9 Simulationsergebnisse
9.11 Klimawandelauswirkungen auf das Energiesystem
Auswirkungen auf die e
Im Rahmen des EU-FP7-Projek insgesamt 22möglichen Klimaen 2100) unter Annahmedes Em Datensatz umfasst flächigeZeitre Vielzahl von Klimaelementen Temperatur, Niederschlag, Globa AutRES100 ein Analyse-Packag (http://www.wegcenter.at/reloclim Statistik-Programm „R“ ( ensemblebasierten Klimasimulat WUX verwendet, um jährlich Unsicherheitsbereiche für Windgeschwindigkeit eines Ens Projekt ENSEMBLES in Europa wurden Ensemblemittel, Klimaänderungssignalen aus de 1990errechnet. Zusätzlich wurde aller Simulationen miteinander Klimawandel darzustellen.
Abbildung 46: Regionsein Klimaänderungssignale (rechts 1990 für Temperatur (∆T Windgeschwindigkeit (∆W). U 0,95-Quantile des Ensembles d
Aus den durchgeführten Analys Region) zu deutlichen Tempe Gesamteuropa eine Temperatur Perioden 2021 – 2050 und 196 dasselbe Vorzeichen auf (auch d auf eine äußerst hohe Eintrittswa
Region
auswirkungen auf das Energiesystem
erneuerbaren Energiequellen
Projektes ENSEMBLES [34] wurde ein Ensemble en Klimaentwicklungen für Europa bis 2050(15 Klimaen medes Emissionsszenario A1B simuliert. Der dab lächigeZeitreihen (in einem Raster von ~25 km × ~25 aelementen aufTagesbasis. Für die projektrelevan chlag, Globalstrahlung und Windgeschwindigkeit wurde
Package namens „Wegener Center Uncertainty E er.at/reloclim/igam7www_reloclim_tools.htm) für das
„R“ (cran.r-project.org) zur effizienten Aus Klimasimulationen entwickelt. Für AutRES100 wurde
um jährliche und saisonale Klimaänderungssigna e für Temperatur, Niederschlag, Globalst t eines Ensembles von 22 regionalen Klimasimulati
in Europa und in Subregionen (sieheAbbildung 46) zu mittel, -verteilungen und 0,05- und 0,95 alen aus den beiden 30-Jahresperioden 2021 –
tzlich wurden Klimaänderungssignale unterschiedlicher einander verglichen, um meteorologische Zusam
gionseinteilung Europas (links) und mitt (rechts), errechnet aus den Perioden 2021 – ur (∆T), Niederschlag (∆P), Globalstrahlu (∆W). Unsicherheitsbereiche sind durch Angabe
mbles dargestellt.
rten Analysen geht hervor, dass es (unabhängig von en Temperaturerhöhungen kommt. Das Ensemblem Temperaturerhöhung von +1,65 °C (sieheAbbildung 50 und 1961 – 1990. Alle Klimasimulationen des Ens auf (auch die 0,05- und 0,95-Quantile liegen im positive e Eintrittswahrscheinlichkeit der Temperaturzunahme s
∆ ∆ ∆
in Ensemblebestehend aus (15 Klimaentwicklungen bis t. Der dabei entstandene
~25 km) von einer rojektrelevanten Elemente gkeit wurde im Rahmen von ncertainty Explorer“ (WUX) für das
Open-Source-nten Auswertung von 100 wurde unter anderem erungssignale und deren Globalstrahlung und limasimulationen aus dem ) zu analysieren. Es und 0,95-Quantile von 2050 und 1961 – rschiedlicher Klimaelemente sche Zusammenhänge im
d mittlere jährliche 2050 und 1961 – lstrahlung (∆G) und Angabe der 0,05- und
hängig von Jahreszeit und Ensemblemittel ergibt für bbildung 46) zwischen den en des Ensembles weisen n im positiven Bereich), was zunahme schließen lässt.
∆∆∆
Die Änderungen der Niederschla Europas nehmen Niederschlagsm liegt eine Übergangszone (in de Aussagen erschwert. Die Zu-jahreszeitlichen Schwankung:
d.h. >95% der 22 ENSEMBLES stark im Frühling und im Somme 14,3% im mediterranen (Eintrittswahrscheinlichkeit >95%
in Skandinavien).
In schwacher Korrelation mit de ausgeprägt ist, nimmt die Glob Frühling; Eintrittswahrscheinlichk der Iberischen Halbinsel und im
>80%).
Die mittleren Windgeschwindigk tendenziell rückläufig (Änderung Eintrittswahrscheinlichkeit >99,9 Halbinsel.
Alle durchgeführten Analyse Klimaänderungen. Änderungen kurzfristigen Wetterschwankung nicht ableitbar.
.
Abbildung 47: Saisonale Klim 1990) der Globalstrahlung un Simulationen in Mitteleurop Änderungen der Globalstrahlu denmediterranen Raum (unten
Niederschlagsmengen zeigen ein nicht so einheitliches ederschlagsmengen zu, während sie im Süden abnehm
zone (in der sich auch der Alpenraum befindet), w - und Abnahmen der Niederschlagssummen u wankung: Die Abnahmen im Süden (Eintrittswahrsche NSEMBLES-Simulationen haben dasselbe Vorzeichen)
im Sommer (bis -16,2% im Mittel auf der Iberischen Ha iterranen Raum) ausgeprägt, die Zunahmen
chkeit >95%) sind stärker im Herbst und im Winter (bis + ation mit den Niederschlagsänderungen, die im Frühlin
t die Globalstrahlung im Norden ab (-5,7 W/m² in S rscheinlichkeit >90%), während sie im Süden zunimmt nsel und im mediterranen Raum im Sommer; Eintrittswa eschwindigkeiten in Europa scheinen sich kaum zu än
(Änderungen <|0.1| m/s). Die stärkste saisonale Abn hkeit >99,9% ergab sich mit -0,1 m/s im Herbst fü n Analysen beziehen sich auf saisonale un Änderungen auf Tages- oder Subtagesskala, wie chwankungen (z.B. Extremereignisse) benötigt werde
ale Klimaänderungssignale (Perioden 2021 – 20 lung und des Niederschlages. Links: Gegenübers teleuropa für Frühling; rechts: Häufigkeitsve alstrahlung im Sommer für die Iberische Halbin
(unten).
inheitliches Bild: Im Norden den abnehmen; dazwischen findet), welche zuverlässige ssummen unterliegen einer ttswahrscheinlichkeit >95%, Vorzeichen) sind besonders erischen Halbinsel und bis
-Zunahmen im Norden Winter (bis +10,0% im Mittel e im Frühling etwas stärker isonale und ganzjährige skala, wie sie etwa bei nötigt werden, sind daraus
2050 und 1961 – enüberstellung aller 22 gkeitsverteilungen der e Halbinsel (oben) und
Die sich ergebenden Unsicherhe dem Einsatz unterschiedlicher Selektion der Modelle jedoch nich man aber in Zukunft in der Lage damit den Unsicherheitsbereich Weiterentwicklung besteht be atmosphärischer Turbulenz, da s
Abbildung 48: Häufigkeitsvert (Perioden 2021 – 2050 und 19
Klimawandelauswirkungen
Für dieses Kapitel wurden schon 2020-Projektes PRESENCE verw 90%-Dekarbonisierungsszenario Klimawandels zu simulieren. Es 9.1),in dem 200 GW Wind an Lan installiert sind. Für diese Laufwasserkraftwerke im HiREP Zeitreihen für die Klimamodelle berechnet.Sowohl für die Kontr Periode 2051 – 2080. Die region MPI verwenden als treibendes G vom Globalmodell Arpege angetr Für die Stromnachfrage wurde 2001) ein Regressionsmodell en Temperatur, der Globalstrahlung Dieses Regressionsmodell wu und damit zur Wind- und Solar Nicht berücksichtigt sind hier z
Unsicherheitsbereiche (Bandbreiten des Ensembles) si chiedlicher Klimamodelle begründbar. Aus heutiger e jedoch nicht möglich. Durch verstärkte Modellweiterent in der Lage sein, konvergentere Simulationsergebnisse heitsbereich in Klimaänderungssignalen zu verringern.
besteht beispielsweise in einer verbesserten E bulenz, da sie eine zentrale Rolle bei Klimamodellen einn
eitsverteilung der saisonalen Änderung der Wind und 1961 – 1990) für die Iberische Halbinsel im H
uswirkungen auf die Simulationsläufe
schon Bias-korrigierte Daten des noch laufenden SENCE verwendet, um die Stromerzeugung für das St ngsszenariosin den Jahren 2051 – 2080 unter Berüc
ulieren. Es wird also ein Stromsystem angenommen Wind an Land und 111 GW Photovoltaik in Österreich u diese installierten Leistungen, für die Laufwasser e im HiREPS-Modell) und für die Stromnachfrage wu limamodelle REMO‐UBA, RegCM3 und Aladin‐Arpege r die Kontrollperiode 1971 – 1989 als auch für die
regionale Klimamodelle RegCM3 des ICTP und R reibendes Globalmodell ECHAM5. Das Aladin-Arpege
angetrieben.
age wurde anhand von historischen Daten der letzten nsmodell entwickelt, das die Stromnachfrage in Abhän balstrahlung, der Uhrzeit, des Wochentages und des D
urde auf die Klimadaten angewendet, um eine z und Solarstromproduktion passende Stromnachfrage sind hier zukünftige mögliche Änderungen im Nutze
sembles) sind vor allem mit s heutiger Sicht ist eine ellweiterentwicklungen wird ergebnisse zu erhalten und verringern. Eine mögliche esserten Erfassung von
odellen einnimmt.
er Windgeschwindigkeit sel im Herbst.
h laufenden Neue-Energien-g für das Stromsystem des unter Berücksichtigung des ngenommen (siehe Kapitel Österreich und Deutschland Laufwasserkraft (alle 283 chfrage wurden stündliche Arpege für AutRES100 ch für die
A1B-Szenarien-und REMO-UBA des Arpege des CNRM wird der letzten Jahre (2006 – ge in Abhängigkeit von der und des Datums simuliert.
um eine zum Klimawetter mnachfrage zu berechnen.
n im Nutzerverhalten, z.B.
einehöhere Durchdringung an Ergebnisse genauer erläutert.
Abbildung 49: Mittlere monatli und die A1B-Szenarien-Periode REMO‐‐‐‐UBA, RegCM3 und Aladin Jahreserzeugung in der Kontro
In Abbildung 49 ist der Jahresv Laufwasserkraft dargestellt für d 2051 – 2080. Der monatliche Mit Jahre der jeweiligen Periode un Wertein der Darstellung bezüglic der Wind- und Photovoltaik-Stro Sowohl vom Jahresverlauf als a Laufwasserkraft nimmt die mittler 5,6% ab, und gleichzeitig ergibt s 283 Laufwasserkraftwerke im
Tabelle 23: Statistik der Photovoltaik für das 90%-Dek Daten aller 3 Klimamodelle Kontrollperiode 1971 – 1989 u
In Tabelle 23 ist eine Auswertun Photovoltaik des 90%-Dekar Laufwasserkraft- und Photovoltai Klimamodelle REMO‐UBA, R
5Dies ist eines der Forschungsthe
1971–89 2051–80 Änderung [TWh]
Minimale Erz. 370 331 -38.2 1. Quartil 446 436 -10.9 Mittlere Erz. 472 468 -3.9
Median 477 468 -9.1
3. Quartil 497 508 10.5
Maximale Erz. 579 566 -13.5 Stromerzeugung Windkraft [T
ringung an Klimatisierungsanlagen5. Im Folgenden erläutert.
monatliche Stromerzeugung für die Kontrollperiod Periode 2051 – 2080 als Mittelwert über die 3 Klim
Aladin‐‐‐‐Arpege. Normiert bezüglich der mittleren r Kontrollperiode.
der Jahresverlauf der Stromerzeugung für Windkraft, P estellt für die Kontrollperiode 1971 – 1989 und die Sz onatliche Mittelwert wurde als Mittelwert der stündlichen Periode und über alle 3 Klimamodelle gebildet. Norm bezüglich der mittleren Jahreserzeugung in der Kon Stromerzeugung sind nur geringe Unterschied verlauf als auch bei der Jahreserzeugung (siehe Tabe t die mittlere Jahreserzeugung in Österreich und Deuts eitig ergibt sich eine saisonale Verlagerung der Laufwas werke im HiREPS-Modell vom Sommer in den Frühling.
der Jahreserzeugung für Windkraft, Laufw Dekarbonisierungsszenario. Die Statistik bezi delle REMO‐‐‐‐UBA, RegCM3 und Aladin 1989 und die A1B-Szenarien-Periode 2051 – 2080
e Auswertung der Jahreserzeugung für Windkraft, Lauf Dekarbonisierungsszenarios dargestellt. Die Photovoltaik-Stromerzeugung wurden dabei basierend
UBA, RegCM3 und Aladin‐Arpegefür das A1B
rschungsthemen des PRESENCE-Projektes.
Änderung Änderung
[%] 1971–89 2051–80 Änderung [TWh]
Windkraft [TWh] Stromerzeugung Laufwasserkraft [TWh] Strome
Folgenden werden die
llperiode 1971 – 1989 ie 3 Klimamodelle ittleren
Windkraft, Photovoltaik und d die Szenarien-Periode stündlichen Daten über alle bildet. Normiert wurden die g in der Kontrollperiode. Bei Unterschiede zu erkennen.
Tabelle 23). Bei der h und Deutschland um etwa der Laufwasserzeugung der n Frühling.
Laufwasserkraft und stik bezieht sich auf die Aladin‐‐‐‐Arpege für die
2080.
dkraft, Laufwasserkraft und stellt. Die Windkraft-, i basierend auf Daten der 3 r das A1B-Szenario und
dieKontrollperiode berechnet. Dabei wurde für jede Periode eine Statistik für alle Jahre dieser Periode für alle 3 Klimamodelle gemeinsam berechnet und in Tabelle 23 dargestellt.
Von den Änderungssignalen der mittleren jährlichen Erzeugung und von den Änderungssignalen bei den Quartilen kann man erkennen, dass die 3 Klimamodelle für Wind und Photovoltaik kaum eine Änderungen erkennen lassen. Bei Laufwasserkraft nimmt, wie schon im vorherigen Paragraph beschrieben,die mittlere Jahreserzeugung in Österreich und Deutschland um etwa 5,6% ab.
Tabelle 24: Statistik der Residuallast für das 90%Dekarbonisierungsszenario. Die Statistik bezieht sich auf die Daten aller 3 Klimamodelle REMO‐‐‐‐UBA, RegCM3 und Aladin‐‐‐‐Arpege für die Kontrollperiode 1971 – 1989 und die A1B-Szenarien-Periode 2051 – 2080.
In Tabelle 24 ist nun die Auswertung der Residuallast (Last – Wind – PV – LWK) für das 90%-Dekarbonisierungsszenarios dargestellt. In der linken Hälfte die Statistik der jährlichen Jahressummen der Residuallast, in der Mitte die Statistik der jährlichen maximalen stündlichen Residuallasten und rechtsdie Statistik der jährlichen maximalen stündlichen Lasten. Dabei wurde für jede Periode eine Statistik für alle Jahre dieser Periode und für alle 3 Klimamodelle gemeinsam berechnet. Bei den Jahressummen der Residuallast kann man erkennen, dass die 3 Klimamodelle im Mittelwert eine leichte Zunahme der Jahressummen der Residuallast in der Szenario-Periode 2051 – 2080 beschreiben.
1971–89 2051–80 Änderung [TWh]
Änderung
[%] 1971–89 2051–80 Änderung [GW]
Änderung
[%] 1971–89 2051–80 Änderung [GW]
Änderung [%]
Minimum 34 48 13.22 38.5% 93 93 0.3 0.3% 115 114 -1.5 -1.3%
1. Quartil 116 108 -7.39 -6.4% 102 100 -1.9 -1.9% 118 117 -1.3 -1.1%
Mittelwert 142 144 2.54 1.8% 103 102 -1.0 -1.0% 124 122 -1.9 -1.6%
Median 139 144 4.86 3.5% 103 102 -1.5 -1.5% 124 119 -4.7 -3.8%
3. Quartil 166 175 8.30 5.0% 105 104 -1.0 -0.9% 129 128 -0.6 -0.5%
Maximum 242 272 29.49 12.2% 118 119 1.0 0.8% 136 138 2.0 1.4%
Residuallast (Last-Wind-PV-LWK) [TWh] Maximale stündliche Residuallast [GW] Maximale stündliche Last [GW]
Zusammengefasst kann man feststellen, dass die Auswirkungen des Klimawandels wie ihn die 3 Klimamodelle REMO‐UBA, RegCM3 und Aladin‐Arpege für das A1B-Szenario beschreiben nur sehr geringe Auswirkungen auf das Stromsystem haben würden, wie es im 90%-Dekarbonisierungsszenario (siehe Kapitel 9.1) dargestellt ist.
Da in allen Szenarien dieser Studie unabhängig eine 100 prozentige Versorgungsicherheit durch Gas-Reservekraftwerke gegeben ist, hat der Klimawandel keinen Einfluss auf die Versorgungsicherheit der analysierten Stromsysteme. Etwaige leichte mittlere Abnahmen bei der Wind- und Wasserkrafterzeugung müssten durch den Zubau von Wind- und Photovoltaikanlagen kompensiert werden.
Nicht Gegenstand der Untersuchungen in AutRES100 waren mögliche Änderungen im Nutzerverhalten durch den Klimawandel, z.B. eine höhere Durchdringung mit Klimatisierungsanlagen oder mögliche Probleme mit der Kühlwasserverfügbarkeit von thermischen Kraftwerken. Diese Punkte sind Themen des laufenden PRESENCE-Forschungsprojektes, in dem das HiREPS-Modell zu Analyse dieser Effekte verwendet wird.