66 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten Die Frage nach den sichtbaren Auswirkungen einer möglichen Transformation der Stromnetze ist gleichzeitig die Frage, welche räumliche Zielstellung mit dem Begriff der Energiewende verbunden wird. Begonnen hat die Energiewende in einem eher lokalen oder regionalen Maßstab. Der eingespeiste EE-Strom konnte von den Verteilernetzen (Nieder- Mittel und Hochspannungsnetz von 400 V bis 100 kV) aufgenommen werden. Bis heute werden rund 99 % des EE-Stroms in das Verteilernetz eingespeist, um von dort bei Bedarf in das Übertragungsnetz (Höchstspannungsnetz 220 und 380 kV) überführt zu werden [1]. Während die Verteilernetze der regionalen und örtlichen Stromverteilung dienen, übernehmen die Übertragungsnetze den Stromtransport im nationalen oder transnationalen Maßstab (Bild 1). In diesem Maßstab ist inzwischen auch die Energiewende angekommen, denn regenerative Energieanlagen sollen dort errichtet werden, wo die natürlichen Energielandschaften - ein Blick in die Glaskugel Wie Gleichstrom das Orts- und Landschaftsbild verändern könnte Energiewende, Stromnetze, Gleichstrom, Quartiersentwicklung, Elektromobilität, EE-Anlagen Sandra Sieber Die Veränderungen des Orts- und Landschaftsbildes durch erneuerbare Energien sind seit den späten 1990er Jahren Gegenstand von Forschungsprojekten und Publikationen. Maßgeblich Landschaftsplaner, Raumplaner und Geographen haben zu diesem Thema gearbeitet. Als neuer Aspekt ist in den letzten Jahren die Transformation der Stromnetze hinzugekommen. Transformation meint dabei tatsächlich weit mehr, als der aktuell diskutierte Ausbau des Hoch- und Höchstspannungsnetzes. Auch die bislang kaum beachteten Nieder- und Mittelspannungsnetze könnten sich im Zuge der Energiewende deutlich verändern. Mit diesen Veränderungen und ihren Auswirkungen auf das Orts- und Landschaftsbild hat sich der Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN) befasst. © pixabay 67 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten Gegebenheiten besonders gut sind: Windenergie im Norden (hohe Windhöffigkeit) und Photovoltaik im Süden (hohe Globalstrahlung). Zugpferd der Energiewende soll dabei die Offshore-Windenergie werden, hier setzt die Bundesregierung bis zum Jahr 2030 auf einen Zubau von 15 000 MW in deutschen Gewässern. Zum Vergleich: PV-Anlagen kommen in Deutschland derzeit auf rund 40 800 MW installierte Leistung und Onshore-Windkraftanlagen auf etwa 45 000 MW (Stand 2017) [2]. Rückgrat aber auch Kehrseite dieser großmaßstäblich ausgelegten Energiewende ist das Übertragungsnetz mit den aktuell diskutierten neuen Trassen von Nord nach Süd, die zum Teil als Gleichspannungstrassen realisiert werden sollen. Der Forschungscampus Flexible Elektrische Netze setzt bei der Frage nach den Auswirkungen der Stromnetztransformation auf einen anderen Maßstab bei der Energiewende. Fokussiert werden Gleichspannungsnetze und ihre Potenziale im Bereich der Nieder- und Mittelspannung. Damit verbunden ist die Frage, wie sich die Energiewende und ein Netzausbau unter Verwendung der Gleichstromtechnik auf das Orts- und Landschaftsbild auswirken würden, wenn beide stärker auf der lokalen und regionalen Ebene verortet werden. Dabei hätte ein Technologiewechsel von Wechselspannung (AC) zu Gleichspannung (DC) in Bezug auf die Netzinfrastruktur zunächst keine oder kaum sichtbare Auswirkungen auf das Orts- und Landschaftsbild, da der Großteil der Nieder- und Mittelspannungsleitungen bereits unterirdisch verlegt sind [3]. Ob AC- oder DC-Kabel unter Straßen und Gehwegen verlaufen, ist visuell nicht wahrnehmbar. Merkliche Veränderung des Orts- und Landschaftsbildes, die über die Art der verlegten Kabel hinausgehen, können aber durch DC-Netze angestoßen und befördert werden. Diese wirken dann indirekt auf einer semi-visuellen Ebene. Das bedeutet, die durch DC-Netze angestoßenen Veränderungen sind wahrnehmbar, es bedarf jedoch eines spezifischen Fachwissens, um diese Veränderungen auf die DC-Netze zurückzuführen. Die möglichen indirekten Veränderungen oder gar Potenziale der DC- Technologie für die Landschaftsentwicklung lassen sich zu drei Themenkomplexen zusammenfassen: „energetische Quartiersentwicklung und Vernetzung“, „Elektromobilität“ und „größere Freiheitsgrade bei der Standortwahl von EE-Anlagen“. Energetische Quartiersentwicklung und Vernetzung Ausgangspunkt der möglichen Veränderung durch DC-Netze ist das aktuelle Orts- und Landschaftsbild mit seiner noch immer relativ geringen Einspeiseleistung durch kleinteilige regenerative Energie- Bild 1: Die möglichen Ebenen der Energiewende: urban, regional, national-transnational. © Sandra Sieber, 2017 68 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten anlagen im Innenbereich und der hohen Einspeiseleistung durch sehr raumwirksame regenerative Energieanlagen im Außenbereich. Den größten Anteil an der regenerativen Strombereitstellung haben derzeit Windenergieanlagen mit rund 42 %, Biomasse mit 27 % und Photovoltaikanlagen mit 20 %, gefolgt von Wasserkraft mit 11 % (Stand 2017) [4]. Trotz der großen Raumwirksamkeit einiger EE-Anlagen im Außenbereich, dominieren derzeit - bezogen auf die Anzahl - aber die kleinteiligen PV-Anlagen. Brachenverbände gehen aktuell von über 1 500 000 PV-Anlagen und rund 27 000 Onshore-Windenergieanlagen in Deutschland aus [5] (Bild 2). Da die Niederspannungsnetze im Siedlungsbereich auf die monodirektionale Versorgung von Abnehmern (Verbrauchern) ausgelegt sind, sich die Kapazität der verlegten Kabel also am Strombedarf in einem Versorgungsgebiet orientiert, kann es gerade in älteren Quartieren mit nachträglicher Verdichtung zu Engpässen bei der Einspeisung lokaler Erzeuger kommen. Ein hoher Ausbaugrad von EE-Anlagen ist hier aufgrund der fehlenden Netzkapazität nicht immer möglich [6]. Verschiedene Faktoren führen aktuell zu einem Ortsbild mit relativ geringem Anteil an EE-Anlagen und einem Landschaftsbild mit EE-Anlagen und Höchstspannungstrassen, deren Raumwirksamkeit von einem Teil der Bevölkerung als nicht landschaftsbildverträglich bezeichnet wird. Durch DC-Komponenten könnten die bestehenden AC-Netze im Nieder- und Mittelspannungsbereich verdichtet und so ertüchtigt werden. Wie diese Transformation vom jetzigen AC-Netz zu einem künftigen DC-Netz aussehen könnte, wird im Rahmen des Forschungscampus Flexible Elektrische Netze ebenfalls betrachtet. Die Zielstellung einer energetischen Quartiersentwicklung wären Netze, die sowohl eine hohe Einspeisung regenerativer Energie, wie auch eine flexible Vernetzung von Produktion und Verbrauch im Siedlungsbereich erlauben. Durch die (nicht sichtbaren) DC-Komponenten würde sich das Ortsbild sichtbar verändern. Statt kleiner additiver PV-Anlagen auf dem Dach, würden die Hüllflächen der Gebäude selbst „solaraktiv“ zum Beispiel in Form von Fassadenmodulen oder vollflächigen Dacheindeckungen. Dies ermöglicht ein Zusammenrücken von Stromproduktion und Stromverbrauch, die Transportstrecken werden kürzer und damit weniger raumwirksam. Eine dichtere energetische Vernetzung durch unterirdisch verlegte Nieder- und Mittelspannungsnetze könnte den Bedarf an raumwirksamen Höchstspannungstrassen reduzieren, da weniger Strom über längere Strecken transportiert werden muss. Neben dem so reduzierten Ausbaubedarf auf der Höchstspannungsebene könnten durch die stärkere Einspeisung und Nutzung von EE-Strom im Siedlungsbereich auch der Ausbaubedarf an EE-Anlagen und damit der Flächendruck im Außenbereich reduziert werden (Bild 2). Bild 2: Aktuelle Situation ohne DC-Netz - geringer Anteil an (kleinteiligen) EE-Anlagen im Innenbereich, dafür sehr raumwirksame EE-Anlagen im Außenbereich. © Sandra Sieber, 2017 Bild 3: Indirekte Veränderung durch DC-Technik - DC- Netze erlauben eine rhizomorphe Vernetzung auf der Nieder- und Mittelspannungsebene. Kleinteilige EE-Anlagen können in großer Zahl ins Netz integriert werden, um eine energetische Vernetzung auf regionaler Ebene, zwischen Quartieren und im Quartier zu ermöglichen. © Sandra Sieber, 2017 69 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten Elektromobilität Schnelles Laden von Elektrofahrzeugen unter einer Stunde bedarf momentan eines Anschlusses an das Mittelspannungsnetz. Zur Schaffung einer leistungsstarken Ladeinfrastruktur könnten DC-Mittelspannungsnetze nach derzeitigem Kenntnisstand eine Option sein. Diese würden das schnelle und simultane Laden mehrerer Fahrzeuge erlauben. Die heutigen AC-Niederspannungsnetze könnten, je nach Tageszeit und aktuellem Strombedarf im Quartier, schon durch das (einige Stunden dauernde) Laden mehrerer Fahrzeuge in einer Straße überlastet sein. DC-Mittelspannungsnetze könnten dementsprechend als Katalysator (Beschleuniger) bei der Verbreitung der Elektromobilität wirken. DC-Mittelspannungsnetze zum Ausbau einer Landeinfrastruktur können wiederum umgekehrt die Etablierung von DC-Netzen im Quartier befördern. Sie wären ein erster (zweckgebundener) Kristallisationspunkt, an den andere Nutzungen andocken könnten, zum Beispiel die Einspeisung von EE-Strom im Quartier. Die Elektromobilität könnte so ein Opener oder Enabler für DC-Netze im Siedlungsbereich sein. Vision sind Quartiere, die neben einem hohen Anteil kleiner EE-Anlagen auch einen hohen Anteil an Elektrofahrzeugen aufweisen würden. Verbunden mit den aktuellen Zielen der Reduktion von Luftschadstoff- und Lärmemissionen würde diese Vision auch die Vakanz von Verbrennungsmotoren enthalten. Energetische Musterquartiere würden sich entwickeln, mit hoher Wohnqualität, geringer Lärm- und Schadstoffbelastung und einem hohen Immobilienwert (Bild 4) [7]. Bild 4: Mit DC-Netzen könnte auch im urbanen Raum eine gute Ladeinfrastruktur geschafften werden. An die neuen DC-Netze docken später auch weitere Nutzungen an. E-Mobilität und DC-Netze würden sich im urbanen Raum gegenseitig befördern. © Sandra Sieber, 2017 Bild 5: Mit Gleichstromnetzen könnten unter bestimmten Voraussetzungen auch Standorte für raumwirksame EE-Anlagen genutzt werden, die heute aufgrund zu hoher Anschlusskosten unrentabel sind. Offen bleibt allerdings, wo solch abgelegene Standorte zur Verfügung stehen und ob raumwirksame EE-Anlagen dort wirklich konfliktärmer etabliert werden könnten. © Sandra Sieber, 2017 70 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten Größere Freiheitsgrade bei der Standortwahl von EE-Anlagen Ob die größeren Freiheitsgrade bei der Standortwahl von EE-Anlagen tatsächlich Auswirkungen auf das Landschaftsbild haben würden und, wenn ja, inwiefern diese wahrnehmbar wären, lässt sich derzeit noch nicht ableiten. Diese Option geht davon aus, dass mit DC-Netzen unter Umständen (bei niedrigeren Material- und Installationskosten) auch Standorte für EE-Anlagen in Betracht kämen, die derzeit aufgrund der Leitungskosten unrentabel wären (Bild 5). Ob DC-Netze hier einen Kostenvorteil haben könnten, lässt sich derzeit noch nicht beantworten. Auch wenn DC-Kabel einen Kostenvorteil hätten, so bliebe die Frage, ob es (in Deutschland) überhaupt Standorte gibt, die so weit von Siedlungen entfernt liegen, dass dort ohne Konflikte insbesondere Windenergieanlagen errichtet werden könnten. Abgelegene Standorte könnten gerade wegen ihrer Abgeschiedenheit einen hohen touristischen Wert haben oder als Naturschutzgebiete fungieren, was tendenziell eher zu einer Verschärfung der Akzeptanzproblematik führen würde. Energiewende und räumlicher Bezug Den vorab genannten semi-visuellen Effekten liegt bei näherer Betrachtung auch immer eine strukturelle Ebene zugrunde. Im Bereich der Elektromobilität sind entsprechende politische Zielstellungen förderlich. Beim Thema der größeren Freiheitsgrade bei der Standortwahl von EE-Anlagen wären die gesellschaftlichen Konflikte um die Akzeptanz raumwirksamer EE-Anlagen das strukturelle Moment. Insbesondere bei der energetischen Quartiersentwicklung und Vernetzung bedarf es der politischen und gesellschaftlichen Zielstellung einer eher lokalen Energiewende, im Gegensatz zur derzeitigen großmaßstäblich, also national-transnational ausgerichteten Energiewende. Die Zielstellungen der Energiewende scheinen eine wichtige Stellschraube bei der Frage nach der Entwicklung des Landschaftsbildes zu sein. Eine Energiewende, die stärker auf die regionale Ebene setzt, hat andere sichtbare Auswirkungen auf das Orts- und Landschaftsbild als eine großmaßstäblich gedachte Energiewende (vgl. Bild 6 und Bild 7). Aber sie bietet vielleicht auch eher die Chance, Teil regionalspezifischer Orts- und Landschaftsbilder zu werden. Insbesondere die Energiewende im urbanen und suburbanen Raum bietet daher große Potenziale. Neben ganzen Passivhausquartieren wie in Heidelberg gibt es inzwischen auch größere Büro- und Wohngebäude, die mehr Energie bereitstellen, als sie verbrauchen. [8] Auf der regionalen oder urbanen Ebene würden Energiebedarf und Energieproduktion wieder enger zusammenrücken. Vielleicht auch ein Vorteil im Hinblick auf die sogenannte Sektor-Kopplung, bei der die Bereiche Strom, Wärme und Mobilität stärker verzahnt werden, da die Wärmeversorgung bereits jetzt (und die Mobilität möglicherweise zukünftig) zunehmend strombasiert sind. Selbst Speicherlösungen wären im regionalen und urbanen Maßstab gegebenenfalls leichter und effizienter zu integrieren, was wiederum den Ausbaubedarf im Stromnetz reduziert. Je mehr Energie im Quartier selbst oder in der Region bereitgestellt, verbraucht, umgewandelt oder gespeichert werden kann, desto weniger Energie muss über weite Strecken transportiert werden. Ein Gedanke, der in den nächsten Bild 7: Auswirkung der aktuellen, großmaßstäblichen Energiewende: Die Erzeugungsanlagen rücken aus dem Blickfeld, dafür müssen neue, raumwirksame Übertragungsanlagen die Orte der Stromerzeugung mit den Orten des Stromverbrauchs verbinden. © Sandra Sieber 2017 Bild 6: Derzeitige Zielstellung der aktuellen, großmaßstäblichen Energiewende - raumwirksame EE-Anlagen sollen zunehmend außerhalb des Blickfeldes errichtet werden, wie zum Beispiel im Fall von Offshore- Windenergieanlagen. © Sandra Sieber 2017 71 2 · 2018 TR ANSFORMING CITIES THEMA Versorgung von Städten Jahren - wenn die verbliebenen Kernkraftwerke abgeschaltet werden sollen (siehe graue Punkte in Bild 1 national-transnationale Ebene) - an Bedeutung gewinnen könnte. Der Ausbaubedarf auf der Mittel- und Niederspannungsebene ist unstrittig, wenngleich er medial oder gesellschaftlich bislang wenig thematisiert wird. Verschiedene Studien gehen davon aus, dass deren Ausbaubedarf bis zum Jahr 2020 oder 2030 auf der Nieder- und Mittelspannungsebene bei gut 160 000 bis 380 000 km liegen könnte. Zum Vergleich: Im Übertragungsnetz wird je nach Studie der Ausbaubedarf auf rund 2500 bis 8500 km geschätzt [9]. Er bietet Chancen zur Gestaltung der Energiewende: kleinmaßstäblicher, kleinteiliger, aber auch vielfältiger, mit besseren Möglichkeiten der Integration in Architektur und Landschaft, mit Technologien, die nicht mehr sichtbar sind, wie Blockheizkraftwerken, Wärmepumpen und Speichern. Auch aus Sicht des Gerechtigkeitselements, spricht einiges dafür: So kann jeder gestaltend an der Energiewende mitwirken, die mögliche Segregation in Schutz- und Schmutzlandschaften (die sich in der aktuellen gesellschaftlichen aber auch landschaftsarchitektonischen Diskussion um raumwirksame EE-Anlagen abzeichnet) könnte entfallen. Die Energiewende ist letztlich eine gesellschaftliche Fragestellung und folgt den vorgegebenen politischen Weichenstellungen, wie sie zum Beispiel im EEG festgelegt werden. Die Weichen stehen derzeit auf Großmaßstäblichkeit und Übertragungsnetz. Die meisten Engpässe beim Ausbau, aber auch die größten Chancen für eine Landschaftsentwicklung mit regenerativen Energien, liegen jedoch auf der Verteilernetzebene. LITERATUR [1] Ohrem, S., Clemens, G.: Die Energiewende findet im Verteilnetz statt, publiziert auf: et Energiewirtschaftliche Tagesfragen (aufgerufen am 15.08.2016). [2] Informationsportal Erneuerbare Energien, Internetseite, https: / / www.erneuerbare-energien.de/ EE/ Navigation/ DE/ Technologien/ Windenergie-auf-See/ Ziele/ ziele.html (aufgerufen am 18.04.2018); Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) (Hrsg.): Erneuerbare Energien in Zahlen. Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2016, Berlin, 2017, S. 8 und S. 10, https: / / www.bmwi.de/ Redaktion/ DE/ Publikationen/ Energie/ erneuerbare-energien-in-zahlen-2016.pdf ? _ _blob=publicationFile&v=8 (aufgerufen am 18.04.2018). [3] Naturschutzbund Deutschland (NABU) e. V.: Stromfluss unter der Erde - Einsatz von Erdkabeln beim Übertragungsnetzausbau, Berlin, 2013, S. 2, http: / / www.energiewende-naturvertraeglich. d e / i n d e x . p h p % 3 F i d =10 0 1& t x _ f e d o w n l o a d s _ pi2[download]=5601 (aufgerufen am 20.03.2018). Dipl.-Ing. (FH) Sandra Sieber Mitarbeiterin im Forschungscampus Flexible Elektrische Netze FEN und wissenschaftliche Mitarbeiterin an der TU Darmstadt Kontakt: ssieber@la.rwth-aachen.de AUTORIN [4] BUNDESMINISTERIUM FÜR WIRTSCHAFT UND ENER- GIE (BMWi), Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung im Jahr 2016, Berlin, 2017, https: / / www.bmwi.de/ Redaktion/ DE/ Publikationen/ Energie/ erneuerbare-energien-inzahlen-2016.pdf ? _ _blob=publicationFile&v=8 (aufgerufen am 20.03.2018). [5] Bundesverband WindEnergie e.V., Internetseite, https: / / www.wind-energie.de/ infocenter/ statistiken/ deutschland/ windenergieanlagen-deutschlandIn Deutschland standen (ca. 28.700 Onshore-Windenergieanlagen, Stand 2017); Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW-Solar), Statistische Zahlen der deutschen Solarstrombranche (Photovoltaik), https: / / www.solarwirtschaft.de/ fileadmin/ user_upload/ bsw_faktenblatt_pv_4018_4.pdf (Anzahl installierter Photovoltaik-Anlagen bis Ende 2017: 1,64 Mio.) (beide aufgerufen am 19.04.2018). [6] Ullrich, S.: Photovoltaikanlagen am Verteilnetz - Speicher sparen jährlich 150 Millionen Euro fürs Netz, in: Erneuerbare Energien, 18.01.2016, Internetseite, http: / / www.erneuerbareenergien.de/ index.cfm? event=cmp.cst.documen, (aufgerufen 19.01.2016). [7] Drebes, C., Sieber, S.: Städtebauliche Chancen der E- Mobilität - Der Wandel des Mobilitätsverhaltens und seine Auswirkungen auf urbane Räume, in Greenbuilding: nachhaltig planen, bauen und betreiben, Ausgabe 9(3) | Juni 2017, Schiele & Schön, S. 20-24. [8] DETAIL, https: / / www.detail.de/ artikel/ die-zukunftdes-wohnens-aktiv-stadthaus-in-frankfurt-13636/ (aufgerufen am 20.03.2018); AKTIVPLUS e.V., http: / / www.aktivplusev.de/ aktivstadthaus/ (aufgerufen am 20.03.2018). [9] Konrad-Adenauer-Stiftung (HRSG.): Netzausbau in Deutschland - wozu werden die neuen Stromnetze benötigt? Berlin und Wesseling, 2014, http: / / w w w.kas.de/ w f/ doc / kas _ 38837-54 4 -1-30. pdf ? 140919123212 (aufgerufen am 19.04.2018).