Umweltwirtschaft NRW
Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Führende Unternehmen und ein starkes Exportvolumen

Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung

Nordrhein-Westfalen hat sich ehrgeizige Ziele für die Reduktion von Treibhausgasen gesetzt. Neben Energiesparen und der Steigerung der Energieeffizienz können diese vor allem durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien erreicht werden. Mit der bestehenden traditionellen Energiewirtschaft trägt das Bundesland bisher in erhöhtem Maße zum CO2-Ausstoß bei, hat jedoch zugleich das Potenzial, zum technologischen Innovations- und Wertschöpfungszentrum der Energiewende zu avancieren. Gründe dafür liegen in seiner herausragenden Größe, der vorhandenen Infrastruktur und etablierten Forschungslandschaft.

Der Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung umfasst Produkte und Dienstleistungen zur umweltfreundlichen Transformation des Energiesystems. Kernpunkt dabei sind die Nutzung von Erneuerbaren Energiequellen und die Herstellung der dazu notwendigen, technologisch anspruchsvollen Anlagen bzw. Systemkomponenten vor allem für Windenergieanlagen, Photovoltaiksysteme und Anlagen zur Erzeugung von Wärme und Strom mit Biomasse. Diese Elemente bilden das Marktsegment Erneuerbare Energien. Da viele Erneuerbare Energien fluktuierende (unstetige, nicht frei regelbare) Energiequellen darstellen, sind zur Transformation des Energiesektors weitere Maßnahmen nötig, um Angebot und Nachfrage in Gleichgewicht zu bringen. So zum Beispiel der vermehrte Einsatz von Energiespeichern, die das Marktsegment Speichertechnologien bilden.

Erwerbstätige und Umsätze im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung

Auch das Marktsegment Intelligente Energiesysteme und Netze umfasst Produkte und Dienstleistungen, um das Energiesystem an die Erneuerbaren Energien anzupassen. Dazu gehören der Netzausbau, der regionale Schwankungen in der Bereitstellung von Erneuerbarer Energie ausgleicht, und spezialisierte Betriebsmittel für die Anpassung des Elektrizitätsverteilnetzes an den steigenden Anteil dezentraler Energiewandlung. Das Marktsegment enthält außerdem die bedarfs- und verbrauchsorientierte Verknüpfung von Bereitstellung und Nachfrage durch Informations- und Kommunikationstechnologien im Rahmen des Smart-Grid-Paradigmas.

Wertschöpfungssystem
Wertschöpfungssystem des Teilmarkts Umweltfreundliche Energieumwandlung, -transport und -speicherung
Innovationen
Eine Wortwolke mit aktuellen Begriffen aus dem Teilmarkt, im Mittelpunkt stehen Wärmespeicher, virtuelles Kraftwerk, Smart Meter und weitere

Die Energiewende und die Ziele des Pariser Klimaabkommens bedeuten für Nordrhein-Westfalen gleichermaßen Herausforderungen wie Chancen, Energie-Technologien für die Welt von Morgen zu entwickeln und einzusetzen. Forschung und Innovation in den Unternehmen und Forschungsnetzwerken eröffnen in diesem Zusammenhang außerordentliche ökonomische Potenziale. Dies betrifft die gesamte Wertschöpfungskette: Energieerzeugung mittels Erneuerbarer Energien, intelligente Systeme in Übertragungs- und Verteilnetzen sowie Speichertechnologien auf höchstem technologischen Niveau.

Die Wordcloud zeigt die bedeutenden Innovationsthemen, mit denen sich nordrhein-westfälische Unternehmen im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung beschäftigen. Die Digitalisierung sticht als wichtiger Treiber und in ihrer Bedeutung als Kopplungselement in dem sich dezentralisierenden Energiesystem hervor. Smart Meter, Virtuelle Kraftwerke, intelligente Netze oder Wechselrichter bringen dies zum Ausdruck. Zudem bilden sich energetische Querschnittsthemen ab, die auch im Teilmarkt der Energieeffizienz von hoher Relevanz sind, neben dem Smart Meter beispielsweise die Wärmespeicher.

Die Grafik zeigt Innovationsschwerpunkte im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung
Die Legende zur Grafik Innnovationsschwerpunkte

Erneuerbare Energien

Die Energiewende fußt auf den Potenzialen der regenerativen Stromerzeugung aus Wind, Sonne, Bioenergie, Wasserkraft und Geothermie. Photovoltaik (PV) und Solarthermie sind daher zentrale Innovationsbereiche. Zudem bedeutet der Rollout neuer Produkte und Verfahren in der Fläche ein großes Marktpotenzial für handwerkliche Unternehmen. Technologisch bereiten die forschungs- undentwicklungsintensiven Unternehmen bereits Innovationen der nächsten Stufe (organische Solarzellen) vor. Solarthermische Kraftwerke (Concentrated Solar Power, CSP) und die damit verbundenen Ingenieurberatungsleistungen zu Planung und Kraftwerksbau sowie die Entwicklung und Herstellung einzelner technologischer Schlüsselelemente, beispielsweise Heliostaten (bewegliche Spiegel), zählen ebenfalls zu den Innovationen aus Nordrhein-Westfalen.

Hohe Relevanz haben zudem Innovationen im Bereich der Bioenergie. Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen überzeugen hier mit intelligenten Lösungen im Bereich der Regelbaren Bioreaktoren.

Auch mit dem Thema Netzeinspeisung befasst sich in Nordrhein-Westfalen eine Vielzahl von Anbietern; sie liefern beispielsweise PV-Anlagen mit intelligenten Wechselrichtern und Batterien für die Eigenversorgung und erarbeiten sich auf diese Weise angesichts knapper Ausbaupotenziale Marktchancen. Ähnlich stellt sich die Situation bei der Windenergie dar. Getriebe für Windenergieanlagen aus Nordrhein-Westfalen sind längst zum Synonym für die technische Kompetenz des Standortes im Bereich Umweltwirtschaft geworden. Weitere wichtige Innovationsthemen der hiesigen Anbieter sind die Optimierung der Komponenten von Windenergieanlagen hinsichtlich Kostenreduktion, Wartungsfreundlichkeit und Ertragserhöhung, beispielsweise durch modulare Rotorbestandteile oder intelligente, bewegliche Rotorblätter. Auch im (Werkzeug-)Maschinenbau für die Windenergie befinden sich in NRW Weltmarktführer.

Intelligente Energiesysteme und Netze

Die Transformation der Energienetze durch die Dezentralisierung der Erzeugung sowie durch die Digitalisierung der Datenerfassung und Netzsteuerung ist ein wesentlicher Bestandteil der Energiewende und stellt Energieversorger und Netzbetreiber vor neue Aufgaben. Das Marktsegment Intelligente Energiesysteme und Netze ist eng verknüpft mit dem „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“, demzufolge bis 2032 bundesweit sämtliche analoge Zähler durch digitale Messgeräte (Smart Meter) ersetzt werden müssen. Die ehemaligen zentralen Energieversorgungssysteme entwickeln sich auch im Zuge der fortschreitenden Sektorenkopplung hin zu einer dezentralen Versorgung, die geprägt sein wird von Virtuellen Kraftwerken und der spezifischen Herausforderung bidirektionaler Versorgungsnetze. Innovationen im Bereich Smart Metering haben dadurch bereits einen starken Aufschwung erfahren. Die nordrhein-westfälischen Akteure sind in vielfältigen Geschäftsfeldern aktiv: Die Dienstleistungen umfassen das gesamte Spektrum der Integration von Klein- und Großkunden in Smart Grids. Die Transformation der Systeme bezieht sich deshalb im Besonderen auf den intelligenten Ausbau der Verteilnetze. Angeboten werden Technologien der Netzregelung, um die fluktuierende Einspeisung Erneuerbarer Energiequellen zu integrieren. Diese umfassen sowohl die Regelung (z. B. stufbare Ortsnetztransformatoren, Spannungsregler, Trennstellenverlagerung) wie auch die Erhöhung der Kapazität der Leitungen selbst (z. B. durch Hochtemperatursupraleiter oder Supraleiterkabel).

Speichertechnologien

Leistungsfähige Speichersysteme bringen die Nachfragesituation der Netzkunden mit dem Angebot an regenerativ erzeugtem Strom in Einklang und passen sich – intelligent vernetzt – in ihrer technologischen Vielfalt an die komplexen Anforderungen im Wechselspiel von Netzstabilität, Übertragungsbedarf und Speicherkapazitäten an. Die Weiterentwicklung von Batterie-Energiespeichern wird in Nordrhein-Westfalen an herausragenden Forschungseinrichtungen vorangetrieben, etwa am MEET Batterieforschungszentrum Münster oder an der RWTH Aachen. Mit dem aktuellen Leitbegriff der Sektorenkopplung verbindet sich die Idee, mit der Verknüpfung der Strom-, Wärme- und Mobilitätsmärkte sowohl die energiewirtschaftliche Gestaltung der Energiewende auf eine neue Basis zu stellen als auch die CO2-Einsparpotenziale der Erneuerbaren Energien in den anderen Sektoren nutzen zu können. Die Angebote der Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen sind in diesem relativ neuen Technologiebereich vielfältig. Unter dem Begriff Power-to-X werden Technologien subsumiert, die Strom aus Erneuerbaren Energiequellen in Wärme, Kälte oder Energieträger speichern und für andere Sektoren bereitstellen. Die Umwandlung von Strom beispielsweise in Wasserstoff (Power-to-Gas) oder die Power-to-Heat-Technologien zur Nutzung der regenerativen Energien im Wärmebereich sind mögliche Elemente einer zukünftigen Energieversorgung. Gerade vor dem Hintergrund der Industriestruktur in Nordrhein-Westfalen sind Power-to-Chemicals-Technologien bereits aktuell – und langfristig bedeutend.

Internationalisierung
Die wichtigsten internationalen Absatzmärkte für NRW im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung

In diesem Teilmarkt dominieren die USA (11 Mrd. Euro globales Importvolumen) und China (7 Mrd. Euro globales Importvolumen) die globale Nachfrage (Abbildung oben, links). Dagegen sind auf Rang 3 bis 8 sehr unterschiedliche Märkte vertreten: die asiatischen Märkte Japan und Südkorea, der lateinamerikanische Markt Mexiko, die EU-Märkte Vereinigtes Königreich und Frankreich sowie der nordamerikanische Markt Kanada.

Durch besondere Dynamik in der Entwicklung der Nachfrage auf dem Weltmarkt (Abbildung 39, Mitte) treten die baltischen Staaten Lettland (+26,8 % p. a.) und Litauen (+17 % p. a.) in Erscheinung. Des Weiteren entwickelte sich in den Schwellenländern Chile (+23,6 % p. a.), Südafrika (+19,6 % p. a.), Indien (+15,4 % p. a.) und Mexiko (+14 % p. a.) eine starke Nachfrage. Israel liegt mit einer um 12,7 % p. a. gewachsenen Nachfrage auf Rang 8.

Nordrhein-Westfalen exportiert im Teilmarkt insbesondere nach China (61 Mio. Euro). Auf Rang 2 bis 8 folgen mit einer Ausnahme europäische Nachbarstaaten, angeführt vom französischen Markt (2016 ein Exportvolumen von 40 Mio. Euro). An außereuropäischen Märkten sind unter den Top-8 nur die USA vertreten, mit einem Exportvolumen von 32 Mio. Euro.

Besonders Japan und Mexiko noch nicht ausreichend erschlossen

Insgesamt entwickelt sich das Importwachstum bedeutender Volkswirtschaften in diesem Teilmarkt zum Teil sehr dynamisch. Dies ist ein deutliches Kennzeichen für die zunehmende globale Bedeutung von nicht-fossilen Energiequellen und deren Technologien.

Werden die Kriterien globales Importvolumen und -dynamik mit den Exportstärken Nordrhein-Westfalens kombiniert, zeigt sich, dass Nordrhein-Westfalen in den großen Märkten USA, China und Vereinigtes Königreich, in denen die Nachfrage nach Produkten dieses Teilmarktes groß ist und weiterhin wächst, bereits gut am Markt vertreten ist (Abbildung unten). Der globalen Bedeutung des japanischen und des mexikanischen Marktes hingegen wird aus Nordrhein-Westfalen noch nicht optimal Rechnung getragen. Trotz der ausgeprägten Importnachfrage dieser Länder stagnieren die nordrhein-westfälischen Exporte des Teilmarktes auf einem verhältnismäßig geringen Niveau. Sowohl in Bezug auf Mexiko und Japan – als auch aufgrund der dynamischen Entwicklung der globalen Nachfrage allgemein – lassen sich daher Exportpotenziale identifizieren.

Größe und Entwicklung der Absatzmärkte im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung
Die Grafik das globale Importvolumen sowie das NRW-Exportvolumen für ausgewählte Märkte im Teilmarkt Umweltfreundliche Energiewandlung, -transport und -speicherung

 

Nachfragesteigerung der USA wird nicht aus Nordrhein-Westfalen bedient

Für Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen erscheinen die folgenden fünf Märkte besonders vielversprechend (Abbildung ganz unten): Die USA, China und mit Abstrichen auch das Vereinigte Königreich gehören zu den weltweit größten Absatzmärkten für Güter des Teilmarkts, die sich zudem sehr dynamisch entwickeln. Nordrhein-Westfalen ist auf diesen Märkten bereits gut vertreten. Mit Indien und Polen werden zudem zwei noch vergleichsweise kleine, aber sehr dynamische Märkte analysiert, auf denen Nordrhein-Westfalen bisher weniger präsent ist. Die Aufschlüsselung des Importvolumens der Länder zeigt, dass international die Nachfrage nach Produkten des Marktsegments Erneuerbare Energien überwiegt. Die Nachfrage in den Marktsegmenten Speichertechnologien und Intelligente Energiesysteme und Netze liegt international deutlich niedriger. Wie aus der Abbildung ersichtlich wird, entsprechen die Exporte aus Nordrhein-Westfalen tendenziell dieser Aufteilung zwischen den Marktsegmenten. Interessant ist die Abweichung des Vereinigten Königreiches und Polens. In diese Länder exportiert Nordrhein-Westfalen übermäßig stark aus dem Marktsegment Speichertechnologien. Auffällig ist zudem, dass die Exporte aus Nordrhein-Westfalen in die Vereinigten Staaten im Vergleich zur übrigen Länderauswahl und der hohen globalen Importnachfrage der USA relativ gering ausfallen. Dies deutet auf weitere Exportpotenziale für nordrhein-westfälische Unternehmen hin. Gleichzeitig fällt Polen in diesem Vergleich umgekehrt als ein Markt auf, der in Anbetracht der geringen globalen Nachfrage überdurchschnittlich stark von Nordrhein-Westfalen beliefert wird.

Alle fünf Länder weisen eine hohe Nachfrageentwicklung im Marktsegment Erneuerbare Energien auf (+7,9 bis +14,8 % p. a.). Die entsprechenden Exporte Nordrhein-Westfalens dorthin sind jedoch drastisch zurückgegangen (–2,1 bis –12,4 % p. a.). Den nordrhein-westfälischen Unternehmen gelingt es in diesem Marktsegment nicht, die allgemein positive Nachfrageentwicklung für sich zu nutzen. Im Marktsegment Intelligente Energiesysteme und Netze zeigt die Nachfrage aus Indien (+20,2 % p. a.) und aus Polen (+18,5 % p. a.) die höchsten Wachstumsraten. Während Unternehmen aus Nordrhein-Westfalen erfolgreich in Polen agieren (+26,3 % p. a.), konnten sie in Indien kein Wachstum erzielen (–2,5 % p. a.). Im innovationsgeprägten Marktsegment Speichertechnologien punktet Nordrhein-Westfalen in wichtigen Märkten mit hohen Exportzuwächsen: China 13,3 % p. a., USA 6,2 % p. a., Vereinigtes Königreich 3,6 % p. a., Polen 7,1 % p. a.