Wirtschaftlich sinnvoller Weg zu globalem klimaneutralen Stromnetz bis 2050

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LUT-Forschungsergebnisse: Übergang zu 100% EE ohne gesellschaftliche Verwerfungen möglich

Ein globales, zu 100% erneuerbares Stromnetz kann bis 2050 erreicht werden. Eine aktuelle Studie der finnischen Lappeenranta University of Technology (LUT) beschreibt die notwendigen Schritte, um einen realistischen Übergang zu ermöglichen, der gesellschaftliche Verwerfungen verhindert. Der von einer Forschungsgruppe um Prof. Christian Breyer erstellte Forschungsbericht „Radical Transformation Pathway towards sustainable electricity via evolutionary steps“ wurde kürzlich in Nature veröffentlicht. Zum ersten Mal in seiner Geschichte veröffentlichte Nature einen Forschungsartikel über das Thema 100% Erneuerbare Energien.

Bio und Wind – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

Ein Übergang zu einer langfristigen Nachhaltigkeit in globalen Energiesystemen auf der Grundlage Erneuerbarer Energien (EE-Ressourcen) kann mehrere wachsende Bedrohungen für die menschliche Gesellschaft gleichzeitig mildern: Treibhausgasemissionen, vom Menschen verursachte Klimaabweichungen und das Überschreiten kritischer planetarer Grenzen. Die optimale Struktur zukünftiger Systeme und mögliche Übergangspfade sind jedoch bisher offene Fragen geblieben.

Der LUT-Forschungsartikel beschreibt ein globales, hundertprozentiges EE-System, das bis 2050 erreicht werden kann, und die notwendigen Schritte, um einen realistischen Übergang zu ermöglichen, der gesellschaftliche Verwerfungen verhindert. Die Modellierung zeigt, dass ein weltweit klimaneutrales Stromsystem auf technisch machbare und wirtschaftlich vertretbare Weise aufgebaut werden kann. Diese globale Transformation wird in den nächsten 35 Jahren stetige, aber evolutionäre Veränderungen erfordern und zu einer nachhaltigen und bezahlbaren Energieversorgung weltweit führen.

Der modellierte Übergang beginnt mit der bestehenden Netzstruktur ab 2015, und bestehende Kapazitäten werden erst nach Erreichen ihrer technischen Lebensdauer stillgelegt. Die Geschwindigkeit des EE-Kapazitätseinsatzes ist begrenzt, um einen unrealistisch schnellen Übergang zu vermeiden und basiert auf empirischen Daten. Für jeden Übergangsschritt wird eine lineare Optimierung des Stromversorgungssystems durchgeführt, mit dem Ziel, unter bestimmten Bedingungen minimale jährliche Systemkosten zu erreichen.

Stromgestehungskosten (LCOE) 2050 niedriger als heute

Die Modellierungsergebnisse zeigen, dass bis 2050 ein 100% klimaneutrales EE-basiertes Stromsystem möglich ist. Ein solches Energiesystem ist wirtschaftlich tragfähig, bei gleichbleibenden Stromgestehungskosten (Levelized Cost of Electricity – LCOE) von 52 €/MWh. „Das sind deutlich weniger als die bisherigen 70 €/MWh“, sagt Christian Breyer, Leiter der Gruppe Solarwirtschaft an der LUT. Breyer fährt fort, dass bis 2050 PV die Hauptstromquelle sein wird, die fast 70% des gesamten Stroms und fast 18% Wind erzeugt.

Dmitrii Bogdanov, Hauptautor der Studie: „Dies führt zu einer von der Photovoltaik dominierten Stromversorgung in den meisten Regionen, insbesondere im Sonnengürtel, einigen Wind- oder Wasserkraft dominierten Regionen und mehreren Regionen, die durch einen Mix der drei wichtigsten Erneuerbaren Stromquellen gekennzeichnet sind, hauptsächlich in der nördlichen Hemisphäre wie Nordamerika, Europa und Eurasien“.

Die Übergangsmodellierung wurde mit dem LUT Energy System Transition Modell durchgeführt, das ein Energiesystem für bestimmte Randbedingungen optimiert. Die Simulation wird für Fünfjahres-Zeiträume für die Jahre 2015 bis 2050 angewendet. Für jeden Zeitraum definiert das Modell eine kostenoptimale Energiesystemstruktur und -betriebsart für die gegebenen Rahmenbedingungen: Energiebedarf, verfügbare Erzeugungs- und Speichertechnologien, finanzielle und technische Annahmen sowie Grenzwerte für die installierte Leistung für alle angewandten Technologien. Das Modell basiert auf einer linearen Optimierung und wird jeweils in stündlicher Auflösung für ein ganzes Jahr durchgeführt.

„Es ist offensichtlich, dass der Übergang zu einem 100%igen Erneuerbaren Stromnetz radikale Veränderungen in der Systemstruktur erfordern wird. Technologie- und Erzeugungsmix werden sich drastisch verändern, während ein neuer Speichersektor entsteht. Wir haben jedoch gezeigt, dass der Übergang möglich ist. Unsere Kostenannahmen für PV-basierte Strom- und Batteriekosten basieren auf realistischeren Kostenprognosen als bei früheren Untersuchungen“, so Breyer abschließend.

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