Die Versicherung der Energiewende

Dekarbonisierung in Deutschland: FAU-Studie beleuchtet die Rolle von wasserstofffähigen Gaskraftwerken und warnt vor einer Lücke in der aktuellen Planung

Deutschland will bis 2045 klimaneutral sein. Welche Technologien braucht es, um die Energieversorgung CO2-neutral zu gestalten und welche Rolle können wasserstofffähige Gaskraftwerke auf diesem Weg spielen? Diese Fragen stellt Professor Dr. Mario Liebensteiner in einer Studie zur Dekarbonisierung des deutschen Energiesystems in den Mittelpunkt. Gemeinsam mit Kollegen liefert der Wirtschaftswissenschaftler an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) konkrete Zahlen zu Kapazitätsbedarf, Kosten und Emissionen – und ordnet diese in die politische Debatte um die Kraftwerksstrategie ein. Die Studie, erschienen in der renommierten Fachzeitschrift Applied Energy*, ist auch für die aktuelle Debatte um neue Gaskraftwerke hochrelevant.

Unter Bundeswirtschaftsministerin Katherina Reiche wird derzeit diskutiert, welche davon wasserstofffähig sein sollen, wie viel neue Kapazität Deutschland braucht und welche Kraftwerksstrategie mit der EU abgestimmt werden kann. „Wenn die Politik an ihren Klimazielen festhält, bis 2045 klimaneutral zu werden, dann müssen bereits jetzt die richtigen Entscheidungen dafür getroffen werden“, betont Mario Liebensteiner. Der Juniorprofessor für Volkswirtschaftslehre mit dem Schwerpunkt Energiemärkte und Energiesystemanalyse an der FAU weiter: „Die Dekarbonisierung wird sowieso teuer, aber wie teuer hängt davon ab, ob man bereits jetzt in steuerbare und wasserstofffähige Kraftwerksleistung investiert.“

Mit Blick auf diese Frage hat er gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Niklas Hartmann von der Hochschule Offenburg und Anas Abuzayed, Doktorand bei Mario Liebensteiner an der FAU, Dekarbonisierungspfade bis 2045 modelliert: Dem Zeitpunkt, wenn das deutsche Energiesystem CO2-neutral sein soll. Das Modell berechnet, welche Investitionen in Kraftwerke, Speicher und Netze notwendig sind und wie sich dabei unterschiedliche politische Rahmenbedingungen auswirken. Zentrales Ergebnis: „Ein System mit sehr hohen Anteilen an Wind- und Solarenergie braucht flexible Backup-Kapazitäten“, unterstreicht Mario Liebensteiner. „Während sogenannter Dunkelflauten, wenn weder Wind weht noch die Sonne scheint, muss die Versorgung dennoch jederzeit gesichert sein.“

Geringe Auslastung und dennoch notwendig

Wasserstofffähige Gaskraftwerke wären in der Lage diese Lücke schließen. Diese Anlagen werden zunächst mit Erdgas betrieben, können später jedoch vollständig auf Wasserstoff – idealerweise grünen Wasserstoff aus erneuerbaren Energien – umgerüstet werden. Die Studie zeigt in modellhaften Berechnungen, dass wasserstofffähige Gaskraftwerke systemisch wertvolle Flexibilität bieten. Sie reduzieren den Bedarf an zusätzlichen Batteriespeichern sowie an Wind- und Solarkapazität und verringern die Abregelung von Windstrom, also das Abschalten von Anlagen bei Überproduktion. Das spart Kosten und erhöht die Effizienz des Gesamtsystems.

Aus diesen Gründen wäre es aus Sicht von Mario Liebensteiner durchaus sinnvoll und wichtig, in solche wetterunabhängigen Kraftwerkskapazitäten zu investieren, auch wenn deren Auslastung nur gering ist, da sie primär als Absicherung dienen: „Es zeigt sich, dass sie einen Versicherungswert für das Energiesystem haben. Gäbe es die Kraftwerke nicht und käme es zu einer Dunkelflaute, könnte es sein, dass bei uns die Versorgungssicherheit leiden würde, was ökonomisch extrem kostspielig wäre.“

Nötiger Zubau auf mindestens 53 Gigawatt: Eine Lücke in der Planung

Ein Manko liegt in der Lücke zwischen wissenschaftlicher Analyse und politischer Planung. „Ein Ergebnis unserer Studie ist, dass bei mindestens 53 Gigawatt an wasserstofffähiger Gaskapazität die Versorgungssicherheit durch erneuerbare Energien gewährleistet bleibt, ohne in extreme Überkapazitäten bei Wind, Photovoltaik und Speichern investieren zu müssen“, unterstreicht Mario Liebensteiner. Der FAU-Wissenschaftler betont: „Auch die Bundesnetzagentur beziffert den zusätzlichen Bedarf an steuerbarer Kapazität bis 2035 auf bis zu 22,4 Gigawatt.“

Zusammen mit dem heutigen Gasbestand ergebe das fast exakt jene Größenordnung, die auch die Studie für ein klimaneutrales Stromsystem nahelegt. „Deutschland strebt im Rahmen der aktuell mit der EU-Kommission grundsätzlich geeinten Kraftwerksstrategie zunächst aber nur 12 Gigawatt an und zudem steht eine beihilferechtliche Genehmigung durch die EU-Kommission immer noch aus“, so Mario Liebensteiner. Insgesamt beziffert die Studie die kumulierten Systemtransformationskosten bis 2050 auf mindestens 324 Milliarden Euro. „Klimaneutralität ist möglich, aber sie ist kein Selbstläufer und erfordert weiterhin hohe Kosten“, so der FAU-Wissenschaftler über diese Ergebnisse.

Hoher CO2-Preis als Hebel

„Unser Modell zeigt, was aus Systemsicht sinnvoll wäre, ist nicht automatisch, was tatsächlich passiert. Gerade deshalb ist es wichtig, politische Rahmenbedingungen so zu gestalten, dass sie Investitionen auch tatsächlich auslösen“, betont Mario Liebensteiner. Ein hoher CO2-Preis sei aus ökonomischer Sicht der effizienteste Weg. Er verdränge fossile Energieträger kosteneffektiv, beschleunige den Kohleausstieg und setze ohne zusätzliche Subventionen marktbasierte Anreize für Investitionen in wasserstofffähige Kraftwerke. In diesem Szenario sind sowohl die kumulierten Emissionen als auch die Systemkosten am geringsten, wobei die Profitabilität der neuen Kraftwerke auf irgendeine Weise gestützt werden müsste.

Fazit der Studie: Die Dekarbonisierung des Energiesystems in Deutschland ist möglich. Sie benötigt aber Investitionen in Flexibilität. Ohne solch ausreichenden flexiblen Kapazitäten drohen steigende Kosten, ineffiziente Überkapazitäten oder Risiken für die Versorgungssicherheit.

Eine weitere Studie, die Mario Liebensteiner gemeinsam mit Forschenden der University of Cambridge in Energy Strategy Reviews** veröffentlicht hat, geht noch einen Schritt weiter und untersucht, ob sich Gaskraftwerke auch mit CO2-armen Brennstoffmischungen wie Wasserstoff, Ammoniak oder Biomethan dekarbonisieren lassen. Sie zeigt, dass solche Lösungen für die letzte Meile der Dekarbonisierung relevant sein können, wirtschaftlich aber anspruchsvoll bleiben.

Zu den Studien:

*Hydrogen-ready power plants: Optimizing pathways to a decarbonized energy system in Germany

**Exploring the feasibility of low-carbon fuel blends in CCGTs for deep decarbonization of power systems

Weitere Informationen: