9.2.2 Struktur der Energieversorgung und -infrastruktur in Hamburg
Der jährliche Gesamtstromverbrauch belief sich im Jahr 2014 in Hamburg auf 12,4 TWh (Energieportal Hamburg
2015). Dabei schwankt die Erzeugungsbilanz in der Regel je nach Tag und Tageszeit.
Ganz überwiegend ist Hamburg jedoch stark von einer Einspeisung von außerhalb der Stadt abhängig. Für das gesamte Jahr 2014 wurde der Gesamtstromverbrauch beispielsweise nur im Umfang von 2,9 TWh durch in Hamburg erzeugten Strom gedeckt, was einem Anteil von rund 23 % entspricht.
Basierend auf den jüngsten Daten des Statistischen Amtes für Hamburg und Schleswig-Holstein (
2014) zur Nettostromerzeugung in Hamburg wird deutlich, dass wiederum 81,6 % des in 2013 in Hamburg erzeugten Stroms aus fossilen Energieträgern, 14,8 % aus erneuerbaren Energiequellen, 1,2 % aus nichtbiogenen Abfällen und 2,5 % aus sonstigen Energieträgern (inkl. Pumpspeicheranlagen) stammte.
Im Hinblick auf den Anteil erneuerbarer Energien zeigt sich für Hamburg zum 31.12.2014 die folgende Struktur und Menge der installierten Leistung (Energieportal Hamburg
2015): Insgesamt belief sich die installierte Leistung regenerativer Energien auf 144.083 kW, bereitgestellt von 2910 Anlagen. Davon entfielen auf Solarenergie 34.733 kW (2653 Anlagen), auf Windenergie 59.340 kW (59 Anlagen), auf Wasserkraft 0,110 kW (1 Anlage) sowie auf Biomasse 49.900 kW (197 Anlagen). Deponie‑, Klär- und Grubengas wurden in Hamburg nicht genutzt.
Es ist wichtig, neben der Struktur der Energieversorgung in Hamburg auch die infrastrukturellen Gegebenheiten des Stromnetzes zu betrachten. Deutschlandweit sind insgesamt vier Übertragungsnetzbetreiber dafür zuständig, den Strom zu rund 900 Verteilnetzbetreibern zu transportieren. Für die Metropolregion und das Bundesland Hamburg gibt es unterschiedliche Betreiber. So ist für das Bundesland Hamburg die 50 Hz Transmission GmbH zuständig, für die Metropolregion jedoch die Tennet TSO GmbH. Die elektrische Energie kommt mit 380 kV Höchstspannung über Höchstspannungsleitungen nach Hamburg. Von drei Umspannwerken, die an das Übertragungsnetz der 50 Hz Transmission GmbH angeschlossen sind, wird die elektrische Energie dann von 380 auf 110 kV umgewandelt und in das Hamburger Verteilnetz eingespeist. In insgesamt 53 Umspannwerken wird der Strom von der Hochspannung auf die Mittelspannung heruntertransformiert und gelangt anschließend über rund 7500 Kunden- und Netzstationen in das Stromnetz der Niederspannungsebene (Stromnetz Hamburg GmbH
2015).
Eine spezifische Übersicht zum aktuellen Zustand der Energieinfrastruktur fasst die technischen Daten des Stromverteilnetzes der Hansestadt zusammen (Stromnetz Hamburg GmbH
2014). Da der dort zitierte Netzzustandsbericht 2014 und der Strukturbericht 2014 nur der Bundesnetzagentur zur Verfügung gestellt werden und somit nicht öffentlich verfügbar sind (Polkehn-Appel
2015), ist dies hierzu die einzige verfügbare Quelle. Die nachfolgenden Ausführungen zur Struktur der Energieinfrastruktur in Hamburg beziehen sich daher ausschließlich auf diese Übersicht.
Das Verteilnetz besteht aus Teilnetzen in den Spannungsebenen Hochspannung (110 kV), Mittelspannung (10 kV) und Niederspannung (0,4 kV). Zum Stromverteilnetz in Hamburg gehören über 27.000 km Stromleitungen, wobei 44 % der Leitungen bereits vor 1970 verlegt bzw. errichtet wurden. 95 % der Stromkabel sind unterirdisch verlegt. Die Stromkreislängen betragen für die Hochspannung 362 km als Kabel in der Erde und 613 km als Freileitungen. Die Stromkreislänge der Mittelspannung besteht ausschließlich aus unterirdisch verlegten Kabeln mit einer Gesamtlänge von 5833 km. Im Bereich der Niederspannung werden 19.958 km unterirdisch verlegte Kabel und 731 km Freileitungen genutzt. Die Endverbraucher in Hamburg teilen sich ungefähr in 29 Hochspannungskunden, 2000 Mittelspannungskunden und 1,1 Mio. Niederspannungskunden auf.
Insgesamt sind die Anlagen des Verteilnetzes derzeit in einem anforderungsgerechten Zustand, wobei sich das Alter der Anlagen deutlich unterscheidet. Durch die zunehmende Alterung der Anlagen mit einer betriebsgewöhnlichen Nutzungsdauer zwischen 30 und 40 Jahren ist jedoch bereits jetzt ein Bedarf für Sanierungen oder sogar den Ersatz von Anlagen gegeben, beispielsweise bei Hochspannungs- und Mittelspannungsschaltanlagen in den Umspannwerken.
Mittelfristig wird Sanierungsbedarf u. a. auch bei Mittelspannungskabeln, Transformatoren im Bereich Hochspannung zu Mittelspannung oder auch Hochspannungsschaltanlagen in den Umspannwerken gesehen.
Der Bereich der Hochspannungsfreileitungen und -kabel besteht zu rund zwei Dritteln aus Freileitungen, wobei die Masten ausschließlich aus Stahl gefertigt sind. Bei den Freileitungen sind 97 % und bei den Kabeln 82 % älter als 20 Jahre. Mittelfristiger Sanierungsbedarf wird im Bereich der Kabel gesehen. Im Bereich der Freileitungen und Masten ist erst langfristig Sanierungsbedarf zu erwarten.
Hinsichtlich der Anlagen auf der Umspannebene von Hoch- zu Mittelspannung ist entsprechend der Altersstruktur – 78 % der Transformatoren und 28 % der Umspannwerke wurden vor 1991 in Betrieb genommen – mittelfristig mit einem stark zunehmenden Sanierungsbedarf bei den Transformatoren zu rechnen.
Auch für Freileitungen und Kabel im Bereich der Niederspannung ist mittelfristig mit einem Anstieg des Sanierungsbedarfs zu rechnen, da entsprechend der Altersstruktur in den kommenden Jahren zunehmend viele Niederspannungskabel die betriebsgewöhnliche Nutzungsdauer von 40 Jahren erreichen werden. In Hamburg betrifft dies rund 8000 km der Kabel, die bereits vor 1970 gelegt wurden. Der Bestand an Freileitungen mit meist Holzmasten befindet sich in Kleingartenanlagen und Stadtrandsiedlungen, wobei Freileitungen nicht mehr neu errichtet werden.
9.2.3 Mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf die Energieversorgung und -infrastruktur in Hamburg
Bislang liegen noch keine wissenschaftlichen Untersuchungen vor, die sich umfassend mit der Analyse des Klimawandels und seinen Auswirkungen auf die Energieversorgung in Hamburg und der Metropolregion beschäftigt haben. Auch in den von der Stadt Hamburg veröffentlichten Konzepten zum Klimaschutz oder zur Anpassung an die Folgen des Klimawandels werden diese Aspekte, wenn überhaupt, nur kurz adressiert. Im Masterplan Klimaschutz (Bürgerschaft der Freien und Hansestadt Hamburg
2013a) wird im Bereich Energie/Energieversorgung insbesondere auf geplante Aktivitäten zur Einsparung von Energie, Effizienzsteigerungen sowie den Ausbau und die Integration erneuerbarer Energien eingegangen. Detaillierte Notwendigkeiten im Hinblick auf den Ausbau oder die Instandsetzung von Energieinfrastrukturen werden dort ebenso wenig thematisiert wie die Rolle möglicher Klimawandelfolgen. Innerhalb des Aktionsplans Anpassung an den Klimawandel (Bürgerschaft der Freien und Hansestadt Hamburg
2013b) wird einleitend die Zunahme von Extremwetterereignissen als eine besonders relevante Auswirkung des Klimawandels angesprochen und als hier wichtige vorbereitende Maßnahme die Katastrophenschutzplanung für Stromausfälle genannt. Des Weiteren wird nur noch im Rahmen des Handlungsfeldes Infrastrukturen auf die Energieversorgung eingegangen, indem die langfristige Sicherstellung der Energieversorgung als ein Ziel der Anpassung genannt wird – Maßnahmen dazu werden jedoch keine benannt. Im Zuge der Berichterstattung der Stadt Hamburg innerhalb des Cities Program des CDP (ehemals Carbon Disclosure Project; CDP Worldwide
2014a) unter Nutzung des CDP Cities 2014 Information Request (CDP Worldwide
2014b) werden zwar unterschiedliche klimawandelbedingte Risiken und mögliche Auswirkungen auf Hamburg genannt, die Energieversorgung wird jedoch nicht angesprochen (CDP Worldwide
2014c).
Der in Hamburg erzeugte Strom basiert vor allem auf fossilen Energieträgern. Zukünftig ist hier vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele im Rahmen der Energiewende ein weiterer Ausbau des Anteils erneuerbarer Energien zu erwarten. Durch diese weitere Dezentralisierung des Versorgungssystems und die damit verbundene stärkere Bedeutung regenerativer Energiequellen verändert sich auch die Anfälligkeit des Systems gegenüber Klimaänderungen, sowohl was das Zusammenspiel einer größeren Zahl kleinerer Kraftwerke angeht als auch die größeren Anforderungen an die Netzinfrastrukturen zum Stromtransport. Deutlich ist beispielsweise, dass sich auf der einen Seite die Abhängigkeiten von langen Transportketten und den Gewinnungsbedingungen in den Rohstofflieferländern verringern. Auf der anderen Seite sind die regenerativen Energiequellen deutlich abhängiger von den vorherrschenden und variablen Wetterbedingungen: Sonnenscheindauer, Windstärken, Wolkenbildung und Wasserdargebot können die Leistungsfähigkeit dieser Energieformen beeinträchtigen, aber auch steigern.
In den bisherigen Ausführungen zur Struktur der Energieversorgung ist deutlich geworden, dass Hamburg überwiegend von einer Einspeisung von außerhalb abhängig ist. Zudem sind Teile des Verteilnetzes relativ alt, sodass hier auch bereits kurz- bis mittelfristig Sanierungsbedarf zu erwarten ist. Somit sind insbesondere mögliche klimawandelbedingte Auswirkungen auf die Energienetzinfrastruktur relevant. Diese werden nachfolgend betrachtet.
Bislang wurden für Hamburg lediglich als Folge der schnee- und eisbedingten Schäden im Münsterland im Winter 2005 Prüfungen zum Erfordernis von Sanierungsmaßnahmen vorgenommen. Bei dem extremen Wetterereignis am 25. Dezember 2005 war es zu ungewöhnlich starken Schneefällen gekommen. Daraufhin waren beispielweise in den Landkreisen Steinfurt und Borken 50 Strommasten unter der Schneelast zusammengebrochen und in der Folge bis zu 600.000 Menschen von der Stromversorgung abgeschnitten (Bundesnetzagentur
2006; Schmitt
2012). In dieser Extremsituation hatte das Zusammentreffen unterschiedlicher Faktoren die Masten deutlich stärker beansprucht, als es die Errichtungsnorm vorsieht, was zu der umfassenden Schadenssituation geführt hatte (Bundesnetzagentur
2006). Einflussfaktoren waren:
1.
starker Wind (bis Orkanstärke), der das Anbacken des Schnees erst ermöglichte und Staudruck auf die Leiterseile ausübte,
2.
extreme Schneefallmengen,
4.
sehr nasser Schnee mit hohem spezifischem Gewicht,
5.
einsetzender Regen, der die Schnee- und Eiswalzen weiter beschwerte,
6.
eine einseitige Belastung der Abspannfelder, die auf Abspannmasten torsionsauslösend wirkten,
7.
eine Windrichtung senkrecht zur Trassenführung sowie
8.
einzelne Leiterseile, die in sich drehbar waren und das Anwachsen auf allen Seiten ermöglichten.
Für Hamburg ergaben Prüfungen im Hinblick auf Wind- und Eisbelastungsklassen sowie andere Bestimmungen keinen Befund. Die Studie wurde durch die LBD-Beratungsgesellschaft durchgeführt, ist aber nicht öffentlich verfügbar (hier zitiert nach Stromnetz Hamburg GmbH
2014).
Grundsätzlich ist zu berücksichtigen, dass das Verteilnetz in Hamburg nicht nur teilweise relativ alt ist und zukünftig ohnehin in unterschiedlichen Fristen verschiedene Sanierungs- und Instandhaltungsmaßnahmen durchzuführen sind, sondern dass es auch strukturelle Besonderheiten aufweist, die zu klimawandelbedingten Betroffenheiten führen können.
Aufgrund der geographischen Lage Hamburgs mit Zugang zur Nordsee sind große Teile des Stadtgebietes und der Metropolregion sturmflutgefährdet (s. dazu das einführende Kap.
4 dieses Klimaberichtes), was bei der Planung von Standorten und Trassen berücksichtigt werden sollte. Auch ist die Wahlmöglichkeit hinsichtlich der Leitungstrassen aufgrund einer überdurchschnittlichen Anzahl an Wasserüberquerungen erheblich eingeschränkt (Stromnetz Hamburg GmbH
2014).
In welcher Form ganz konkret klimawandelbedingte Auswirkungen für die Energieversorgung und -infrastruktur in Hamburg zu erwarten sind, ist nach aktuellem Wissensstand nicht zu beantworten. Jedoch ist davon auszugehen, dass die innerhalb dieses Kapitels für Deutschland beschriebenen Auswirkungen des Klimawandels für die Energieübertragung und -verteilung grundsätzlich auch für Hamburg zu erwarten sind. Positiv wirkt sich aus, dass 95 % der Stromkabel im Hamburger Stromnetz unterirdisch verlegt sind. Somit besteht hier bereits ein Schutz vor äußeren Einflüssen wie Extremwetterereignissen oder Blitzeinschlägen.
Der Gefahr eines umfassenden Stromausfalls hat Hamburg entgegenzusetzen, dass durch die Einbindung der Anlagen in sog. Versorgungsringe immer eine Versorgung von zwei Seiten möglich ist. Bisherige Untersuchungen zur Versorgungszuverlässigkeit des Hamburger Stromnetzes für das Jahr 2014 zeigen, dass ein Hamburger Netzkunde im Jahr durchschnittlich 11,7 min von einem Stromausfall betroffen war. Die durchschnittliche Dauer eines Stromausfalls betrug 60,6 min. Im Durchschnitt muss jeder Hamburger Niederspannungskunde alle 5,2 Jahre mit einem Stromausfall rechnen (Stromnetz Hamburg GmbH
2015). Die durchschnittliche Länge der Versorgungsunterbrechungen je Stromverbraucher in Deutschland belief sich demgegenüber im Jahr 2013 beispielsweise auf 15,32 min (Bundesnetzagentur
2014).
Um ein hohes Maß an Versorgungssicherheit aufrechtzuerhalten, bietet es sich an, dass auch in Hamburg die ohnehin anstehenden Sanierungs- und Instandhaltungsmaßnahmen durch die ergänzende Berücksichtigung regionaler Klimainformationen so dimensioniert werden, dass sie auch zum Beseitigen potenzieller Schwachstellen genutzt werden.
9.2.4 Zwischenfazit
Von den möglichen Auswirkungen des Klimawandels wird eine Vielzahl gesellschaftlicher Bereiche betroffen sein, wobei dem Energiesektor eine große Bedeutung zukommt. Basierend auf der Auswertung des aktuellen Wissensstandes zu klimawandelbedingten Betroffenheiten des Energiesektors zeigt sich, dass die meisten Bereiche der Wertschöpfungskette negativ betroffen sein werden. Als wesentliche Einflussfaktoren konnten die Wasserverfügbarkeit, Extremwetterereignisse und steigende Durchschnittstemperaturen identifiziert werden. Zudem ist deutlich geworden, dass die Netzinfrastruktur die verletzlichste Komponente des Energiesystems ist. Auch wenn sich bei einzelnen Aspekten unterschiedliche Einschätzungen gezeigt haben, so kann doch festgehalten werden, dass die Betroffenheit der Energieversorgung insgesamt als grundsätzlich gut handhabbar anzusehen ist.
Darüber hinaus lassen sich die Auswirkungen des Klimawandels jahreszeitlich differenzieren. Extremwetterbedingte Schäden an Kraftwerken und Leitungsnetzen sind vorranging in den Wintermonaten zu erwarten, während im Sommer Versorgungsengpässe infolge einer Zunahme des Kühlenergiebedarfs bei gleichzeitiger Beeinträchtigung der Stromproduktion bei Wasser- und thermischen Kraftwerken auftreten können.
Es ist deutlich geworden, dass die zu erwartenden Auswirkungen des Klimawandels schon jetzt auch in Hamburg und der Metropolregion für anstehende Infrastrukturmaßnahmen relevant sind. Um damit verbundene negative Auswirkungen zu vermeiden oder zumindest abzumildern, besteht beispielsweise die Möglichkeit, die ohnehin notwendige Transformation der Energiesysteme auch zum Beseitigen entsprechender Schwachstellen zu nutzen. Zudem haben Investitionen in Infrastrukturen wie Anlagen zur Energieerzeugung oder Netze in der Regel sehr langfristige Konsequenzen und Nutzungsdauern von 40 Jahren oder mehr. Selbst durchschnittliche Technologieerneuerungszyklen bei kostenintensiven Bauteilen liegen noch bei rund 30 Jahren. Einmal getätigte (Fehl‑)Investitionen können also nur in langen Zeiträumen oder zu hohen Kosten korrigiert werden (Groth und Cortekar
2014).
Wie sich in diesem Teilkapitel jedoch auch gezeigt hat, bestehen im Hinblick auf spezifische Aussagen zu Betroffenheiten der Energieversorgung in Hamburg und der Metropolregion noch Wissenslücken und Forschungsbedarf. Dies liegt insbesondere daran, dass dazu bislang regional keine spezifischen wissenschaftlichen Untersuchungen durchgeführt wurden. Auch erfolgt in diesem Kapitel eine Fokussierung auf die Stromversorgung, sodass beispielsweise für die Wärme- und die Gasversorgung keine Aussagen getroffen werden können. Zudem besteht noch ein umfassender Forschungsbedarf zu Kosten-Nutzen-Abschätzungen von Anpassungsmaßnahmen im Energiesektor. Dies gilt auch für die notwendige Berücksichtigung von Klimawandelfolgen im Rahmen der zukünftigen Ausgestaltung regulatorischer Rahmenbedingungen sowie im Hinblick auf die damit verbundenen ökonomischen Anreizsetzungen. Im Mittelpunkt steht hier die Analyse des politischen Rahmens der Energiewende hinsichtlich der Berücksichtigung von Klimawandelfolgen und der Erarbeitung von Handlungsempfehlungen – insbesondere im Hinblick auf die Anpassung von Infrastrukturen der Energieversorgung. Und nicht zuletzt erfordert auch die Berücksichtigung des Einflusses des nationalen und europäischen Energiesystems auf die Energieversorgung regionaler Metropolen weitere wissenschaftliche Analysen. Die entscheidende Auswirkung des Klimawandels auf die Energiewirtschaft besteht derzeit somit insgesamt im regulatorischen Bereich (Groth und Cortekar
2014; Buth et al.
2015). Zudem ist hervorzuheben, dass über die hier vorgenommene isolierte Betrachtung einer einzelnen Versorgungsinfrastruktur hinausgehend weitere Forschungsnotwendigkeiten bestehen. Diesbezüglich ist insbesondere eine erweiterte Systembetrachtung notwendig, die sowohl die Wärme- und Gasversorgung als auch mögliche Wechselwirkungen grundlegend unterschiedlicher Infrastrukturen beinhaltet. Zu nennen ist hier beispielsweise die Relevanz von Kaskadeneffekten Kritischer Infrastrukturen wie der Energie- und Wasserversorgung.
Des Weiteren besteht für Deutschland sowie spezifisch für die Metropolregion Hamburg Forschungsbedarf dahingehend, welche klimawandelbedingten Auswirkungen auf die Stromnachfrage zu erwarten sind und wo dort zukünftig mit kritischen Spitzenlasten zu rechnen ist. Vor dem Hintergrund des im Rahmen der Energiewende notwendigen Strukturwandels der Energieversorgung in Deutschland wurden diese Aspekte hier ausgeklammert. Die grundsätzliche Relevanz auch der Betrachtung von Nachfrageänderungen ist ohne Frage vorhanden und wird auch in der Literatur entsprechend betont (U.S. – Canada Power System Outage Task Force
2004; Jayant et al.
2011).