Wettermodellen können sie optimal in dasGesamtsystem integriert werden, wobei dieGenauigkeit der Vorhersage die notwenigeRegelenergie bestimmt.
Weitere Ausgleichseffekte gibt es, wenn ver-schiedene Technologien eingesetzt werden, sodass Solarenergie die Flaute bzw. Windenergiedie mangelnde Solarenergie bei bewölktemWetter kompensieren kann, oder wenn über dasStromnetz Energie aus einer energiereichenRegion (hohe Einstrahlung oder hohe Wind-geschwindigkeiten) in eine energiearme Regionmit hohem Bedarf transportiert werden kann.Dafür müssen allerdings ausreichend Transport-kapazitäten vorhanden sein.
Wichtig für die Nutzung dieser Ausgleichseffekteist ein ausgewogener und räumlich verteilterMix aus verschiedenen erneuerbaren Energie-quellen. Die Fragen sind hier: welche Anteile28
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Abbildung 9Deckung der Gesamt-last einer Sommer-woche und einerWinterwoche 2050 inDeutschland, Modellohne Regelung [1]
REG Überschüsse
Kondensationskraft-werke fossil
REG-StromimporteWasserkraft
REG-StromimportesolarthermischeKraftwerke
Inland-REG
KWK fossil
GW
GW
25.6 26.6 27.6 28.6 29.6 30.6 1.7. Datum
17.12 18.12 19.12 20.12 21.12 22.12 23.12 Datum
80
70
60
50
40
30
20
10
0
80
70
60
50
40
30
20
10
0
sollten die verschiedenen Quellen an der Gesamt-erzeugung haben, so dass die Versorgungs-sicherheit gewährleistet wird, ohne dass es zuunnötigen Überkapazitäten kommt und dieEnergie bei Starkwind oder großflächigenSchönwetterperioden nicht genutzt werdenkann. Wenn die Energie nicht mehr verkauftwerden kann, können sich auch die Investitionennicht mehr amortisieren. Dies kann etwapassieren, wenn eine Energiequelle den Mixdominiert. Der Mix aus erneuerbaren Energienhat ebenso Auswirkungen auf den verbleiben-den Bedarf an nicht erneuerbaren Quellen, dieden Reststrombedarf decken müssen. Dieskönnen kurz- und langfristige Speicher sein undverbleibende konventionelle Kraftwerke. Diesewerden jedoch andere Erzeugungscharakteristi-ken haben: Bei höheren erneuerbaren Anteilenwerden diese immer öfter den Gesamtbedarfdecken können, wodurch konventionelle Kraft-werke, die Dauerleistung bringen, unnötigwerden. Vielmehr werden schnell regelbareKraftwerke notwendig sein, die mit geringerenVolllaststundenzahlen Lücken in der Energie-versorgung füllen [1,4].
Eine ebenso wichtige Frage ist die regionaleVerteilung der erneuerbaren Erzeugung. Damitdie Augleichseffekte genutzt werden können,müssen die Stromnetze die Ausgleichsströmetransportieren können. Ein möglichst regionalerAusgleich verringert dabei die notwendigenTransportkapazitäten, wohingegen hohe Trans-portkapazitäten den Import von Strom auch ausweit entfernten Regionen ermöglichen. EineAnalyse der regionalen Verteilung verschiedenererneuerbarer Ressourcen kann dazu beitragen,die notwendigen Transportkapazitäten zuverringern und dezentrale Systeme dort auf-zubauen, wo sie das Netz am besten stützenkönnen. Das Verhältnis von regionalerVersorgung mit kurzen Transportwegen undAustausch von günstiger produzierbarem Strommuss im Gesamtsystem betrachtet undoptimiert werden.
Meteorologische Daten in hoher räumlicherund zeitlicher Auflösung können dazu beitragen,zukünftige Energiesysteme mit hohen Anteilenerneuerbarer Erzeugung zu simulieren und zuanalysieren. Dabei können die Fragen nacheinem guten Mix verschiedener Energieträger,
deren räumlicher Verteilung, notwendigenVeränderungen in der Topologie der Netze undAnforderungen an einen Kraftwerkspark derZukunft beantwortet werden. Da sich heutigeEntscheidungen für Kraftwerkstechnologiendurch die langen Investitionszyklen und zumTeil lange Planungszeiträume weit in dieZukunft auswirken, muss bereits heute mit derAnalyse möglicher Energiesysteme begonnenwerden.
Forschungsbedarf
Um die Integration erneuerbarer Energien indas bestehende Energiesystem zu erleichtern,müssen noch wichtige Fragen beantwortetwerden: Wie weit gibt es Korrelationenzwischen verschiedenen Regionen und Techno-logien? Wie hoch sind die Wahrscheinlichkeitenfür bestimmte Situationen (z. B. Schwachwindin ganz Deutschland)? Wie können dieseSituationen aufgefangen werden? Wie weitkann der erneuerbare Deckungsanteil unterNutzung der Ausgleichseffekte ausgebautwerden? Wie hoch sind die verbleibendenFluktuationen, wenn verschiedene Technologiengemischt werden? Wie hoch sind dabei die Voll-laststunden der verschiedenen Technologien?Wie lange kann und sollte möglicherweiseEnergie gespeichert werden können? Wie vielEnergie muss gespeichert werden können? Wiesieht die Struktur der verbleibenden nichterneuerbaren Erzeugung aus? Wie viel nichtregenerative Grundlast verbleibt?
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Literatur
[1] Brischke, L.-A. (2005): Modell einer zukünf-tigen Stromversorgung Deutschlands mithohen Beiträgen regenerativer Energien aufder Basis eines Mehr-Knoten-Netzes. Disser-tation Universität Stuttgart. VDI Forschritts-berichte, Reihe 6 Energietechnik, Nr. 530.
[2] Brösamle, H., Mannstein, H. , Schillings, C.Trieb, F. (2001), Assessment of solar elec-tricity potentials in North Africa based onsatellite data and a Geographic InformationSystem, Solar Energy, 70, 1-12.
[3] Inditep (2005): Project Inditep: Integrationof DSG Technology for ElectricityProduction, Final Publishable Report,Contract-Nor. ENK5-CT-2001-00540.
[4] Reise, C. (2003): Entwicklung von Verfahrenzur Prognose des Ertrages großflächigerEnergieversorgungssysteme auf der Basisvon Satelliteninformationen. DissertationUniversität Oldenburg.
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