Neuorientierung in der Energiebranche

Der rezente Klimawandel, die Ölkatastrophe am Golf von Mexiko sowie der atomare Gau in Japan offenbaren die Schwächen eines Energiesystems, dass in erster Linie auf fossilen und nuklearen Energieträgern basiert. Wurde der Kernenergie im Rahmen des am 28. September 2010 veröffentlichten Energiekonzeptes der Bundesregierung noch die Rolle als klimaverträgliche Brückentechnologie angetragen und die Laufzeiten der 17 deutschen Atomkraftwerke um 8 bzw. 14 Jahre verlängert – je nachdem, ob die Kraftwerke vor bzw. nach 1980 ans Netz gingen –, so stellt sich angesichts der jüngsten Entwicklungen die Frage, ob diese Strategie nicht doch einer Korrektur bedarf. Das Moratorium für die Laufzeitverlängerung der Kernkraftwerke sowie die vorläufige Abschaltung von älteren Reaktoren (Baujahr vor 1980) soll nun nicht nur die Gelegenheit bieten, die Kraftwerke einer Sicherheitsüberprüfung zu unterziehen. Vielmehr gilt es zu ermitteln, welchen Beitrag die Erneuerbaren Energien zu leisten hätten, wenn sich der Strombeitrag von Kernkraftwerken zum deutschen Energiemix früher als geplant reduzieren würde. Geographische Informationssysteme könnten dabei eine herausragende Rolle spielen.

Dipl.-Geogr. Stephan Bosch
Lehrstuhl für Humangeographie und Geoinformatik
von Prof. Dr. Gerd Peyke

Universität Augsburg
Universitätsstraße 10
86159 Augsburg

Räumliche Integration der Windenergie mit GIS

Das Fundament für einen forcierten Ausbau von Erneuerbaren Energien konnte zwar mit der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 gelegt werden, jedoch schränkt der akute Flächenmangel die räumlichen Möglichkeiten der dezentralen Energieversorgung erheblich ein. Vor diesem Hintergrund erscheint es notwendig, den Einsatz von Informationssystemen zu etablieren, deren Kernkompetenz darin liegt, Energiepotenziale zu analysieren und zu visualisieren, konkurrierende Flächenansprüche zwischen energetischen und anderweitigen Nutzungen aufeinander abzustimmen, die optische Wirkung von dezentralen Kraftwerken im Landschaftsbild darzustellen sowie die Chancen einer endogenen Entwicklung von der kommunalen über die regionale bis hin zur nationalen Ebene anschaulich zu vermitteln. Hierbei kommen die Geographischen Informationssysteme ins Spiel, die der großen Bedeutung der Ressource Raum Rechnung tragen und quasi als regeneratives Pendant zu den Geophonen – die gleichermaßen zur Identifizierung verborgener (fossiler) Energiepotenziale beitragen – betrachtet werden können.

Integration der Windenergie in die AWZ von Nord- und Ostsee / Quelle: Stephan Bosch

Mit Hilfe von GIS kann es gelingen, ein regeneratives Energiesystem sogar innerhalb eines engmaschigen Netzes aus vielfältigen Flächennutzungsansprüchen aufzubauen. Keine geringeren Fähigkeiten sind gefragt, denn selbst auf hoher See müssen die Erneuerbaren Energien ihre Raumansprüche gegenüber konkurrierenden Nutzungen zur Geltung bringen. Die Integration der Offshore-Windenergie in den Raumordnungsplan der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) verdeutlicht das zentrale Problem: Neben Fauna-Flora-Habitat-Arealen, Vogelschutzgebieten und Vorbehalts- sowie Vorranggebieten für die Seeschifffahrt verbleiben nur wenige Flächen für die Entwicklung von Windkraftprojekten. Das ambitionierte Vorhaben, die installierte Offshore-Leistung bis 2030 auf 25.000 MW zu steigern, erscheint vor diesem Hintergrund nicht gesichert. Zwar sind bereits zahlreiche Flächen in Nord- und Ostsee mit Windkraftprojekten beplant , jedoch stellt der Windpark Alpha Ventus, mit 12 Windkraftanlagen, einer Gesamtleistung von 60 MW sowie einem Investitionsvolumen von 250 Mio. €, das bisher einzige deutsche Offshore-Windprojekt dar.

Geplante und genehmigte Windparks innerhalb der AWZ von Nord- und Ostsee / Quelle: Stephan Bosch

Im Binnenland ist die Vielfalt von Raumnutzungsinteressen weitaus höher und setzt dem Ausbau der Windenergie bis dato deutliche Grenzen. Angesichts gemeinschaftsrechtlicher-, fachrechtlicher- sowie raumordnungsrechtlicher Festlegungen wie Naturdenkmale, Naturschutzgebiete, Nationalparke, Biosphärenreservate etc. verbleiben nur noch wenige Flächen zur Realisierung von Windkraftprojekten. Zusätzlich eingeschränkt wird das Standortpotenzial durch die notwendigen Abstandsflächen zu Siedlungskörpern . Die GIS-Analyse bzgl. der standortspezifischen Windhöffigkeit auf restriktionsfreien Flächen in Bayern zeigt schließlich, dass v. a. in Süd-Schwaben, im nördlichen Oberfranken, im westlichen Oberbayern sowie in Bereichen der Oberpfalz günstige Bedingungen für die Errichtung von Windkraftanlagen vorliegen.

Restriktionsflächen für Windenergieprojekte / Quelle: Bosch S.

Restriktionsflächen für Windenergieprojekte / Quelle: Bosch S.

Vielfältige GIS-Projekte im Energiebereich

Die Fähigkeiten von GIS im Energiebereich sind bereits mit einigen erfolgreichen Projekten dokumentiert. Beispielhaft steht hierfür ein GIS-gestütztes Projekt, das am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt wurde. Dabei ging es um die Möglichkeiten der Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz (www.biogaseinspeisung.de). Ziel des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes war es, hemmende Faktoren bei der Erzeugung, Aufbereitung, Einspeisung und Verteilung von Biomethan über das Erdgasnetz zu identifizieren. Dem Aufbau eines GIS zur Verwaltung und Verarbeitung der umfangreichen raumbezogenen Daten (Straßenverkehrsnetz, Flächennutzung, Gasnetz, raumplanerische und naturschutzbezogene Daten etc.) kam dabei eine zentrale Bedeutung zu. Ein weiteres Projekt ging aus der Zusammenarbeit zwischen dem DLR und dem Wuppertal Institut im Jahr 2007 hervor. Unter Einsatz von satellitengestützten Landnutzungsdaten und einem GIS ermöglichte deren Studie eine gemeindescharfe Verortung von Nahwärmepotenzialen. Es wurden Regionen ermittelt, die optimale Bedingungen zur Ausweitung von Nahwärmenetzen aufweisen. Auch bei der Identifizierung von schützenswerten Landschaftsräumen, deren Erholungswirkung und Tourismuspotenzial unter einem forcierten Ausbau von Erneuerbaren Energien eingeschränkt würden, kann GIS eine Hilfestellung leisten. Beispielhaft stehen hierfür die Forschungsergebnisse von Prof. Dr.-Ing. Jürgen Peters (Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde), der anhand der Region Uckermark-Barnim einen Weg aufgezeigt hat, die Ausweisung von Windeignungsgebieten an eine Analyse des Landschaftsbildes zu knüpfen. Mittels einer GIS-gestützten Methodik wurden kulturhistorisch bedeutsame Landschaftsräume und Landschaftselemente wie historische Parks, Alleen, Wind- und Wassermühlen identifiziert und durch Pufferzonen ihr räumlicher Vorrang gegenüber den regenerativen Energien gesichert. Im Rahmen von GIS-gestützten Sichtbarkeitsanalysen zu Windkraftanlagen, wie sie bspw. von Dipl.-Landschaftsökologen Jürgen Knies (Institut für Angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik an der Jade Hochschule) durchgeführt werden, besteht schließlich die Möglichkeit, die überregionale visuelle Wirkung von potenziellen Windparks zu erfassen und als Diskussionsgrundlage bereitzustellen.

Standortpotenzial der Windenergie im Freistaat Bayern / Quelle: Bosch S.

Große Energiepotenziale

Die Agentur für Erneuerbare Energien hat jüngst einen Potenzialatlas herausgegeben, der die große Diskrepanz zwischen bereits ausgeschöpftem und vorhandenem regenerativen Energiepotenzial in Deutschland offenbart. Laut der Studie könnte allein die Stromproduktion aus der Onshore-Windenergie bis 2020 auf 112,1 Mrd. kWh pro Jahr gesteigert werden. Berechnet man die Abstandsflächen bei Windkraftanlagen von 6-7 ha pro Megawatt mit ein, würde sich der Flächenanspruch der Windenergie durch den Ausbau um etwa 100.000 ha auf dann insgesamt 270.000 ha erhöhen. In der Solarbranche scheint eine Steigerung auf jährlich 39,5 Mrd. kWh bei der Strom- und 30,1 Mrd. kWh bei der Wärmeerzeugung bis 2020 realistisch zu sein. Allein für die Errichtung von Freiflächenanlagen erwächst hieraus ein zusätzlicher Flächenbedarf von 8.800 ha (insgesamt 10.500 ha). Um bis 2020 jährlich 54,3 Mrd. kWh Strom, 150,3 Mrd. kWh Wärme und 111,3 Mrd. kWh Kraftstoff bereitstellen zu können, wäre nicht zuletzt ein Anteil der Bioenergie von 21,9 % an der landwirtschaftlich genutzten Fläche (3,7 Mio. ha) notwendig.

Dieser hohe Flächenbedarf eines regenerativen Energiesystems macht den Einsatz von GIS zwingend notwendig. Es gilt, die gesellschaftliche Akzeptanz eines weiteren Ausbaus dadurch zu erhöhen, dass den Erneuerbaren Energien energetisch hochwertige Flächen in Abstimmung mit konkurrierenden Flächennutzungen zugewiesen und ihr Ausbau auf ökologisch sensiblen Standorten eingeschränkt wird.