„„3300 %% RReeggeenneerraattiivvssttrroomm MMaaiinnzz 22002200““ Machbarkeitsstudie für die Stadt Mainz unter Berücksichtigung des Versorgungsgebietes der Stadtwerke Mainz AG Auftraggeber: und Transferstelle Bingen Berlinstraße 107a 55411 Bingen www.tsb-energie.de Dipl.-Ing. (FH) Michael Münch Dipl.-Ing. (FH) Marc Meurer Tel: 06721 / 98 424 - 24 Tel: 06721 / 98 424 - 17 Fax: 06721 / 98 424 - 29 Fax: 06721 / 98 424 - 29 [email protected] [email protected] im Institut für Innovation, Transfer und Beratung gGmbH Berlinstraße 107a 55411 Bingen am Rhein - 1 - Machbarkeitsstudie "30 % Regenerativstrom Mainz 2020“ Projekt: „30 % Regenerativstrom Mainz 2020“ Machbarkeitsstudie für die Stadt Mainz Projektleitung: Dipl.-Ing. (FH) Michael Münch (TSB, igem) Dipl.-Ing. (FH) Marc Meurer (TSB) Weitere Autoren: Dr. Hagen Deckert (igem) Dipl.-Ing. (FH) Johannes Himmel M. Sc. (TSB) Verena Honeck B. Sc. (TSB) Dipl. Geol. Steffen Koch (igem) Kai Thomas (Agroscience RLP GmbH) - 2 - Machbarkeitsstudie "30 % Regenerativstrom Mainz 2020“ Inhalt 1 Einleitung ................................................................................................................. 7 1.1 Veranlassung: ............................................................................................................ 7 1.2 Aufgabenstellung: ...................................................................................................... 7 2 Ist Situation .............................................................................................................. 9 2.1 Stromverbrauch in der Landeshauptstadt Mainz ....................................................... 9 2.2 Stromerzeugung aus regenerativen Energien in der Landeshauptstadt Mainz ....... 10 2.3 Stromerzeugung aus regenerativen Energien in den Nachbarlandkreisen ............. 10 3 Potenzial dachgebundene Fotovoltaik ................................................................ 13 3.1 Einleitung ................................................................................................................. 13 3.2 Ist-Analyse ............................................................................................................... 15 3.3 Grundlagen PV-Dachflächen ................................................................................... 16 3.4 Bisherige Arbeiten zur Potenzialerfassung für PV-Anlagen auf Dächern im Stadtgebiet Mainz .................................................................................................... 28 3.5 Fazit ......................................................................................................................... 45 4 Potenzial Freiflächen-Fotovoltaik ........................................................................ 49 4.1 Einleitung ................................................................................................................. 49 4.2 Ist-Analyse ............................................................................................................... 51 4.3 Grundlagen PV-FFA ................................................................................................ 54 4.4 Natur und Landschaft ............................................................................................... 71 4.5 Auswahl von geeigneten Standorten im Stadtgebiet Mainz ..................................... 82 4.6 Grenzkostenermittlung für ausgewählte Flächen ..................................................... 97 4.7 Fazit ....................................................................................................................... 115 5 Arbeitspaket 3: Potenzial Windkraft .................................................................. 117 5.1 Einleitung ............................................................................................................... 117 5.2 Ist-Analyse ............................................................................................................. 118 5.3 Vorgehensweise bei der Potenzialermittlung ......................................................... 122 5.4 Ausweisung von Vorrangflächen für Windenergie ................................................. 125 5.5 Standorte im Stadtgebiet Mainz ............................................................................. 135 5.6 Fortschreibung des aktuell gültigen Flächennutzungsplans im Teilbereich Windenergie (Stand: Februar 2011) ...................................................................... 157 5.7 Potenziale durch Repowering ................................................................................ 159 5.8 Windkraft in der Umgebung von Mainz .................................................................. 165 5.9 Fazit ....................................................................................................................... 167 6 Arbeitspaket 4: Potenzial Bioenergie ................................................................ 169 6.1 Einleitung ............................................................................................................... 169 - 3 - Machbarkeitsstudie "30 % Regenerativstrom Mainz 2020“ 6.2 Ist-Analyse ............................................................................................................. 171 6.3 Ermittlung der Biomasse-Potenziale der Stadt Mainz ............................................ 173 6.4 Ermittlung der Biomassepotenziale der Region Mainz .......................................... 184 6.5 Fazit ....................................................................................................................... 193 7 Arbeitspaket 5: Potenzial Geothermie ............................................................... 195 7.1 Entwicklung der Tiefengeothermie in Deutschland ................................................ 195 7.2 Nutzungsarten der Tiefengeothermie .................................................................... 195 7.3 Ablaufschema zur Erschließung und Nutzung geothermischer Energie ................ 198 7.4 Bestehende Erdwärme-Konzessionen / Aktuelle geothermische Projekte ............ 203 7.5 Geologische Betrachtung des Untersuchungsgebietes ......................................... 207 7.6 Kostenabschätzung ............................................................................................... 213 7.7 Fördermöglichkeiten von Maßnahmen zur Nutzung geothermischer Energie ....... 215 7.8 Risiken von Geothermieprojekten .......................................................................... 217 7.9 Realisierungszeitraum eines tiefengeothermischen Standardprojekts .................. 217 7.10 Vorschlag zum weiteren Vorgehen ........................................................................ 218 7.11 Bewertung Stromerzeugungspotenziale ................................................................ 219 7.12 Umwandlung geothermischer Energie in Strom und Wärme ................................. 220 7.13 Auswirkung geothermischer Stromerzeugung auf die Strombilanz von Mainz ...... 228 8 Arbeitspaket 6: Potenzial Wasserkraft .............................................................. 229 8.1 Einleitung ............................................................................................................... 229 8.2 Wasserkraft im Untersuchungsgebiet .................................................................... 230 8.3 Rechtliche Bestimmungen ..................................................................................... 235 8.4 Anlagentypen ......................................................................................................... 237 8.5 Potenzial Wasserkraft in der Untersuchungsregion ............................................... 240 8.6 Beispielanlagen ...................................................................................................... 246 8.7 Ergebnis ................................................................................................................. 246 8.8 Anhang ................................................................................................................... 248 9 Szenarien-Entwicklung ....................................................................................... 251 9.1 Zusammenfassung des Technischen Potenzials ................................................... 252 9.2 Trendszenario ........................................................................................................ 254 9.3 Szenario Teilzielerreichung: 20 % Regenerativstrom 2020 ................................... 256 9.4 Szenario Zielerreichung 30 % Regenerativstrom 2020: ........................................ 258 Schwerpunkt Windenergie ................................................................................................ 258 9.5 Szenario Zielerreichung 30 % Regenerativstrom 2020: ........................................ 260 Schwerpunkt Photovoltaik ................................................................................................ 260 9.6 Szenario Zielerreichung 30 % Regenerativstrom 2020: ........................................ 262 Schwerpunkt Geothermie ................................................................................................. 262 - 4 - Machbarkeitsstudie "30 % Regenerativstrom Mainz 2020“ 9.7 Szenario Zielerreichung 30% Regenerativstrom 2020: ......................................... 264 Schwerpunkt Biomasse .................................................................................................... 264 9.8 Szenario Zielerreichung 30