WörthZero – Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe

Im Jahr 2005 haben der Landkreis Starnberg und seine Gemeinden gemeinsam beschlossen, bis 2035 bei Energieerzeugung und -verbrauch klimaneutral zu werden. Auf der Webseite der Gemeinde ist zum Thema Klimaschutz im 5 Seenland das integrierte Klimaschutzkonzept von 2010 zu finden. Doch wo stehen wir heute?

Erneuerbare Energien 2022 Landkreis Starnberg

Anteil erneuerbarer Energien beim Stromverbrauch 2022 im Landkreis Starnberg. Quelle: Landratsamt Starnberg.

Energiewende Landkreis Starnberg

Der Verein Energiewende Landkreis Starnberg arbeitet seit Jahren daran, die Energiewende im Landkreis voranzubringen. In Herrsching wird eine kostenlose Energieberatung angeboten.

„In der Untersuchung schneiden Wärmepumpen in Einfamilienhäusern nicht nur als umweltfreundlichster, sondern auch als wirtschaftlichster Energieträger ab. Die Gesamtkosten können durch Photovoltaik für den Eigenverbrauch noch gesenkt werden. In Mehrfamilienhäusern ist die Umstellung auf Wärmepumpen oder Fernwärme ebenfalls kostengünstiger als eine erneuerte Gasheizung.“

Günstig und klimaschonend heizen: Wärmepumpen sind kostengünstiger, Fraunhofer ISE Institut

Der Fortschritt auf dem Weg zur Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe ist mühsam. Der Anteil der erneuerbaren Energien am Stromverbrauch in Wörthsee liegt laut Webseite des Landratsamts 2022 gerade mal bei 16,5%, im Landkreis Starnberg bei 18,1%. Zu konkreten Maßnahmeplänen haben die Klimabeschlüsse bislang nicht geführt. Das Tempo der vergangenen 15 Jahre ist offensichtlich viel zu langsam. Machen wir so weiter wie bislang, dauert es 150 Jahre, bis das Ziel erreicht ist. Wie also können wir innerhalb des nächsten Jahrzehnts doch noch null Emissionen erreichen?

Klima Aktionsplan Wörthsee

Der Energieverbrauch eines privaten Haushalts hat drei wesentliche Bereiche:

  • Wärmeerzeugung (70%),
  • Haushaltsstromverbrauch (ca. 13%),
  • private Mobilität ca 17%.

Das Statistische Bundesamt stellt für alle wesentlichen Betrachtungen des Energieverbrauchs aggregierte Materialien zur Verfügung. Laut DeStatis ist der größte Block im privaten Energieverbrauch die Erzeugung von Wärme im Wohnbereich. 70% der CO2 Emissionen in den Haushalten gehen auf dieses Konto. Die Umstellung der im Gemeindebereich vorhandenen Öl- und Gasheizungen ist daher der wichtigste Schritt, um die Emission von fossilem CO2 zu beenden. Hierfür ist der Aufstellung eines kommunalen Wärmeplans sinnvoll. Dieser würde die Gemeinde nur wenig kosten, 2/3 der Kosten werden bezuschusst. Der zweite wichtige Sektor ist die Mobilität.

Wärmeerzeugung

Da laut Statistik der pro-Kopf Energieverbrauch in Deutschland bei 17.633 kWh liegt, lässt sich mit dieser Zahl der gesamte, im privaten Bereich anfallende Energiebedarf in unserer Gemeinde mit etwa 5.000 Einwohnern auf 35.658.524 kWh pro Jahr oder 35 Gigawattstunden ausreichend genau abschätzen. Hinzu kommt der Gewerbesektor.

70% dieser statistischen Größe entfallen auf Wärmeerzeugung also etwa 25 GWh. Eine Kontrollrechnung zu diesem Pauschalwert auch über die Anzahl an Gebäuden und Wohnungen im Ort aufgemacht werden. Wir haben etwa 1210 Einfamilienhäuser in der Gemeinde und deren Wärmeenergiebedarf liegt pro Haus im Schnitt bei 15.000 kWh im Jahr. Hinzu kommen 1210 Wohnungen in Mehrfamilienhäusern, bei denen der durchschnittliche Bedarf pro Wohnung und Jahr bei etwa 8.000 kWh liegt. Hiernach liegt der statistische Wärmeenergiebedarf der privaten Gebäude in der Gemeinde zusammengenommen bei etwa 28 GWh.

Ein wesentlicher Punkt bei dieser Rechengröße wird die Erzeugung dieser Wärmeenergie sein. Wärmepumpen arbeiten mit einem Effizienzfaktor von bis zu 4, der sogenannten Jahresarbeitszahl. Bei einer JAZ von 4 werden für die Erzeugung der benötigten Wärmeenergie etwa 7.000 kWh Strom benötigt. Die tatsächlich erreichten Werte liegen bei Luftwärmepumpen momentan etwas darunter, aber es ist zu erwarten, dass Optimierung bei der Technologie und Verbesserungen der Beheizungssysteme hier noch einen Fortschritt bringen. Fortschritte bei der Dämmung sind ebenfalls zu erwarten. Ein sehr gut gedämmtes Haus benötigt nur etwa die Hälfte der Energie, wie oben angenommen. Dennoch wird dieses „Worst Case Szenario“ die Realität ausreichend genau abbilden.

Beleuchtung und Prozessenergie

Bereits elektrifiziert sind zwei weitere wesentliche Größen im Haushaltsbereich Beleuchtung und „Prozessenergie“ wie zum Beispiel für das Kochen oder alle übrigen Elektrogeräte. Der durchschnittliche Verbrauch hierbei liegt im Jahr bei 1.320 kWh pro Kopf, also in Wörthsee bei rund 6.6 GWh pro Jahr. In diesem Bereich bringen moderne Geräte Einsparpotential. Vor allem aber kommt es jedoch darauf an, den verbrauchten Strom auch zu 100% fossilfrei zu erzeugen.

Mobilität

In Wörthsee sind etwa 3.500 private PKW zugelassen, 97% davon sind derzeit Verbrenner. Stellen wir die PKW Flotte in Wörthsee rechnerisch auf Elektrofahrzeuge um, beträgt der anzunehmende durchschnittliche Verbrauch beim derzeitigen Stand der Technik etwa 17 kWh pro 100 km, zusammengenommen ebenfalls etwa 9 GWh im Jahr. Werden sich in den kommenden Jahren die erwarteten Fortschritte bei den Batterien einstellen, also vor allem die Reduzierung ihres Gewichts bei gleicher Leistung, werden die E-Autos auf einen niedrigeren Bedarf kommen. Mehr dazu steht im Kapitel Nachhaltige Mobilität.

Nehmen wir alle drei Bereiche des Energiebedarfs zusammen, kommen wir bei Vollelektrifizierung auf einen Bedarf von etwa 22 GWh Strom im Gemeindebereich Wörthsee.

Der Strombedarf der Zukunft

Die vorgestellte Schätzung zeigt den tatsächlichen maximalen Bedarf der privaten Haushalte. In der Realität wird der Bedarf anders ausfallen, zumal Entscheidungen der Bürger nicht per Verordnung getroffen werden dürfen. Dennoch steht das Nullemissions-Ziel längst verbindlich vereinbart fest und das heißt, dass die Simulation durchaus eintreten wird.

Nochmals: ein kommunaler Wärme- und Energieplan ist nötig, um dieses Thema genauer abzubilden. Wir vermuten, dass sich der Strombedarf in Wörthsee gegenüber den derzeitigen Werten mehr als verdoppeln wird.

Schätzwert Haushaltsstrombedarf in Wörthsee 2035

Schätzung zum Haushaltsstrombedarf in Wörthsee (kWh) bei Vollelektrifizierung. ca. 2035. Quelle: Eigene Berechnung auf Basis DeStatis

Energiebedarf im Jahresverlauf

Da der Verbrauch an Wärmeenergie die wesentliche Größe in dieser Gesamtrechnung ist, wird im Winter am meisten Energie gebraucht. 73% der Wärmeerzeugung fallen auf die Monate November bis März. Der Energiebedarf der privaten Verbraucher in der Gemeinde kann sich (bei Vollelektrifizierung) in der kalten Jahreszeit auf bis zu 76.600 kWh am Tag summieren. Dieser Spitzenwert wird jedoch vermutlich nicht erreicht werden, da energiesparende Technologien den Bedarf besonders bei Heizung und Mobilität noch senken werden.

Um das Ziel einer Versorgung dieses Bedarfs zu 100% mit erneuerbarer Energie zu erreichen ist ein solcher Spitzenbedarf ein wichtiger Maßstab. Niemand kann riskieren, dass im Winter das Energiesystem zusammenbricht. Mit dem Gespenst der sogenannten Dunkelflaute wird seit längerem Stimmung gegen die Umstellung der Stromerzeugung auf Erneuerbare gemacht. Da im Winter die Solarenergie nur schwache Ausbeute erbringen kann, hängt fast alles am Wind. Und was, wenn dieser nicht weht? Wie sehen also die Möglichkeiten für Wind- und Sonnenstrom zur Versorgung von Wörthsee aus?

Stromerzeugung im Jahresverlauf

Was ist erforderlich, um die benötigten 22 MWh an Energie für die privaten Haushalte vollständig mit erneuerbarer Energie zu erzeugen? Wir haben derzeit in Wörthsee bereits PV-Dachanlagen installiert, die etwa 4 MWh im Jahr an klimaneutralem Strom erzeugen. Hinzu kommt dieses Jahr der Bürger Solarpark, der weitere 5 MWh Leistung hat.

Geplant sind derzeit 4 Windräder im Gemeindebereich. Ein Windrad in der Gemeinde Berg im Landkreis erzeugt etwa 7 MWh pro Jahr, da in Süddeutschland die Windenergie nicht besonders leistungsfähig ist. Dennoch, ein Ausbau der PV-Dachanlagen auf 8 MWh, der rechnerisch möglich ist, die Inbetriebnahme eines weiteren (bereits geplanten) Solarparks entlang der A96 sowie 2 Windräder (ca. 14 MWh) reichen rechnerisch mit 32-35 MWh bei weitem aus, den Strombedarf aller Haushalte bei Vollelektrifizierung zu decken.

Doch auf den ersten Blick sieht man: im jahreszeitlichen Verlauf ist die Erzeugung im Sommer zu hoch und im Winter zu gering, es braucht also Speicher.

WörthZero Simulation

Quelle der Basiszahlen: BdEW 2024, Quellenangabe:
Destatis
BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
Statistik der Kohlenwirtschaft e.V.
AG Energiebilanzen e.V.

Stromspeicherung

Der Speicherbedarf für elektrische Energie ist bei Nutzung der Erneuerbaren enorm. Auf den ersten Blick ist auf der Grafik zu sehen, dass die PV-Anlagen besonders dann viel Strom erzeugen, wenn der Bedarf eher gering ist. Windkraft dagegen folgt übers Jahr recht gut dem Bedarf. Beide zusammen reichen jedoch nicht, um den Verbrauch in den Wintermonaten zu decken.

Was ist nun von der sogenannten Dunkelflaute zu halten? Wie und vor allem für wie lange kommt es im Winter zu Flauten, wenn auch die PV nichts bringt? Auch wenn diese Flauten, europaweit gedacht, im Verbundnetz ausgeglichen werden können, ist der Aufbau einer großen Stromspeicherkapazität zwingend, um Versorgungssicherheit zu garantieren. Auch lokale Anlagen wird es brauchen. In Wörthsee sind bereits heute 105 kleine private Speicheranlagen installiert mit etwa 715 kWh Leistung, was natürlich ein allererster Mini-Anfang ist. Da die private Stromspeicherung bei Betrieb einer Solaranlage sehr kostensparend ist, werden in den kommenden Jahren viele hundert Anlagen hinzukommen, die zusammengenommen 10 bis 20 MWh Kapazität haben könnten.

Große Batteriespeicher von einigen hundert MWh müssen mit einer anderen Batterietechnologie als Lithium gebaut werden. Das österreichische Burgenland will sich mit Hilfe der Solid Flow Batterie-Technologie, die umweltfreundlich und wirtschaftlich ist, bis 2030 umzustellen: „Das Burgenland hat sich ein klares Ziel gesetzt: Wir wollen und wir werden 2030 klimaneutral, energieunabhängig und damit auch preisunabhängig sein“, betont Landeshauptmann Hans Peter Doskozil. Dazu wird ein organischer Batteriespeicher von Speicherleistung von 100 Megawatt mit einer Kapazität von 300 Megawattstunden installiert. Hier steht mehr zu diesem vorbildlichen Projekt. Auch in Wörthsee sollte über eine derartige Lösung nachgedacht werden.

Smart Grid – das Stromnetz der Zukunft

Das intelligente Stromnetz der Zukunft muss durch ein Lastmanagement die enormen Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch abfedern. Ein Lastmanagement wird über Anreize jedem Haushalt eine Chance bieten, seine Stromkosten niedrig zu halten. In den nächsten Jahren werden alle Haushalte mit digitalen Stromzählern ausgestattet. Sie erfassen den Stromverbrauch zeitnah und zeigen, wieviel Strom wir wann verbrauchen.

Im Smart Grid kann jeder Verbraucher und jeder Erzeuger den Strom dann abnehmen bzw. anbieten, wenn es für das gesamte Netz am günstigsten ist.

Muss ich mein Elektroauto abends um 18:30 an die Ladenstation stecken, wenn vielleicht gerade eine Stromspitze das Netz belastet? Oder sorgt ein Smartmeter dafür, dass der Ladevorgang automatisch erst dann beginnt, wenn andere Verbraucher abgeschaltet wurden? Und er garantiert dennoch am nächsten Morgen zuverlässig eine volle Batterie. Und, schaltet er meine Spülmaschine oder Waschmaschine mittags ein, wenn die hauseigene PV-Anlage ausreichend eigenen Strom liefert?

Oder sorgt der Smart Meter dafür, dass der Strom meiner PV Anlage zu einer lukrativen Zeit mit hohen Erzeugerpreisen ins Netz eingespeist oder zwischengespeichert wird? Haben wir in der Nachbarschaft oder in der Gemeinde einen zentralen Speicher dafür? Kann ich mit einem privaten Stromspeicher sogar Geld verdienen, wenn ich zwischengespeicherten Solarstrom vom eigenen Dach zu Spitzenzeit ins Netz einspeise? Und geht das vielleicht vollautomatisch? Es ist auch geplant, die großen Batteriekapazitäten der Elektroautos für die Zwischenspeicherung von Strom nutzbar zu machen – bidirektionales Laden.

Solche Fragen zum Smart Grid werden spannend. Auch diese Themen können die Fachleute bereits beantworten. Informationen stellen die großen Energiekonzerne bereit.

Bis 2030 müssen die Stromzähler aller Haushalte intelligent sein. Smart Meter kommen und das smarte Netz ebenfalls. Deshalb wäre es gut, wenn die Gemeinde neben dem kommunalen Wärmeplan sich auch einen Plan macht zu einem kommunalen „smarten Netz“, das die vielen privaten Anlagen und die großen Bürger-Solar- und -Windanlagen sowie einen kommunalen Speicher ins Auge fasst.

WörthZero

Weitere Informationen zu WörthZero stehen hier.