Klimaneutralität braucht einen Ausbau der Infrastruktur

Warum die Systemstudie D den Ausbau und die Vernetzung der Infrastrukturen in den Vordergrund rückt – und sich nicht mit Einzeltechnologien zufriedengibt.

Die öffentliche Debatte über die Energiewende wird häufig von einzelnen Technologien geprägt. Diskutiert wird dabei vor allem über Windkraftanlagen und Wärmepumpen, über Wasserstoff und Elektromobilität. Weit weniger Aufmerksamkeit erhält dagegen eine grundlegende Frage: Welche Infrastruktur benötigt Deutschland, um das Ziel der Treibhausgasneutralität bis 2045 tatsächlich zu erreichen?

Die im Auftrag von Hitachi Energy erstellte »Systemstudie Deutschland« untersucht diese Frage auf Basis des Energiesystemmodells REMod des Fraunhofer ISE. Analysiert werden zwei unterschiedliche Entwicklungspfade: ein Szenario mit höherem Wirtschaftswachstum (»Prosperität«) sowie ein Szenario mit moderater Entwicklung der Wirtschaftsleistung (»Stagnation«). Beide Szenarien erfüllen die Vorgabe der Treibhausgasneutralität bis 2045 und bilden damit eine Bandbreite möglicher Entwicklungen in Deutschland ab.

Und obwohl die zugrunde gelegten möglichen Szenarien sehr unterschiedlich sind, weisen die zentralen Ergebnisse ein erstaunliches Maß an Übereinstimmung auf.

Denn unabhängig von der wirtschaftlichen Entwicklung wird Strom innerhalb der nächsten 25 Jahre zum dominierenden Energieträger des deutschen Energiesystems. Dabei erweist sich die Elektrifizierung in allen betrachteten Sektoren als tragende Säule der Transformation. Im Gebäudebereich erfolgt sie vor allem durch Wärmepumpen, im Verkehr durch batterieelektrische Antriebe und in der Industrie durch elektrische Prozesswärme. Hinzu kommen neue Quellen des Stromverbrauchs, wie etwa Rechenzentren, deren Bedeutung mit dem Ausbau von Digitalisierung und künstlicher Intelligenz weiter und zum Teil massiv zunimmt.

Die Folgen für die Stromnachfrage sind erheblich. Während heute rund 500 Terawattstunden Strom pro Jahr benötigt werden, um die Anforderungen von Industrie und Privathaushalten zu decken, steigt die Strombereitstellung in den Modellrechnungen bis 2045 auf Werte von deutlich mehr als 1000 Terawattstunden an. Im Prosperitätsszenario erreicht sie sogar rund 1286 Terawattstunden. Die Energiewende und die damit parallel laufenden Entwicklungen wie der Ausbau von KI haben demnach eine deutliche Ausweitung des Strombedarfs zur Folge.

Während der Strombedarf steigt, sinkt gleichzeitig der Gesamtbedarf an End-Energie.

Während der Strombedarf steigt, sinkt gleichzeitig der Gesamtbedarf an End-Energie. Der Grund liegt in den höheren Wirkungsgraden elektrischer Anwendungen gegenüber fossilen Technologien. Die Transformation bedeutet deshalb keine Steigerung des Energieverbrauchs, sondern eine gezielte Ausrichtung auf die Elektrifizierung, damit wird eine effizientere Energienutzung erreicht.

Aus den Modellrechnungen ergibt sich eine weitere zentrale Erkenntnis: Der Ausbau erneuerbarer Energien bleibt die wichtigste Voraussetzung für das Erreichen der Klimaziele. Bis 2045 steigt die installierte Photovoltaikleistung auf rund 426 Gigawatt, die Windkraftleistung auf etwa 200 Gigawatt. Parallel dazu müssen Netze, Speicher und steuerbare Flexibilitätsoptionen ausgebaut und mit Digitalisierung orchestriert werden. Die Energiewende ist damit weniger ein Projekt einzelner Technologien als tatsächlich die Transformation eines komplexen Gesamtsystems, welches weit über den Energiesektor hinauswirkt.

Besondere Bedeutung kommt der Fähigkeit zu, wetterabhängige Stromerzeugung in das Gesamtsystem zu integrieren. Die Modellierung zeigt, dass Versorgungssicherheit auch in Phasen geringer Wind- und Solarstromerzeugung gewährleistet werden kann. Voraussetzung dafür sind flexible Kraftwerke, Speichertechnologien, Power-to-X-Anwendungen, intelligente Steuerungssysteme sowie der Ausbau eines leistungsfähigen europäischen Stromverbunds. Wasserstoff wird dabei als Energieträger für Industrieprozesse eingesetzt werden können, zugleich wird er zur Stabilisierung des Energiesystems beitragen.

Der Ausbau erneuerbarer Energien bleibt die wichtigste Voraussetzung für das Erreichen der Klimaziele.

Auch die volkswirtschaftliche Betrachtung liefert interessante Ergebnisse: Der notwendige Ausbau von Erzeugungsanlagen, Netzen und Flexibilitäten erfordert erhebliche Investitionen. Gleichzeitig sinkt die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffimporten als Folge dieses Ausbaus und wachsender Systemeffizienz deutlich. Die Kostenstruktur des Energiesystems verschiebt sich damit von laufenden Ausgaben für Energieimporte hin zu Investitionen in heimische Infrastruktur und der damit einhergehenden Wertschöpfung.

Trotz der kurz- und mittelfristig notwendigen steigenden Investitionen gehen die spezifischen Stromsystemkosten in den Modellrechnungen langfristig zurück. Sie sinken von 171 Euro pro Megawattstunde im Jahr 2025 um mehr als zehn Prozent auf 153 Euro pro Megawattstunde im Jahr 2045. Ursache sind Skaleneffekte, technologische Fortschritte und die höhere Auslastung der Infrastruktur. Die Transformation erweist sich damit als ebenso klimapolitisch notwendig wie volkswirtschaftlich tragfähig.

Die Studie zeigt zugleich, dass die Energiewende nicht allein als Ausbauprogramm für erneuerbare Energien verstanden werden sollte. Erfolgreich wird die Transformation nur dann sein, wenn Erzeugung und Netze, Speicher und Digitalisierung sowie die Bereitschaft zur Anwendung sektorübergreifender Flexibilität gemeinsam entwickelt werden. Daraus ergibt sich ein erheblicher Handlungsbedarf für Investitionen, Regulierung und europäische Koordination.

Die zentrale Erkenntnis der Analyse lautet deshalb: Klimaneutralität bis 2045 erfordert, dass die Energieinfrastrukturen mit derselben Konsequenz und systemisch abgestimmt ausgebaut werden wie die Erzeugungskapazitäten selbst. Der Umbau des Energiesystems ist eine interdisziplinäre Infrastrukturaufgabe und eine der größten Modernisierungsinvestitionen Deutschlands.