Energie: Regenerative Energie

Regenerative Energie

Einleitung

Den folgenden Darstellungen und Karten liegen die in der „Biomassepotenzialstudie Hessen 2010“ ermittelten Daten zu Grunde. Die Studie wurde vom Hessischen Ministerium für Umwelt, Energie, Landwirtschaft und Verbraucherschutz in Auftrag gegeben und von der Arbeitsgemeinschaft aus Witzenhausen-Institut GmbH und Pöyry Environment GmbH, Abt. IGW, bearbeitet. Datenstand der Dokumentation ist das Jahr 2008. Mit dieser Studie wurden die erstmals 2004 für den Bereich Bioenergie erhobenen Daten aktualisiert. Darüber hinaus wurde der Stand der regenerativen Energieerzeugung in Hessen im Jahr 2008 für alle Energieträger ermittelt. Neben der Wärme- und Stromerzeugung aus Biomasse wurden auch die Stromerzeugung aus Windkraft, Wasserkraft und Photovoltaik sowie die Wärmeerzeugung aus Solarthermie und Geothermie erfasst. Den Datenbezug bilden dabei die einzelnen Landkreise und kreisfreien Städte Hessens, so dass sowohl die Bioenergiepotenziale als auch die gesamte regenerative Energieerzeugung für jeden hessischen Landkreis bzw. die kreisfreien Städte differenziert dargestellt werden.

Während sich die regenerativ erzeugte Energiemenge seit dem Bezugsjahr 2008 bereits deutlich weiterentwickelt hat, ist davon auszugehen, dass die Ermittlung des Bioenergiepotenzials mittelfristig, also für rund ein Jahrzehnt, Gültigkeit behält. Bei der Abschätzung der Bioenergiepotenziale wurde vorab von ausreichenden Rückstellungen für die Nahrungs- und Futtermittelerzeugung sowie die stoffliche Biomassenutzung ausgegangen.

Sämtliche Angaben der Studie zur Bereitstellung regenerativer Energie beziehen sich auf die Endenergieerzeugung. Auch die Bioenergiepotenziale wurden in Energiemengen umgerechnet. Dabei wurde davon ausgegangen, dass die Umwandlung unter optimalen technischen Voraussetzungen erfolgt und zudem mittelfristig auch technische Fortschritte hinsichtlich der Energieeffizienz zu erwarten sind. Diese Vorgehensweise ermöglicht einen übersichtlichen Vergleich der sehr unterschiedlichen Energieträger.

Die Gesamtergebnisse der Studie stehen als kompakter Bericht mit ergänzendem Materialband unter www.biomasse-hessen.de zum Download bereit. Darüber hinaus stehen für jeden hessischen Landkreis bzw. jede kreisfreie Stadt sowohl Darstellungen zur aktuellen Nutzung regenerativer Energien (Stand 2008) als auch zu den Potenzialen der Biomasse auf dieser Homepage zur Verfügung.

Erzeugung regenerativer Energie

In Hessen konnten im Jahr 2008 knapp 8.600 GWh aus regenerativen Quellen bereitgestellt werden. Rund 26 % entfielen auf die Stromproduktion, 66 % auf die Wärmeproduktion und etwa 8 % wurden im Kraftstoffsektor genutzt. Ohne Berücksichtigung des Verkehrssektors konnten somit 6,1 % des Endenergiebedarfs in Hessen regenerativ abgedeckt werden. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über den Beitrag der unterschiedlichen Energieträger.

Bereitstellung
Endenergie

Anteil Endenergie-
verbrauch
Stromerzeugung
[GWh]
%
Wasserkraft
447
1,1
Windenergie
681
1,7
Photovoltaik
218
0,5
feste biogene Brennstoffe
248
0,6
Biogas
315
0,8
Klärgas
57
0,1
Deponiegas
71
0,2
biogener Anteil des Abfalls
208
0,5
Summe Stromerzeugung
2.244
5,6
     
Wärmeerzeugung
[GWh]
%
biogene Festbrennstoffe (Haushalt)
3.015
3,4
biogene Festbrennstoffe (Industrie)
583
0,6
biogene Festbrennstoffe
(Heizwerke und Heizkraftwerke)
1.018
1,1
Biogas
81
0,1
Klärgas
6
0,0
Deponiegas
65
0,1
Solarthermie
183
0,2
Geothermie
100
0,1
biogener Anteil des Abfalls
611
0,7
Summe Wärmeerzeugung
5.663
6,3
     
Kraftstoffe
[GWh]
%
Biodiesel
584
1,1
Pflanzenöl
50
0,1
Ethanol
30
0,1
Summe Kraftstofferzeugung
[GWh]
%
     
Beitrag EE zum Endenergiebedarf
ohne Verkehr
7.910
6,1
Beitrag EE (incl. Biokraftstoff) zum Endenergiebedarf ohne Verkehr
8.570
6,6

Die nachfolgende Abbildung zeigt den überragenden Anteil der Bioenergie an der regenerativen Energieerzeugung Hessens. Von der regenerativ bereitgestellten Energiemenge belief sich der Beitrag der Bioenergie auf rund 80 % der Gesamtmenge. Dabei wurde der Großteil der Bioenergie für die Wärmebereitstellung verwendet, nur rund 30 % flossen in die Strom- und Treibstofferzeugung.

Aus Windenergie wurden knapp 8 % der regenerativen Energie erzeugt, aus Wasserkraft gut 5 %. Die auf der Sonneneinstrahlung beruhenden Techniken Solarthermie, oberflächennahe Geothermie und Photovoltaik trugen gemeinsam knapp 5 % zur regenerativen Energieerzeugung bei.


Abb. 1: Anteile an der regerativen Energieerzeugung Hessens

 

Die folgende Abbildung verdeutlicht die Herkunft der genutzten biogenen Rohstoffe. Dabei zeigt sich, dass Forstwirtschaft und Abfallwirtschaft mit jeweils 42 % gleich große Anteile zur Bioenergieerzeugung beisteuern, während der landwirtschaftliche Sektor noch verhältnismäßig klein ist.

Abb. 2: Herkunft der genutzten biogenen Rohstoffe

Den biogenen Abfällen kommt somit eine bedeutende Rolle bei der Bereitstellung von Bioenergie zu. Im Bereich der Festbrennstoffe zählen das Altholz, der regenerative Anteil von Haus- und Sperrmüll sowie der holzige Anteil des Grünabfalls und des Straßenbegleitgrüns dazu. Im Bereich der biogenen Gase bilden Deponie- und Klärgas sowie Biogas aus der Vergärung von Bioabfällen und organischen Reststoffen die Grundlage.

Ebenfalls 42 % der Bioenergie stammen aus dem Bereich der Forstwirtschaft. Hierbei werden Waldholz und Sägerestholz zusammengefasst. Bei den verbleibenden 16 %, die dem Bereich der Landwirtschaft zuzuordnen sind, liegt der Schwerpunkt auf der Vergärung von Energiepflanzen, Grünlandaufwuchs und tierischen Reststoffen zur Biogaserzeugung. Daneben wird in Demonstrationsvorhaben die Verfeuerung von Stroh, Kurzumtriebshölzern und Miscanthus erprobt.

Die folgenden Karten geben einen Überblick über die Höhe der regenerativen Energieerzeugung in den einzelnen hessischen Landkreisen  und kreisfreien Städten im Jahr 2008, gegliedert nach den unterschiedlichen Energieträgern und Stoffströmen.

Karte „Erzeugung regenerativer Energie“

Die Daten zur Energieerzeugung in den einzelnen Landkreisen und kreisfreien Städten Hessens basieren auf der Erfassung der Anlagen, in denen die regenerative Energie erzeugt wird. Bei der Zuordnung zu den hessischen Landkreisen und kreisfreien Städten wurde ausschließlich der Standort der jeweiligen Anlage zu Grunde gelegt. Die Herkunft der Rohstoffe, die in den Anlagen verwertet wurden, konnte bei der Zuordnung der Energiemengen nicht berücksichtigt werden.

Karte „Erzeugung von Bioenergie“

Bioenergie stellt mit rund 80 % der Menge den „Löwenanteil“ bei der regenerativen Energieerzeugung dar. Traditionell haben dabei die Festbrennstoffe, die z. B. in Form von Feuerholz schon seit Jahrhunderten von den Menschen genutzt werden, den größten Anteil. Sie werden auch gegenwärtig überwiegend zur Wärmeproduktion eingesetzt. In den privaten Haushalten erfolgt die Verfeuerung überwiegend dezentral über kleine Einzelöfen, die teilweise nicht mehr auf dem neuesten technischen Stand sind. Seit der letzten Erhebung (Basisjahr 2004) ist jedoch ein deutlicher Anstieg der effektiven modernen Holz(zentral)heizungen zu beobachten. Die Stromproduktion aus Festbrennstoffen findet meist zentral in größeren Kraftwerken statt, die dafür überwiegend biogene Reststoffe wie z. B. Altholz und Sägerestholz nutzen.

Dagegen wird Biogas überwiegend zur Strombereitstellung genutzt. Ein Teil (rund 30 %) der bei der Verstromung des Biogases in Blockheizkraftwerken anfallenden Wärme wird für die Beheizung der Gärbehälter benötigt, der Rest steht für eine externe Nutzung zur Verfügung. Da die Anlagen häufig in großer Entfernung zu externen Wärmesenken wie Wohngebieten oder Gewerbebetrieben erbaut sind, ist die Suche nach einem geeigneten Abnehmer nicht immer erfolgreich. Bei größeren Biogasanlagen wird daher die Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität angestrebt, um dadurch eine Einspeisung in das Erdgasnetz zu ermöglichen. Die Verstromung des Biogases kann dann bei einem Abnehmer mit entsprechendem Wärmebedarf erfolgen.

Die Bereitstellung der Rohstoffe für Biokraftstoffe steht in engem Zusammenhang mit der im jeweiligen Landkreis verfügbaren Ackerfläche bzw. dem hier angebauten Körnerrapsanteil. Dementsprechend ist die landwirtschaftliche Struktur der Landkreise ausschlaggebend für die jeweils verfügbaren Biokraftstoffmengen.

Karte „Nutzung fester Brennstoffe“

Bei den festen Brennstoffen spielt die breite Palette der holzigen Rohstoffe eine bedeutende Rolle. Neben Waldholz und Kurzumtriebsholz, die zu den nachwachsenden Rohstoffen zählen, stehen auch holzige Abfallfraktionen wie z. B. Altholz, holzige Anteile des Grünabfalls und des Straßenbegleitgrüns sowie Produktionsreste aus der Holzwerkstoffindustrie zur Verfügung.

Insbesondere Waldholz und Sägerestholz werden hauptsächlich von privaten Haushalten sowie von kleineren und mittleren Heizwerken genutzt. Der überwiegende Anteil des getrennt erfassten Altholzes wird in den drei großen Altholzheizkraftwerken in Südhessen verwertet. In Hessen noch wenig genutzt werden die halmartigen Brennstoffe wie Stroh oder Miscanthus.

Darüber hinaus ist der Beitrag des regenerativen Anteils im Rest- und Sperrmüll (Verbundhölzer, Textilien, Lederreste, nicht getrennt entsorgte Bio- und Papierabfälle) zur Bereitstellung regenerativer Energie in Hessen von besonderer Bedeutung. Entsprechende Verwertungsanlagen befinden sich im Rhein-Main-Gebiet sowie in Nordhessen. Insbesondere bei der Energieerzeugung aus biogenen Abfallstoffen ist die Tatsache bedeutsam, dass die Herkunft der Rohstoffe, die in den jeweiligen Anlagen verwertet werden, bei der Zuordnung der Energiemengen zu den einzelnen Landkreisen und kreisfreien Städten nicht berücksichtigt werden kann. Die energetische Verwertung erfolgt üblicherweise in leistungsstarken Anlagen in der Nähe von Ballungszentren oder großen Industrieanlagen, um neben der Stromerzeugung auch eine sinnvolle Wärmenutzung zu gewährleisten. Die Rohstoffe stammen aus dem gesamten Land Hessen sowie darüber hinaus auch aus umliegenden Bundesländern.

Karte „Erzeugung von sonstiger regenerativer Energie – Strom“

Bei der Nutzung sonstiger regenerativer Energie zur Stromerzeugung liegt der Schwerpunkt in Hessen auf der Windkraftnutzung, mit der rund die Hälfte dieses Stromsegments bereitgestellt wird. Ein Drittel stammt aus der Wasserkraft, die verbleibenden 16 % werden über Photovoltaik erzeugt.

Führend bei der Nutzung der Windenergie ist der Vogelsbergkreis, gefolgt vom Landkreis Waldeck-Frankenberg und vom Landkreis Kassel sowie dem Main-Kinzig-Kreis.

Die Nutzung von Wasserkraft ist insbesondere an den größeren Flussläufen etabliert und hat damit einen Schwerpunkt in Südhessen. In Nordhessen spielen die Speicheranlagen am Edersee eine bedeutende Rolle, darüber hinaus sind in den Flüssen Fulda, Werra und Weser Laufwasserkraftwerke errichtet.

In der Intensität der Photovoltaiknutzung in den hessischen Landkreisen und kreisfreien Städten spiegeln sich u. a. auch die Landkreisgröße und die Bebauungsstruktur wider, da die meisten Anlagen als Dachflächenanlagen errichtet wurden. Teilweise werden diese Anlagen durch die Errichtung größerer Freiflächenanlagen auf geeigneten Standorten, wie z. B. Konversionsflächen auf Altdeponien und Kasernengeländen sowie Gewerbe- und Industriestandorten, ergänzt.

Karte „Erzeugung von sonstiger regenerativer Energie – Wärme“

Für die Wärmeerzeugung aus sonstigen Quellen (ohne Bioenergie) stehen in Hessen Solarthermie und Geothermie zur Verfügung. Die Solarthermie wird fast ausschließlich von Privathaushalten zur Warmwasserbereitung und ggf. zur Heizungsunterstützung genutzt. Der Anteil gewerblicher und kommunaler Nutzer wie z. B. Schulen oder Schwimmbäder ist noch relativ gering. Der technische Fortschritt könnte in Zukunft das Spektrum der Nutzungsmöglichkeiten erweitern und Perspektiven für die gewerbliche Kälteerzeugung und Klimatisierung eröffnen.

Die oberflächennahe Geothermie eignet sich insbesondere für die Bereitstellung von Heizwärme über Niedertemperatur-Flächenheizungen und wird daher überwiegend in Neubauten mit Niedrigenergiestandard genutzt. Darüber hinaus muss die geologische Voraussetzung für eine Genehmigung der Bohrungen gegeben sein. Die Tiefengeothermie ist in Hessen bisher nicht etabliert.

Biomassepotenzial

Als Basis für die Berechnungen des Biomassepotenzials wurde das technisch-ökologische Potenzial gewählt. Bei dieser Potenzialdefinition werden Einschränkungen, die auf technischen Gegebenheiten und ökologischen Anforderungen beruhen, berücksichtigt, um eine nachhaltige Biomassenutzung zu gewährleisten. Das technisch-ökologische Potenzial ist relativ geringen Schwankungen unterworfen, so dass eine mittelfristig gültige Potenzialanalyse möglich ist. Grundsätzlich stellen die Landesgrenzen auch die Erhebungsgrenzen dar.

Die den Potenzialannahmen zu Grunde liegenden Rahmenbedingungen wurden mit den hessischen Fachstellen sowie den regionalen Experten der hessischen Landkreise und kreisfreien Städte diskutiert und abgestimmt, so dass die Ergebnisse praxisnah sind.

Zur Abschätzung der möglichen Energieerzeugung aus den ermittelten Biomassepotenzialen wurde von technischen Entwicklungen bis zum Jahr 2020 ausgegangen, die eine effizientere Nutzung der Rohstoffe erlauben. So wurde angenommen, dass eine Verbesserung der Wirkungsgrade bei der Stromerzeugung sowie eine Intensivierung der Wärmenutzung bei der Kraft-Wärme-Kopplung erfolgen werden.

Das Gesamtpotenzial an energetisch nutzbarer Biomasse in Hessen liegt bei 13.350 GWh/a. Von dieser Menge wurden im Jahr 2008 mit 6.950 GWh bereits gut 50 % genutzt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in dem genutzten Anteil auch Importe mit erfasst wurden, da die Herkunft der Rohstoffe, die in den Bioenergieanlagen verwendet werden, nicht ermittelt werden kann. Die nachfolgende Grafik gibt einen Überblick über die einzelnen Stoffströme des Bioenergiepotenzials sowie die bereits genutzten Anteile.

Abb. 3: Gesamtpotenzial an energetisch nutzbarer Biomasse

Das hessenweite Gesamtpotenzial für biogene Festbrennstoffe umfasst rund 10.000 GWh/a und stellt damit den Hauptanteil der Biomassepotenziale dar. Von dieser Menge wurden im Jahr 2008 mit 5.700 GWh bereits rund 60 % genutzt. Das verbleibende Potenzial umfasst sowohl beim Stroh als auch beim Waldholz jeweils 1.200 GWh/a. Diese beiden Rohstoffarten stellen damit die größten „Einzelkomponenten“ des Festbrennstoffpotenzials dar. Während die Nutzung von Waldholz mit dem derzeitigen Stand der Technik problemlos möglich ist, setzen die Stroh- und ebenso die Miscanthusverbrennung allerdings noch technische Verbesserungen voraus. Auch der holzige Teil des Grünabfalls und des Straßenbegleitgrüns erfordert technisch angepasste Anlagen. Die Mobilisierung des Potenzials aus Kurzumtriebsplantagen setzt dagegen die Bereitschaft der Landwirtschaft voraus, Flächen für diese Art der Holzerzeugung bereitzustellen, während die Nutzung des Produkts in bestehenden Anlagen problemlos möglich ist. Die Potenziale in den Bereichen Altholz und biogener Anteil des Restmülls liegen überwiegend in einer Steigerung der Energieeffizienz und Erweiterung bestehender Wärmenutzungen bei Heizkraftwerken.

Zur Energieerzeugung aus biogenen Gasen steht in Hessen insgesamt ein technisches Potenzial von 2.760 GWh/a zur Verfügung, von dem im Jahr 2008 mit 600 GWh rund ein Fünftel bereits genutzt wurde. Das verbleibende Potenzial basiert mit 80 % zum überwiegenden Teil auf den landwirtschaftlichen Rohstoffen. Die Hauptrolle spielen hierbei die Energiepflanzen. Bei kleineren, dezentralen landwirtschaftlichen Anlagen bietet sich die Kombination mit tierischen Reststoffen an, die zudem zur biologischen Stabilität des Gärprozesses beitragen. Die biogenen Reststoffe umfassen mit 730 GWh/a zwar nur rund ein Viertel des Biogaspotenzials, bieten dafür aber gegenüber den einjährigen Energiepflanzen den Vorteil, dass hier keinerlei Nutzungskonkurrenzen vorliegen.

Für die Bereitstellung von Rohstoffen für die Kraftstoffproduktion wird über die aktuelle Menge hinaus nicht mit einem weiteren Anstieg gerechnet, so dass für diesen Stoffstrom kein ungenutztes Potenzial angesetzt wird.

Die Bioenergiepotenziale können zu jeweils rund einem Drittel den Bereichen Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Abfallwirtschaft zugeordnet werden, wie die folgende Grafik verdeutlicht.

Abb. 4: Potenzialverteilung 2020

 

 

© 2013 Hessisches Landesamt für Umwelt und Geologie