VL10: Erneuerbare Energien Elektrizitätsversorgung

Question 1

Nenne Gründe für den Einsatz erneuerbarer Energien zur Energieversorgung.

Answer 1

• Reduktion von CO2 Emissionen, Schadstoffemissionen (und Bodenverbrauch)
• Steigerung der Versorgungssicherheit (Unabhängigkeit von Energieimporten aus dem Ausland, aber in Zukunft in DE auch Import von z. B. H2)
• Absicherung gegen steigende Brennstoffpreise in der Zukunft
• Förderung der einheimischen Industrie sowie des Handwerks
• Förderung der regionalen und lokalen Energieversorgung

Question 2

Benenne die Potenzialbegriffe.

Answer 2

Theoretisches Angebotspotenzial (Theo. P)
- Umfasst:

Physikalisch nutzbares Potenzial (Phy. n. P.)
- Phy. n. P. = Theo. P x max. theo. rechnerischer Wirkungsgrad
- Umfasst:

Technisches Potenzial (Tech. P)
- Tech. P = (Phy. n. P.) x nutzbaren (Flächen/Masse/etc.)-anteil x realer tech. Wirkungsgrad
- Umfasst: A) und B)

A) Wirtschaftliches Potenzial (WP)
- WP = (Tech. P) - nicht wettbewerbsfähiges Potential (z. B. nicht wettbewerbsfähige LCOE)

B) Umweltverträgliches Potenzial (Uwv. P)
- Uwv. P = (Tech. P) - (Nicht uwv. P)

Realisierbares Potenzial (RP)
- Teilmenge der Schnittmenge von A) und B)

Question 3

Erkläre den Potenzialbegriff am Bsp. vom Solarenergiepotenzial.

Answer 3

Theoretisches Angebotspotenzial (Theo. P)
- Theo. P = Einfallende Strahlung pro Fläche x Grundfläche
- Theo. P ~ [THW/a]
- Umfasst:

Physikalisch nutzbares Potenzial (Phy. n. P.) - Strahlungsenergie, die theoretisch physikalisch max. genutzt werden kann
- Bsp. Phy. n. P. = Theo. P x max. theo. rechnerischer Wirkungsgrad von Sonnenstrahlung zu elektrischer Energie
- Umfasst:

Technisches Potenzial (Tech. P)
- Strahlungsenergie, die auf nutzbaren Flächen technisch max. genutzt werden kann
- Bsp. Tech. P = (Phy. n. P.) x für PV nutzbarer Flächenanteil (Berge, Straßen, Freidhöfe) x realer tech. Wirkungsgrad von PV-Anlagen
- Umfasst: A) und B)

A) Wirtschaftliches Potenzial (WP)
- Technisches Potenzial, das wirtschaftlich genutzt werden kann
- Bsp. WP = (Tech. P) - nicht wettbewerbsfähiges Potential (z. B. nicht wettbewerbsfähige LCOE)

B) Umweltverträgliches Potenzial (Uwv. P)
- Technisches Potenzial, das umweltverträglich genutzt werden kann
- Bsp. Uwv. P = (Tech. P) - (Nicht uwv. P Bsp. Flächen in Naturschutzgebieten)

Realisierbares Potenzial (RP)
- Teilmenge der Schnittmenge von A) und B) (Berücksichtigung von z. B. politischen Restriktionen)

Question 4

Erkläre den Potenzialbegriff am Bsp. vom Bioenergiepotenzial.

Answer 4

vgl. Folie 280

Theoretisches Angebotspotenzial (Theo. P)
- Bsp. Theo. P = Gesamtmenge an Primärenergie in BM (energetischer BM-Begriff = ökologischer BM Begriff + Rest-, Neben- und Abfallstoffe) in Deutschland
- Theo. P ~ [TWh/a]
- Umfasst:

Physikalisch nutzbares Potenzial (Phy. n. P.)
- Theoretisches Angebotspotenzial unter Berücksichtigung physikalischer Restriktionen
- Bsp. Phy. n. P. = Theo. P x max. theo. Wirkungsgrad von BM zu Strom/Wärme
- Umfasst:

Technisches Potenzial (Tech. P)
- Physikalisch nutzbares Potenzial unter Beachtung technischer Restriktionen (z. B. realitätsnah erreichbare Wirkungsgrade oder technischer Flächenverfügbarkeit)
- Bsp. (Tech. P) = (Phy. n. P.) x (nutzbaren BM-Anteil, Bsp. Abzug von z. B. BM im Privatbesitz) x realer tech. Wirkungsgrad von BM zu Wärme/Strom
- Umfasst:

A) Wirtschaftliches Potenzial (WP)
- Technisches Potenzial, das wirtschaftlich genutzt werden kann (Unterschiedliche volks- oder betriebswirtschaftliche Bewertung möglich)
- Bsp. WP = (Tech. P) - nicht wettbewerbsfähiges Potential (z. B. nicht wettbewerbsfähige Strom-/Wärmegestehungskosten)

B) Umweltverträgliches Potenzial (Uwv. P)
- Technisches Potenzial, das umweltverträglich genutzt werden kann
- Bsp. (Uwv. P) = (Tech. P) - (Nicht uwv. P Bsp. Palmöl aus Südamerika/ deutsche Naturschutzgebiete abholzen)

Realisierbares Potenzial (RP)
- Teilmenge der Schnittmenge von A) und B)
- Realistische Abschätzung der zeitlichen Entwicklung abhängig von weiteren Restriktionen, Hemmnissen oder Anreizen

Question 5

Die Einspeisung von PV und Wind ist “…”, d. h. sie hängt von der konkreten Wettersituation ab.

Answer 5

“dargebotsabhängig”

Question 6

Welche steuerbare erneuerbare Energienerzeugung kennst du?

Answer 6

Biomasse (Strom und Wärme)

Geothermie (kaum Strom, fast nur Wärme)

Wasser-Pumpkraftwerke (Strom)

(In Zukunft: H2-Gasturbinen/-motoren-KW, keine klassiche EE-Stromerzeugung)

(BM-KW –> Biomasseverfeuerung –> Dampfturbinen –> Elektrizität/Wärme
+
BM-Gas-KW –> Biomethan –> Elektrizität)

Question 7

Residuallast kann auch negative Werte annehmen.

1) Wann ist das der Fall?

2) Was muss dann gesehen?

Answer 7

1) Residuallast < 0
–> Erzeugung aus EE > Gesamtverbrauch

2) Was muss dann gesehen?
- Export des überschüssigen Angebots
- Drosselung der EE-Anlagen (“Curtailment”)

Question 8

Die positive Residuallast wird zurzeit überwiegend “…” gedeckt.

Answer 8

“mit konventionellen KW”

Question 9

Wo ist das Potential von Sonnenenergie am Größten?

Wann ist das Potential von Sonnenenergie im Jahresverlauf am Größten?

Was ist die relevante Kenngröße für die Potentialbewertung?

Answer 9

Im Süden

Im Sommer ist das Potential deutlich erhöht

Kenngröße: Stahlungsintensität [kWh/m^2]

Question 10

Wo ist das Potential von Windenergie am Größten?

Wann ist das Potential von Windenergie im Jahresverlauf am Größten?

Was ist die relevante Kenngröße für die Potentialbewertung?

Answer 10

Im Norden an der Küste

Im Winter ist das Potential leicht erhöht

Kenngröße: Windgeschwindigkeit [m/s]

Question 11

Wo ist das Potential von Wasserkraft am Größten?

Wann ist das Potential von Wasserkraft in Laufwasser-KW im Jahresverlauf am Größten?

Answer 11

Flüssen und in Gebirgsregionen

Zu Beginn des Jahres, Schmelzwasser + Niederschlag

Question 12

Liegt für Windenergie ein charakteristisches Tagesprofil vor?

Beschreibe die Fluktuation.

Answer 12

Nein!

• Es liegt kein charakteristisches Tagesprofil vor
• Windenergie unterliegt sehr starken kurzfristigen Fluktuationen

Question 13

Liegt für Solarenergie ein charakteristisches Tagesprofil vor?

Beschreibe die Fluktuation.

Answer 13

Ja!

• PV-Stromerzeugung weist ein charakteristisches Tagesprofil auf („PV-Berg“)
• Ausgeprägte Saisonalität
• Kurzfristige Fluktuationen

Question 14

Beschreibe die Fluktuation von Geothermie.

Answer 14

Geothermie
- Regelbare erneuerbare (Wärme-)energiequelle
- Unterliegt keine Fluktuationen

Question 15

Beschreibe die Fluktuation von Biomasse.

Answer 15

Biomasse
- Regelbare erneuerbare Energiequelle
- Unterliegt keine Fluktuationen

Question 16

Erneuerbare Energieumwandlungssysteme sind durch eine “…” Schwankung der Verfügbarkeit und vergleichsweise “…” Volllastbetriebsstunden (VBh/a) bei “…” spezifischen Investitionen und geringen Betriebskosten gekennzeichnet

Answer 16

“hohe”

“geringe”

“hohen”

Question 17

Wahr oder falsch?

VBh/a: Biomasse (5000-7000, je nach Strompreis) > Wind_Offshore (3200-4500) > Wind_Onshore (1800-3200) > PV (800-1000)

Answer 17

Wahr!

Question 18

Was beschreibt das EE-Reserveparadoxon?

Answer 18

EE-Reserveparadoxon
- Denkbar, aber falsch: Mehr fluktuierende EE, mehr Bedarf nach Regelleistung/-energie
- Realität: Bedarf nach Regelleistung/-energie sinkt
- Gründe: Marktvolumen Intraday wächst, Verbesserungen in der Last- und Erzeugungsprognose, Bessere Zusammenarbeit der ÜNB

Question 19

Wahr oder falsch?

Fluktuierende EE gleichen sich zum Teil gegenseitig selbst aus. Kumulierte Fluktuationen werden i. d. R. durch die Leistungs-Frequenz-Regelung ausgeglichen.

Answer 19

Wahr!

Question 20

Beschreibe den aktuellen Ausbauzustand und die Ziele bei der Entwicklung von PV, Onshore und Offshore Wind in Deutschland bis 2030.

Answer 20

Ausbauzustand aktuell
- Photovoltaik: 80 GW
- Onshore Wind: 60 GW
- Offshore Wind: 8 GW

Ausbauzustand in 2030 (EEG 2022)
- Photovoltaik: 200 GW
- Onshore Wind: 110 GW
- Offshore Wind: 30 GW

Ausbauzustand in 2045 (EEG 2022)
- Photovoltaik: 400 GW
- Onshore Wind: 160 GW
- Offshore Wind: 70 GW

Question 21

Warum wird Wasserkraft in Deutschland nicht mit Hochdruck weiter ausgebaut?

Answer 21

Weil das Potential fast vollständig ausgeschöpft ist.

Question 22

Die größten Anteile an der Stromerzeugung entfallen auf “…”.

Answer 22

“Windenergie (an Land und auf See)”

Question 23

Erkläre die Prinzipielle Modelle sowie unterstützende Maßnahmen zur Förderung von Erneuerbaren Energien.

Answer 23

vgl. Folie 297
(Menge –> Menge der EE)

Preisbasierte Förderung
- Preis der EE wird festgelegt –> Menge an EE wird dadurch implizit über die Angebotskurve auch festgelegt
- Problem: Angebotskurve genau zu prognostizieren –> Resultierende Menge kann von angestrebter Menge abweichen

Mengenbasierte Förderung
- Menge (/Quote) an EE wird festgelegt –> Preis resultiert über Markt

Unterstützende Maßnahmen zur Förderung
- Investitionsanreize
- Kreditförderung
- Steuervergünstigungen

Question 24

Welche Kosten verursachen die erneuerbarer Energien gesamtwirtschaftlich gesehen?

Wie werden diese Kosten finanziert?

Answer 24

EEG-Fördersystem
- Direkte Kosten
- Jährliche Differenzkosten zwischen Einspeisevergütungszahlungen und dem Marktwert des produzierten Stroms
–> Finanzierung durch EEG-Umlage

Netzkosten
- Indirekte Kosten
- Zusätzliche Investitionen für den Ausbau des Übertragungsnetzes
- Zusätzliche Investitionen für die Verstärkung der Verteilnetze
- Anschlusskosten der Offshore-Windparks
–> Finanzierung durch Netzentgelte

Back-Up-Kosten
- Indirekte Kosten
- Zusätzliche Investitionen in flexible konventionelle Kraftwerke und Speicherkapazitäten
- Zusätzlicher Bedarf an Regelenergie
–> Verschiedene Finanzierungsmechanismen werden diskutiert (z.B. Kapazitätsmärkte)

Question 25

Erkläre den Merit-Order-Effekt.

Was ist daran problematisch?

Answer 25

Erhöhung der Einspeisung aus fluktuierenden erneuerbaren Energien
–> Die annähernd grenzkostenfreie Erzeugung aus Windenergie (und Photovoltaik) erhöht sich
–> Die Merit-Order-Kurve verschiebt sich nach rechts, während die Nachfrage konstant bleibt
–> Im Ergebnis stellt sich ein geringerer Preis ein

Was ist daran problematisch?
- Durch diesen preissenkenden Effekt kannibalisieren EE ihre eigenen Vermarktungserlöse bzw. Deckungsbeiträge.
- Aktuell werden diese Effekte noch durch die Marktprämienzahlung (= AW - MW) verhindert
- Day ahead Markt ist nicht die einzige Vermarktungsmöglichkeit (Bsp. PPAs)

Question 26

Beschreibe die Entwicklung des EEG.

Answer 26

Stromeinspeisungsgesetz (1991)
- Vorgänger des EEGs

EEG (2000)
- Vorrang Einspeisung EE
- Anschluss-, Abnahme- und Vergütungspflicht
- Feste Einspeisevergütung (Plannungssicherheit für Investoren, festgeschrieben auf 20 Jahre, Grundlage: Stromentstehungkosten)

EEG (2004)
- EE-Ausbauziele
- Stärkung der Biomasseförderung

EEG (2012)
- Optionale Direktvermarktung über Marktprämienmodell

EEG (2014)
- Verpflichtende Direktvermarktung (Anlagen > 100 kW)

EEG (2017)
- Ausschreibungspflicht für Wind, PV und Biomasse

EEG (2023)
- Anhebung des EE Ausbauziels für 2030 auf 80% EE an Bruttostromverbrauchs
- Strom bis 2035 nahezu Klimaneutral

Question 27

Was sind die Primärenergiequellen der EE?

Answer 27

Isotopenzerfall, heißes Magma
–> Geothermie

Fusion auf der Sonne
–> Atmosphärenbewgung –> Windkraftanlagen
–> PV-Anlagen
–> Biomasse-Produktion

Gravitation der Planeten
–> Gezeiten –> Gezeiten-KW

Question 28

Wie kann Strom im EEG veräußert werden?

Answer 28

Geförderte Direktvermarktung

Nicht geförderte Direktvermarktung
(meist wirtschaftlich unattraktiv)

Eigenverbrauch
(Ersparnis von Abgaben, Umlagen, Steuern; EEG-Umlage nur i. H. v. 40%)

Feste Einspeisevergütung
(Bekommen nur: kleine Anlagen, Altanlagen, Ausnahmefälle)

Question 29

Erkläre die grundlegende Funktionsweise des EEGs.

Answer 29

Grundlegende Funktionsweise des EEGs

• Geförderte Direktvermarktung: Direktvermarktung an der Börse + Gleitende Marktprämie (= Anzulegender Wert - Marktwert an Börse), Bestimmung des Anzulegenden Wertes in technologiespez. Ausschreibungen (–> mengenorientiert)
• Altanlagen und kleinere Anlagen erhalten eine feste Einspeisevergütung
• Biomasse-KW erhalten eine feste Kapazitätsvergütung

+ Testweise: Technologieneutrale Ausschreibungen von Anzulegenden Werten

Question 30

Entspricht die Förderung der EE durch das EEG “historisch” eher einer preis- oder einer mengenbasierten Förderung?

Answer 30

Von preisbasierten Förderung (feste Einspeisevergütung) zur mengenbasierten Förderung (konkrete Ausbauziele + Ausschreibungsmengen).

Question 31

Beschreibe wie die Ausschreibungen in dem Marktprämienmodell des EEGs funktionieren?

Answer 31

Ausschreibungen
- Teilnahme: Windenergieanlagen an Land und Photovoltaikanlagen > 750 kW und Biogasanlagen >150 kW
- Ausschreibungsverfahren erfolgen für jeden Energieträger ein- oder mehrmals pro Jahr
- Anlagenbetreiber bieten in Cent pro kWh auf den anzulegenden Wert AW
- Pay-as-bid Verfahren

Question 32

Marktprämienmodell des EEGs

Worum geht es?

Seit dem EEG 2017 müssen Anlagenbetreiber ab einer bestimmten Größe der geplanten Anlage nun regelmäßig in “…” auf die Höhe des “…” für ihre Anlagen bieten. Letzteres entspricht in der Theorie den “…”.

Answer 32

“einem Auktionsverfahren (Ausschreibung)”

“anzulegenden Wertes”

“Stromgestehungskosten (LCOE)”

Question 33

Wahr oder falsch?

Es ist zu erwarten, dass in Zukunft häufiger negative Preise mit geringeren absoluten Werten an den Spotmärkte auftreten werden.

Answer 33

Wahr!