Handlungsfeld Energiewirtschaft

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Der Klimwandel beeinflusst die gesamte Prozesskette der Energiewirtschaft.
Quelle: Stefan Flach/photocase.com

Der Klimawandel wirkt sich sehr unterschiedlich auf die verschiedenen Bereiche der Natur und Gesellschaft aus. Auch die daraus resultierenden Anpassungsmaßnahmen unterscheiden sich. Mehr zu den Auswirkungen auf die Energiewirtschaft und möglichen Anpassungsoptionen lesen Sie hier.

Klimafolgen

Inhaltsverzeichnis

 

Wasserverfügbarkeit und Hitze

In Folge des Klimawandels wird erwartet, dass die Niederschläge im Sommer abnehmen, im Winter hingegen zunehmen. Zusätzlich ist vor allem im Winter mit häufigeren Starkregenereignissen zu rechnen. Gleichzeitig wird die Temperatur in Deutschland steigen. Diese Veränderungen wirken sich insbesondere auf die Verfügbarkeit von Wasser aus.

Bei hohen Temperaturen und geringen Niederschlägen kann es thermischen Kraftwerken, wie Kohle-, Erdgas- und Kernkraftwerken, an Kühlwasser mangeln. Kühlwasser ist für die Elektrizitätserzeugung in thermischen Kraftwerken unerlässlich, wenn keine anderen Kühlsysteme, zum Beispiel Luftkühlung, zur Verfügung stehen. Entnommen wird das Kühlwasser meist aus Fließgewässern, in die es anschließend erwärmt wieder eingeleitet wird.

Lange Hitzeperioden schränken die Verfügbarkeit von Kühlwasser ein, da sich die Wassermenge infolge von Niedrigwasser verringert und sich mit steigenden Lufttemperaturen auch die Fließgewässer erwärmen. Da wärmeres Wasser einen geringeren Kühlungseffekt hat, werden größere Wassermengen für die Kühlung benötigt. Werden wasserrechtlich und/oder sicherheitstechnisch bedeutende Schwellenwerte erreicht, darf erwärmtes Flusswasser nicht mehr als Kühlwasser genutzt werden. Auch die Rückleitung von Kühlwasser in erwärmte Fließgewässer ist problematisch für Flussökosysteme und daher rechtlich limitiert. In extremen Fällen müssen thermische Kraftwerke abgeschaltet werden.

Niedrigwasser in Flüssen mindert die Leistung von Wasserkraftwerken. Zusätzlich schränkt es die Binnenschifffahrt ein und erschwert auf diese Weise den Transport von Energieträgern, beispielsweise Kohle für thermische Kraftwerke. Das kann zu Engpässen in der Brennstoffversorgung führen. Die Wirkungsgrade von Luftkühlungen der thermischen Kraftwerke und Gasturbinen werden durch Hitze vermindert. Sommerlich hohe Temperaturen können neben der Energieproduktion auch die Energieverteilung durch Schäden an Erdkabeln und Übertragungsverlusten bei Freileitungen einschränken. All diese Faktoren können in langen Hitzeperioden zu einem Engpass in der Energieversorgung führen. Dabei ist die konventionelle Energieversorgung durch ihre zentralisierte Stromerzeugung in Großkraftwerken besonders gefährdet. Der Ausfall von einer oder mehrerer dieser Anlagen kann die Energieversorgung schwer belasten.

Der Klimawandel kann den Wasserstand und die Fließkraft in Gewässern auch zeitweilig erhöhen. In milden Wintern, wenn Niederschlag weniger in Form von Schnee gespeichert wird und stattdessen direkt als Regenwasser abfließt, kann die größere Fließgeschwindigkeit die Leistung von Wasserkraftwerken erhöhen.

 

Extremwetterereignisse

Die Häufigkeit und Intensität von Extremwetterereignissen, hierzu zählen Hochwasser, Starkniederschläge, Stürme, Hagel und Gewitter, kann sich durch den Klimawandel verändern. Bereits bei einmaligem Auftritt können Extremwetterereignisse sehr große Schäden an der Energieinfrastruktur verursachen. Stürme und Blitzeinschläge, aber auch hohe Schneelasten (wie im Münsterland 2005) können Energieumwandlungsanlagen und Leitungsnetze beschädigen und damit die Elektrizitätsübertragung und -verteilung gefährden. Seit den 1970er Jahren haben derartige Versorgungsausfälle zugenommen. Mit steigender Temperatur sinken die Wirkungsgrade der Photovoltaik-Module, die auch durch Hagel oder Sturm beschädigt werden können. Starke Stürme können dazu führen, dass Windenergieanlagen abgeschaltet werden müssen, die Zugänglichkeit von Offshore-Windenergieanlagen eingeschränkt wird sowie On- und Offshore-Windenergieanlagen beschädigt werden. Bei langanhaltenden Flauten hingegen, beispielsweise während stabiler Hochdruckwetterlagen, können Windenergieanlagen keinen Strom produzieren. Die Produktivität von Photovoltaikanlagen wird durch Schneedecken beeinträchtigt.

Darüber hinaus beeinflussen Starkniederschläge und Hochwasser den Betrieb von Anlagen zur Roh- und Brennstoffgewinnung, zum Beispiel Erdöl, Erdgas, Stein- und Braunkohle. Gleichzeitig schränkt Hochwasser den Transport von Energieträgern mittels Binnenschifffahrt und auf den parallel zu den Flüssen geführten Bahntrassen und Straßen ein, was Engpässe bei der Brennstoffversorgung von thermischen Kraftwerken zur Folge haben kann. Hochwasser kann Kraftwerke durch Überschwemmung, inklusive Einschluss, und Aufschwemmung von Anlagen direkt bedrohen. Auch die Stromproduktion von Laufwasserkraftwerken kann bei Hochwasser durch hohe Pegelstände beeinträchtigt werden, wenn die notwendige Fallhöhe an den Staustufen vermindert ist. Hochwasser stellt zudem ein potenzielles Risiko für Umspannanlagen, Trafostationen und andere Netzbestandteile dar: Kabeltrassen können freigespült, Masten beschädigt oder Mastfundamente unterspült werden. Auch das Gas- und Fernwärmenetz kann von Hochwasser betroffen sein, zum Beispiel durch Überflutung von Umformerstationen oder Gasdruckregelanlagen. Neben der öffentlichen Energieversorgung können auch Energieumwandlungs- und Heizungsanlagen von Privathaushalten durch Hochwasser beeinträchtigt sein. Es kann zu Schäden an Heizkesseln oder Leitungen kommen. Überschwemmungen der elektrischen Komponenten von Photovoltaikanlagen können zu Kurzschlüssen und damit Schäden an den Modulen führen.

Auch die Produktionsflächen von Biomasse (siehe auch Klimafolgen in der Forst- und Landwirtschaft) kann Hochwasser stark schädigen. Hitze, Trockenheit, Hagel- und Starkniederschläge sind weitere Witterungsbedingungen, die deren Ertrag beeinflussen. Mögliche Auswirkungen können neben Versorgungsengpässen auch Energiepreissteigerungen sein.

 

Energienachfrage

Infolge von höheren Temperaturen steigt der Kühlungsbedarf in Haushalten und Produktionsstätten, aber auch beim Transport und der Lagerung von Gütern und Waren. Der damit verbundene Anstieg der Elektrizitätsnachfrage kann besonders in Zeiten eingeschränkter Produktionsmöglichkeiten, also während langer Hitzeperioden, zu Engpässen führen. Wärmere Winter hingegen können den Wärmebedarf reduzieren.

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Quellen

Anpassung

Technische Maßnahmen

Energieumwandlung

Da die konventionelle Energieversorgung bislang durch zentralisierte Stromversorgung in Großkraftwerken geprägt ist, ist sie besonders anfällig gegen Ausfälle von einzelnen Kraftwerken. Mit dem Umbau der Energieversorgung hin zu erneuerbaren Energien, allen voran Windenergie und Photovoltaik, ist auch eine stärkere Dezentralisierung der Energieversorgung verbunden, die damit resilienter gegenüber einzelnen Ausfällen und lokal begrenzten Ereignissen wird.

Ein zentrales Problem für die konventionelle Energieumwandlung unter Klimawandel besteht bei der Versorgung von thermischen Kraftwerken mit Kühlwasser. Erneuerbare Energien können die Nachfrage nach fossil erzeugter (Spitzen-)Last in den für die Kühlwasserversorgung problematischen Sommermonaten reduzieren. Thermische Kraftwerke sollten zudem mit innovativen Kühlungskonzepten ausgestattet werden wie Kombinationen von Nass- und Trockenkühlsystemen. Durch ihren deutlich höheren Brennstoffausnutzungsgrad und damit besseren Erzeugungseffizienz können Anlagen, die in Kraft-Wärme- oder Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung arbeiten, den Bedarf an Kühlwasser ebenfalls senken, wobei hier Grenzen durch die Verfügbarkeit von geeigneten Wärme-/Kälteabnehmern gesetzt sind.

Eine weitere klimawandelbedingte Herausforderung für Kraftwerke stellt die gestiegene Überschwemmungsgefahr durch Starkregen und Hochwasser dar. Obwohl für Kraftwerke bereits hohe Sicherheitsstandards gelten und gefährdete Standorte mit Hochwasserschutzanlagen ausgerüstet sind, kann eine Beeinträchtigung oder gar Abschaltung in Einzelfällen, wie in Gera-Süd im Jahr 2013, vorkommen. Als Anpassungsmaßnahme werden in zentralen Kraftwerksanlagen bereits heute Entwässerungssysteme ausgebaut. Aber gerade Bauwerke außerhalb von Kraftwerksbereichen sind von Hochwasser bedroht. Vor diesem Hintergrund ist bei Neubauten auf geeignete Standorte zu achten.

Insbesondere für konventionelle Kraftwerksbetreiber kann auch logistischer Anpassungsbedarf bestehen. Wenn die Nutzung von Wasserwegen für den Transport von Brennstoffen für konventionelle Kraftwerke aufgrund von Hoch- oder Niedrigwasser eingeschränkt oder unterbrochen ist, sollten alternative Versorgungs- und Transportwege zur Verfügung stehen. Eine Flexibilisierung von Logistik- und Verkehrskonzepten sowie der Aus- und Neubau von lokalen Vorratsspeichern sind Möglichkeiten, sich hier wirksam anzupassen.

Natürlich können auch erneuerbare Energien von den Folgen des Klimawandels betroffen sein: Da die Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien, die im zukünftigen Energiesystem die größte Bedeutung haben werden (Windenergie und Photovoltaik), witterungsbedingt erfolgt, sind Stürme, Flauten, Schnee und Hagel schon heute von Bedeutung. Daher sind bereits viele Konzepte und Technologien entwickelt worden, mit denen auf extreme Wetterereignisse reagiert werden kann, zum Beispiel Sturmabregelung bei Windenergieanlagen. Im Bereich der Windenergieanlagen werden zudem Logistik-, Zugangs- und Wartungskonzepte, hierzu zählen auch Fernwartungssysteme für Offshore-Windkraftanlagen, optimiert. Photovoltaikanlagen in hochwassergefährdeten Gebieten sollten einen Schalter für eine kontrollierte Kurzschlussschaltung haben, damit es im Falle einer Überschwemmung der elektrischen Komponenten nicht zu Kurzschlüssen kommt. Hagelschäden werden durch den Einsatz von dickerem Schutzglas bei Photovoltaik-Modulen vermindert.

Elektrizitätsübertragung und Netzsicherheit

Mögliche Extremwetterereignisse wie Hochwasser, Stürme und Gewitter, die zu einer Beschädigung der Netze führen können, sollten bei der Standortauswahl von Netzbestandteilen wie Freilandleitungen und Umspannanlagen berücksichtigt werden. Sowohl zu hohen Schneelasten als auch einer Überlastung der Netze bei extremen Temperaturen kann technisch vorgebeugt werden: Neben einem Freileitungs-Monitoring, beziehungsweise einem Temperaturmonitoring, bieten Hochtemperaturseile eine Möglichkeit, um die Gefahr einer zu hohen Übertragungsleistung zu verringern. Heizdrähte oder PEDT (pulse electro-thermal de-icing) können Leitungen als Schutz vor Vereisung erhitzen.

Energienachfrage

Durch höhere Temperaturen steigt der Kühlungsbedarf insbesondere in den Sommermonaten. Daher sind Energiesparmaßnahmen notwendig, die die Nachfrage senken. Dies gilt es, vor allem bei Gebäudekonzepten und in der Stadtplanung zu berücksichtigen. Beispielsweise Gebäudedämmung oder Verschattungselemente können den Kühlungsbedarf deutlich senken. Außerdem kann die Energieeffizienz bei technischen Geräten erhöht werden.

Politische, rechtliche und Management-Maßnahmen

Die Energienachfrage kann auch über Management-Maßnahmen beeinflusst werden, wie ein Stromverbrauchsmonitoring und angebotsorientierte Preise. Bei sehr sonnigen und windreichen Wetterlagen kann es zu einer Überlast der Netze kommen. Das sogenannte Einspeisemanagement sorgt dafür, dass im Falle einer Überlastung der Netze einzelne Energieerzeugungsanlagen ihre Leistung herunterfahren. Gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz werden nur noch Anlagen gefördert, die mit einer derartigen Einrichtung zur Leistungsreduzierung ausgestattet sind.

Welche anderen Management- und technischen Anpassungsmaßnahmen möglich sind, wird die Forschung zeigen. Diese ist notwendig, um eine verlässliche Informationsgrundlage für Planungs- und Investitionsprozesse sowie für die Entwicklung innovativer Anpassungstechnologien zu schaffen. So sind weitere Informationen zu relevanten Klimaänderungen wie der Entwicklung der Gewässertemperaturen oder der Abflussmengen erforderlich.

Für einen erfolgreichen Umgang mit extremen Wetterereignissen ist ein aktives Risikomanagement der Energieunternehmen gefragt. Die frühzeitige Erstellung von Notfallplänen sowie eine Sensibilisierung und Schulung des Personals über Trainingsmaßnahmen sind wichtige Elemente. Auch die Bildung von Krisenstäben kann in diesem Zusammenhang ein schnelles Handeln ermöglichen.

Generell gilt es daher, das Bewusstsein für klimawandelbedingte Veränderungen und Herausforderungen in der Energiewirtschaft zu stärken und die relevanten Akteure zu vernetzen. In der Arbeitsgruppe „Krisenvorsorge in der Stromwirtschaft“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) diskutieren Bund und Länder gemeinsam mit der Energiewirtschaft verschiedene Krisenszenarien für Extremwetterereignisse sowie mögliche Maßnahmen im Rahmen der Vorschriften des Energiewirtschaftsgesetzes und des Energiesicherungsgesetzes.

Darüber hinaus hat der Staat die Möglichkeit, Anreize für den Erhalt der Funktionsfähigkeit und den Ausbau der Infrastrukturen des Energiesektors zu schaffen. Im Rahmen der „Förderinitiative Energiespeicher“ der Bundesregierung werden zum Beispiel neue Speichertechnologien erforscht.

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