Deutschland hat sich für den Ausstieg aus der fossilen Stromerzeugung ambitionierte Ziele gesetzt. Der Anteil der Erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch soll bis zum Jahr 2030 auf 80 % steigen. Dazu sollen insgesamt 215 Gigawatt (GW) Solaranlagen, 115 GW Windkraftanlagen an Land und 30 GW Windkraftanlangen auf See errichtet werden.

Allerdings ändern sich die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen stetig; so zeichnet sich ab, dass die Stromnachfrage im Jahr 2030 niedriger ausfallen wird als ursprünglich angenommen. Das liegt maßgeblich an der langsamer fortschreitenden Elektrifizierung im Verkehr und bei der Gebäudewärme sowie dem konjunkturell bedingten Einbruch der Industrieaktivität in den vergangenen Jahren. Immer wieder wird deshalb öffentlichkeitswirksam über eine Anpassung der Ziele diskutiert. Zwar hat die Bundesregierung wiederholt ihr Festhalten an den Zielen bekräftigt - zuletzt im Kabinettsbeschluss zur Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) - allerdings garantiert das Setzen eines Zieles nicht das Erreichen dieses Zieles. So wird z. B. das Ziel für den Ausbau der Windkraftanlagen auf See im Jahr 2030 aufgrund langer Realisierungszeiten vorraussichtlich nicht erreicht. Außerdem befürchten Branchenverbände, dass die aktuellen Gesetzesvorhaben zum EEG und zum Netzanschlusspaket den Ausbau der Photovoltaik und der Windkraft bremsen könnte. Vor diesem Hintergrund haben wir in einem Ariadne-Report die Auswirkungen einer Zielverfehlung beim EE-Ausbau im Jahr 2030 auf Basis des Energiesystemmodells PyPSA-DE untersucht. In sieben Szenarien stellen wir das Erreichen der EE-Ausbau Ziele ihrer Verfehlung um bis zu 30% gegenüber.

Die obige Grafik zeigt die installierte Leistung der Wind- und Solaranlagen für jedes untersuchte Ausbau-Szenario. Die Szenarien sind dabei nach der modellierten Abweichung von den EE-Ausbau-Zielen für das Jahr 2030 benannt. Die linke Säule zeigt die historischen Werte die Ende des Jahres 2024 erreicht waren. Direkt daneben findet sich die installierte Leistung im Szenario "Ziel 2030". Dieses Szenario modelliert ein Erreichen der EE-Ausbauziele für Solaranlagen und Windkraftanlangen an Land und einen optimistischen weiteren Ausbau der Windkraftanlagen auf See, der aber aufgrund bereits erfolgter Verzögerungen hinter dem im EEG angestrebten Ziel zurückbleibt. Jedes folgende Szenario verwendet einen im Vergleich zum "Ziel 2030"-Szenario um jeweils 5% niedrigeren EE-Ausbau - bis hin zu einer maximalen Verfehlung um 30% (rechte Säule). Die installierte Leistung der Erneuerbaren Energien ist in allen Szenarien deutlich höher als im Jahr 2024.

In der obigen Grafik zeigen die Säulen die vom Model errechnete Brutto-Strombilanz für das Jahr 2030 für jedes EE-Ausbau-Szenario. Zum Vergleich zeigt die linke Säule wieder die historischen Werte des Jahres 2024, mit einer Bruttostromnachfrage von insgesamt 522 TWh. Es zeigt sich, dass in allen Szenarien eine im Vergleich zum Jahr 2024 geringere Strommenge aus fossilen Energien erzeugt wird, trotz einer um etwa 100 TWh höheren Gesamtnachfrage. Wie zu erwarten führt ein höherer EE-Ausbau zu einer höheren Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien. Da gleichzeitig die weiter unten gezeigten Strompreise sinken, nimmt auch die Stromnachfrage zu, vor allem für Elektrolyse und elektrische Wärmeerzeugung, da diese Technologien besonders gut auf Preisänderungen reagieren können.

In der folgenden Grafik werfen wir einen etwas detaillierten Blick auf die Stromerzeugung im Jahr 2030: Wieviel Strom wird mit welchen Technologien erzeugt? Wie hoch ist der Anteil der Erneuerbaren?

Es wird deutlich, dass der Großteil der verbleibenden fossilen Stromerzeugung Erdgas als Energieträger verwendet - und zwar umso mehr je niedriger der Ausbau von Solar- und Windenergie ausfällt. Kohle und sonstige fossile Energieträger spielen hingegen nur noch eine untergeordnete Rolle.

Neben den konkreten Ausbauzielen für Solar- und Windenergie, legt das EEG fest, dass bis 2030 der Anteil der erneuerbaren Energien an der Bruttostromnachfrage auf 80 Prozent steigen soll. Dieses ambitionierte Ziel ist nur mit einem gleichermaßen ambitionierten EE-Ausbau erreichbar - schon bei einer Reduktion der Ausbauziele um 10% wird das Ziel verfehlt.

Die höhere Stromerzeugung aus Erdgas, geht einher mit einem stärkeren Zubau an Gaskraftwerken. Andererseits werden bei einem geringeren EE-Ausbau weniger Großbatterien ans Stromnetz angeschlossen, um den Strom aus Wind und Sonne zwischen­zuspeichern. Im Umkehrschluss lässt sich aus den Modellergebnissen folgern: Solar- und Windenergie in Kombination mit Batterien haben das Potential, einen Teil der benötigten Gaskraftwerke zu ersetzen.

In der folgenden Grafik werfen wir einen detaillierten Blick auf die Strompreise im Jahresverlauf. Links ist eine sogenannte "Strompreisdauerlinie" dargestellt. Sie zeigt für wieviele Stunden im Jahr ein bestimmtes Strompreisniveau überschritten wird. Beispielsweise kommen Preise von mehr als 200 EUR/MWh in weniger als 2% der Zeit vor, das entspricht in etwa 150 Stunden. Rechts wird der mittlere Börsenstrompreis für jedes Szenario dargestellt.

Beim Blick auf die Strompreise ist zu beachten, dass das verwendete Energiesystem-Modell nicht alle Details des realen Strommarkts abbildet. Sowohl besonders hohe, als auch besonderes niedrige Stompreise werden vom Modell nicht erfasst. Der durchschnittliche Strompreis ist von dieser Einschränkung kaum betroffen und lässt sich gut mit den realen Börsenstrompreisen vergleichen. In der rechten Grafik wird deutlich, dass eine Reduktion der EE-Ziele um 30% zu einem Anstieg des durchschnittlichen Strompreises um etwa 20 EUR/MWh führt. Das liegt daran, dass Solar- und Windkraftanlagen keine Brennstoffkosten und kaum laufenden Betriebskosten haben. Ihre durschnittlichen Erzeugungskosten sind dadurch niedriger als die von Gas oder Kohle. Gelingt es den Anteil der erneuerbaren Energie an der Stromnachfrage zu erhöhen und deren effiziente Integration durch die Nutzung von Großbatterien und flexiblen Verbrauchern zu flankieren, so sinkt der durchschnittliche Strompreis.

Im Folgenden ist eine Strombilanz für eine kalte Periode im Februar dargestellt, in der die Stromnachfrage besonders hoch ist. Mit den Schaltflächen am unteren Ende der Grafik lässt sich dabei zwischen den Szenarien wechseln.

Vom 8. auf den 9. Februar herrscht eine Dunkelflaute: es gibt kaum Strom aus Windkraftanlagen und auch aus den Nachbarländern kann kaum Strom importiert werden. Das führt zum Einsatz von teuren Gaskraftwerken, und teilweise auch Kohlekraftwerken, um die Stromnachfrage zu decken - die Strompreise steigen.

Am 13. und 14. Februar kommt es zu einer weiteren Dunkelflaute, in der kaum Wind- oder Solarstrom zur Verfügung steht. Stromimporte sind in dieser Zeit allerdings wieder möglich und der Strompreis steigt weniger stark an.

Im letzten Drittel des Zeitraums steht dann sehr viel Strom aus Windkraftanlagen zur Verfügung, was zu einem deutlichen Rückgang der Strompreise bei gleichzeitigen Stromexporten führt. Bemerkenswert ist, dass trotz der Wintermonate an vielen Tagen um die Mittagszeit bis zu 100 GW Erzeugungsleistung aus erneuerbaren Energien zur Verfügung steht. In diesen Stunden sinkt der Stompreis, Speicher können geladen werden und teilweise wird Strom exportiert.

Die zweite Strombilanz zeigt die wöchentliche Durschnittserzeugung und Durchschittsstromnachfrage im Jahresverlauf, zusammen mit den wöchentlichen Durschnittspreisen für Strom. Klar erkennbar ist, dass sich Solarenergie und Windenergie im Jahresverlauf gut ergänzen. Einfach ausgedrückt: Im Sommer scheint die Sonne, im Winter weht der Wind. Die fossilen Kraftwerke werden vor allem im Winter benötigt. Die Batterien speichern vor allem im Sommer den Strom der Solaranlagen für einige Stunden zwischen. Der durchschnittliche Strompreis ist im Sommer niedriger als im Winter, da die Stromnachfrage im Sommer geringer ist und gleichzeitig mehr Strom aus Solaranlagen zur Verfügung steht.

Zum Abschluss des Moduls werfen wir noch mal einen Blick auf das gesamte Energiesystem: Wie wirkt sich die Reduktion der EE-Ziele auf die CO2-Emissionen aus?

In den beiden Grafiken oben wird deutlich: Eine Reduktion des EE-Ausbaus führt zu höheren CO2-Emissionen und gefährdet das Erreichen des Emissionsziels für das Jahr 2030. Dabei verfehlen die Sektoren Verkehr und Gebäude ihre Sektorziele aufgrund der langsameren Elektrifizierung deutlich, während die Industrie und die Energie­wirtschaft aufgrund niedrigerer Nachfrage geringere Emissionen verursachen. Bei einem niedrigen EE-Ausbau wird der fehlende Strom aus EE-Anlagen unter anderem durch steigende Stromproduktion aus Erdgas ausgeglichen, was unmittelbar zu höheren Emissionen führt. Die Energie­wirtschaft erreicht ihr Sektorziel zwar in allen untersuchten Szenarien, allerdings kann sie nicht länger die Emissionen aus dem Verkehr und den Gebäuden kompensieren. In der Summe führt das zu einer Verfehlung des Klimaziels für 2030.