Abschlussbericht: 50Hertz Energiewende Outlook 2035

 

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Abschlussbericht Entwicklungspfade der Energiewende und deren Folgen

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50Hertz Energiewende Outlook 2035 Abschlussbericht Entwicklungspfade der Energiewende und deren Folgen

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50Hertz Energiewende Outlook 2035 Abschlussbericht Entwicklungspfade der Energiewende und deren Folgen Juni 2016 Mit Unterstützung von: E-Bridge Consulting GmbH Baumschulallee 15 53115 Bonn Prognos AG Goethestraße 85 10623 Berlin RWTH Aachen Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Schinkelstraße 6 52062 Aachen FGH GmbH Besselstraße 20 – 22 68219 Mannheim

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4 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 INHALT Inhalt 1. Management Summary ........................................................................................................................... 6 2. Motivation und Zielstellung ................................................................................................................... 10   2.1 Hintergrund und Fragestellung der Studie .......................................................................................... 10   2.2 Methodisches Vorgehen ..................................................................................................................... 10     2 .2.1 Erstellung von Energiewende-Szenarien für das Jahr 2035........................................................ 11     2 .2.2 Angewendete Simulationsverfahren........................................................................................... 12     2 .2.3 Betrachtungsbereich und Abgrenzung ...................................................................................... 12 3. Energiewende im Jahr 2035 .................................................................................................................. 14   3.1 Fünf Szenarien der Energiewende im Jahr 2035 ................................................................................. 14   3.2 Versorgungssicherheit in der Energiewende ........................................................................................ 18   3.3 Entwicklung von Lasten und Speichern............................................................................................... 20     3 .3.1 Preisentwicklung von Prosumermodellen .................................................................................. 22     3 .3.2 Zukünftiger Einsatz von Kleinspeichern ..................................................................................... 23   3.4 Entwicklung erneuerbarer Energien .................................................................................................... 24   3.5 Entwicklung des konventionellen Kraftwerksparks............................................................................... 28     3 .5.1 Kraftwerksleistungen und -technologien .................................................................................... 28     3 .5.2 Standorte neu gebauter Gaskraftwerke..................................................................................... 29 4. Kraftwerkseinsatz und Handelsflüsse in Europa ................................................................................. 31   4.1 Erzeugung elektrischer Energie 2035 .................................................................................................. 31   4.2 Handelsflüsse in Europa ..................................................................................................................... 35   4.3 Einhaltung deutscher Klimaschutzziele ............................................................................................... 37     4 .3.1 Anteil der EE-Einspeisung am Stromverbrauch .......................................................................... 38     4 .3.2 Energieeffizienz ......................................................................................................................... 38     4 .3.3 CO2-Emissionen........................................................................................................................ 39 5. Netzentwicklung .................................................................................................................................... 40   5.1 Methodisches Vorgehen der Netzentwicklung .................................................................................... 40   5.2 Netzausbaubedarf bis 2035 ................................................................................................................ 41   5.3 HGÜ-Ausbau in der Regelzone von 50Hertz ....................................................................................... 45   5.4 Treiber und Wirkungszusammenhänge des Netzausbaus ................................................................... 45   5.5 Sensitivitätsrechnungen ...................................................................................................................... 47     5 .5.1 Allokation von Gaskraftwerken .................................................................................................. 47     5 .5.2 Anzahl an Kleinspeichern .......................................................................................................... 48     5 .5.3 Braunkohlekraftwerke in Deutschland ........................................................................................ 49

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INHALT ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 5 6. Energiewirtschaftliche Bewertung ........................................................................................................ 51   6.1 Energiewirtschaftliche Einordnung ...................................................................................................... 51   6.2 Investitionskosten im Übertragungsnetz .............................................................................................. 51   6.3 Kosten der konventionellen Erzeugung ............................................................................................... 52   6.4 Investitionskosten in Erzeugungsleistung ............................................................................................ 53 7. Schlussfolgerungen ............................................................................................................................... 55 8. Anhang ................................................................................................................................................... 56   8.1 Projektteam........................................................................................................................................ 56   8.2 Simulation von Kraftwerkspark und Strombedarf ................................................................................ 57     8 .2.1 Verfahrensbeschreibung ............................................................................................................ 57     8 .2.2 Annahmen ................................................................................................................................ 58   8.3 Marktsimulationsverfahren .................................................................................................................. 59     8 .3.1 Verfahrensbeschreibung ............................................................................................................ 59     8 .3.2 Annahmen zu Wirkungsgraden von Kraftwerken ....................................................................... 60   8.4 Detaillierte Beschreibung der Szenarien.............................................................................................. 61     8 .4.1 Prosumerorientierte Energiewende............................................................................................ 63     8 .4.2 Energiewende gemäß EEG-Pfad................................................................................................ 64     8 .4.3 Wettbewerbliche Energiewende ................................................................................................ 65     8 .4.4 Verzögerte Energiewende .......................................................................................................... 66     8 .4.5 Unvollständige Energiewende ................................................................................................... 66 9. Abbildungs- und Tabellenverzeichnis .................................................................................................. 68   9.1 Abbildungsverzeichnis ........................................................................................................................ 68   9.2 Tabellenverzeichnis ............................................................................................................................. 69

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6 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 MANAGEMENT SUMMARY 1. Management Summary Die Energiewende ist in vollem Gange, der weitere Entwicklungspfad ist jedoch ungewiss. Deutschland befindet sich mitten im Prozess der Energiewende; bereits heute werden bundesweit mehr als 30 Prozent des Stromverbrauchs aus erneuerbaren Energien erzeugt, in der 50Hertz-Regelzone waren es 2015 schon 49 Prozent. Der weitere Entwicklungspfad der Energiewende ist jedoch ungewiss: Wie schnell wird sich der Zubau der erneuerbaren Energien (EE) fortsetzen? Wird die Energiewende durch Prosumermodelle1 mit Photovoltaik-(PV)-Anlagen und Kleinanl­agen geprägt sein? Oder wird Stromerzeugung von großen erneuerbaren Anlagen an ertragreichen Standorten als Ergebnis von Ausschreibungen den größten Teil der Stromerzeugung aus EE ausmachen? unterschiedlicher Technologien erreicht werden. Ein Szenario „wettbewerb­liche Energiewende“ simuliert die Auswirkungen von technologie­neutralen Ausschreibungsverfahren, die mög­ licherweise zu einer stärkeren Priorisierung von Anlagen an ertragreichen Standorten führen. Aber auch das Szenario „verzögerte Energiewende“, bei dem die politischen Ziele nur verzögert umgesetzt werden können, und das Szenario „unvollständige Energiewende“, bei dem mangelnde Akzeptanz die Erreichung von politischen Zielen verhindert, werden untersucht. Die Marktmodellierung zeigt: Während sich der gesamte Exportüberschuss Deutschlands deutlich reduziert, nimmt der Stromexport aus der Regelzone von 50Hertz weiter zu. 50Hertz versteht sich bei der Umsetzung der Energiewende als ein Dienstleister für die Gesellschaft, der volkswirtschaftlich effizienten Lösungen verpflichtet ist. Daher untersucht das Unternehmen die möglichen zukünftigen Entwicklungen im vorliegenden 50Hertz Energiewende Outlook 2035. Als Übertragungsnetzbetreiber möchte 50Hertz diejenigen Investitionen in das Übertragungsnetz in Nordostdeutschland tätigen, die für die Umsetzung der Energiewende notwendig sind. Gleichzeitig versucht das Unternehmen, das Risiko von Investitionen zu minimieren, die sich zu einem späteren Zeit­ punkt als nicht mehr notwendig erweisen könnten. In Anbetracht der Unsicherheiten sollte der weitere Netzausbau daher möglichst flexibel die unterschiedliche Ausgestaltung der Energiewende ermöglichen. Der 50Hertz Energiewende Outlook 2035 soll hierzu einen Beitrag leisten und diese Unsicherheiten und Entwicklungspfade in Form von eigenen langfristigen Szenarien abbilden. Sowohl in Bezug auf die zeitliche Perspektive als auch die Ausprägung der Szenarien erweitert der Energie­ wende Outlook 2035 damit den Betrachtungsbereich des Netzentwicklungsplans. Die untersuchten möglichen Entwicklungspfade der Energiewende bilden ein breites Spektrum ab. Im 50Hertz Energiewende Outlook 2035 werden fünf Szenarien der Energiewende entwickelt, die allesamt nicht unrealistisch sind: Das Szenario „prosumerorientierte Energiewende“ bildet eine Welt mit einer hohen Anzahl an Kleinspeichern, häufig kombiniert mit PV-Anlagen, ab. Das Szenario „Energiewende gemäß EEG-Pfad“ beschreibt den heutigen Entwicklungspfad, in dem die politischen Ziele durch die Kombination Der derzeit zu beobachtende hohe Exportüberschuss Deutschlands wird sich deutlich reduzieren. In einigen Szenarien wird Deutschland sogar tendenziell zu einem Nettoimporteur elek­ trischer Energie. Die 50Hertz-Regelzone hingegen bleibt in allen Energiewende-Szenarien deutlicher Nettostromexporteur. Denn, so zeigt die Marktmodellierung, in Ostdeutschland werden – wenn die derzeitigen Ziele der Bundesregierung umg­­ esetzt werden – aufgrund der Flächenverfügbarkeit und des guten Angebots an Sonne und Wind im Jahr 2035 hohe Leistungen an Erneuerbare-Energien-Anlagen (EE-Anlagen) installiert sein. Die Notwendigkeit von Netzausbaumaßnahmen wurde umfangreich analysiert: Die in den kommenden Jahren von 50Hertz geplanten Netzausbaumaßnahmen erweisen sich als notwendig und robust. Für alle fünf untersuchten Szenarien wurden umfangreiche Netza­ nalysen und Netzplanungen nach üblichen Planungs­ kriterien durchgeführt. Diese zeigen deutlich, dass bis zum Jahr 2035, unabhängig von der weiteren Entwicklung der Energiewende, die aktuellen und die in den kommenden Jahren von 50Hertz geplanten Netzausbauprojekte2 (BBPlG3und EnLAG4-M­ aßnahmen) notwendig und damit robust sind. In Sensitivitätsrechnungen wurden zudem wichtige aktuelle gesellschaftliche Diskussionen untersucht, darunter ein möglicher flächen­deckender Ausbau von Kleinspeichern, eine regional unterschiedliche Ansiedelung von Gaskraftwerken sowie ein frühzeitiger Braunkohleausstieg. Die Szenarien und Sensitivitätsuntersuchungen bilden damit ein wesentlich breiteres Spektrum ab als etwa der Netzentwicklungsplan. Ergebnis sämtlicher Sensitivitätsrechnungen: Die Robustheit der geplanten Netzausbaumaßnahmen von 50Hertz wird bestätigt. Auch bei einem Braunkohleausstieg bis zum Jahr 2035 1 „Prosumer“ ist ein Kunstwort bestehend aus „Producer“ und „Consumer“ und beschreibt die Kombination von Verbrauchern, die auch selbst Strom erzeugen und gegebenenfalls speichern. 2 Liste der Ausbaumaßnahmen in Kapitel 5.2. 3 Bundesbedarfsplangesetz. 4 Energieleitungsausbaugesetz.

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MANAGEMENT SUMMARY ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 7 sind die in den kommenden Jahren von 50Hertz geplanten Netzausbaumaßnahmen notwendig. Größter Treiber für den Netzausbaubedarf ist die Einspeisung aus Windkraftanlagen. Die regionale Ansiedlung neuer Gaskraftwerke ist indes nicht relevant für den Netz­ausbaubedarf. Windkraftanlagen sind der maßgebliche Treiber für Netzausbaubedarf im Übertragungsnetz von 50Hertz. Die Allokation von Gaskraftwerken dagegen ist nicht von hoher Relevanz für den Netzausbaubedarf. Bei der Standortentscheidung von Gaskraftwerken sollten daher eine sichere und günstige Gasversorgung sowie netzdienliche Aspekte (unter anderem Erbringung von Systemdienstleistungen) im Vordergrund stehen. Auch in einer Energiewende mit vielen Prosumern entsteht hoher Übertragungsbedarf. Auch im Fall einer prosumerorientierten Energiewende mit einer hohen Anzahl an Kleinspeichern (Annahme für 2035: 2,1 Mio. Kleinspeicher) kombiniert mit PV-Anlagen herrscht maßg­ eblicher Übertragungsbedarf. Die in den kommenden Jahren von 50Hertz geplanten Projekte sind grundsätzlich in allen untersuchten Szenarien notwendig. Der darüber hinaus notwendige Netzausbaubedarf ist allerdings in der prosumerorientierten Energiewende im Vergleich zu anderen Szenarien des Energiewende Outlooks 2035 am geringsten. Die Summe aus Investitionskosten in Kraftwerksleistung, Investitionskosten in Übertragungsnetze und Brennstoffkosten des konventionellen Kraftwerkspark ist in diesem Szenario zudem vergleichbar mit anderen Energiewendepfaden. Der Netzausbau findet bei 50Hertz fast ausschließlich in bestehenden Trassen statt, einzige Ausnahme bildet die geplante HGÜ5-Leitung. In allen Szenarien kann der überwiegende Anteil des notwendigen Netzausbaus durch Netzverstärkungen sowie Neubau in bestehender Trasse erfolgen. Lediglich für die neue HGÜLeitung von Wolmirstedt nach Isar sowie von Güstrow nach Wolmirstedt wird eine neue Trasse erforderlich. Die heutige Länge des 50Hertz-Übertragungsnetzes steigt darum nur leicht an – von derzeit rund 10.000 Kilometer auf rund 10.300 bis 10.500 Kilometer in 2035.   Gesamtfazit • Der Netzausbau bei 50Hertz kann überwiegend durch Verstärkung und Erweiterung bestehender Leitungen erfolgen. • Die bisherige Netzentwicklungsplanung des Übertragungsnetzes von 50Hertz ist robust für ein breites Spektrum an Szenarien. • In manchen Szenarien entsteht darüber hinaus langfristig Bedarf für zusätzliche Netzausbaumaßnahmen. In einer prosumerorientierten Energiewende fallen diese am geringsten aus. • Um eine prosumerorientierte Energiewende wahrscheinlich werden zu lassen, sind signifikante Kostendegressionen bei PV-Anlagen und Klein­ speichern notwendig. Zudem sind die hierdurch in den Verteiln­ etzen anfallenden Investitionen zu untersuchen. • Der im Vergleich der Szenarien höchste Leitungsausbau im Übertragungsnetz wird in dem Szenario einer wettbewerblichen Energiewende mit hoher Leistung an Windkraftan­lagen erforderlich. • In den kommenden Jahren fällt in allen Szenarien ein ähnlicher Ausbaubedarf in den Übertragungs­ netzen an. 5 Die Abkürzung HGÜ steht für Höchstspannungs-Gleichstrom-Übertragung (siehe Exkurs auf Seite 45).

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8 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 MANAGEMENT SUMMARY 1. Management Summary The German energy transition is in full swing, but its future evolution is uncertain. Germany is currently in the middle of the energy transition (“Energiewende”). Over 30 percent of national power consumption is already covered by renewable energy sources (RES). Within the 50Hertz control area, this already attained a share of 49 percent in 2015. However, the further course of development of the energy transition is uncertain: how fast will RES continue to grow? Will the energy transition be characterised by prosumer models6 with photovoltaic (PV) installations and small storage units? Or will most of the renewable power be gener­ ated by large RES installations in productive locations as a result of tenders? 50Hertz considers itself to be a facilitator of the energy transition with a general interest mission that implies the development of cost-efficient solutions. That is why the company studies possible future developments in its recently published 50Hertz Energiewende Outlook 2035. There is a risk of stranded investments due to the uncertain development of the energy transition. As part of its general interest mission, 50Hertz is committed to carry out the invest­ ments strictly necessary in the north-eastern German region, according to its legal mandate. The company wants to minimise the risk of investments that might prove unnecessary later. With a view to these uncertainties, future grid development should therefore be flexible enough to enable different energy transition models. The 50Hertz Energiewende Outlook 2035 should cont­ribute to this by translating uncertainties and new developments into long-term scenarios. Both in relation to the time perspective and in relation to the characteristics of the scenarios, the 50Hertz Energiewende Outlook 2035 expands the scope of the German national grid development plan. Possible future models of the energy transition depict a wide spectrum. In the 50Hertz Energiewende Outlook 2035, five energy transition scenarios were developed, all of which are realistic: the “prosumer-oriented energy transition” scenario depicts a world with a high number of small storage units, often combined with PV installations. The “energy transition in accordance with the EEG model” scenario describes the actual developments where the political targets are achieved through the combination of different technologies. A “competitive energy transition” scenario simulates the impact of technology-neutral tender procedures that would very likely bring stronger support for installations at productive locations. Finally, a “delayed energy transition” scenario, where the political objectives would only be reachable with a delay and an “incomplete energy transition” scenario, where the lack of public acceptance prevents reaching the political targets, are also analysed. Results of market modelling show that in 2035 the total German surplus for export will be considerably reduced. The export of electricity from the 50Hertz control area how­ ever continues to increase. The German surplus for export that can be observed at present will drop substantially. In some scenarios, Germany will even tend to be a net importer of electrical energy. In contrast to this trend, the 50Hertz control area, clearly remains a net exporter of electricity in all energy transition scenarios. This is because market modelling shows that if the current objectives of the federal government are implemented, eastern Germany will have high capacities of RES installations in 2035 because of the available space and the high solar and wind output. The need for grid extension measures was analysed extensively: the grid extension measures planned by 50Hertz for the coming years are necessary and robust. For all five studied scenarios, extensive grid analyses and grid planning were carried out in accordance with the usual planning criterias. These results clearly indicate that by the year 2035, regardless of the further development of the energy transition, the grid extension projects7 50Hertz is currently realising or has planned for the coming years (projects under the BBPIG8 and EnLAG9) are necessary and therefore robust. Furthermore, sensitivity calculations were used to study the most important ongoing social discussions, including a possible nation­ wide increase in small storage units, a regionally diversified installa­tion of gas power plants as well as an early phase-­ out of lignite power plants. As such, the scenarios and sensitivity analysis create a significantly wider range of possibilities than the national German grid development plan. Result of all sensitivity calculations: the durability of the grid extension measures planned by 50Hertz is confirmed. Even in case of a strong reduction of the installed capacity of lignite power plants by 2035, the grid extension projects planned by 50Hertz for the coming years are still necessary. 6 “Prosumer” is an abbreviation of “producer” and “consumer” and describes that group of consumers which produces its own energy. 7 List of extension measures in section 5.2. 8 Federal Requirement Plan Act. 9 Power Grid Extension Act.

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MANAGEMENT SUMMARY ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 9 The main driver for the need for grid development is wind power. The regional installation of new gas power plants is not determinant for further grid extension. Wind power is the decisive driver for the need for grid development within the 50Hertz transmission system. The allocation of gas power plants, on the other hand, is not very relevant for further grid extension. As a result, the locations for the new gas power plants should be chosen according to a secure and favourable gas supply as well as grid-support aspects (incl. providing ancillary services). There is also a high transmission demand if the energy transition is achieved by strengthening the role of pro­ sumers. Even in case of a prosumer-oriented energy transition with a high number of small storage units (assumption for 2035: 2.1 million small storage units) combined with PV installations, the demand for transmission grid extension will be substantially high. The projects 50Hertz has planned the coming years are necessary in every analysed scenario. However, it is worth noting that the need for further grid extension in the prosumer-oriented energy transition model is much smaller when compared to other scenarios from the 50Hertz Energiewende Outlook 2035. Interestingly, this scenario’s total cost for investments in power plants and transmission grids and for fuel for conventional power stations is comparable to other energy transition models. Grid development at 50Hertz is almost exclusively limited to existing routes, with a few exceptions for the planned HVDC10 transmission line. In all scenarios, the majority of grid development measures, either through grid reinforcement or through new constructions, can use the existing routes. However, for the new HVDC transmission line from Wolmirstedt to Isar and from Güstrow to Wolmirstedt, a new route is needed. The current length of the 50Hertz transmission system only increases slightly, from the current 10,000 kilometres to between 10,300 and 10,500 kilometres in 2035.   Final conclusion • In almost all cases, grid development at 50Hertz can use the existing routes through grid reinforcement or new constructions. • The current grid development planning for the 50Hertz transmission system is robust for a wide range of scenarios. • In many scenarios, there is also a long-term need for additional grid extension measures. This applies to the least extend in a prosumer-oriented energy transition. • In order to make a prosumer-oriented energy transition more likely, significant cost degression is required for PV installations and small storage units. Furthermore, the resulting investments that need to be made in the distribution systems should be further studied. • By comparison, the scenario with the greatest need for the construction of new transmission lines is that of a competitive energy transition with a high capacity of wind turbine installations. • All scenarios determine a similar need for trans­ mission system development in the years to come. 10 The abbreviation HVDC stands for High-voltage direct current.

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10 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 MOTIVATION UND ZIELSTELLUNG 2. Motivation und Zielstellung 2.1 Hintergrund und Fragestellung der Studie Die Umsetzung der Energiewende ist in vollem Gange. Der Konsens in weiten Teilen der Gesellschaft hat die Frage des „Ob?“ klar mit „Ja!“ beantwortet. Alle Weichen für den weiteren Umbau der Energiewirtschaft sind gestellt. Die Frage des „Wie?“ und damit die konkrete Ausgestaltung der Energiewende in den kommenden zwei Dekaden ist aber noch offen. Das politische Ziel der Bundesregierung ist eine Reduktion der Emissionen um mindestens 40 Prozent bis 2020 und 80 bis 95 Prozent bis 2050. Das soll vor allem durch den Ausbau erneuerbarer Energien und eine Steigerung der Energieeffizienz erreicht werden. Der geplante Anteil von 80 Prozent der Stromerzeugung aus EE-Anlagen am Stromverbrauch kann auf ganz unterschiedliche Art und Weise erreicht werden. 50Hertz versteht sich als Dienstleister der Gesellschaft bei der Umsetzung der Energiewende. Der Übertragungsnetzbetreiber möchte daher mit seiner Netzinfrastruktur flexibel unterschied­liche Ausgestaltungen der Energiewende ermöglichen, aber auch nur diejenigen Investitionen tätigen, die unbedingt notwendig sind. Aus diesem Grund entwickelt 50Hertz den Energiewende Outlook 2035. Die Studie kann zwar die oben genannten Fragestellungen nicht vollständig beantworten, hat aber zum Ziel, ein mögliches Spektrum an Entwicklungen der Energiewende und deren Folgen abzubilden und daraus Rückschlüsse für volkswirtschaftlich sinnvolle Netzinvestitionen zu ziehen. Im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung der Energiewende stellen sich eine Reihe von Fragen: Wie viele Windkraft- und PV-Anlagen gehen in den kommenden Jahren in Deutschland ans Netz? Welche Entwicklung gibt es bei Kleinspeichern? Etablieren sich sogenannte Prosumermodelle mit einer Kombination von PV-Anlagen und Kleinspeichern? Welche Rolle spielen Kohlekraftwerke in der Energiewende? Wie entwickelt sich der Kraftwerkspark in Deutschland und Europa? Welche Rolle spielen die Übertragungsnetze in der Energiewende? Die Liste an offenen Fragen kann endlos weitergeführt werden und verdeutlicht die Unsicherheit der zukünftigen Entwicklung der Energiewende in Deutschland und Europa. Die zentralen Fragestellungen des 50Hertz Energiewende Outlooks 2035 lauten daher: 1. Welche Entwicklungspfade (Szenarien) der Energiewende sind denkbar und dabei nicht unrealistisch? 2. Welche Konsequenzen für den Kraftwerkspark, den Kraftwerkseinsatz und die Leistungsflüsse in Deutschland und Europa ergeben sich bei unterschiedlichen Entwicklungspfaden? 3. Was sind die Treiber des Netzausbaus in der Zukunft und welche Wirkungszusammenhänge ergeben sich bei alternativen Entwicklungspfaden der Energiewende? 4. Wie robust sind einzelne Netzausbaumaßnahmen von 50Hertz? Das heißt, wie sehr sind einzelne Maßnahmen auch in unterschiedlichen Szenarien notwendig und geeignet, um den erforderlichen Transport zu gewährleisten? 2.2 Methodisches Vorgehen Für ein Spektrum an Energiewende-Szenarien werden die Kraftwerksparkentwicklung, der Kraftwerkseinsatz inklusive der Leistungsflüsse in Europa und die Netzentwicklung von 50Hertz durch Simulationsverfahren abgebildet. Das methodische Vorgehen im 50Hertz Energiewende Outlook 2035 liefert umfangreiche Ergebnisse. Das Spektrum an betrachteten Szenarien der Energiewende ist weit gefasst. Es werden auch Szenarien betrachtet, die innovativ, aber dabei gleichzeitig nicht unrealistisch sind. Die Entwicklung der Last, erneuerbarer Energien sowie des konventionellen Kraftwerksparks werden in Simulationsverfahren abgebildet, um die Entwicklungen des Gesamtsystems in Deutschland und Europa mit deren Wechselwirkungen zu simulieren. Die Szenarioentwicklung bildet mit aussagekräftigen Grund­ prämissen und Szenarienbeschreibungen einen breiten Szenario­rahmen ab, der in ein umfangreiches Zahlenwerk quantifiziert wird. Zusätzlich werden Wechselwirkungen innerhalb der Szenarien durch Simulationen berücksichtigt und damit die energiewirtschaftlichen Wirkmechanismen ganzheitlich abgebildet. Insg­ esamt wurden drei Arten von Simulation im 50Hertz Energie­wende Outlook 2035 durchgeführt: die Simulation der Entwicklung des Kraftwerksparks, die Simulation des Kraftwerks­ einsatzes sowie Netzsimulationen. Anschließend werden durch Sensitivitäten die gewonnenen Erkenntnisse umfassend überprüft.

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MOTIVATION UND ZIELSTELLUNG ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 11 2.2.1 Erstellung von Energiewende-Szenarien für das Jahr 2035 In einem ersten Schritt wurde eine handhabbare Anzahl konsistenter und ausreichend unterschiedlicher Energiewende-Szenarien entwickelt. Dazu wurden auf Basis von Experteninterviews und Workshops Szenarien der Zukunft gezeichnet. Die Leitfrage dabei lautete: „Wie sieht die Energielandschaft im Jahr 2035 aus?“ Die zahlreichen individuellen Vorstellungen der Zukunft wurden in fünf Szenarien der Energiewende zusammengefasst. Durch diese fünf Szenarien wird das Spektrum der möglichen Ausgestaltungen der Energiewende abgebildet. Insbesondere für das Szenario der prosumerorientierten Energiewende stand die Frage im Vordergrund, welche Kosten sich für dezentrale Techniken einstellen müssen, um ein solches Szenario aus der Perspektive der Erzeugungs- und Übertragungsnetzkosten vergleichbar zu anderen eher zentraler geprägten Ansätzen zu gestalten. Für jedes der fünf Szenarien wurden anschließend quantitative Annahmen beispielsweise zu Investitionskosten, Primärenergiepreisen etc. abgeleitet. Ein volkswirtschaftliches Modell stellt dabei die Konsistenz der einzelnen Annahmen sicher. Die Ausbaupfade erneuerbarer Energien wurden abhängig von Investitions- und Stromgestehungskosten ermittelt. Die Szenarien bilden jeweils ein Zusammenspiel der Entwicklung von erneuerbaren Energien, konventionellen Kraftwerken, Lasten und Speichern ab. Welches Szenario letztendlich Realität wird, ist zum heutigen Zeitpunkt unsicher. Die quantifizierten Zahlen wurden durch Verteilungssimulationsmodelle für den Stromverbrauch (enthält die Treiber für Bevölkerungsprognosen, räumliche Entwicklung etc.) und die Allok­ ation von EE-Anlagen in Deutschland und der EU regionalisiert. Szenarienentwicklung Durchführung von Simulationen Interpretation der Ergebnisse Szenarienbilder Quantitative Annahmen Prosumerorientierte Energiewende Energiewende gemäß EEG-Pfad Wettbewerbliche Energiewende Verzögerte Energiewende Unvollständige Energiewende Investitionskosten für Erzeugungstechnologien Nachfrage (inkl. regionaler Allokation) Leistung an EE-Anlagen (inkl. regionaler Allokation) DSM (Demand-Side-Management) Preise für Primärenergie und CO2 Weitere Annahmen Konsistentes Set an Annahmen je Szenario Simulation Kraftwerksparkentwicklung Marktsimulation Netzsimulationen Abbildung 1: Methodisches Vorgehen des 50Hertz Energiewende Outlooks 2035 Kraftwerkspark GW 100 80 60 40 20 2015 Prosumerorientierte Energiewende Energiewende gemäß EEG-Pfad Wettbewerbliche Energiewende Verzögerte Energiewende Unvollständige Energiewende Kraftwerkseinsatz 700 600 500 400 300 200 100 Prosumerorientierte Energiewende Energiewende gemäß EEG-Pfad Wettbewerbliche Energiewende Verzögerte Energiewende Unvollständige Energiewende Netzausbau

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12 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 MOTIVATION UND ZIELSTELLUNG 2.2.2 Angewendete Simulationsverfahren Die Wechselwirkungen innerhalb der Szenarien werden durch Simulationen weiter konkretisiert. Insgesamt werden drei Arten von Simulation im Energiewende Outlook 2035 durchgeführt: Kraftwerksausbausimulation Annahmen zu Technologiepreisen, zur Lastentwicklung und zu der Entwicklung von EE-Anlagen erlauben die Simulation des noch notwendigen konventionellen Kraftwerksparks. Dabei wird untersucht, welche Kraftwerke in Bezug auf die Versorgungszuverlässigkeit technisch notwendig sind, aber auch deren Wirtschaftlichkeit in Deutschland und der EU bewertet. Vorgabe ist dabei ein Mindestmaß an gesicherter Leistung zur Spitzenlastdeckung in Deutschland.11 Die Versorgungssicherheit ist im Design der Szenarien als Vorgabe eingeflossen. Für jedes der fünf betrachteten Szenarien wird der wirtschaftlich sinnvolle und zur Spitzenlastdeckung notwendige konventionelle Kraftwerkspark im Jahr 2035 simuliert. Marktsimulation Die Abbildung des europäischen Elektrizitätsmarktes erfolgt mithilfe der Durchführung einer Markts­ imulation. Innerhalb der Marktsimulation wird unter anderem mit dem zuvor definierten Kraftwerksausbau, den technischen Restriktionen der Kraftwerke, den vorgegebenen EE-Einspeisungen sowie den Lastzeitreihen der stundenscharfe Kraftwerkseinsatz ermittelt. Im Ergebnis berechnet die Markt­simulation den Einsatz eines jeden einzelnen Kraftwerks in Europa. Handelsflüsse zwischen Marktgebieten in Europa werden ebenfalls simuliert. Zielfunk­ tion ist die kostenminimale Lastdeckung. Der Kraftwerkseinsatz sowie die Handelsflüsse im Jahr 2035 werden in jedem der fünf Szenarien für 52 Wochen simuliert (8.736 Stunden / 364 Tage). Netzentwicklung Basis der Netzsimulationen sind stündliche Werte von Einspeisungen aus erneuerbaren Energien, Kraftwerkseinspeisungen, Lasten und Transite. Für diese Daten werden Lastflüsse im Modell des europäischen Übertragungsnetzes gerechnet. Nach anerkannten Planungsgrundsätzen der Übertragungsnetzbe­ treiber12 (ÜNB) werden die künftige Netzbelastung ermittelt und der dadurch notwendige Netzausbau bestimmt. Die für die Energiewende notwendigen Netzausbaumaßnahmen werden für alle Szenarien ermittelt und durch weitere Sensitivitätsanalysen verifiziert. 2.2.3 Betrachtungsbereich und Abgrenzung Eine rein deutsche Analyse der Energiewende wäre nicht sachgerecht. Daher werden auch angrenzende Marktge­ biete und Übertragungsnetze detailliert abgebildet. Im 50Hertz Energiewende Outlook 2035 werden neben Deutschland auch die angrenzenden Marktgebiete in Bezug auf die Entwicklung des Kraftwerksparks, des Kraftwerkseinsatzes, der Handelsflüsse und auch der Netzbelastungen detailliert modelliert und simuliert (siehe Abbildung 2). Der 50Hertz Energiewende Outlook 2035 analysiert die Entwicklungspfade der Energiewende in einer mittel- bis langfristigen Perspektive. Die Netzentwicklung bezieht sich auf das Jahr 2035 und beschreibt die dann notwendige Netzinfrastruktur. Die Entwicklung bis zum Jahr 2035 wird nicht für jedes Jahr oder für Zeitscheiben einzeln betrachtet. Dies ist Aufgabe nachfolgender Untersuchungen. Im Rahmen der Studie können nicht direkt Rückschlüsse auf den Regulierungsrahmen und den Markteinsatz geschlossen werden. Durch die Analyse der Erzeugungs- und Übertragungsnetzkosten13 kann jedoch ein Beitrag zur Diskussion geleistet werden. Der Ausbau der Verteilnetze sowie der Umspannebene zwischen Verteil- und Übertragungsnetz war nicht Gegenstand der Untersuchung. Transiente Stabilitäts- und Kurzschlussstromuntersuchungen waren nicht Teil des Untersuchungsumfangs. Der Wärmemarkt und die dadurch eventuell entstehenden Nebenbedingungen für den Einsatz der Kraftwerke wurden nicht detailliert abgebildet, die konventionellen Kraftwerke speisen marktbasiert und flexibel ein. 11 Siehe Kapitel 3.2. 12 Unter anderem NOVA-Prinzip – siehe Kapitel 5.1. 13 Investitionskosten in Kraftwerke (konventionelle und EE-Anlagen), Brennstoffkosten, Investitionskosten in das Übertragungsnetz.

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MOTIVATION UND ZIELSTELLUNG ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 13 Abbildung 2: Betrachtungsbereich des 50Hertz Energiewende Outlooks 2035

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14 • ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 ENERGIEWENDE IM JAHR 2035 3. Energiewende im Jahr 2035 3.1 Fünf Szenarien der Energiewende im Jahr 2035 Die Vielzahl an möglichen technologischen und gesellschaftlichen Entwicklungen in Deutschland und Europa führt zu einem breit gefächerten Spektrum an Szenarien der Energiewende im Jahr 2035. Es sind drei grundsätzlich unterschiedliche Entwicklungspfade möglich, wie die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung für die Umsetzung der Energiewende14 erreicht werden können: Prosumerorientierte Energiewende Sinkende Weltmarktpreise und technologische Entwicklungen führen zu einem starken Zubau von PV-Anlagen in Deutschland und Europa. Die Kombination von Kleinanlagen mit Speichern im Haushaltsbereich mit aktiver Steuerung prägt dieses Szenario und ermöglicht beispielsweise auch die Optimierung der Nutzung des durch eigene Kleinanlagen erzeugten Stroms. In einem solchen Szenario der Energiewende überwiegt eine stärker regionale Sichtweise. Stromerzeugung und -verbrauch erfolgen teilweise in räumlicher Nähe zueinander, der überre­ gionale Stromhandel mit dem europäischen Ausland steht nicht im Vordergrund. Systemdienstleistungen werden auch aus dem Verteilnetz erbracht, die Schnittstelle zwischen Verteilnetz- und Übertragungsnetzbetreibern hat eine große Bedeutung. Die Konvergenz von Gas, Strom- und Wärmeerzeugung findet im Bereich von Haushalten auf niedrigen Spannungsebenen statt. Durch sinkende Batteriepreise wird der Anteil von Elektromobi- lität besonders in Ballungsräumen stark steigen, ein größeres Potenzial an Lastflexibilisierung wird erwartet. Energiewende gemäß EEG-Pfad In diesem Szenario der Energiewende wird die heutige Politik der Energiewende fortgesetzt; die Ziele bezüglich des Ausbaus der erneuerbaren Energien werden durch einen ausgewogenen Technologiemix erreicht. Wie in der Vergangenheit besteht die Energiewende dann aus der Kombination einer Vielzahl unterschiedlicher Maßnahmen und Technologien. Es wird sowohl der Ausbau von Großanlagen gefördert, beispielsweise durch Ausschreibungsmodelle, aber auch Kleinanlagen und Prosumer­modelle finden Unterstützung. Darüber hinaus werden die Elektromobilität und eine höhere Konvergenz von Wärmeund Stromerzeugung angereizt. Wettbewerbliche Energiewende In einer wettbewerblichen Energiewende wird der Ausbau der erneuerbaren Energien beispielsweise durch freie technologie­ offene Ausschreibungen gesteuert und somit der Bau von Großanlagen an ertragreichen Standorten angereizt. Dadurch kommt es zu einem verstärkten Ausbau von großen Wind- und PV-Parks. Diese werden zudem nicht nur in Deutschland, sondern verstärkt auch in Europa an den Standorten errichtet, die hohe Erträge liefern. Der europäische Stromhandel wird forciert, Energie wird weiträumiger transportiert, die Energiewende findet Politische Ziele werden erreicht durch ... Politische Ziele werden nicht erreicht, da ... Prosumerorientierte Energiewende Energiewende gemäß EEG-Pfad Wettbewerb­liche Energie­ wende Verzögerte  Energiewende Unvollständige E nergiewende ... einen starken Zubau von PV-Kleinanlagen. ... eine Kombination vieler unterschied- licher Technologien. ... große Wind­ energieanlagen an ertragreichen Standorten. Abbildung 3: Szenarien des 50Hertz Energiewende Outlooks 2035 ... die geplante Kombination verschiedener Technologien verzögert umgesetzt wird. ... mangelnde Akzeptanz beispiels- weise der hohen Kosten eine vollständige Energiewende verhindert. 14 Ziel der Bundesregierung ist es, in 2035 55 bis 60 Prozent der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und in 2050 80 Prozent der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu erhalten.

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ENERGIEWENDE IM JAHR 2035 ABSCHLUSSBERICHT ENERGIEWENDE OUTLOOK 2035 • 15 auf hohen Spannungsebenen statt. In diesem Szenario ist der Anteil an kleinteiliger, verbrauchsnaher, aktiver Stromerzeugung auf niedrigen Spannungsebenen sehr gering. Prosumermodelle in Kombination mit Speichern spielen kaum eine Rolle, da diese unwirtschaftlich sind. Alle drei genannten Energiewende-Szenarien erfüllen die Ziele der Bundesregierung und stehen daher im Fokus von 50Hertz. Nicht zuletzt spiegeln auch die Bemühungen zur Emissionsminderung und die Diskussion über das Klimaschutzabkommen von Paris 201515 ein übergreifendes Interesse an der Energiewende. Insbesondere die jüngsten Diskussionen zu Batterieentwicklungen lassen eine prosumerorientierte Energiewende nicht unwahrscheinlich erscheinen. Im Folgenden werden diese Szenarien als „Transformationsszenarien“ bezeichnet. Allerdings gehören zu einem breiten Spektrum an Energiewende-Szenarien auch Entwicklungspfade, bei denen die politischen Ziele verzögert oder gar unvollständig erreicht werden. Verzögerte Energiewende Die geplante Kombination verschiedener technologischer Ansätze zur Erreichung der politischen Ziele kann verzögert eintreten. Gründe für eine solche Verzögerung können mangelnde Akzeptanz von Kosten oder Eingriffe in die Landschaft für Infra- struktur darstellen. Das Szenario der verzögerten Energiewende wird aus dem Szenario der „Energiewende gemäß EEG-Pfad“ abgeleitet. Unvollständige Energiewende Mangelnde Akzeptanz der mit der Energiewende verbundenen Kosten könnte auch zu einer unvollständigen Energiewende führen. Unvollständig bedeutet dabei, dass es zwar zu einem weiteren Ausbau der Stromerzeugung durch erneuerbare Energien kommt, jedoch wird das Ziel von 80 Prozent Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in 2050 nicht erreicht. In diesem Szenario wird angenommen, dass der Anteil auf einem Niveau von etwa 50 Prozent stagniert, was aber auch wiederum einen jährlichen Zubau von mehreren Gigawatt bedeutet, um Anlagen mit ablaufender technischer Nutzungsdauer zu ersetzen. Der Rückbau konventioneller Kraftwerke ist in diesem Szenario nicht so stark ausgeprägt. Im Folgenden sind die zugrunde gelegten Annahmen zu Investitionskosten, Stromgestehungskosten, Brennstoffpreisen und CO2-Preisen dargestellt. [Euro / kW] Braunkohle ohne CCS16 Gas (GuD17) Steinkohle Photovoltaik Wind Onshore Wind Offshore Restliche EE 2015 1.700 Prosumerorientierte Energie­wende 2035 1.700 Energiewende EEG-Pfad 2035 1.700 Wettbewerbl. Energiewende 2035 1.700 Verzögerte Energiewende 2035 Unvollständige Energiewende 2035 1.700 1.700 1.000 1.500 900 – 1.200 1.400 – 1.800 4.000 3.000 1.000 1.500 325 – 450 1.100 – 1.400 2.700 2.650 1.000 1.500 325 – 450 1.100 – 1.400 2.500 2.650 1.000 1.500 325 – 450 1.100 – 1.400 2.200 2.650 1.000 1.500 450 – 850 1.100 – 1.400 2.700 2.650 1.000 1.500 550 – 900 1.100 – 1.400 2.700 2.650 Tabelle 1: Spezifische Investitionskosten von Kraftwerkstechnologien 2035 15 A bkommen der 21. UN-Klimakonferenz, Paris, 30.11. – 11.12.2015, http://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/eng/l09r01.pdf. 16 Die Abkürzung CCS steht für Carbon Capture and Storage. 17 Die Abkürzung GuD steht für Gas- und Dampf-Kombikraftwerk.

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