Alle Verbraucher auf Strom? Strategien für die zukünftige Kopplung der Energiesektoren

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1 Alle Verbraucher auf Strom? Strategien für die zukünftige Kopplung der Energiesektoren FGE Kolloquium, Aachen 6. Juli 2017

2 Wir beraten im Energiebereich eine Vielzahl von bedeutenden Klienten in Europa 2

3 Energie Telekom Wasser Post Transport Einzelhandel Gesundheit Medien Die Energy Practice bei Frontier Economics Regulierung Strategie Wettbewerb Dispute support Politik 150+ Berater in Brüssel, Dublin, Köln, London und Madrid Energie ist die wichtigste Sektorexpertise, zudem Expertise in anderen Infrastruktursektoren Regelmäßige Arbeit zu Strommarktdesign, Energiekosten und Erneuerbaren Energien Erfahrung mit Unterstützung von Energiewirtschafts- und Industrieverbänden Globale, europäische und deutsche Energieexpertise Projekte in allen bedeutenden EU-Ländern Mehr als ein Drittel unserer Energieprojekte beziehen sich auf den deutschen Markt verfügt über hervorragende Expertise 3

4 Inhalt 1. Warum reden wir über Sektorkopplung und was ist das? 5 2. Die Bundesregierung setzt v.a. auf die direkte Elektrifizierung 8 3. Möglich wäre allerdings auch Power-to-Gas Was heisst das für die Politik? 22 Dr. Jens Perner Jens.perner@frontiereconomics.com 4

5 1. Warum reden wir über Sektorkopplung und was ist das? 5 2. Die Bundesregierung setzt v.a. auf die direkte Elektrifizierung 8 3. Möglich wäre allerdings auch Power-to-Gas Was heisst das für die Politik? 22 5

6 Sektorkopplung ist ein integraler Baustein in der Dekarbonisierungsstrategie der Bundesregierung Emissionsminderungsziele gemäß Klimaschutzplan 2050 und Dekarbonisierungsstrategie (Sektor-)Ziele 2030 gemäß Klimaschutzplan Dekarbonisierungsstrategie der Bundesregierung ( Dreiklang der Energiewende) Ziel 2050 (80% bis 95% Reduktion ggü. 1990) Efficiency first Senkung des Energieverbrauchs in allen Sektoren Direkte Nutzung von EE (Solarthermie, Geothermie oder Biomasse) Sektorkopplung Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie dekarbonisiert durch EE-Strom Quelle: Frontier Economics auf Basis des Klimaschutzplans 2050 des BMWi Quelle: Frontier Economics auf Basis von BMWi (2016): Strom 2030, Impulspapier Die ersten beiden Säulen des Dreiklangs sind limitiert Potenziale für den direkten Einsatz von Erneuerbaren wie Biomasse sind begrenzt durch beschränkte Anbaufläche Energieeffizienz ist durch Kundenverhalten und Lebenslänge der Technologien begrenzt Hohe Bedeutung der Sektorkopplung 6

7 Was versteht man unter Sektorkopplung? Unter Sektorkopplung versteht man den Einsatz von erneuerbarem Strom in den Sektoren Gebäude, Verkehr und Industrie, die derzeit noch von fossilen Energieträgern dominiert werden Unter Sektorkopplung versteht man den sektorübergreifenden Einsatz von Energieträgern zur Dekarbonisierung der Energiewirtschaft Direkter Einsatz von Strom (Elektrifizierung) Direkte Nutzung von erneuerbarem Strom, wie bspw. Wärmepumpe und der Elektrodenkessel im Gebäudebereich und der Industrie Elektroautos im Verkehrssektor Indirekter Einsatz von Strom (synthetische Brennstoffe) Indirekte Nutzung von erneuerbarem Strom über einen synthetischen Brennstoff, bspw. Methan in einer Brennwerttherme im Gebäudebereich Synthetische Brennstoffe im Verkehrssektor???? Sonstige Kopplungstechnologien Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Nutzung von Abwärme bzw. Kälte aus Industrieprozessen 7

8 1. Warum reden wir über Sektorkopplung und was ist das? 5 2. Was bedeutet diess für den Stromsektor? 8 3. Möglich wäre allerdings auch Power-to-Gas Was heisst das für die Politik? 22 8

9 Das BMWi legt einen einseitigen Fokus auf Technologien mit einem hohen Wirkungsgrad Vorrangig werden Technologien präferiert, die mit wenig Strom möglichst viele fossile Brennstoffe ersetzen Dies gilt z.b. für Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge dabei ist jedoch fraglich, ob ein optimaler Technologiemix aus systemweiten Sicht zu Stande kommt Strominfrastruktur stößt zunehmend an (Akzeptanz-)Grenzen Nutzung existierender Infrastruktur (z.b. Gas) könnte günstiger sein Quelle: Frontier Economics auf Basis von BMWi (2016): Strom 2030, Impulspapier 9

10 Die Sektorkopplung wird zukünftige Entwicklung des Stromsektors maßgeblich prägen Der Einsatz von erneuerbarem Strom in anderen Sektoren hat maßgebliche Rückwirkung auf die zukünftigen Entwicklungen im Stromsektor Anstieg der Stromnachfrage und höherer EE-Ausbaubedarf Anstieg der Stromnachfrage resultiert nahezu 1:1 in einem erhöhten EE-Ausbaubedarf Herausforderungen beim Ausbau der Strominfrastruktur Verteilnetze Übertragungsnetze Langfristiger Anstieg des Flexibilitäts- und Speicherbedarfs Kurz- und mittelfristig keine Notwendigkeit für zusätzliche Stromspeicher gesehen Langfristig bei hohen Überschüssen an erneuerbarer Stromerzeugung wird auch Power-to-Gas (als Methan oder H2) als Langfristspeicher eine Perspektive eingeräumt Siehe nächste Folien Siehe nächste Folien 10

11 Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) Quaschning (2016)-Sektorkopplung (mit Effizienzmaßnahmen) Quaschning (2016)-Sektorkopplung (ohne Effizienzmaßnahmen) Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) Fraunhofer (2015)-Interaktion EE/Wärme/Verkehr (Faktor 1,0) Fraunhofer (2015)-Interaktion EE/Wärme/Verkehr (Faktor 2,0) TWh TWh Beispiel Deutschland: Anstieg Stromnachfrage durch Sektorkopplung im Gegensatz zu früheren Prognosen Übersicht Stromnachfrage nach Sektoren (ausgewählte Studien) Sonstiges umfasst P2G (Wirkungsgradverlust bei Rückverstromung) und Luftzerlegung CCS Herkömmlich Wärme Verkehr Sonstiges Beinhaltet auch etablierte Stromanwendung in anderen Sektoren (z.b. Bahn) 0 Beispiel für vollumfängliche Elektrifizierung 3500 Stromnachfrage nach Sektoren in 2040 ( Quaschning-Studie) Konventionell Wärme Verkehr Sonstiges mit Effizienzmaßnahmen ohne Effizienzmaßnahmen 11

12 Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Referenz) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Ziel) Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Referenz) ÜNBs (2016)-Szenariorahmen NEP (Sz. A) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) ÜNBs (2016)-Szenariorahmen NEP (Sz. B) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Ziel) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) ÜNBs (2016)-Szenariorahmen NEP (Sz. C) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Trend) Heute Fraunhofer Öko-Institut (n/a)-langfristszenarien (2015)-Klimaschutzszenario (Basisszenario) (KS95) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) (AMS) Fraunhofer Öko-Institut (n/a)-langfristszenarien (2015)-Klimaschutzszenario (Basisszenario) (KS95) EWI Öko-Institut (2014)-Energiereferenzprognose (2015)-Klimaschutzszenario (Referenz) (KS80) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) (KS80) Quaschning (2016)-Sektorkopplung EWI (2014)-Energiereferenzprognose (mit Effizienzmaßnahmen) (Ziel) Fraunhofer EWI (2014)-Energiereferenzprognose (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) (Trend) EWI (2014)-Energiereferenzprognose EWI (Referenz) (Ziel) Öko-Institut ÜNBs (2016)-Szenariorahmen (2015)-Klimaschutzszenario NEP (Sz. (AMS) A) Fraunhofer Öko-Institut (n/a)-langfristszenarien (2015)-Klimaschutzszenario (Basisszenario) (AMS) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) ÜNBs OTH (2015)-Windgas (2016)-Szenariorahmen in der Energiewende NEP (Sz. B) Fraunhofer (2015)-Interaktion EWI (2014)-Energiereferenzprognose EE/Wärme/Verkehr (Faktor (Ziel) 1,0) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) ÜNBs (2016)-Szenariorahmen NEP (Sz. C) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Trend) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS80) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (KS95) Quaschning (2016)-Sektorkopplung (mit Effizienzmaßnahmen) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Trend) EWI (2014)-Energiereferenzprognose (Ziel) Öko-Institut (2015)-Klimaschutzszenario (AMS) Fraunhofer (n/a)-langfristszenarien (Basisszenario) TWh Dies führt auch zu einem erheblichen Mehrbedarf an Erneuerbaren Energien Übersicht Stromerzeugung der EE der Studien Nach EEG 2017 Nach EE Um 1300 TWh durch EE zu decken wären extreme Ausbauten notwendig: Onshore Wind: 200 GW Offshore Wind: 76 GW PV: 400 GW Übersicht Stromerzeugung der EE d Annahmen Ausbau EEG 2017 PV: kein Deckel bei 52 GW, jährlicher Zubau von 2,5 GW (@950h/a) Wind Onshore: jährlicher Zubau von 2,5 GW netto** (@2000h/a) Wind Offshore: 15 GW bis 2030, danach 0,85 GW/a (@4000h) Langfristige EE-Lücke, falls umfassende Sektorkopplung und realistische Energieeffizienz Nachjustierung im EEG erforderlich (mit entsprechender Kostenimplikation) Anmerkung: Lücke bei Stilllegung von Altanlagen ggf. größer 12

13 Massive Herausforderung dürfte v.a. auch der Ausbau der Transport- und Verteilinfrastruktur werden Beispiel: Übertragungsnetz Bundesbedarfsplan 2015; Zieljahr 2024 Insgesamt 43 Vorgaben Insgesamt ca Leitungskilometer, davon ca km Netzverstärkung Ca. 400 km genehmigt und 80 km realisiert (Stand: Januar 2017) 13

15 EE-Strom kann umgewandelt und indirekt weiterverwendet werden in Gas (Wasserstoff, Methan), flüssige Brennstoffe, Wärme, Chemicals Biomassenutzung Prozess CO 2 CO 2 Methanolprozess oder Fischer- Tropsch Synth. Kraft- /Brennstoffe Direct Air Capturing Methanisierung Methan CH 4 EE- Stromerzeugung Elektrolyse Wasserstoff H 2 Wasserstoff H 2 15

16 Methanisierung: Kohlenstoffkreislauf statt Dekarbonisierung! CO 2 Ziel: Kohlenstoffkreislauf für C-basierte erneuerbare Energieträger Energie lässt sich durch Kohlenstoff- Verbindungen hoch verdichten und einfach speichern! 16

17 Sowohl Elektrifizierung als auch Power-to-X bringen Vor- und Nachteile mit sich Vorteile Elektrifizierung Keine Investitionen in Umwandlungsanlagen Keine Umwandlungsverluste Hohe Wirkungsgrade bei den Endanwendungen Vorteile Power-to-Gas Transport- / Verteilinfrastruktur vorhanden Sehr gute Speicherbarkeit Speicher vorhanden Wenig Anpassungserfordernisse bei den Endanwendern Brennstoffe können aus entfernten Regionen importiert werden Herausforderungen v.a. Infrastruktur und (Langzeit-) Speicher Herausforderungen v.a. Kosten der PtG Anlagen EE-Bedarfe 17

18 Wesentlich für die zukünftige Entwicklung werden Elektrifizierung, Power-to-X, Kombination - werden Kosten und Akzeptanz Effiziente Stromanwendungen (wie Wärmepumpen) teuer. Wie wird Convenience gesehen? Signifikanter Netzausbau erforderlich. Bestehen Grenzen der Akzeptanz? Elektrifizierung? Power-to-Gas Kosten der PtG- Anlagen u.a. von Lernund Skaleneffekten abhängig Bedarfe an EE u.a. von den Wirkungsgraden der Umwandlung abhängig 18

20 Ausblick Welche Rolle spielt Technologieoffenheit? Technologieoffene Lösungen ermöglichen Entwicklung des zukünftigen Technologie-Mix im Energiesektor an sich schon komplex durch Sektorkopplung wird die Komplexität noch einmal erhöht Technologieoffene Rahmenbedingungen (u.a. ein Level Playing Field ) sind für kosteneffiziente Lösungen unabdingbar Durchlässigkeit der Energieträger gewährleisten Politik sollte nicht einen Weg (z.b. von Strom-Wärme oder Strom-Gas-Wärme) vorgeben, sondern der Regulierungsrahmen offen für Umwandlungspfade sein Die Energiewende ist kein Greenfield -Projekt die bestehende Infrastruktur muss mitgedacht werden Auswirkung auf Kosteneffizienz und Akzeptanz Dezentraler denken Akzeptanz in der Bevölkerung und Verhaltenshemmnisse bei Verbrauchern müssen bei der Energiewende berücksichtigt werden Großprojekte wie der Übertragungsnetzausbau stößt auf Widerstände Verhaltenshemmnisse können Durchdringung neuer Technologien verzögern 20

21 Dr. Jens Perner Associate Director +49 (0) Associate Director im Kölner Büro von Frontier, seit 2006 bei Frontier 20 Jahre Erfahrung in der Energiebranche Energieprojekte für große Unternehmen, Regulierungsbehörden sowie Ministerien in Kontinentaleuropa Vor seinem Eintritt bei Frontier vier Jahre in der Konzernentwicklung der RWE AG, u.a. Mitarbeit an Erzeugungsstrategie Leitet aktuell mehrere Projekte zum Thema Sektorkopplung, u.a. für VDMA, Agora Energiewende und Unternehmen aus der Industrie Frontier Economics Ltd ist Teil des Frontier Economics Netzwerks, welches aus zwei unabhängigen Firmen in Europa (Frontier Economics Ltd, mit Büros in Brüssel, Dublin, Köln, London & Madrid) und Australien (Frontier Economics Pty Ltd, mit Büros in Melbourne & Sydney) besteht. Beide Firmen sind in unabhängigem Besitz und Management, und rechtliche Verpflichtungen einer Firma erlegen keine Verpflichtungen auf die andere Firma des Netzwerks. Alle im hier vorliegenden Dokument geäußerten Meinungen sind die Meinungen von Frontier Economics Ltd.