#Spotlightprojekt

Ausgewählte DBU-Förderprojekte im Fokus

Statement von Hinnerk Bormann, CUTEC Forschungszentrum © Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Statement von Hinnerk Bormann, CUTEC Forschungszentrum
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Schnittstellen der Wasserwirtschaft mit der Energiewirtschaft © TU Clausthal / Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft
Schnittstellen der Wasserwirtschaft mit der Energiewirtschaft
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Der veröffentlichte DWA-Report zum Projekt
Der veröffentlichte DWA-Report zum Projekt "Keine Energie ohne Wasser" (Link)
Wechselbeziehungen der Energie- und Wasserwirtschaft © TU Clausthal / Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft
Wechselbeziehungen der Energie- und Wasserwirtschaft
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Übersicht der genutzten Wassermengen in Deutschland in 2016 © TU Clausthal / Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft
Übersicht der genutzten Wassermengen in Deutschland in 2016
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Prognose der Wasserentnahmen in Deutschland bis 2050 nach dem 80%-Pfad der BDI-Studie © TU Clausthal / Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft
Prognose der Wasserentnahmen in Deutschland bis 2050 nach dem 80%-Pfad der BDI-Studie
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Integration zusätzlicher regenerativer Energieversorgung, PtG-Technologien und Energiespeicher in Abwasserbehandlungsanlagen © TU Clausthal / Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft
Integration zusätzlicher regenerativer Energieversorgung, PtG-Technologien und Energiespeicher in Abwasserbehandlungsanlagen
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3.) #Spotlightprojekt 2020/07: "Keine Energie ohne Wasser"

Das Ziel: Wechselwirkungsanalyse zwischen den Sektoren Wasser und Energie

Die von der Bundesregierung beschlossenen Ausbauziele für die erneuerbaren Energien führen in den nächsten Jahrzehnten zu einer deutlichen Veränderung des deutschen Strom- bzw. Energiemarktes, wobei die Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Energie auf vielfältige Weise mit der Inanspruchnahme von Wasserressourcen verbunden ist. Die umfangreiche Transformation des deutschen Energiesystems wird sich damit auch auf den Betrieb wasserwirtschaftlicher Anlagen und Belange des Gewässerschutzes auswirken und entsprechende technische und konzeptionelle Anpassungen erfordern.

Das Ziel einer DBU-geförderten Studie des CUTEC Forschungszentrums der Technischen Universität Clausthal in Zusammenarbeit mit der Tuttahs & Meyer Ingenieurgesellschaft für Wasser-, Abwasser- und Energiewirtschaft bestand daher in der Analyse der derzeitigen und möglicherweise zukünftig eintretenden Wechselwirkungen zwischen den Sektoren Wasser und Energie innerhalb des deutschen Wirtschaftsraumes. Auf Basis von Zukunftsszenarien sollen Auswirkungen und Empfehlungen für die Weiterentwicklung der Wasserwirtschaft unter gravierend veränderten energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen untersucht und bewertet werden.

 

Der Weg: Über Strukturbeschreibungen, Schnittstellenfindungen und Szenariobewertungen zu Handlungsempfehlungen

Im ersten Schritt wurden zur Grundlagenermittlung zunächst die Strukturen der deutschen Energie- und Wasserwirtschaft beschrieben. Hierin enthalten sind die für den jeweiligen Wirtschaftsbereich wesentlichen rechtlichen Rahmenbedingungen, Organisationsstrukturen, Kennzahlen der aktuellen Versorgungs- und Verbrauchssituation sowie gegenwärtig bedeutsame Trends und Entwicklungen aus beiden Bereichen. Die Aufgabe der zweiten Stufe bestand darin, die Schnittstellen des deutschen Energiesystems mit der Wasserwirtschaft zu identifizieren und hinsichtlich der Art und Intensität ihrer Interaktion darzustellen. Dafür wurden der Umfang des Wasserbedarfs und die Art des Wassergebrauchs der Energiewirtschaft systematisch erfasst sowie auch Energiebedarf und -eigenerzeugung wasserwirtschaftlicher Anlagen ermittelt und in die Schnittstellendarstellung einbezogen. In der dritten Stufe der Studie erfolgte eine Auswertung der einzelnen technologiebezogenen Schnittstelleneigenschaften zwischen Energie- und Wassersektor unter den Rahmenbedingungen ausgewählter energiewirtschaftlicher Zukunftsszenarien. In der Ergebnisdarstellung wurden dann Umfang und Nachhaltigkeit der jeweiligen Energieerzeugungs- und Speicherungstechnologien in ihrer Gesamtkonstellation entsprechend der Zukunftsszenarien hinsichtlich deren spezifischer Wassernutzung bewertet und Hinweise und Handlungsempfehlungen abgeleitet.

 

Ergebnisse und Diskussion

Die nähere Analyse der Sektoren Wasser und Energie zeigt, auf welche vielfältige Weise die Energiewirtschaft mit der Wasserwirtschaft in Deutschland verknüpft ist. In vielen Fällen ist dieses systemische Zusammenwirken sogar essentiell für die Funktion der eingesetzten Verfahren und Technologien beider Bereiche. Die Kenntnis der Wechselwirkungen ermöglicht den Vergleich und die Bewertung verschiedener Energietechnologien hinsichtlich deren Inanspruchnahme von Wasserressourcen und – insbesondere während des im Rahmen der Energiewende stattfindenden Umbaus des Energiesystems – die Identifikation von neuen Potenzialen zur Nutzung von Synergieeffekten für beide Wirtschaftsbereiche.

Zusammenfassend haben die Veränderungen des Energiesektors im Rahmen der betrachteten Energiewende-Szenarien einen positiven Einfluss auf den Wassersektor. Der Umfang der mengenmäßigen Wassernutzungen wird sich dadurch bis zum Jahr 2050 in Deutschland insgesamt schätzungsweise um etwa die Hälfte reduzieren. Dies ist im Wesentlichen auf den starken Rückgang der Kühlwasserentnahmen konventioneller Großkraftwerke auf Basis fossiler Energieträger sowie auch auf das Auslaufen der Braunkohleförderung zurückzuführen. Zudem wird diese Nutzungsregression durch den massiven Ausbau von Windkraft und Photovoltaik – für den Wassersektor die wohl nachhaltigsten Formen der Stromerzeugung – kaum beeinträchtigt. Auch durch die Wasserkraftnutzung und den Betrieb von Pumpspeichern werden nach den Prognosen der Energiewendeszenarien keine Veränderungen in größerem Umfang erwartet. Neben Effizienzsteigerungen von Wasserkraftwerken sowie einem begrenzt möglichen Zubau von neuen Pumpspeichern können allerdings durch die Anwendung neuer Bewirtschaftungskonzepte beim Betrieb vorhandener Wasserspeicher und -versorgungsnetze weitere die Energiewende unterstützende Dienstleistungen für den Energiesektor erschlossen werden. Gleiches gilt auch für den Bereich der öffentlichen Abwasserbehandlung. Neben nach wie vor noch vorhandenen Potenzialen zur Steigerung der Energieeffizienz und Eigenstromerzeugung bestehen auch aussichtsreiche Optionen zu Übernahme netzdienlicher Leistungen wie z. B. durch flexibles Lastmanagement und Bereitstellung von Speicherkapazitäten. Darüber hinaus stellen wasserwirtschaftliche Anlagen aufgrund ihrer flächendeckend etablierten Infrastruktur geeignete Standorte zur Integration von technischen Komponenten des Energiesystems dar, wie beispielsweise den zukünftig in erheblichem Umfang benötigten Power-to-Gas-Technologien.

Andererseits bestehen aufgrund der schwer zu prognostizierenden Auswirkungen des Klimawandels aber auch Unsicherheiten bezüglich der Höhe des zukünftig notwendigen Wasserbedarfs, z. B. zur Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen und damit auch für den Energiepflanzenanbau. Die Wahrscheinlichkeit der Zunahme von temporären Engpässen in der Wasserverfügbarkeit ist in einigen Regionen Deutschlands bereits als sehr hoch einzuschätzen. Während in den ambitionierteren Energiewendeszenarien bergbauliche Aktivitäten zur Gewinnung fossiler Energieträger in Deutschland weitgehend eingestellt werden, ist mit einer Zunahme anderer im Rahmen der Energiewende erforderlicher Eingriffe in den Untergrund zu rechnen. Zu nennen sind hier im Wesentlichen die Geothermienutzung und der Betrieb von untertägigen Kavernen zur Zwischenspeicherung von Energieträgern oder abgeschiedenem Kohlendioxid, die ein gewisses Risikopotenzial zur Beeinträchtigung von Grundwasserkörpern besitzen.

 

Fazit

Der Umbau des deutschen Energiesystems zur Verminderung der Treibhausgasemissionen hat das Potenzial einer erheblichen Reduzierung der Nutzungsintensität deutscher Wasserressourcen. Darüber hinaus bietet die wasserwirtschaftliche Infrastruktur eine Vielzahl günstiger Voraussetzungen, um energiewirtschaftlich relevante Systemdienstleistungen im Rahmen der Energiewende zu erbringen. Diesen Vorteilen stehen jedoch auch Hemmnisse und Restriktionen gegenüber, die durch genaue Kenntnis der Wirkungszusammenhänge und sinnvoll anzupassende Rahmenbedingungen überwunden werden müssen. Der in der Studie behandelte Themenkomplex verdeutlicht daher die Wichtigkeit der intersektoralen Zusammenarbeit zwischen Energie- und Wasserwirtschaft bei der technologischen Umsetzung einzelner Maßnahmen zur Umgestaltung des deutschen Energiesystems, um vorhandene energetische Ressourcen und sich anbietende Synergieeffekte optimal zu nutzen und nachteilige Auswirkungen auf andere Schutzgüter zu vermeiden.

 

Veröffentlichung des Abschlussberichts

Der Abschlussbericht zu dieser Studie wurde im Juni 2020 als DWA-Report "Keine Energie ohne Wasser" (87 Seiten; ISBN Print: 978-3-96862-000-8; ISBN E-Book: 978-3-96862-001-5) veröffentlicht und ist im DWA-Webshop erhältlich.

 

Projektthema

Keine Energie ohne Wasser – Zukunftsszenarien und Empfehlungen für die Weiterentwicklung der Wasserwirtschaft unter gravierend veränderten energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen

 

Projektdurchführung

Clausthaler Umwelttechnik (CUTEC) Forschungszentrum der Technischen Universität Clausthal, Clausthal-Zellerfeld
Herr Hinnerk Bormann
Abteilung Thermische Prozesstechnik
Telefon: 05323 72-6223
E-Mail: hinnerk.bormann@cutec.de
Website: www.cutec.de

 

Laufzeit

Oktober 2017 – März 2019

 

Aktenzeichen

DBU-AZ 32804/01

 

Stand: 21.07.2020