ENERGIEWENDE · 26. JUNI 2026
Fraunhofer-Studie zeigt, wie das kostenoptimale Energiesystem 2045 aussieht
Ein Team des Fraunhofer ISE hat alle Technologien gegeneinander rechnen lassen. Das Ergebnis ist eindeutig: Das günstigste Transformation zum klimaneutralen Energiesystem 2045 läuft auf Strom und Flexibilität hinaus. Wasserstoff bleibt zentral, aber an genau definierten Stellen.
Wie das deutsche Energiesystem 2045 aussehen muss, damit es klimaneutral, sicher und so günstig wie möglich ist, lässt sich errechnen. Genau das hat ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) getan, und das Ergebnis weist in eine eindeutige Richtung: Strom wird der zentrale Energieträger, Flexibilität der Schlüssel. Kostenoptimal heißt dabei volkswirtschaftlich am günstigsten, über alle Sektoren und das ganze Vierteljahrhundert bis dahin gerechnet.
Die Studie „Kostenoptimale Transformation des deutschen Energiesystems bis 2045” stammt von einem Team um Charlotte Senkpiel und Christoph Kost. Das Jahr 2045 ist der Termin, zu dem Deutschland laut Klimaschutzgesetz treibhausgasneutral sein soll. Die Untersuchung beruht auf dem Energiesystemmodell REMod, das Fraunhofer ISE über Jahre entwickelt hat, und führt vorhandene Modellergebnisse zu einem Gesamtbild zusammen.
Kost hat die Befunde im Webinar Europe Calling vorgestellt:
Energiesystem 2045: Alle Technologien auf dem Prüfstand
Der Ausgangspunkt der Studie ist ein Begriff, der in der politischen Debatte oft missverstanden wird: Technologieoffenheit. Im Modell steht er für das Gegenteil von Beliebigkeit: Jede verfügbare Technologie wird tatsächlich angesetzt, und das Modell sucht aus dem ganzen Feld die günstigste Lösung. REMod bekommt also nicht vorgegeben, ob es lieber eine Wärmepumpe oder eine Gasheizung einbauen soll. Es rechnet beide durch und wählt die günstigere.
Dafür simuliert das Modell den Weg von heute bis 2045 in Stundenschritten, über fünf reale Wetterjahre und über alle Sektoren hinweg: Stromerzeugung, Wärme, Verkehr und Industrie zugleich. Auf diese Weise prüft es, ob das System auch in heißen Sommern, kalten Wintern und windarmen Phasen (Dunkelflaute) jederzeit funktioniert. Das Auswahlkriterium ist doppelt: niedrigste Kosten und gesicherte Versorgung. Was am Ende herauskommt, ist kein Wunschbild, sondern das Optimum, das diese Rechnung ausweist.
Warum am Ende der Strom gewinnt
Heute deckt Deutschland seinen Energiebedarf noch überwiegend fossil. Mineralöl, Erdgas und Kohle machen den größten Teil der Primärenergie aus, das Stromsystem liefert rund 443 Terawattstunden im Jahr. Im gerechneten Zielsystem 2045 kehrt sich dieses Verhältnis um. Die Strombereitstellung steigt auf rund 1.600 Terawattstunden, etwa das 3,6-Fache von heute. Rund 90 Prozent davon kommen aus Wind und Sonne, konkret etwa 965 Terawattstunden Wind und 473 Terawattstunden Photovoltaik. Dafür stehen knapp 470 Gigawatt PV-Leistung und gut 300 Gigawatt Wind im System.
Dass der Strom diese zentrale Rolle übernimmt, hat zwei nüchterne Gründe. Erstens sind Wind und Photovoltaik inzwischen die günstigsten Quellen überhaupt. Freiflächen-Solar liegt in den ISE-Berechnungen bei rund vier bis sieben Cent je Kilowattstunde, Wind an Land in einer ähnlichen Spanne, während neue Kraftwerke auf fossiler oder nuklearer Basis deutlich teurer ausfallen. Zweitens ist es effizienter, diesen Strom direkt zu nutzen, statt ihn erst in andere Energieträger umzuwandeln.
Deshalb schlägt das Modell für ein Einfamilienhaus die Wärmepumpe vor und nicht die Gasheizung, und im Verkehr das Elektroauto und nicht den Verbrenner. Ein Elektroauto fährt die hundert Kilometer für etwa sechs Euro Stromkosten, ein vergleichbarer Benziner für rund fünfzehn.
Flexibilität ist der eigentliche Schlüssel
Ein System, das zu neunzig Prozent auf Wind und Sonne beruht, schwankt mit dem Wetter. Damit es trotzdem rund um die Uhr trägt, braucht es Ausgleich, und genau hier liegt der Kern des Zielbilds. Das Modell baut dafür Speicher in großem Umfang, rund 400 Gigawattstunden, überwiegend Batterien, ein Vielfaches der heutigen Pumpspeicher. Hinzu kommt die Flexibilität auf der Verbrauchsseite: Elektroautos laden bevorzugt dann, wenn viel erneuerbarer Strom da ist, Wärmepumpen füllen Wärmespeicher in Überschussstunden, und überschüssiger Strom wandert in die Erzeugung von Wasserstoff. Ein verstärktes Nord-Süd-Netz verteilt den Windstrom dorthin, wo er gebraucht wird.
Bleibt die Frage, die in jeder Energiewende-Debatte fällt: die Dunkelflaute, also die seltene Phase mit wenig Wind und wenig Sonne. In den Wetterdaten der Studie tritt sie an wenigen Tagen im Jahr auf, meist über drei bis vier Tage am Stück, und selten europaweit gleichzeitig, weshalb Importe in solchen Phasen helfen. Das Modell baut für diese seltenen Ereignisse bewusst keine teuren Zusatzbatterien, die das restliche Jahr stillstünden.
Es setzt stattdessen auf flexible Kraftwerke mit einer Leistung von rund 120 Gigawatt, die mit Wasserstoff und Biomethan betrieben werden. Über alle 8.760 Stunden eines Jahres, auch in zwei durchgerechneten kalten Dunkelflauten, bleibt die Versorgung gesichert.
Der faire Platz des Wasserstoffs
Damit ist auch die Rolle des Wasserstoffs umrissen, und sie ist nüchterner, als die Debatte oft nahelegt. Als Allzweck-Heizung für Gebäude taucht Wasserstoff im Kostenoptimum nicht auf, weil die Wärmepumpe dort schlicht günstiger ist. Seinen Wert entfaltet er an anderer Stelle. Er ist der strategische Langzeitspeicher des Systems: Der Wasserstoffspeicher füllt sich über den Sommer und wird im Winter geleert, wenn die flexiblen Kraftwerke die Dunkelflaute überbrücken. Erzeugt wird er bevorzugt dann, wenn viel erneuerbarer Strom da und damit günstig ist.
Der zweite Einsatzort sind die Sektoren, die sich nicht direkt elektrifizieren lassen. Dazu zählen die stoffliche Nutzung in der Industrie und ein Teil der Hochtemperaturwärme, dazu Flug- und Schiffstreibstoffe sowie die Chemie. Für diese Anwendungen weist die Studie 2045 einen Bedarf von rund 271 Terawattstunden an Wasserstoff und daraus erzeugten Produkten aus. Wasserstoff ist damit fester Bestandteil der Lösung, nur eben an den Stellen, an denen Strom nicht direkt eingesetzt werden kann.
Wirtschaftlich trägt sich dieses Zielbild. Gegenüber einem fossilen Weiter-so beziffert die Studie die Mehrinvestitionen auf im Mittel rund 54 Milliarden Euro pro Jahr, kumuliert etwa 1,3 Billionen Euro über fünfundzwanzig Jahre. Langfristig gleicht sich das aus, weil Importkosten für Öl und Gas wegfallen. Die Kosten, jede vermiedene Tonne CO₂ einzusparen, liegen bei rund 210 Euro und damit unter den Schäden, die diese Tonne sonst anrichten würde. Hinzu kommt ein Resilienzgewinn: Die Abhängigkeit von fossilen Importen sinkt um etwa 80 Prozent.
Dieselbe Logik, die das Gesamtsystem günstig macht, wirkt bis zum einzelnen Haushalt: Die billigste Erzeugung speist das Netz, teure fossile Importe fallen weg, und weil Wind und Sonne die Großhandelspreise drücken, federn sie Verbraucherinnen und Verbraucher gegen fossile Preissprünge ab. Für sie ist der elektrifizierte Pfad damit nicht nur volkswirtschaftlich, sondern auch im Alltag die günstigere Lösung.
Das Systembild steht damit auf einem belastbaren Fundament. Wohin sich das Energiesystem entwickelt, ist in diesem technologieoffenen Vergleich keine Frage der Überzeugung mehr, sondern das Ergebnis einer Rechnung, und die zeigt klar in Richtung Elektrifizierung und Flexibilität.
Die größte offene Frage steckt in der Industrie, wo Strom mehr leisten muss als den Tausch eines Verbrennungsmotors gegen einen Elektromotor: Prozesswärme, Hochöfen und stoffliche Rohstoffe. Wie aus dem errechneten Optimum dort betriebliche Wirklichkeit wird und welche Strompreise und Anschlüsse es dafür braucht, ist der nächste Schritt. Er gehört in die folgenden Teile dieser Reihe.
Quellen
- Studie: Charlotte Senkpiel, Christoph Kost u. a., „Kostenoptimale Transformation des deutschen Energiesystems bis 2045”, Fraunhofer ISE 2026 (Energiesystemmodell REMod)
- Stromgestehungskosten: Christoph Kost u. a., „Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien”, Fraunhofer ISE 2024
