Entwicklung der Erneuerbaren Energien in Mittelhessen

Mit dem Entwurf des Teilregionalplans Energie wird das bereits im Regionalplan Mittelhessen 2010 formulierte Energieziel, bis 2020 ein Drittel des Endenergiebedarfs durch möglichst regionale erzeugte Erneuerbare Energien abzudecken, fortgeschrieben.

Grundlage der Fortschreibung ist die für Mittelhessen erstellte Prognose des Endenergiebedarfs und des Strombedarfs bis 2030 (Quelle:  Gutachten zu den regionalen Energiekonzepten Hessen, HMWVL 2012).

  Endenergiebedarf Mittelhessen
(ohne Verkehr)
davon Strombedarf Mittelhessen
  in GWh in % gegenüber 2008 in GWh
2008 22.030 100 6.420
2020 18.425 83 5.515
2030 16.610 75 5.270

Ausgehend von den im Entwurf des Teilregionalplans Energie festgelegten Energiezielen und dem angestrebten Energiemix ergeben sich für die einzelnen Energieformen konkrete Ausbauziele bis zum Jahr 2020.

Werden diese in Bezug zu der tatsächlichen Energieerzeugung durch Erneuerbare Energien in 2008 gesetzt, ergeben sich die folgenden notwendige Ausbaufaktoren:

  Bio-
energie
Wind-
energie
Wasser-
kraft
Solar-energie Geo-
thermie
Summe
GWh
Energiebereitstellung 2008 1.075 265 40 100 20 1500
Erforderliche Energiebereitstellung 2020 zur Erreichung des Drittelziels 2.103 3.008 46 803 130 6.090
Ausbaufaktor bis 2020 in Relation zu 2008 (gerundet) 2,0 11,4 1,2 8,0 6,5 4,1

Diese Ausbaufaktoren machen deutlich, dass Mittelhessen im Hinblick auf die Verwirklichung der Energiewende vor großen Herausforderungen steht.

Allerdings können in dieser Hinsicht auch schon erste Erfolge verzeichnet werden. So hat sich etwa die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Mittelhessen in den vergangene Jahren rasant entwickelt. Im Jahr 2015 konnten rechnerisch bereits 33,2 % und damit ca. ein Drittel des mittelhessischen Stromverbrauchs durch Strom aus erneuerbaren Energien gedeckt werden. Im Jahr 2010 waren es noch 11,8 %.

Windenergie

Zum 31.12.2016 waren in Mittelhessen bereits 391 Windenergieanlagen mit rund 674 MW in Betrieb. Weitere 67 mit einer Leistung von 196 MW waren zu diesem Zeitpunkt bereits genehmigt (aber noch nicht errichtet).

Aus den Grafiken ist ersichtlich, dass seit dem Jahr 2010 ein deutlicher Leistungszubau erfolgt ist. Dies lässt sich neben der gestiegenen Anzahl der Anlagen auch auf die höhere durschnittliche Nennleistung der neu errichteten Anlagen zurückführen.

Der Teilregionalplan Energie weist für die Region rd. 12.100 ha als Vorranggebiete zur Nutzung der Windenergie aus. Die Gesamtfläche für Windenergie entspricht einem Anteil von 2,2 % der Regionsfläche. Ausgehend von einem durchschnittlichen Flächenbedarf von 5 ha je MW installierter Leistung ergibt sich für moderne 3 MW-Anlagen rechnerisch eine Anlagenzahl von 820 Windenergieanlagen.

Flächenbedarf für Windenergieanlagen

Der notwendige Flächenbedarf von rd. 5 ha je MW installierter Anlagenleistung ist nicht gleichzusetzen mit der Flächeninanspruchnahme für den Baukörper der Windenergieanlage. Für die Anlage selbst wird nur eine geringfügige Fläche von etwa 500 m² durch das Fundament des Turms und das direkte Umfeld in Anspruch genommen. Dazu kommt je nach Anlagenstandort noch eine benötigte Fläche zwischen 2.000 und 5.000 m² als Arbeitsraum und für die Erschließung. Der für die Ausweisung von Standorten von Windenergieanlagen angenommene durchschnittliche Flächenbedarf von 5 ha je MW Leistung ergibt sich aus der Notwendigkeit zu verhindern, dass sich die Anlagen, vereinfacht gesagt, gegenseitig „den Wind aus den Segeln" nehmen und sich durch Luftverwirbelungen gegenseitig im Ertrag negativ beeinflussen. Bis auf den direkten Standortbereich können die Flächen weiterhin forstwirtschaftlich, landwirtschaftlich oder anderweitig genutzt werden.

Volllaststunden

Die Angabe der Volllaststunden bei Windenergieanlagen ist lediglich ein statistischer Wert. Er errechnet sich aus der gesamten Stromproduktion einer Anlage im Jahr geteilt durch die maximale Leistung (Nennleistung) der Anlage. Die realen Laufzeiten der Anlagen liegen bei 7.000 bis 8.000 Stunden im Jahr. Bezogen auf die 8.760 Gesamtstunden eines Jahres entspricht dies einer Laufzeit von durchschnittlich 85 % der Gesamtjahresstunden. Die Windstromproduktion beginnt schon bei einer Windgeschwindigkeit von 2,5 m pro Sekunde, auch bei geringer Windgeschwindigkeit wird Strom für das öffentliche Netz produziert.

Photovoltaik

Durch die Förderung über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und die stark fallenden Anlagenpreise hat der Ausbau der Photovoltaik in den letzten Jahren einen regelrechten Boom erfahren. Zum 31.12.2015 waren in Mittelhessen mehr als 22.600 Photovoltaikanlagen (Dach- und Freiflächenanlagen), die Sonnenenergie in Strom umwandeln und in das öffentliche Netz einspeisen, in Betrieb.

Diese verteilen sich wie folgt auf die mittelhessischen Landkreise:

Landkreis Anzahl Photovoltaikanlagen Leistung in kW
Marburg-Biedenkopf 5.841 99.240
Lahn-Dill 5.239 86.972
Vogelsberg 4.056 76.338
Gießen 4.060 85.362
Limburg-Weilburg 3.457 65.712

Die unten stehende Abbildung (Anklicken zum Vergrößern) zeigt die Entwicklung ab dem Jahr 2010 und macht den deutlich Anstieg in der erzeugten Strommenge sichtbar. Insgesamt wurden in Mittelhessen im Jahr 2015 etwa 377.000.000 kWh bzw. 377.000 MWh Strom durch Photovoltaik erzeugt.

Biomassenutzung

Ein Schwerpunkt in der Biomassenutzung ist die Nutzung landwirtschaftlicher Rohstoffe und Reststoffe sowie die Nutzung von Bioabfällen zur Erzeugung von Biogas als Energieträger. In einem mehrstufigen mikrobiellen Zersetzungsprozess entsteht das Biogas durch den anaeroben Abbau organischer Substanzen. Bakterien bauen die in der organischen Substanz enthaltenen Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße zu einem Gasgemisch ab, dessen Hauptbestandteil mit
50 - 70 % Methan als energetisch nutzbare Komponenten darstellt. Ein m3 Biogas hat den Energiewert von 0,5 bis 0,7 Liter Heizöl oder 0,5 – 0,7 m3 Erdgas.

Biogas ist als Energieträger ein Multitalent und kann sowohl für die Erzeugung von Strom und Wärme als auch für die Herstellung von Kraftstoffen Verwendung finden.

Anlagen zur Biogasherstellung sind im Gegensatz zur Windenergienutzung oder Photovoltaik grundlastfähig, da sie sozusagen im 24-Stundenbetrieb während des ganzen Jahres in Produktion sind. Ein weiterer Vorteil gegenüber Wind und Sonne: Das erzeugte Biogas ist speicherfähig und die Rohstoffe sind lagerfähig.

In Mittelhessen fällt die Mehrzahl der Anlagen noch unter den Begriff „landwirtschaftliche Anlagen"; dies sind Anlagen mit einer elektrischen Leistung von bis zu 500 kW. Diese Anlagen erzeugen durch die Verbrennung des Biogases zumeist Strom; die durch den Verbrennungsprozess entstehende Wärme wird entweder für den Hof selbst oder in Einzelfällen über kleine Nahwärmenetze für öffentliche Gebäude und Privatwohnungen genutzt.

Seit einigen Jahren hält der Trend zu größeren Anlagen (0,5 bis 2 MW elektrische Leistung) an, die dann nicht mehr von Einzellandwirten, sondern von Landwirtschaftskooperationen oder auch von Investoren und/oder Energieversorgungsunternehmen gebaut und betrieben werden. Einige größere Anlagen bereiten das gewonnene Biogas so auf, dass es mit Erdgasqualität in das Erdgasnetz eingespeist werden kann.

In Mittelhessen sind zurzeit 36 Biogasanlagen in Betrieb. Ganz klar liegt hierbei der Schwerpunkt in den Landkreisen Limburg-Weilburg, Marburg-Biedenkopf und im Vogelsbergkreis. Mit fast 50 % der mittelhessischen Anlagenleistung entfällt der Hauptteil der Biogaserzeugung auf den östlichen Landkreis Marburg-Biedenkopf.

Stromerzeugung durch Erneuerbare Energien in Mittelhessen

In Mittelhessen wurden auf der Grundlage der Datenerhebung bei den Kommunen und Netzbetreibern in 2015 durch Erneuerbare Energien rd. 1.835 GWh Strom erzeugt.

  Anzahl Anlagen Nennleistung in MW Ertrag in MWh Anteil in %
Wasserkraft 128 11 27.684 1
Bioenergie 102 44  271.943 15
Windenergieanlagen 341 521  984.156 54
Photovoltaik

(Dach- und Freiflächenanlagen)

22.653 414  377.795 21
sonst. Anlagen ohne EEG-Vergütung 868 62  173.121 9
Summe 24.091 1.051 1.834.699 100

Quelle: Regierungspräsidium Gießen, nach Angaben der Stromnetzbetreiber 2015

Die Verteilung auf die Landkreise ergibt sich aus der unten stehenden Abbildung.

Stromnetze

Gasnetz Mittelhessen
Stromnetz Mittelhessen

Der Ausbau der Erneuerbaren Energien steht in einem engen Zusammenhang mit der aktuellen Leistung der Stromnetze und künftigen Anforderungen an die Stromnetze.

Erneuerbare Energien unterliegen in ihrer Erzeugungsintensität starken Schwankungen. Die Sonne scheint nicht 24 Stunden, der Wind weht nicht dauerhaft. Zudem werden insbesondere bei Windenergieanlagen bestimmte Regionen aufgrund ihrer Ertragsstärke Schwerpunkte der Windenergieerzeugung werden. Solange wir über keine technisch ausgereiften Verfahren der Energiespeicherung verfügen, müssen die Leitungsnetze auf die neuen Anforderungen angepasst und ausgerichtet werden.

Das Stromnetz ist in eine Übertragungs- und eine Verteilernetzebene unterteilt. Das Übertragungsnetz dient dabei dem weiträumigen Transport von elektrischer Energie auf der Höchstspannungsebene (220 kV und 380 kV), die von Kraftwerken eingespeist wird. Die hohe Spannung erlaubt es, eine große elektrische Leistung über weite Strecken ohne große Verluste zu transportieren.

In der Nähe der Verbraucher wird der Strom auf niedrigere Spannungen in den Verteilernetzen transformiert. Auf der Verteilernetzebene wird zwischen der Hochspannungsebene (60 bis 220 kV), der Mittelspannungsebene (6 bis 60 kV) und der Niederspannungsebene (bis 6 kV) unterschieden. Das Mittelspannungsnetz verteilt die elektrische Energie regional, das Niederspannungsnetz liefert die elektrische Energie auf der lokalen Ebene an den Endverbraucher.
Je nach Leistung werden die Erzeugungsanlagen für Erneuerbare Energien an die einzelnen Netze angeschlossen. Der Anschluss von Windenergieanlagen findet überwiegend auf der Mittel- und Hochspannungsebene, also auf der Ebene der Verteilernetze statt.

Die Stromnetze auf der Höchstspannungsebene, der Hochspannungsebene und der Mittelspannungsebene (hier nur 110 KV) sowie die Versorgungsbereiche der einzelnen Netzbetreiber in Mittelhessen sind als Karte dargestellt, die Ihnen hier, ebenso wie eine Übersicht über das Gasnetz, als Download zu Verfügung steht (für eine scharfe Darstellung Ansicht entsprechend vergrößern).