Die Studie »WEGE ZU EINEM KLIMANEUTRALEN ENERGIESYSTEM – Die deutsche Energiewende im Kontext gesellschaftlicher Verhaltensweisen«
des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE untersucht
Entwicklungspfade des deutschen Energiesystems, die zu einer Reduktion
der energiebedingten CO₂-Emissionen zwischen 95 und 100 Prozent bis 2050
führen.
Das Erreichen dieser Klimaschutzziele in der Energieversorgung
auf Basis erneuerbarer Energien ist demnach aus technischer und
systemischer Sicht machbar. Gesellschaftliches Verhalten erweist sich
dabei allerdings als ein maßgeblicher Faktor für den Weg, den die
Energiewende durchläuft, und für die Kosten des Systemumbaus.
Für die Studie betrachteten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen den Verlauf, die technische Machbarkeit und die Kosten der Energiewende im Kontext verschiedener Entwicklungen gesellschaftlicher Verhaltensweisen und Einstellungen. Dafür berechneten sie vier Haupt-Szenarien: das Szenario Beharrung (starke Widerstände gegen den Einsatz neuer Techniken im Privatbereich), das Szenario Inakzeptanz (starker Widerstand gegen den Ausbau großer Infrastrukturen) und das Szenario Suffizienz (gesellschaftliche Verhaltensänderungen senken den Energieverbrauch deutlich) – diese verglichen sie mit einem Szenario, bei dem die Zielerreichung weder gefördert noch erschwert wird (Szenario Referenz). Für die Simulation und Optimierung der Szenarien wurde das am Fraunhofer ISE entwickelte Energiesystemmodell REMod (Regenerative Energien Modell) eingesetzt.
»Die stundenscharfe Betrachtung für die nächsten 30 Jahre zeigt, dass trotz eines sehr hohen Anteils fluktuierender erneuerbarer Energien für die Strombereitstellung in jeder Stunde und in allen Verbrauchssektoren eine sichere Versorgung erreicht werden kann«, erklärt Prof. Dr. Hans-Martin Henning, Institutsleiter des Fraunhofer ISE und einer der Autoren der Studie. Zugleich zeigen die Ergebnisse, dass auf Basis erneuerbarer Energien hergestellter Strom zur wichtigsten Primärenergie wird und dass aufgrund der Sektorenkopplung mit einem stark steigenden Strombedarf zu rechnen ist – die Ergebnisse reichen vom 2- bis 2,5-fachen des heutigen Wertes. Die installierte Leistung von Wind- und Photovoltaikanlagen muss dafür um einen Faktor vier bis sieben im Vergleich zur heute installierten Gesamtleistung ansteigen.
Aufwand und Kosten zur Erreichung der deutschen Klimaschutzziele
hängen maßgeblich von den Rahmenbedingungen ab, die von Verhalten und
Einstellungen der Gesellschaft geprägt werden. So ist bei einem
sparsameren Umgang mit Energie (Szenario Suffizienz) die
notwendige Anzahl an Anlagen zur Wandlung, Speicherung, Verteilung und
Nutzung von Energie substanziell niedriger als bei der weiteren Nutzung
von Verbrennungstechniken für Wärmeversorgung und Mobilität (Szenario Beharrung),
die zu deutlich höheren Ausbauraten für erneuerbare Energien und
größeren Importmengen synthetischer chemischer Energieträger führt. Dies
verteuert zugleich den Umbau des Energiesystems erheblich. Der
Widerstand gegen Windenergieanlagen und Netzausbau im Szenario Inakzeptanz
lässt sich teilweise durch einen modifizierten Ausbaupfad mit einem
stärkeren Zuwachs an PV-Anlagen und einer größeren Kapazität an
Batteriespeichern kompensieren.
Die Nettomehraufwendungen der
untersuchten Szenarien über die nächsten dreißig Jahre im Vergleich mit
einem Business-as-usual-Szenario liegen zwischen 440 Mrd. Euro für das
Szenario Suffizienz und 2330 Mrd. Euro für das Szenario Beharrung. Bezogen auf das Bruttoinlandsprodukt Deutschlands 2019 entspricht dies Werten von 0,4 Prozent (Szenario Suffizienz) über rund 1,5 Prozent (Szenarien Referenz und Inakzeptanz) bis hin zu rund 2 Prozent (Szenario Beharrung).
Der Großteil der Mehraufwendungen (je nach Szenario zwischen 63 und 75
Prozent) fällt dabei für Investitionen an, so dass nach Abschluss des
Systemumbaus im Jahr 2050 diese Kosten erheblich sinken. Eine
wesentliche Voraussetzung für ein kostengünstiges Erreichen der
Klimaschutzziele ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung und
Markteinführung sämtlicher Technologien zur Wandlung, Speicherung,
Verteilung, Nutzung und zur Systemintegration erneuerbarer Energien.
»Trotz der Berücksichtigung der Importmöglichkeit erneuerbaren Stroms
und erneuerbar hergestellter stofflicher Energieträger in unseren
Untersuchungen erweist sich auch der Aufbau einer
Wasserstoffinfrastruktur sowie die Nutzung von thermischen und
elektrischen Speichern in Deutschland im Kontext der Entwicklung des
Gesamtsystems als sinnvoll«, so Studienautor Dr. Christoph Kost,
Gruppenleiter Energiesysteme und Energiewirtschaft am Fraunhofer ISE.
Szenarien für eine vollständige Reduktion der CO₂-Emissionen: Ergänzend wurden zwei Szenarien betrachtet, die eine Reduktion der energiebedingten CO₂-Emissionen um 100 Prozent bis 2050 bezogen auf den Wert von 1990 vorsehen: Das Szenario Referenz100 übernimmt die wesentlichen Trends aus dem Szenario Referenz und verstärkt sie, um die verbliebenen fossilen Energieträger zu verdrängen. Die Nettomehraufwendungen liegen hier in ähnlicher Größenordnung wie für das Szenario Beharrung.
Szenarien für eine vollständige Reduktion der CO₂-Emissionen: Ergänzend wurden zwei Szenarien betrachtet, die eine Reduktion der energiebedingten CO₂-Emissionen um 100 Prozent bis 2050 bezogen auf den Wert von 1990 vorsehen: Das Szenario Referenz100 übernimmt die wesentlichen Trends aus dem Szenario Referenz und verstärkt sie, um die verbliebenen fossilen Energieträger zu verdrängen. Die Nettomehraufwendungen liegen hier in ähnlicher Größenordnung wie für das Szenario Beharrung.
Das Szenario Suffizienz2035 übernimmt die Annahmen zum Verbrauchsrückgang des Szenarios Suffizienz, sieht aber eine vollständige Reduktion der CO₂-Emissionen bereits bis 2035 vor. Die Nettomehraufwendungen liegen mit 3330 Mrd. Euro mehr als doppelt so hoch als im Szenario Referenz und deuten darauf hin, dass eine vollständige Reduktion energiebedingter CO₂- Emissionen bis 2035 auch aus Kostensicht sehr aufwändig ist. Größter Kostenblock in diesem Szenario ist die große Importmenge synthetischer Energieträger, die auf dem Weg bis 2050 notwendig ist, um alle Nachfragesektoren frühzeitig vollständig klimaneutral zu versorgen.
Die Modellergebnisse ermöglichen es, die zeitliche Entwicklung von CO2-Vermeidungskosten über die nächsten drei Jahrzehnte zu errechnen – also Kosten, die auf die Emission von CO2
erhoben werden müssten, um die Mehraufwendungen der
Klimaschutzszenarien gegenüber einer Business-as-usual-Entwicklung zu
kompensieren. Für das Referenz-Szenario liegen die CO2-Vermeidungskosten im Mittel bei rund 150 €/t CO2
und steigen von rund 50 €/t im Zeitraum 2021-2030 über 142 €/t in den
Jahren 2031-2040 auf knapp über 180 €/t im Zeitraum 2041-2050 an. Die
mittleren Werte über den Gesamtzeitraum liegen beim Suffizienz-Szenario mit 50 €/t CO2 deutlich niedriger und mit mehr als 230 €/t beim Festhalten an heute verwendeten Techniken (Szenario Beharrung) am höchsten.
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