Konvergenz der Netze in der städtischen Energieversorgung

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1 Konvergenz der Netze in der städtischen Energieversorgung La convergence des réseaux d énergie dans l approvisionnement énergétique des villes Dr. Piet Hensel RZVN Wehr GmbH Bern,

2 Kurzvorstellung Ingenieur-, Beratungs-und Softwarebüro seit 1960 mit Standorten in Düsseldorf und Konstanz 20 Mitarbeiter Ingenieurplanungen für mehr als 400 EVU + WVU bei Netzanalyse und Netzmessung Planung und Optimierung von Netzen Risikoanalyse von Netzen Integration dezentraler Erzeugung in Stromnetze Eigene Software: Netzberechnungssoftware ROKA GS und ROKA OPT Risikoanalyse RIKA Energiestrategie-Cockpit für die spartenübergreifende Optimierung der zukünftigen Energieversorgung

3 Agenda 1. Energiepolitische Trends 2. Spartenübergreifende Simulation der Energieversorgung 3. Ergebnisse 4. Fazit

4 Energiepolitische Trends Wärmedämmung Windkraft PV + Solarthermie E-Mobilität Mini-BHKW Wärmepumpe Batterie Prosumer Bildquelle: KfW

5 Energiepolitische Trends: Prognose der installierten regenerativen und gesicherten Erzeugungsleistung in Deutschland Spitzenlast Deutschland Quelle: Fhg_IWES/DLR 03/ Konvergenz der Netze in der städtischen Energieversorgung

6 Ausgangssituation: Leistung des bestehenden Kraftwerksparks in der Schweiz und Lastnachfrage (Winterhalbjahr) Szenario Weiter-Wie-bisher Deckungslücke: 42 TWh el Szenario MassnahmenBundesrat Deckungslücke : 33 TWh el

7 Energieversorgungsoptionen einer Stadt + - Batterien

8 Wechselwirkungen zwischen den Energienetzen Wärmenetz Wärmepumpen Stromnetz Power-To-Gas Erdgas-BHKW (Strom) Gasnetz

9 Ziel der Untersuchung Entwurf realistischer (gebäude-und strangscharfer) Szenarien für die zukünftige Energieversorgung unter Berücksichtigung des Ausstiegs aus der Kernenergie des Wärmebedarfsrückgangs Erhöhung des EE-Anteils Als Grundlage und Empfehlung für: ein lokales Energiekonzept die Festlegung eines anzustrebenden Technologiemixes die Strategische Energiebeschaffung Vorgaben und Zielnetzplanungen für das Stromnetz Gasnetz Wärmenetz

10 Partner Chur Genf St. Gallen Lugano Bern Olten

11 Modellansatz Exakte Quantifizierung der spartenübergreifenden Effekte zwischen dem Strom- und Wärmemarkt Strangbezogene gebäudescharfe Simulation Stundengenaue simultane Bilanzierung der Strom-und Wärmeerzeugung Einbeziehung der Strom-, Gas- und Fernwärmenetze Ermittlung der ökonomischen und ökologischen Auswirkungen unterschiedlicher Technologietrends

12 Modellkomponenten

13 Simulationsmodell: Istzustand Gaskessel Mini-KWK Strom-WP Fernwärme Heizöl Holzpellet Unbekannt Gasnetz FW-Netz

14 Simulation der Migration des Energiesystems mit stundengenauer Bilanzierung t = 1 t = 1 t = 1 t = 1 t = 2 t = 2 t = 2 t = 2 t = 3 t = 3 t = 3 t = t = 8760 t = 8760 t = 8760 t = 8760

15 Fortschreibung Istzustand: Stromerzeugung 2013 vs Kernenergie Wasserkraft Wasserkraft Fremdstrombezug = Deckungslücke Kernenergie Kernenergie muss ab 2030 durch Eigenerzeugung oder Fremdbezug ersetzt werden

16 Fortschreibung Istzustand: Wärmeerzeugung 2013 Heizöl Gaskessel Fernwärme ca. 45% Heizöl ca. 40% Erdgas ca. 10% Fernwärme Rest: Wärmepumpen und Holzpellets

17 Fortschreibung Istzustand: Entwicklung der CO2-Emissionen bis 2043 Bis 2030 sinken die Emissionen aufgrund des rückläufigen Wärmebedarfs um ca. 20% Mit dem Kernenergieausstieg steigen die Emissionen um 60% gegenüber heute (Extremszenario bei Import mit ENTSOE-Mix ~ 400 gco 2 / kwh)

18 Technologieszenario 1 Szenario Ersatz Kernenergie (2031) Heizungstypen Dezentrale Solarnutzung Fernwärmeausbau Mix Regenerativ (realistisch) 58% Wasserkraft 06% Photovoltaik 09% Windkraft 11% GuD-WKK 06% Kehricht 10% Fremd + Mini-WKK+ PV dezentral 15% Mini-BHKW 25% Gaskessel 00% Erdgas-WP 25% Nah-/Fernwärme 10% Pelletheizungen 20% Strom-WP 05% Ölheizungen 10% Solarthermie (eta= 80,00%) 15% PV (eta= 12,75%) ca. 8 km

19 Szenario Mix regenerativ (realistisch) : Entwicklung des Heizungsaustausches

20 Szenario Mix regenerativ (realistisch) : Wärme- und Stromerzeugung 2043 WKK Holzpellet Heizöl Wärmeerzeugung Gaskessel Strom-WP Fernwärme Solarthermie WKK KVA Stromerzeugung Wasserkraft Windkraft PV GuD

21 Szenario Mix regenerativ (realistisch) : Entwicklung des Strom-Mixes bis % des Strombedarfs wird durch Wasserkraft gedeckt 15 % durch Windkraft und PV gedeckt 10 % dezentrale WKK + lokale PV

22 Szenario Mix regenerativ (realistisch) : Entwicklung der CO2-Emissionen bis 2043 Die Kombination innovativer Heizungstechnologien und regenerativer Stromund Wärmeerzeugung (lokal und externe Beteiligungen) ermöglichen trotz Kernenergieausstieg eine Reduktion der CO 2 -Emissionen um ca. 40 %

23 Szenario Mix regenerativ (realistisch) : Entwicklung des Anteils regenerativer Energieerzeugung bis 2043 Der Anteil regenerativer Erzeugung in der Stromversorgung steigt auf über 80 % In der Wärmeversorgung wird ein Anteil von ca. 45 % regenerativer Erzeugung erreicht Diese Größenordnungen decken sich mit den Resultaten der anderen Städte

24 Saisonaler Lastausgleich: KWK und Photovoltaik

25 Kurzfristiger Lastausgleich: Power-To-Heat Nur nutzbar als Power-To-Gas Reduktion des Stromüberschusses um ca. 21 % (= 2 % des Strombedarfs)

26 Solarthermie und Wärmebedarf

27 Lokaler Lastausgleich: Dezentrale BHKW und Strom-Wärmepumpen Wärmepumpen (Stromverbraucher) und BHKW (Stromerzeuger) weisen eine hohe zeitliche Korrelation auf Lokale Kombination entlastet die NS-Netze Mini- BHKW + 10 kw Strom- Wärmepumpe 1 Strom- Wärmepumpe 2 4 kw 6 kw Niederspannungs-Netz

28 Fazit Mit heute verfügbaren Technologien ist ein regenerativer Anteil von ca.: 80 % der Stromversorgung 40 % der Wärmeversorgung Realistisch Die CO 2 -Emissionen in der Energieversorgung können trotz Kernenergieausstieg um ca % gesenkt werden Ölheizungen haben in der Schweiz noch einen hohen Marktanteil von % (Deutschland ca. 25%) sind der CO 2 -Treiber Nr. 1 in der Wärmeversorgung Bei den Heizungen besteht ein Investitionsstau: Der schnellste und günstigste Weg CO2-Emissionen zu senken ist ein kurzfristiger Heizungstausch, weg vom Öl zu: Gas-Brennwert + Solarthermie Strom-WP Gas-WKK Nah-/ Fernwärme

29 Fazit Smart Grids Der Strom-, Gas- und Wärmemarkt wachsen zusammen Die entwickelte Methodik ermöglicht eine detaillierte Quantifizierung der spartenübergreifenden Effekte Eine smarte Kopplung der Netze wird möglich durch: WKK (zentral und dezentral) Strom-Wärmepumpen Power-To-Heat Power-To-Gas Die intelligente Nutzung aller Energienetze in den Planungsprozess ermöglicht eine optimale Auslastung der bestehenden Infrastrukturen Bei einem deutlichen Zuwachs von Strom-WP ohne lokale Kompensation durch dezentrale WKK wird der Ausbaubedarf in den Stromnetzen deutlich zunehmen Langfristig wird Power-To-Gas benötigt, um saisonale Stromüberschüsse zu speichern

30 Fazit Energiekonzepte Viele Energiekonzepte und Richtpläne werden im Top-Down Verfahren festgelegt Dies führt aufgrund der Vernachlässigung: technischer Randbedingungen bestehender Netzstrukturen der Leistungsabsicherung der Netzkapazitäten zu Lösungen, die Kapital vernichten unnötige Investitionen erfordern technisch schwer umzusetzen sind die Versorgungssicherheit gefährden Mangels Behördenverbindlichkeit und Marktanreizen ist eine praktische Umsetzung sehr fragwürdig (Ausnahme: öffentliche Gebäude)

31 Fazit Energiekonzepte Realistische Energiekonzepte müssen zwingend die technischen Randbedingungen, insbesondere die Versorgungssicherheit die Struktur der bestehenden Netze heute sicher verfügbare Technologien den Entscheidungsprozess der Marktteilnehmer berücksichtigen Durch einen intelligenten Technologiemix lassen sich mit Bottom-Up Konzepten die umweltpolitischen Forderungen erreichen, mit: geringeren Investitionen finanziellen Möglichkeiten der Werke höherer Umsetzungswahrscheinlichkeit

32 Die Energiewende ist eine Wärmewende!

33 Merci Fragen? Questions? Dr. Piet Hensel Wiesenstr. 21 DE Düsseldorf Tel.: +49 (0)

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