Kraftwerke: konventionelle und erneuerbare Energieträger

Die Energiewende ändert die Zusammensetzung des deutschen Kraftwerksparks. Die Anzahl an Kraftwerken zur Nutzung erneuerbarer Energien nimmt zu. Kraftwerke mit hohen Treibhausgas-Emissionen werden vom Netz genommen. Gleichzeitig muss eine sichere regionale und zeitliche Verfügbarkeit der Stromerzeugung zur Deckung der Stromnachfrage gewährleistet sein.

Inhaltsverzeichnis

 

Kraftwerkstandorte in Deutschland

Die Bereitstellung von Strom aus konventionellen Energieträgern verteilt sich unterschiedlich über die gesamte Bundesrepublik. Das ⁠UBA⁠ stellt verschiedene Karten mit Informationen zu Kraftwerken in Deutschland zur Verfügung.

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Kraftwerke auf Basis konventioneller Energieträger

Der deutsche Kraftwerkspark beruhte vor der Energiewende vor allem auf konventionellen Erzeugungsanlagen auf Grundlage eines breiten, regional diversifizierten, überwiegend fossilen Energieträgermixes (Stein- und Braunkohlen, Kernenergie, Erdgas, Mineralölprodukte, Wasserkraft etc.). Die gesamte in Deutschland installierte Brutto-Leistung konventioneller Kraftwerke ist basierend auf Daten des Umweltbundesamtes in der Abbildung „Installierte elektrische Leistung von konventionellen Kraftwerken ab 10 Megawatt nach Energieträgern“ dargestellt. Die aktuelle regionale Verteilung der Kraftwerkskapazitäten ist in der Abbildung „Kraftwerksleistung aus konventionellen Energieträgern ab 10 Megawatt nach Bundesländern“ dargestellt.

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien sehr dynamisch entwickelt. Gleichzeitig wurden mit dem im Jahr 2023 erfolgten endgültigen Ausstieg Deutschlands aus der Nutzung der Kernenergie und dem fortschreitenden Ausstieg aus der Braun- und Steinkohle konkrete Zeitpläne zur Reduktion konventioneller Kraftwerkskapazitäten festgelegt (siehe Abb. „Braun- und Steinkohlen: Stromerzeugungskapazitäten entsprechend dem Kohleausstiegsgesetz“ im letzten Abschnitt):

  • Braunkohlenkraftwerke: Mit Einsetzen der „Kommission für Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung“ wurde der Prozess zum Ausstieg aus der Kohlestromerzeugung in Deutschland gestartet. Im Januar 2020 wurde im Rahmen des Kohleausstiegsgesetzes ein Ausstiegspfad für die Braunkohlestromerzeugung zwischen Bund, Ländern und beteiligten Unternehmen erarbeitet, welcher Entschädigungsregelungen für die Unternehmen und Förderung für die betroffenen Regionen enthält. Die Leistung von Braunkohlenkraftwerken als typische Grundlastkraftwerke lässt sich nur unter Energieverlust kurzfristig regeln. Sie produzieren Strom in direkter Nähe zu den Braunkohlenvorkommen im Rheinischen und Lausitzer Revier sowie im Mitteldeutschen Raum. (Weitere Daten und Fakten zu Braunkohlenkraftwerken finden sie in der Broschüre „Daten und Fakten zu Braun- und Steinkohle“ des Umweltbundesamtes.)
  • Steinkohlenkraftwerke: Im Rahmen des Kohleausstiegs wird auch der Ausstieg aus der Steinkohle angestrebt. 2019 wurde bereits aus ökonomischen Gründen der Abbau von Steinkohle in Deutschland eingestellt. Im Gegensatz zur Braunkohle wird der Ausstieg aus der Steinkohle durch einen Auktionsmechanismus geregelt, der die Entschädigungszahlungen bestimmt. Steinkohlenkraftwerke produzieren Strom in den ehemaligen Steinkohle-Bergbaurevieren Ruhr- und Saarrevier, in den Küstenregionen und entlang der Binnenwasserstraßen, da hier kostengünstige Transportmöglichkeiten für Importsteinkohle vorhanden sind. Weitere Daten und Fakten zu Braun- und Steinkohlenkraftwerken finden sie in der Broschüre „Daten und Fakten zu Braun- und Steinkohle“ des Umweltbundesamtes.
  • Gaskraftwerke: Die Strom- und Wärmeerzeugung mit Gaskraftwerken erzeugt niedrigere Treibhausgasemissionen als mit Kohlenkraftwerken. Des Weiteren ermöglichen sie durch ihre hohe Regelbarkeit und hohe räumliche Verfügbarkeit eine Ergänzung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Dennoch muss zum Erreichen der Klimaziele die gesamte Stromerzeugung dekarbonisiert werden, etwa durch Umrüstung auf Wasserstoffkraftwerke.
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    Kraftwerke auf Basis erneuerbarer Energien

    Der Zubau der installierten Leistung erneuerbarer Energien hatte eine erste Hochphase in den Jahren 2010 bis 2012. 2011 und 2012 wurden jeweils mehr als 10 GW an installierter Leistung zugebaut. In den Jahren 2013 bis 2021 lag der Zubau deutlich unter diesen Zubauraten. Daher wurden zuletzt eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um den Zubau wieder zu beschleunigen. Erste Erfolge sind bereits sichtbar: 2022 zeigte mit einem Zubau von 10,1 GW den bislang drittstärksten Zubau installierter Leistung erneuerbarer Energien. (siehe Abb. „Entwicklung der installierten Leistung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien“).

    Getragen wurde der Zubau in den letzten Jahren vor allem von einem starken Ausbau der Photovoltaik. Der Zubau erreichte 2022 mit 7,4 GW fast wieder die Höchststände der Jahre 2010 bis 2012: Im Schnitt der Jahre 2010 bis 2012 waren es 7,8 GW.

    Auch der Ausbau der Windenergie an Land und auf See ist in den letzten Jahren gegenüber der sehr niedrigen Ausbaurate im Jahr 2020 wieder angestiegen. 2022 waren es wieder etwa 2,5 GW, 2021 wurden knapp 1,6 GW zugebaut. Diese Zubauraten sind jedoch noch immer sehr weit von den Ausbauraten der Jahre 2014 bis 2017 entfernt. In diesen Jahren wurden pro Jahr im Durchschnitt 5,5 GW zugebaut. Nur mit einer weiteren erheblichen Steigerung der Zubauraten von Photovoltaik und Windenergie an Land können die mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz 2023 festgelegten Energiewende-Ziele erreicht werden.

    Durch die Abhängigkeit vom natürlichen Energiedargebot unterscheidet sich die Stromerzeugung der erneuerbaren Erzeugungsanlagen teilweise beträchtlich. So kann eine Windenergieanlage auf See bei gleicher Leistung die Vielfache Menge Strom erzeugen wie eine PV-Anlage. Neben Photovoltaik- und Windkraftwerken mit schwankender Stromeinspeisung gibt es noch weitere erneuerbare Kraftwerke, welche längerfristig planbar Strom liefern (beispielsweise Wasserkraftwerke) oder flexibel eingesetzt werden können (beispielsweise Biomassekraftwerke).

    Die räumliche Verteilung der erneuerbaren Energien in Deutschland ist nicht gleichmäßig, vor allem bei Windenergieanlagen kommt es zu einer Konzentration auf die nördlichen und östlichen Bundesländer (siehe die Karten „Kraftwerke und Windleistung in Deutschland“ und „Kraftwerke und Photovoltaikleistung in Deutschland“).

    Weitere Informationen und Daten zu erneuerbaren Energien finden Sie auf der Themenseite „Erneuerbare Energien in Zahlen“.

    Das Diagramm zeigt die Entwicklung der installierten Leistung der erneuerbaren Energien für 1990, 1995 und ab 2000 als gestapelte Säulen. Die Leistung der Wasserkraft bleibt nahezu konstant, Windenergie und Photovoltaik sind ab 2000 stark gewachsen.
    Installierte Leistung zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien
    Quelle: Umweltbundesamt auf Basis AGEE-Stat Diagramm als PDF
     

    Wirkungsgrade fossiler Kraftwerke

    Der ⁠Brutto-Wirkungsgrad⁠ bezieht sich auf die Stromerzeugung eines Kraftwerkes. Er wird bei Abnahme eines Kraftwerks im sogenannten „Bestpunkt“ gemessen und als durchschnittlicher Wirkungsgrad innerhalb eines Jahres errechnet. Beim Netto-Wirkungsgrad hingegen ist im Vergleich zum Brutto-Wirkungsgrad der Eigenverbrauch der Kraftwerke schon abgezogen.

    Insgesamt verbesserte sich der durchschnittliche Brutto-Wirkungsgrad im deutschen Kraftwerkspark im Zeitraum seit 1990 um einige Prozentpunkte (siehe Abb. „Durchschnittlicher Brutto-Wirkungsgrad des fossilen Kraftwerksparks“). Diese Entwicklung spiegelt die kontinuierliche Modernisierung des Kraftwerkparks und die damit verbundene Außerbetriebnahme alter Kraftwerke wider.

    Der Brennstoffausnutzungsgrad von Kraftwerken kann durch eine gleichzeitige Nutzung von Strom und Wärme (Kraft-Wärme-Kopplung, KWK) gesteigert werden. Dies kann bei Großkraftwerken zur Wärmebereitstellung in Industrie und Fernwärme, aber auch bei dezentralen kleinen Kraftwerken wie Blockheizkraftwerken lokal erfolgen. Dabei müssen neue Kraftwerke allerdings auch den geänderten Flexibilitätsanforderungen an die Strombereitstellung genügen, dies kann beispielsweise über die Kombination mit einem thermischen Speicher erfolgen.

    Obwohl bei konventionellen Kraftwerken in den letzten Jahren technisch eine Steigerung der Wirkungsgrade erreicht werden konnte, werden die dadurch erzielbaren Brennstoffeinsparungen nicht ausreichen, um die erforderliche Treibhausgasreduktion im Kraftwerkssektor für die Einhaltung der Klimaschutzziele zu erreichen. Dafür ist ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Stromerzeugung notwendig.

     

    Das Liniendiagramm zeigt 4 Linien der Entwicklung seit 1990 des Brutto-Wirkungsgrades von Kraftwerken für Stein- und Braunkohle, Erdgas und den Durchschnitt daraus. Die Linie für Erdgas ist am steilsten und verläuft deutlich höher als bei Kohlen.
    Durchschnittlicher Brutto-Wirkungsgrad des fossilen Kraftwerkparks
    Quelle: Umweltbundesamt auf Basis Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen Diagramm als PDF
     

    Kohlendioxid-Emissionen

    Folgende Aussagen können zum Kohlendioxid-Ausstoß von Großkraftwerken für die Stromerzeugung getroffen werden:

    • Braunkohlen: Die spezifischen Kohlendioxid-Emissionen von Braunkohlenkraftwerken variieren je nach Herkunft des Energieträgers aus einem bestimmten Braunkohlerevier und der Beschaffenheit der mitverbrannten Sekundärbrennstoffen (siehe Tab. „Emissionsfaktoren eingesetzter Energieträger zur Stromerzeugung“). Mit mindestens 97.527 kg Kilogramm Kohlendioxid pro Terajoule (kg CO2 / TJ) war der Emissionsfaktor von Braunkohlen im Jahr 2022 höher als der der meisten anderen Kraftwerkstypen.
    • Steinkohlen: Erdgas-GuD-Anlagen haben mit derzeit 55.786 kg CO2 / TJ den geringsten spezifischen Emissionsfaktor fossiler Kraftwerke: Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht pro erzeugter Energieeinheit weniger Kohlendioxid als bei der Verbrennung von Kohle.
    • Erdgas: Erdgas-GuD-Anlagen haben mit derzeit 55.786 kg CO2 / TJ den geringsten spezifischen Emissionsfaktor fossiler Kraftwerke: Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht pro erzeugter Energieeinheit weniger Kohlendioxid als bei der Verbrennung von Kohle.
    Die Tabelle zeigt Emissionsfaktoren eingesetzter Energieträger zur Stromerzeugung in Kilogramm Kohlendioxid pro Terajoule.
    Tab: Emissionsfaktoren eingesetzter Energieträger zur Stromerzeugung
    Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung
     

    Weitere Entwicklung des deutschen Kraftwerksparks

    Um die Klimaschutzziele zu erreichen, ist ein weiterer Ausbau der erneuerbaren Kraftwerkskapazitäten notwendig.

    Im Lichte der Kriegssituation in der Ukraine seit dem Jahr 2022 hat der Gesetzgeber des Weiteren beschlossen, dass Braun- und Steinkohlekraftwerke vorübergehend wieder stärker zum Einsatz kommen sollen. Mittelfristig wird die Kapazität an Kohlekraftwerken gemäß dem Kohleausstiegsgesetz weiter zurückgehen.

    Um den Herausforderungen der Energiewende begegnen zu können, wird es außerdem einen zunehmenden Fokus auf Flexibilisierungsmaßnahmen geben. Dabei handelt es sich um einen Ausbau von Speichern (etwa Wasserkraft, elektro-chemische Speicher, thermische Speicher) sowie um den Ausbau der Strominfrastruktur (Netzausbau, Außenhandelskapazitäten) und Anreize zur Flexibilisierung des Stromverbrauchs.

    Die Tabelle zeigt geplante Kraftwerksprojekte, mit Angabe der geplanten Leistung und Energieträger. Die Projekte haben eine hohe Realisierungswahrscheinlichkeit.
    Tab: Genehmigte oder im Genehmigungsverfahren befindliche Kraftwerksprojekte in Deutschland
    Quelle: Umweltbundesamt Tabelle als PDF zur vergrößerten Darstellung