LANUV-Potenzialstudien zur Energiewende in NRW

Das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) untersucht seit 2011 die Potenziale der Erneuerbaren und klimaeffizienten Energien in Nordrhein-Westfalen. Durch fundierte Analysen werden der aktuelle Bestand sowie umweltverträgliche Potenziale für die unterschiedlichen Energieformen auf regionaler Ebene ermittelt.

Allen Potenzialstudien gemeinsam ist die dreistufige Herangehensweise: 

  1. Darstellung des aktuellen Anlagenbestandes,
  2. Ermittlung von energetischen Potenzialen auf Ebene der Verwaltungseinheiten NRWs (Land, Regierungsbezirk, Planungsregion, Kreis und Gemeinde),
  3. Bereitstellung von Ergebnissen und Grundlagendaten im FIS Energieatlas NRW.

Um die Akzeptanz der Ergebnisse zu erhöhen, werden alle Potenzialstudien von einer projektbegleitenden Arbeitsgruppe (PAG) begleitet, die sich aus Experten aus dem wissenschaftlichen und behördlichen Bereich sowie aus unterschiedlichen Interessensgruppen zusammen setzen.

Wenn Sie ein Druckexemplar der Fachberichte erwerben möchten, wenden Sie sich an den LANUV-Publikations-Shop. Es werden 10 € pro Fachbericht erhoben. Als PDF stehen die Fachberichte kostenfrei zum Download auf dieser Seite zur Verfügung. 

Hier finden Sie außerdem einen Download der Excel-Tabelle mit den Ergebnissen aller LANUV-Potenzialstudien.

Potenzialstudien zu Strom

Potenzialstudie Windenergie (2012)

Im Rahmen der Potenzialstudie Windenergie wurden alle landesweit verfügbaren Grundlagendaten gesammelt, die bei der Planung und Ausweisung von Flächen für die Windenergie laut Windenergie-Erlass NRW und weiterer Regelungen von Bedeutung sind. Darüber hinaus wurden Windfelder in den Höhen 100, 125, 135 und 150 m über Grund berechnet und mit den Erträgen bestehender Windenergieanlagen validiert. Die Grundlagenkarten werden in der Karte Planung Wind bereit gestellt. Für die Potenzialanalyse sind Grundlagendaten, Windfelder sowie eine schalloptimierte Berechnung in eine GIS-gestützte Flächenanalyse eingeflossen. Die Flächen- und Ertragspotenziale wurden für drei Szenarien ermittelt, die sich jeweils im Grad des Einbezugs der Waldflächen unterscheiden.

Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass auf Freiflächen außerhalb des Waldes potenziell 48 TWh/a Windstrom generiert werden (NRWalt-Szenario) können. Unter Hinzunahme der Nadelwaldflächen und der Kyrill-Windwurfflächen (NRW-Leitszenario) erhöht sich die potenzielle Stromproduktion auf  71 TWh/a. Bei zusätzlicher Nutzung der Laub- und Mischwälder (NRWplus-Szenario) auf 83 TWh/a. Würden die Potenziale des Leizszenarios umgesetzt, könnte theoretisch der Bruttostromverbrauch von NRW etwa zur Hälfte gedeckt werden.

Durch die NRW-Landtagswahl in 2017 haben sich die Rahmenbedingungen zur die Windenergie in NRW geändert. Darum arbeitet das LANUV an einer Aktualisierung der Windpotenziale.

Potenzialstudie Wasserkraft (2017)

In der Potenzialstudie Wasserkraft wurde landesweit das noch ungenutzte Wasserkraftpotenzial an bestehenden Querbauwerken unter Berücksichtigung der Belange der Gewässerökologie und des Fischschutzes ermittelt. Dabei wurde in einem „maximalen Szenario“ ein ungenutztes Erzeugungspotenzial von 107,9 GWh/a an 128 Querbauwerken identifiziert (davon 35 Repoweringstandorte). In einem „minimalen Szenario“, in dem weitere, nicht abschließend zu klärende ökologische Aspekte berücksichtigt wurden, verbleibt noch ein ungenutztes Potenzial von 59,8 GWh/a an 54 Standorten.

In Nordrhein-Westfalen wird derzeit bereits ein großer Anteil des gesamten Wasserkraftpotenzials genutzt. Dennoch macht es Sinn, den Ausbau der bisher noch ungenutzten Wasserkraftpotenziale zu unterstützen, vor allem an potenziellen Standorten für besonders große Anlagen oder bei dem Repowering bereits bestehender Anlagen. Die Wasserkraftnutzung ist eine ausgereifte Technik mit relativ hohen Wirkungsgraden, die durch eine meist relativ gleichmäßige Stromerzeugung im Gegensatz zur Wind- oder Solarenergie auch den Einsatz als Grundlastkraftwerke ermöglicht.

Darüber hinaus wurden in der Studie auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die Wasserkraftnutzung in NRW sowie das Potenzial von kinetischen Strömungsmaschinen und der Wasserkraftnutzung an Infrastruktureinrichtungen betrachtet.

Potenzialstudie Pumpspeicher (2016)

Der wachsende Anteil regenerativer Energien bedeutet auch eine Herausforderung für die Versorgungsnetze: Einerseits kann es beispielsweise vorkommen, dass das Stromnetz an besonders windstarken Tagen die gesamte Menge der erzeugten Windenergie nicht mehr vollständig aufnehmen kann und somit Anlagen abgeregelt werden müssen. Andererseits muss auch in einem zukünftigen Strommarktdesign die Versorgungssicherheit in Zeiten gewährleistet sein, in denen die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien die Nachfrage nicht deckt.

Die »Potenzialstudie Pumpspeicherkraftwerke NRW« untersucht das Gesamtpotenzial für neue Pumpspeicherkraftwerke im Land und zeigt damit Chancen auf, wie der zukünftige Flexibilisierungsbedarf auf dem Weg zu einer nahezu vollständig auf Erneuerbaren Energien beruhenden Energieversorgung realisiert werden könnte. In der Studie wurden zunächst technisch geeignete Standorte identifiziert, die in einem zweiten Schritt an Hand ökologischer, wirtschaftlicher und sozialer Faktoren auf ihre Machbarkeit hin geprüft wurden.

Die Ergebnisse zeigen, dass es grundsätzlich ein großes Potenzial zum Ausbau von Pumpspeicherkraftwerken im Land gibt.

Potenzialstudie Windenergie (2022)

Die Potenzialstudie Windenergie NRW wurde im April 2022 vom LANUV veröffentlicht. Es handelt sich hierbei um eine grundlegende Überarbeitung der Potenzialstudie aus dem Jahr 2012. Zentrales Ziel der Studie ist es, das landesweite Gesamtpotenzial zur Windenergienutzung im Land bis zum Jahr 2030 möglichst realistisch abzuschätzen.

Bei der Potenzialanalyse wurden zwei Szenarien gebildet, das Leitszenario Energieversorgungsstrategie und das Restriktionsszenario. Das Restriktionsszenario verfolgt einen vorsichtigen Ansatz und umfasst nur Potenzialflächen mit einer aus Landesperspektive relativ großen Umsetzungswahrscheinlichkeit. Das Leitszenario Energieversorgungsstrategie enthält zudem auch Flächen, bei denen die Windenergienutzung zukünftig oder unter günstigen Voraussetzungen möglich sein könnte. Die Flächenanalyse der Studie verdeutlicht, dass die Verfügbarkeit geeigneter Flächen für den Ausbau der Windenergie in Nordrhein-Westfalen ein kritischer Faktor ist. Je nach Szenario ergibt sich eine potenziell geeignete Fläche zwischen 8.718 ha und 59.594 ha, was 0,3 % - 1,7 % der Landesfläche NRWs entspricht.

Das in der Energieversorgungsstrategie 2021 formulierte Ziel der Landesregierung, in NRW eine installierte Leistung von 12 GW bis zum Jahr 2030 zu erreichen, liegt im Rahmen des ermittelten Potenzials des Leitszenarios in Höhe von 16,4 GW. Die Erreichung dieses Ziels erscheint nach den Ergebnissen der Studie also grundsätzlich möglich. Erforderlich ist hierfür eine Verdopplung des jährlichen Windenergieausbaus in NRW. Unter Berücksichtigung von altersbedingten Stilllegungen müssten bis 2030 konstant etwa 160 – 180 neue Windenergieanlagen der 5-MW-Klasse pro Jahr in Betrieb genommen werden. Hierfür erscheint die Lösung vielschichtiger Nutzungskonflikte zugunsten des Ausbaus der Windenergie sowie eine Anpassung der derzeit von den Kommunen ausgewiesenen Windflächen erforderlich.

Flächenanalyse Windenergie (2023)

Auch 2023 wurde eine Überarbeitung der Potenzialstudie Wind aufgrund geänderter gesetzlicher Rahmenbedingungen und Ziele notwendig.

Die Studie kommt im Ergebnis zu einem landesweiten Flächenpotenzial von 106.802 ha, was etwa 3,1 % der Landesfläche entspricht. Dabei zeigen sich hinsichtlich der regionalen Verteilung der Flächenpotenziale größere Unterschiede zwischen den sechs Planungsregionen. Den größten Anteil am landesweiten Gesamtpotenzial weist die Planungsregion Arnsberg mit 29.266 ha auf, gefolgt von den Planungsregionen Köln mit 27.540 ha, Detmold mit 23.152 ha und Münster mit 18.595 ha. Demgegenüber ist das Flächenpotenzial in der Planungsregion Düsseldorf (5.535 ha) sowie im Verbandsgebiet des RVR (2.714 ha) deutlich geringer. Die größten Potenziale liegen vor allem im Hochstift Paderborn und dem östlichen Teil des Sauerlands, im Nordwesten des Münsterlandes sowie im westlichen Teil des Regierungsbezirks Köln.

Darüber hinaus können sich zusätzliche Flächenpotenziale in den naturschutzrechtlich nicht streng geschützten Teilflächen der Bereiche zum Schutz der Natur (BSN) ergeben. Wenn die in den Regionalplänen festgelegten BSN in der Analyse nicht ausgeschlossen werden, erhöht sich das landesweite Flächenpotenzial um 19.447 ha auf insgesamt 126.249 ha. Das entspricht etwa 3,7 % der Landesfläche von Nordrhein-Westfalen.

Hintergrund der Flächenanalyse ist das Windenergieflächenbedarfsgesetz, das seit dem 01.02.2023 in Kraft ist. Mit diesem Gesetz hat der Bund den Ländern verbindliche Flächenziele vorgegeben, die für den Ausbau der Windenergie ausgewiesen werden müssen. Der zu erreichende Flächenbeitragswert für Nordrhein-Westfalen beträgt 1,8 % der Landesfläche, was 61.402 ha entspricht. Die nordrhein-westfälische Landesregierung ändert zur Umsetzung dieser Vorgaben den Landesentwicklungsplan und legt verbindliche, mengenmäßige Teilflächenziele für die sechs Planungsregionen in NRW fest. Die räumlich konkrete Ausweisung von Windenergiebereichen im entsprechenden Umfang erfolgt anschließend in den Regionalplänen der Planungsräume Arnsberg, Detmold, Düsseldorf, Köln, Münster und des Regionalverbands Ruhr (RVR).

Vor diesem Hintergrund hatte das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen das LANUV damit beauftragt, eine aktuelle Analyse der Flächenpotenziale zur Nutzung der Windenergie in Nordrhein-Westfalen durchzuführen. Ziel ist dabei die Untersuchung der landesweit und in den sechs Planungsregionen Nordrhein-Westfalens zur Verfügung stehenden Flächen, um auf dieser Grundlage eine gerechte Verteilung der Flächenziele für die einzelnen Planungsregionen ableiten zu können. Die Ergebnisse der nun veröffentlichten Studie dienen somit als eine fachliche Grundlage für die Änderung des Landesentwicklungsplans.

Potenzialstudien zu Strom und Wärme

Potenzialstudie Solarenergie (2013)

Die Solarenergiepotenziale wurden auf Basis hochaufgelöster Laserscandaten und detaillierter Strahlungssimulation analysiert. Für die Dachflächen wurden 24 Modellgebiete flächenscharf untersucht und die Ergebnisse anschließend auf die Gemeinden in NRW hochgerechnet. Für die Analyse potenzieller Photovoltaik-Freiflächenstandorte wurden die Flächen in NRW, die nach dem damals geltenden Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) förderungsfähig sind, betrachtet. Die Grundlagenkarten zur Ermittlung von Flächenpotenzialen für die Freiflächen-Photovoltaik sind unter Karte Planung Solar eingestellt. Ebenfalls dort abgelegt sind verschiedene Potenzialkarten sowie eine Karte zu vorhandenen Solardachkatastern in den Gemeinden NRWs. Die Potenziale der Solarthermie sind in das Wärmekataster eingeflossen.

Die Studie zeigt, dass bei einer Ausschöpfung aller geeigneten Flächen Photovoltaik mit einer installierbaren Leistung von ca. 87 GWp und einem jährlich zu erwartenden Stromertrag von etwa 72 TWh zur Stromversorgung NRW’s beitragen könnte. Damit ließen sich über 50 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in NRW abdecken und mehr als 100 Prozent des Stromverbrauchs der privaten Haushalte. Dachflächen liefern dazu einen möglichen Stromertrag von 39 TWh (53 Prozent des gesamten Potenzials), Freiflächen von 33 TWh (47 Prozent des gesamten Potenzials).

Inzwischen sind die Potenziale zur Solarenergie im landesweiten Solarkataster aktualisiert worden.

Potenzialstudie Bioenergie (2014)

Die Potenzialstudie Bioenergie steht seit September 2014 der Öffentlichkeit zur Verfügung. Viele Potenzialkarten aus der Studie stehen unter der Karte Planung Biomasse zur Verfügung. Auch in das Wärmekataster im Energieatlas sind die Karten integriert.

Die Studie beschreibt die Potenziale aus Land-, Forst- und Abfallwirtschaft unter Berücksichtigung der Aspekte Umweltverträglichkeit und Nutzungskonkurrenzen in verschiedenen Szenarien. Anders als bei der Wind- und Solarenergie werden in NRW im Bereich der Biomasse bereits große Anteile der vorhandenen Potenziale energetisch genutzt. Trotzdem bestehen noch Ausbaupotenziale, die unter nachhaltigen und naturverträglichen Bedingungen erschlossen werden können.

Das NRW-Leitszenario weist ein technisch machbares Biomasse-Potenzial von 31,9 TWh/a aus - dabei entfallen 8,4 TWh/a auf Strom und 23,5 TWh/a auf Wärme. Bestehende Biomassekonversionsanlagen in NRW produzieren hiervon bereits etwa die Hälfte. Im Wärmesektor wird die produzierte Energie allerdings häufig nicht genutzt. Um die Biomasse effizient zu verwerten, sollte darauf hingearbeitet werden, diese Wärmeenergie über Nah- und Fernwärmenetze zu erschließen. Weitere Schwerpunkte sieht die Studie in der Effizienzsteigerung bestehender Anlagen, die energetische Verwertung von Abfällen und Wirtschaftsdüngern sowie der Kaskadennutzung. Die Ausbaupotenziale in der Land- und Forstwirtschaft sollten unter qualitativen und nachhaltigen Gesichtspunkten erschlossen werden.

Potenzialstudien zu Wärme

Potenzialstudie Geothermie (2015)

Die Potenzialstudie Geothermie wurde im April 2015 als erste reine Wärmepotenzialstudie veröffentlich. Mit der Studie wurden die wärmetechnischen Potenziale der oberflächennahen Geothermie berechnet. Dabei wurde sich auf die Nutzung durch Erdwärmesonden und einer maximalen Erschließungstiefe von 100 m beschränkt.

Es wurden zunächst die Freiflächenanteile jedes Grundstücks in NRW mit Hilfe eines geographischen Informationssystems ermittelt sowie die technisch nutzbaren geothermischen Potenziale unter Annahme verschiedener Randbedingungen berechnet. Anschließend wurde durch Bezug auf den Wärmebedarf der Gebäude das technisch nutzbare geothermische Potenzial grundstücksscharf ausgewiesen. Auf der einen Seite ergibt sich so die geothermische Ergiebigkeit auf Grundlage des Flächendargebots, der Untergrundeigenschaften, des klimatischen Einflusses und etwaiger Restriktionsbestimmungen. Auf der anderen Seite wird das Gebäude entsprechend seiner Größe und Nutzungsart als Wärmesenke definiert.

Unter den getroffenen Annahmen ergibt sich ein Wärmebedarf von 271,1 TWh/a für alle Gebäude in NRW. Dem gegenüber steht ein technisch nutzbares geothermisches Potenzial von 153,7 TWh/a im Szenario A (mit Wasserschutzgebiet III, IIIa, IIIb und IIIc) und 141,3 TWh/a im Szenario B (ohne Wasserschutzgebiet III, IIIa, IIIb und IIIc). Somit ergibt sich für ganz NRW ein prozentualer Deckungsanteil von 57 Prozent im Szenario A und 52 Prozent im Szenario B. Dies bedeutet, dass über die Hälfte des Wärmebedarfs der Gebäude über die oberflächennahe Geothermie mittels Erdwärmesonden gedeckt werden kann.

Potenzialstudie Warmes Grubenwasser (2018)

Mit der Energiewende rückt auch die Wärmewende immer mehr in den Fokus. Der Wärmemarkt bietet durch den Einsatz erneuerbarer Energien und der Nutzung besonders energieeffizienter Technologien sowie durch Energieeinsparung große Potenziale zur Reduktion von Treibhausgasemissionen.
NRW hat als Energie- und Industrieland mit hoher Bevölkerungsdichte hier eine besondere Verantwortung. Derzeit erfolgt die Wärmeversorgung der Gebäude in NRW vor allem durch fossile Energieträger. Der 2015 veröffentlichte LANUV-Fachbericht zu den Potenzialen der oberflächennahen Geothermie weist ein sehr hohes Ausbaupotenzial auf diesem Gebiet aus und verdeutlicht, dass die Transformation auf erneuerbare und effiziente Energieformen Schritt für Schritt gelingen kann.
Da auch die Nutzung von Erdwärme, z.B. aus dem Grubenwasser stillgelegter Bergwerke, einen Beitrag zur Wärmeversorgung liefern kann, hat das Ministerium für Wirtschaft, Digitalisierung und Energie des Landes NRW das LANUV mit der Ermittlung der Potenziale des warmen Grubenwassers in NRW beauftragt.Die Potenzialstudie Warmes Grubenwasser zeigt, dass dort, wo Grubenwasser durch Wasserhaltungs- bzw. Sümpfungsmaßnahmen anfällt, hohe technische Potenziale bestehen und deren Nutzung ein wichtiger Baustein für eine erfolgreiche Wärmewende in NRW sein kann.

Kurzfassung Studie

Potenzialstudie Industrielle Abwärme (2019)

Die Potenzialstudie Industrielle Abwärme NRW wurde im September 2019 veröffentlicht. Auf Grundlage von Emissionserklärungen und einer Unternehmensbefragung wurden insgesamt rund 1600 Industriestandorte in NRW mit einem möglichen Abwärmepotenzial identifiziert und im Wärmekataster veröffentlicht. Für 840 dieser Standorte konnte das Abwärmepotenzial mit etwa 12 Terawattstunden pro Jahr näher beziffert werden. Anhand GIS-gestützter räumlicher Analysen und verschiedener Hochrechnungsmethoden wurde das verwendbare Gesamtpotenzial für NRW (ca. 10.000 Standorte) von rund 45 TWh pro Jahr ermittelt.

Neben den konkreten Zahlen konnten durch die umfangreiche Befragung viele Erkenntnisse hinsichtlich der Chancen und Hemmnisse der Abwärmenutzung aus Sicht der über 500 teilnehmenden Unternehmen gewonnen werden. Diese qualitativen Ergebnisse werden ebenfalls im Fachbericht beleuchtet und geben einen guten Eindruck, welche Rahmenbedingungen der vermehrten Abwärmenutzung im Wege stehen oder dienen.

Die Studie zeigt, dass industrielle Abwärme eine verfügbare Ressource für die Wärmewende in NRW darstellt. Durch Bereitstellung der Daten im Energieatlas wird die Planung und Umsetzung vor Ort unterstützt.

Potenzialstudie Kraft-Wärme-Kopplung (2021)

Die Wärmewende hin zur Klimaneutralität ist eine enorme Herausforderung. Ein Großteil des Primärenergieverbrauchs in NRW beruht auf fossilen Energien und wird für die Wärmebereitstellung benötigt. Während in ländlichen Gebieten oftmals gebäudespezifische Lösungen, wie z.B. die oberflächennahe Geothermie, zur Deckung des Wärmebedarfs zum Einsatz kommen, sind in dicht bebauten Gebieten hingegen Wärmenetze häufig sinnvoll, da das Platzangebot zur individuellen Nutzung erneuerbarer Energien stark limitiert ist. Mithilfe von Wärmenetzen können auch hier klimafreundliche Energien, wie beispielsweise die industrielle Abwärme, genutzt werden. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass im Jahr 2050 zur Erreichung der Klimaneutralität mehr als 25 Prozent des gesamten Wärmebedarfs in Nordrhein-Westfalen über Wärmenetze bereitgestellt werden könnte.

Jedoch muss der Anteil der erneuerbaren und klimafreundlichen Energien am Energiemix der Fernwärme in den nächsten Jahren erheblich gesteigert werden. Zukünftig sollte die benötigte Wärme daher ausschließlich durch große Solarthermie, Biomasse, Klärgas, Abfall, warmes Grubenwasser, Abwärme, Wärmepumpen und Wasserstoff bereitgestellt werden sowie auch zu einem großen Anteil durch die Kraft-Wärme-Kopplung.

Die Studie zeigt, welche Rollen die Fernwärme und die KWK in den kommenden Jahrzehnten mit dem Ziel der Erreichung der Klimaneutralität in NRW einnehmen können und gibt zudem einen Ausblick, wie der zukünftige Brennstoffmix bei der Wärmebereitstellung in der allgemeinen Versorgung und der Industrie aussehen kann.