Im Kooperationsprojekt COP4EE wird das Potenzial, welches das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus für die Energiewende bereithält, aufgezeigt. Im Fokus stehen dabei Solarenergie, Windkraft und Biomasse.
Der Sentinel-2A-Satellit liefert die Bilddaten für das COP4EE-Koopertionsprojekt und gilt als Hauptsatellit des Projekts. Der „Wächter” startete seine Reise ins All bereits im Juni 2015 von Französisch-Guyana aus, sein baugleicher Bruder Sentinel-2B im März 2017. Foto: European Space Agency (ESA) – P. Carril
Insgesamt 196 Staaten haben sich im Rahmen des Pariser Klimaschutzabkommens 2015 dazu verpflichtet, die Erderwärmung auf „deutlich unter zwei Grad Celsius bezogen auf vorindustrielle Werte“, möglichst sogar auf 1,5 Grad Celsius, zu beschränken. Dafür muss der Treibhausgasausstoß weltweit weiter gesenkt und erneuerbare Energien weiter ausgebaut werden. Doch wie kann dieser Ausbau gelingen? Welche Flächen eignen sich für welche Energieform? Wie können alle Haushalte und die Industrie flächendeckend mit grünem Strom und Wärme versorgt werden? Diesen und anderen Fragestellungen widmet sich das Kooperationsprojekt COP4EE, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Geldern des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert wird.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Methoden und Dienste zu entwickeln, bei denen Satellitenbilddaten so aufbereitet werden, dass sie als Information über das Potenzial von Flächen für die erneuerbaren Energien genutzt werden können. COP4EE, an dem neben der Remote Sensing Solutions GmbH (RSS), der DELPHI IMM GmbH und die Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V. (FfE) auch die M.O.S.S. GmbH beteiligt sind, ist bereits im März 2016 gestartet. Für die Pilotphase, die zunächst auf Rheinland-Pfalz begrenzt ist, sind außerdem regionale Entscheidungsträger wie die Energieagentur Trier sowie Gemeindevertreter eingebunden.
Flächen identifizieren und nachhaltig planen
Bislang wurden Solar- und Windparks mit Kartenmaterial aus dem Katasteramt und Luftbildern geplant. Unklar blieb dabei jedoch, inwiefern die Flächen im Vergleich mit allen regenerativen Energieformen für den Einsatz von nur einer bestimmten geeignet sind. Genau diese Überlegungen treffen die Projektpartner im Rahmen von COP4EE. Mithilfe von Satellitenbildern aus dem europäischen Erdbeobachtungsprogramm Copernicus sollen geeignete Flächen zur Produktion erneuerbarer Energien identifiziert und somit die Energiewende vorangetrieben werden. Im Projekt können die Nutzer vor allem auf die Daten der Sentinel-1- und -2-Satelliten zurückgreifen. Diese überfliegen jeweils alle sechs bzw. fünf Tage die Planungsgebiete und machen dabei hochaufgelöste Bilder der Erdoberfläche. Durch die häufigen Überflüge und ihre hohe Genauigkeit liefern sie Informationen über den Zustand, die aktuelle Nutzung sowie den Biomassezuwachs auf Forst- und Landwirtschaftsflächen für den Biomasseanbau.
Wind, Sonne und Biomasse
Konkret beschäftigt sich das COP4EE- Projekt mit Windkraft, Solarenergie und Biomasse, aber auch dem Nah- und Fernwärmepotenzial. „Um herauszufinden, ob eine Fläche das Potenzial für eine effiziente Produktion von erneuerbaren Energien hat, werden zunächst mithilfe von Satelliten die Geländestrukturen und der Zustand ermittelt”, erklärt Jonas Franke von der RSS-Geschäftsleitung. „Im zweiten Schritt werden unter Berücksichtigung der regionalen Besonderheiten zu Infrastrukturen, Naturschutzflächen und Bodengüte sogenannte Potenzialflächen ausgewiesen” Innerhalb dieser Flächen kann dann anhand der Windgeschwindigkeiten und den Leistungsparametern der Windenergieanlage oder anhand Eignungsfaktoren zum Biomasseanbau das jeweilige Energiepotential berechnet werden.
„Für die Analyse der Flächeneignung sowie der Energiepotenziale wird die Nutzung der Landoberfläche regelmäßig aus Copernicus-Daten abgeleitet. Diese werden dann in Modellen mit Kataster- informationen und Umweltfachdaten gemeinsam betrachtet, um die Eignung für jeden Energieträger flächengenau zu ermitteln”, erklärt Franke.
Mit den Satellitendaten aus dem Copernicus-Programm kann beispielsweise die Biomasse auf festgelegten Flächen bestimmt werden. Foto: RSS GmbH
Weil Wind- und Solarenergie nicht immer und überall gleich stark vorhanden sind, steigt die Bedeutung von Biomasse als Regelenergie und Wärmequelle für die Energiewende. Der Grund: Die Einspeisung von Wind- und Sonnenenergie ist von Wetterbedingungen sowie der Tages- und Jahreszeit abhängig. Diese Schwankungen der Strommengen sind eine Herausforderung für die Energiewende. Sie können kurzfristig zu einer Überproduktion oder zu einem Mangel führen, der durch Last- und Einsatzmanagement mit Energie aus konventionellen Kraftwerken oder mit Bioenergie ausgeglichen werden muss. Satellitendaten können auch hier bei der Planung helfen, indem sie etwa die Frage beantworten, ob die Felder überhaupt genügend Biomasse produzieren oder geplante Äcker für den Anbau der energetischen Pflanzen geeignet sind.
Ökonomisch und ökologisch sinnvoll
Neben der Energiepotenzial-Bestimmung und der Suche nach geeigneten Standorten entwickeln die Projektpartner im Rahmen von COP4EE ein nachhaltiges Konzept zur Identifizierung von landwirtschaftlichen Flächen, auf denen der Energiepflanzenanbau sowohl aus ökologischer als auch aus ökonomischer Sicht sinnvoll ist. „Eine Fläche, die beispielsweise 20 Kilometer entfernt von einer Biogas-Anlage liegt, eignet sich nicht zum Anbau von Energiepflanzen, da hier die Transportkosten zu hoch wären. Zudem wäre die Klimabilanz durch den Transport und die dadurch entstehenden Emissionen negativ beeinflusst”, erklärt Franke. Auch befasst sich RSS mit der durch die Energiewende verursachten Landnutzungsintensivierung, wie der Geschäftsleiter herausstellt: „Durch die erhöhte Nachfrage an erneuerbaren Energien in der Landwirtschaft steigt beispielsweise auch der Druck auf die Grünlandnutzung. Dauergrünland stellt ein Habitat mit hohem Erhaltungswert dar, da solche Flächen häufig artenreich und für den Naturschutz wichtig sind. Wir versuchen, alle Aspekte – positive wie negative – des Energiepflanzen-Anbaus und der Nutzung von Flächen zu beleuchten.”
COP4EE ist ein wissenschaftlich basiertes Forschungsprojekt bei dem die Projektpartner auch den Anspruch einer praxisrelevanten Verwertung der Ergebnisse haben, beschreibt Franke: „Wir sprechen in erster Linie mit regionalen Entscheidungsträgern wie Kommunalvertretern, die regional angepasste Ziele der Energiewende haben und Strategien dafür entwickeln möchten. Wir wollen ihnen mit COP4EE ein räumliches Planungstool an die Hand geben, um anhand der Ressourcen, die sie zur Verfügung haben, nachhaltige und effiziente Entscheidungen in Bezug auf die Energiewende treffen zu können.” (jr)