ALBERT

Description: 15.000 Haushalte und mehr als 100 Fragen rund um Wärme und Wohnen in Deutschland: Im Herbst 2022 fand die zweite Erhebung des Ariadne Wärme- & Wohnen-Panels statt, das in bislang einzigartiger Weise Informationen zum Gebäudebestand und dem Endenergiebedarf mit detaillierten Angaben zu den sozioökonomischen Charakteristika der Haushalte verknüpft. Der Schwerpunkt der zweiten Panelerhebung lag auf den Auswirkungen der durch den Angriff Russlands auf die Ukraine verursachten Energiekrise auf die privaten Haushalte. Gefragt danach, wie stark die Teilnehmenden von den steigenden Energiepreisen betroffen sind und welche Maßnahmen sie dagegen ergreifen gaben so zum Beispiel lediglich 28 % der Teilnehmenden an, ihren Heizenergieverbrauch im Winter 2022/2023 stark oder sehr stark reduzieren zu wollen. Ein besonders bemerkenswertes Ergebnis ist in diesem Zusammenhang, dass nur etwa 21 % der Antwortenden angaben, die eigens für diesen Zweck entwickelte Informationskampagne der Bundesregierung mit dem Titel „80 Millionen gemeinsam für den Energiewechsel“ wahrgenommen zu haben. Eine überwältigende Mehrheit von etwa 88 % der Befragten hatte dagegen von der für Herbst 2022 geplanten, letztlich aber nie eingeführten Gasumlage gehört. Für die aktuelle Debatte um das faktische Verbot des Einbaus neuer fossil befeuerter Heizkessel höchst relevant ist das Ergebnis, dass ein Einbauverbot für Gaskessel lediglich von rund 28 % der Befragten begrüßt würde. Weiterhin interessant ist, dass 70 % der Eigentümer aus der Stichprobe die steigenden Preise im Bauhauptgewerbe als größten Hinderungsgrund für energetische Modernisierungen ansehen. Dahinter folgt als zweitwichtigstes Hindernis für die Umsetzung der Wärmewende in den eigenen vier Wänden die Unsicherheit über die Preisentwicklung verschiedener Energieträger.

Description: Die Energiewende sorgt für einen Paradigmenwechsel von einem grundlastbasierten zu einem flexiblen Stromsystem. Die zentralen Treiber für den zunehmenden Flexibilitätsbedarf sind die Stromerzeugung durch Wind und Sonne sowie die weiterhin bestehende unflexible Stromnachfrage, die gedeckt werden muss. Die vorliegende Studie analysiert, wie im Zeitverlauf bis zum Jahr 2045 der Flexibilitätsbedarf zunimmt und wie die Betriebsweisen der verschiedenen Technologien sich anpassen können. In der Studie wird auf das Energiesystemmodell REMod zurückgegriffen, mit dem eine Analyse über die intersektorale Flexibilität bis zum Jahr 2045 möglich ist. Für kurzfristige Flexibilität können in dieser Betrachtung zum Beispiel Batterien sowie Stromimporte und -exporte eingesetzt werden. Durch die Sektorenkopplung kann bei der Wärmebereitstellung in Gebäuden ebenfalls ein erheblich angepasstes Lastmanagement erfolgen. Ein höherer Anteil an Flexibilität kann jedoch durch Stromaufnahme in Elektrolyseanlagen und die Nutzung von Power-to-X-Kraftstoffen erfolgen. So können während längerer Dunkelflauten flexible Backup-Gasturbinen eingesetzt werden, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Um die notwendige Integration der Flexibilitäts-Technologien in den verschiedenen Märkten (insbesondere Strommarkt) und Sektoren voranzutreiben, müssen technische Voraussetzung, Marktregeln sowie Regulatorik in Bezug auf Bau und Betrieb so angepasst werden, dass die Technologien ihr Flexibilitätspotential bestmöglich ausspielen können.

Description: Mit steigendem Anteil fluktuierender Erneuerbarer Energien im Stromsystem steigt auch der Bedarf an steuerbaren Kapazitäten, die Stromangebot und -nachfrage ausgleichen können, so genannte Flexibilitätstechnologien. In dieser Analyse wird der Nutzen von zehn verschiedenen Technologien, die Flexibilität bereitstellen können, für das deutsche Stromsystem im Jahr 2030 ermittelt. Die Nutzenanalyse macht deutlich, dass die Verschiebung von großen Energiemengen über einen längeren Zeitraum (saisonaler Ausgleich) den höchsten spezifischen Nutzen erreicht. Eine Schlüsseltechnologie für das Jahr 2030 sind daher Langzeitspeicher mit großen Speichervolumen, zum Beispiel in Form von Wasserstoff-Kavernenspeichern. Das Fehlen einer hierfür geeigneten Technologie würde zu hohen Effizienzverlusten führen. Die zweite Schlüsseltechnologie ist die steuerbare Leistung von Power-to-Heat1 in Wärmenetzen der allgemeinen Versorgung, die für den täglichen Ausgleich zwischen Nachfrage und erneuerbarer Erzeugung eingesetzt wird. Hier können allerdings auch andere nachfrageseitige Flexibilitäten eine ähnliche Funktion für das Stromsystem übernehmen. Die Analyse zeigt auch, dass die Erschließung der hier betrachteten Flexibilitätstechnologien, zum Beispiel durch den Abbau von regulatorischen Hemmnissen, bis zum Jahr 2030 für das Stromsystem von hoher Relevanz ist. Auch über die angenommenen Potentialgrenzen hinaus bieten insbesondere nachfrageseitige Flexibilitätstechnologien noch einen positiven Nutzen. Eine technologieoffene, marktbasierte Lösung zur Einbindung dieser Flexibilitäten könnte die unterschiedlichen Charakteristika, Nutzenniveaus sowie sich ändernde Rahmenbedingungen effizient berücksichtigen.

Description: Bei der Energiewende auf dem Weg zur Emissionsneutralität gilt es vor allem, CO2-Emissionen so weit wie möglich zu vermeiden – durch eine zügige Umstellung auf Erneuerbare Energien, innovative klimaneutrale Produktionsverfahren etc. Für eine Netto-Null in der Emissionsbilanz reicht das allein jedoch nicht aus, denn in manchen Bereichen lassen sich Emissionen nicht oder nur sehr schwer vermeiden, zum Beispiel bei bestimmten Industrieprozessen oder in der Landwirtschaft. In dieser Analyse werden in Erweiterung des Ariadne-Szenarienreports (Luderer et al., 2021) die vielschichtigen Wechselbeziehungen zwischen Vermeidungsoptionen und CO2-Entnahmepotenzialen beleuchtet und Handlungsspielräume abgesteckt. Diese Analyse gibt Orientierungspunkte, unter welchen Bedingungen lokal in Deutschland Treibhausgasneutralität erreicht werden könnte. Es zeigt sich, dass nur die Ausnutzung aller verfügbaren Optionen, sowohl bei der Vermeidung von Restemissionen als auch bei der Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre, Spielräume eröffnet, die gegen das hohe Risiko, dass nicht alle ambitionierten Annahmen in den Szenarien auch eintreffen werden, absichert.

Description: Zusammenfassung 1. Einleitung 2. Nach Energiewende verbleibende Restemissionen bestimmen den Bedarf an CO2-Entnahme in Deutschland in 2045 3. Angebot an CO2-Entnahme in Deutschland bis 2045 4. Diskussion der Ergebnisse Anhang Literaturangaben

Description: Der SRU empfahl 2020, die deutschen Klimaziele an einem CO2-Budget auszurichten, das aus den Zielen des Klimaabkommens von Paris transparent abgeleitet ist, und schlug hierfür ein Vorgehen vor. Die Analyse stieß auf großes öffentliches Interesse und wurde im vielfach als historisch bezeichneten Beschluss des Bundesverfassungsgerichts zum Bundes-Klimaschutzgesetz 2021 ausführlich diskutiert. Mit der vorliegenden Stellungnahme aktualisiert der SRU seine CO2-Budgetberechnungen auf der Grundlage des neuesten wissenschaftlichen Stands und beantwortet eine Reihe von Fragen, die sich im Laufe der öffentlichen Diskussion ergeben haben. Das noch verfügbare faire CO2-Budget Deutschlands für einen 1,5°C-Pfad läuft 2031 ab, das für 1,75°C 2040. Das geltende Klimaschutzgesetz entspricht nach der Berechnung des SRU einer Begrenzung der Erhitzung der Erde auf weniger als 2, aber deutlich über 1,5°C.

Description: Die Hochwasserkatastrophe im Juli 2021 in Westdeutschland erfordert eine kritische Diskussion über die Abschätzung der Hoch- wassergefährdung, Aktualisierung von Hochwassergefahrenkarten und Kommunikation von extremen Hochwasserszenarien. In der vor- liegenden Arbeit wurde die Extremwertstatistik für die jährlichen maximalen Spitzenabflüsse am Pegel Altenahr im Ahrtal mit und ohne Berücksichtigung historischer Hochwasser berechnet und verglichen. Die Schätzung der Wiederkehrperiode für das aktuelle Hoch- wasser mittels Generalisierter Extremwertverteilung (GEV) unter Berücksichtigung historischer Hochwasser schwankt zwischen etwa 2.600 und über 58.700 Jahren (90%-Konfidenzintervall) mit einem Median bei etwa 8.600 Jahren, wogegen die Schätzung, die nur auf der systematisch gemessenen Abflusszeitreihe von 74 Jahren basiert, theoretisch eine Wiederkehrperiode von über 100 Millionen Jahren ergeben würde. Die Berücksichtigung der historischen Hochwasser führt zu einer dramatischen Änderung der Hochwasserquan- tile, die für eine Gefahrenkartierung zugrunde gelegt werden. Die Anpassung der GEV an die Zeitreihe mit historischen Hochwassern zeigt dennoch, dass das GEV-Modell möglicherweise die Grundgesamtheit der Hochwasser im Ahrtal nicht adäquat abbilden kann. Es könnte sich im vorliegenden Fall um eine gemischte Stichprobe handeln, in der die extremen Hochwasser im Vergleich zu kleineren Ereignissen durch besondere Prozesse hervorgerufen werden. Somit könnten die Wahrscheinlichkeiten von extremen Hochwassern deutlich größer sein, als aus dem GEV-Modell hervorgeht. Hier sollte in Zukunft die Anwendung einer prozessbasierten Mischverteilung untersucht werden. Der Vergleich von amtlichen Gefahrenkarten zu Extremhochwassern (HQextrem) im Ahrtal mit den Überflutungsflächen vom Juli 2021 zeigt eine deutliche Diskrepanz in den betroffenen Gebieten und die Notwendigkeit, die Grundlagen zur Erstellung der Extremszena- rien zu überdenken. Die hydrodynamisch-numerischen Simulationen von 1.000-jährlichen Hochwassern (HQ1000) unter Berücksich- tigung historischer Ereignisse und des größten historischen Hochwassers 1804 können die Gefährdung des Juli-Hochwassers 2021 deutlich besser widerspiegeln, wenngleich auch diese beiden Szenarien die Überflutungsflächen unterschätzen. Besondere Effekte wie die Verklausung von Brücken und die geomorphologischen Änderungen im Flussschlauch führten zu noch größeren Überflutungs- flächen im Juli 2021, als die Simulationsergebnisse zeigten. Basierend auf dieser Analyse wird eine einheitliche Festlegung von HQextrem bei Hochwassergefahrenkartierungen in Deutschland vorgeschlagen, die sich an höheren Hochwasserquantilen im Bereich von HQ1000 orientiert. Zusätzlich sollen simulationsbasierte Rekonstruktionen von den größten verlässlich dokumentierten historischen Hoch- wassern und/oder synthetische Worst-Case-Szenarien in den Hochwassergefahrenkarten gesondert dargestellt werden. Damit wird ein wichtiger Beitrag geleistet, um die potenziell betroffene Bevölkerung und das Katastrophenmanagement vor Überraschungen durch sehr seltene und extreme Hochwasser in Zukunft besser zu schützen.

Description: The flood disaster in July 2021 in western Germany calls for a critical discussion on flood hazard assessment, revision of flood haz- ard maps and communication of extreme flood scenarios. In the presented work, extreme value analysis was carried out for annual maximum peak flow series at the Altenahr gauge on the river Ahr. We compared flood statistics with and without considering historical flood events. An estimate for the return period of the recent flood based on the Generalized Extreme Value (GEV) distribution consider- ing historical floods ranges between about 2600 and above 58700 years (90% confidence interval) with a median of approximately 8600 years, whereas an estimate based on the 74-year long systematically recorded flow series would theoretically exceed 100 million years. Consideration of historical floods dramatically changes the flood quantiles that are used for the generation of official flood hazard maps. The fitting of the GEV to the time series with historical floods reveals, however, that the model potentially inadequately reflects the flood population. In this case, we might face a mixed sample, in which extreme floods result from very different processes compared to smaller floods. Hence, the probabilities of extreme floods could be much larger than those resulting from a single GEV model. The application of a process-based mixed flood distribution should be explored in future work. The comparison of the official HQextrem flood maps for the Ahr Valley with the inundation areas from July 2021 shows a striking discrep- ancy in the affected areas and calls for revision of design values used to define extreme flood scenarios. The hydrodynamic simulations of a 1000-year return period flood considering historical events and of the 1804 flood scenario compare much better to the flooded areas from July 2021, though both scenarios still underestimated the flood extent. Particular effects such as clogging of bridges and geomorphological changes of the river channel led to considerably larger flooded areas in July 2021 compared to the simulation results. Based on this analysis, we call for a consistent definition of HQextrem for flood hazard mapping in Germany, and suggest using high flood quantiles in the range of a 1,000-year flood. Flood maps should additionally include model-based reconstructions of the largest, reliably documented historical floods and/or synthetic worst-case scenarios. This would be an important step towards protecting potentially affected population and disaster management from surprises due to very rare and extreme flood events in future.

Description: Die Koalition will den Ausbau der Windenergie an Land erheblich beschleunigen. Dies ist überfällig, denn er ist in den letzten Jahren weit hinter den Bedarf zurückgefallen. Die Stellungnahme „Klimaschutz braucht Rückenwind: Für einen konsequenten Ausbau der Windenergie an Land“ zeigt, wie die Herausforderungen bewältigt werden können. Die Kernempfehlungen hatte der SRU bereits im Oktober anlässlich der Koalitionsverhandlungen vorab veröffentlicht. Der wichtigste Grund für den stockenden Ausbau der Windenergie ist, dass raumplanerisch zu wenig Flächen ausgewiesen und gesichert wurden. Zudem haben einige Bundesländer Abstände zwischen Windenergieanlagen und Wohnnutzungen festgelegt, die nicht mit einem Schutz der Anwohnerinnen und Anwohner zu begründen sind. Fehlende Standards im Natur- und Artenschutz führen zu Rechtsunsicherheiten und verzögern den Ausbau. Allgemein sind die Planungs- und Zulassungsverfahren für Windenergieanlagen fehleranfällig und langwierig. Auch profitieren die Regionen, in denen Windenergie genutzt wird, zu wenig von der Energiewende. Dies hat Auswirkungen auf die Akzeptanz vor Ort. Veränderungsbedarf besteht zudem bei der Förderung.

Description: Our lifestyle is making us ill and is destroying the natural life-support systems. In the vision of ‘healthy living on a healthy planet’, human spheres of life – what we eat, how we move, where we live – are designed to be both healthy and environmentally compatible, and planetary risks – climate change, biodiversity loss, pollution – have been overcome. Health systems harness their transform- ative potential; education and science promote societal change. The vision can only be realized with international cooperation and requires what the WBGU terms global urgency governance.