Projekt 38462/01

Zeitnahe Berechnung regional aufgelöster jährlicher EE-Stromerzeugung auf Basis von Klima-Reanalysedaten – EC-regional

Projektdurchführung

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Energiewende hin zu einem klimaneutralen Energiesystem ist eine große Generationenaufgabe. Nur durch eine zügige Dekarbonisierung aller Sektoren sind die Klimaschutzziele Deutschlands zu erreichen. Bevölkerung und Politik sind sich bei der Bedeutung der Klimaschutzziele zwar einig, jedoch gehen die jeweiligen Vorstellungen bei der Umsetzung auseinander und werden teils kontrovers diskutiert.
In diesem Kontext stellen die Energy-Charts als umfassende, transparente Plattform mit Informationen zu Stromerzeugung und zum Strommarkt, Emissionen und Klimadaten eine wichtige Datenquelle für einen sachlichen Diskurs über aktuelle Themen der Energiewende (Kohleausstieg, Emissionen, Import-/Exportsaldo, Ausbau der Windkraft und weitere) dar.
Während es für die oben genannten Parameter verschiedene Datenquellen für die Werte auf nationaler Ebene gibt, bestehen derzeit keine öffentlich verfügbaren Informationsangebote mit aktuellen Daten zur Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien auf lokaler Ebene. Es fehlen regional aufgelöste Daten zur Erzeugung von Anlagen basierend auf Erneuerbaren Energien (EE).
Im Rahmen des Projektes „EC-regional“ wurde eine Methode zur zeitnahen Berechnung der regional aufgelösten, stündlichen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien (EE) entwickelt. Ziel des Projektes war es, detaillierte und aktuelle Daten zur EE-Stromerzeugung auf Bundeslandebene bereitzustellen, um Entscheidungsträgern und der Öffentlichkeit präzise Informationen über die Energiewende bereitzustellen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEntwicklung einer Methodik für die Berechnung der regionalen Einspeisung für PV-Anlagen und Windkraft-Anlagen (WKAs)

- Verwendung der Daten des Markstammdatenregisters aller in Deutschland installierten Anlagen. Dies beinhaltet neben installierten Kapazitäten auch spezifische Kennzahlen wie etwa die Ausrichtung und Neigung von PV-Anlagen oder die Nabenhöhe von WKAs.
- Nutzung des ERA5-Wetterdatensatz zur zeitnahen Berechnung des erzeugten Stroms.
- Clustering der Anlagen- und Wetterdaten zur Berechnung des erzeugten Stroms auf NUTS-3 Ebene.
- Validierung der modellierten Stromerzeugung mit Daten der Übertragungsnetzbetreiber.

Entwicklung einer Methodik für die Berechnung der regionalen Einspeisung aller anderen Stromerzeugungseinheiten

- Verwendung von blockscharfen Erzeugungszeitreihen der Strombörse (EEX) für Anlagen > 100 MW.
- Verteilung der Differenz aus gesamter Stromerzeugung eines Energieträgers auf die anderen Bundesländer mittels der Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur und des Marktstammdatenregisters.

Visualisierung der regional-aufgelösten Daten

- Erstellung von regional-aufgelösten, ansprechenden Darstellungen der Daten
Veröffentlichung der Daten sowie der Visualisierung auf den Energy-Charts
- https://www.energy-charts.info/index.html?l=de&c=DE_BL


Ergebnisse und Diskussion

Wind- und PV-Anlagen:

Die im Rahmen dieses Projektes gesetzten Ziele konnten vollständig erreicht werden. So wurde zunächst eine Methodik für die räumlich und zeitlich aufgelöste Berechnung der Einspeisung durch Wind- und PV-Anlagen entwickelt.
Hierfür werden verschiedene Datenquellen verwendet. Das Marktstammdatenregister wird genutzt, um neben den installierten Kapazitäten der Wind- und PV-Anlagen auch technische Parameter zu den jeweiligen Anlagen zu erhalten. Dazu gehören beispielsweise die Nabenhöhe und der Typ bei Windkraftanlagen oder die Ausrichtung, Neigung und Wechselrichterleistung für PV-Anlagen.
Als Quelle für die Wetterdaten dient der ERA5-Wetterdatensatz. Dabei handelt es sich um räumlich als auch zeitlich hochaufgelöste Zeitreihen, welche neben den herkömmlichen Parametern wie Windgeschwindigkeit und solare Einstrahlung ebenfalls Auskunft über andere relevante Parameter wie beispielsweise der Oberflächenrauigkeit geben. Der ERA-5 Wetterdatensatz hat dabei einen geringen zeitlichen Verzug von sechs Tagen. Aus diesen beiden Quellen werden dann die eingespeisten Strommengen berechnet. Zur Validierung der Ergebnisse werden die Einspeisedaten der Übertragungsnetzbetreiber verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass mit der ausgewählten Methodik die regionale Erzeugung von Wind und PV-Anlagen mit guter Genauigkeit abgeschätzt werden kann.

Stromerzeugung aus anderen Quellen:

Für die Stromerzeugung aus allen weiteren Energieträgern wurde ebenfalls eine Methodik zur Abschätzung auf Bundesländer-Ebene entwickelt. Zunächst werden die blockscharfen Erzeugungszeitreihen der Strombörse EEX den entsprechenden Bundesländern zugeordnet. Diese beinhalten die Einspeisung aller Anlagen > 100 MW.
Neben blockscharfen Erzeugungen liegen für Deutschland Zeitreihen für die gesamte Erzeugung aus allen betrachteten Energieträgern vor. Von der Gesamterzeugung wird die aus den blockscharfen Daten erhaltene Gesamtsumme der Erzeugungen je Energieträger abgezogen. Pro Energieträger ergibt sich eine Differenz, die von kleineren, nicht meldepflichtigen Kraftwerken gedeckt wird. Diese Differenz wird anschließend anhand der installierten Leistungen auf die jeweiligen Bundesländer verteilt.

Datenaufbereitung und Visualisierung:

Die entwickelten Methodiken wurden auf den Energy-Charts Webservern implementiert, sodass die Berechnung der regionalen Stromerzeugung mit minimalem zeitlichem Verzug stattfindet. Die Daten sind in verschieden Formaten öffentlich zugänglich. Darüber hinaus wurden die Daten visualisiert und sind in interaktiven Darstellungen auf der Energy-Charts Webseite abrufbar.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Rahmen dieses Projektes wurden die Berechnungsmethoden für die Regionalisierung erarbeitet und die Daten werden nun laufend neu berechnet und auf den Energy-Charts veröffentlicht. Über den Link www.energy-charts.info sind nun zusätzlich zur nationalen Übersicht auch die einzelnen Bundesländer spezifisch auswählbar.
Hierüber ist die stundenscharfe Erzeugung der einzelnen Bundesländer mit etwa sechs Tagen Verzug abrufbar. Die Erzeugung wird dabei technologiescharf abgebildet, sodass für jedes Bundesland die Zusammensetzung des Strommixes einsehbar ist.
Die Ergebnisse des Projektes „EC-regional“ wurden im Rahmen der Energy-Charts Talks am 02. Mai 2024 mit über 100 Teilnehmer*innen der Öffentlichkeit vorgestellt. Die Aufzeichnung hierzu kann unter folgendem Link abgerufen werden: www.energy-charts.info/energy-charts-talks.html


Fazit

Das Projekt „EC-regional“ hat erfolgreich demonstriert, wie durch intensive Datenanalyse und innovative Simulationstechniken eine detaillierte Visualisierung und Verständnis der regionalen Energieerzeugung ermöglicht wird. Die erzielten Ergebnisse tragen signifikant zur Energie-Transparenz bei und ermöglichen eine gezielte Steuerung und Optimierung der Energiewende auf regionaler Ebene. Der Zugang zu diesen präzisen Daten wird nicht nur für politische und wirtschaftliche Entscheidungsträger, sondern auch für die Öffentlichkeit einen Mehrwert darstellen und ist ein entscheidender Schritt zur Erreichung der deutschen Klimaschutzziele. Zukünftige Projekte können auf den Erkenntnissen und Methoden von „EC-regional“ aufbauen, um den Ausbau und die Integration Erneuerbarer Energien weiter zu fördern.