»PHASE 2«DER ENERGIEWENDE ERFOLGREICH GESTALTEN

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1 »PHASE 2«DER ENERGIEWENDE ERFOLGREICH GESTALTEN Prof. Dr. Hans-Martin Henning Leiter Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Sprecher Fraunhofer-Allianz»EnergiePhase 2«der Energiewende Sektorkopplung und Systemintegration als Erfolgsfaktoren Workshop der Fraunhofer-Allianz»Energie«Berliner Energietage 2018 Ludwig-Erhard-Haus, Berlin, 7. Mai

2 Eine Branche im Umbruch Treiber Politik / Klimaschutzziele 2 Basierend auf: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau, März 2017

3 Eine Branche im Umbruch Treiber gesunkene Kosten für erneuerbare Energien Gestern Endliche Ressourcen Umweltschutzziele, Klimaschutz Transition Morgen Wirtschaftlichkeit, Kosten Extrem stark gesunkene und weiter sinkende Preise für Strom aus Wind und Photovoltaik (jüngste Ausschreibungen in Deutschland < 4 -Cent/kWh) Heute schon global mehr Investitionen in erneuerbare Energien als in konventionelle; Anteil weiter steigend 3

4 Durchschnittliche Photovoltaikpreise in Auktionen (Januar 2010-Dezember 2017) Gas GT Gas CC Coal Nuclear 53 USD/MWh 38 USD/MWh 19,7 USD/MWh 17,8 USD/MWh 2017* 4 Quelle: Renewable Energy Auctions 2016, IRENA * Quelle: Fraunhofer ISE

5 Durchschnittliche Preise für Onshore-Windenergie in Auktionen (Januar 2010-Januar 2018) Gas GT Gas CC Coal Nuclear 38 USD/MWh 27 USD/MWh 17,7 USD/MWh 2017* 2018* 5 Quelle: Renewable Energy Auctions 2016, IRENA * Quelle: Fraunhofer ISE

6 Bloomberg New Energy Finance Erwartete Investitionen Energie bis 2040 Erwartete Investitionen in neue Energieanlagen bis ,8 1,3 Solar Sonst. Erneuerbare 10,2 Billionen US- Dollar 3,3 2,8 Wind Nicht Erneuerbare Bis ,4 Billionen US-Dollar in erneuerbare Energien (72% der erwarteten Gesamtinvestition global) Anstieg der jährlichen Investitionen in erneuerbare Energien bis 2040 auf etwa 400 Milliarden US-Dollar (jährlicher Zuwachs 2-3%) Wind und Solar machen demnach bis 2040 weltweit 48% der installierten Leistung und 34% der Stromerzeugung aus 6 Quelle: New Energy Outlook 2017, Bloomberg New Energy Finance

7 Aber: bei Endenergie dominieren fossile Energieträger Zusammensetzung Endenergie in den vier Nutzungsbereichen Quelle: Energiedaten, Gesamtausgabe, BMWi, Stand Februar Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

8 Energiebedingte CO 2 -Emissionen Deutschland 21% Strom 44% Brenn-Kraftstoffe für Gewerbe/Industrie 19% Niedertemperaturwärme Verkehr 16% 8 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

9 Zentrale Fragen Wie gelingt es, in den heute durch fossile Energien dominierten Verbrauchssektoren Wärme (Gebäude, Industrie) und Mobilität die CO 2 - Emissionen drastisch abzusenken? Energieeffizienz (Wandlung, Nutzung) Sektorenkopplung, d.h. Nutzung von CO 2 -arm bzw. CO 2 -frei hergestelltem Strom in allen Sektoren, entweder direkt (z.b. Wärmepumpen, Fahrzeuge mit Batterie/E-Motor) oder indirekt (Wasserstoff, synthetische Brenn-/Kraftstoffe und Chemikalien) Wie gelingt es diesen Strom CO 2 -arm bzw. CO 2 -frei herzustellen? Weiterer starker Ausbau volatiler erneuerbarer Energien Umfassende Systemintegration der erneuerbaren Energien: Flexibilisierung der Stromnutzung, Flexibilisierung der residualen (komplementären) Stromerzeugung, Einsatz von Speichern 9

10 Sektorenkopplung Treiber Wirtschaft und Gesellschaft Für viele Verbraucher (privat, gewerblich) ist Strom aus erneuerbaren Energien günstiger als Strom aus Netzbezug 10 Maximierung Eigenverbrauch Einsatz von Speichern Nutzung für Wärme und Fahrzeugladung Sektorenkopplung Neue Geschäftsmodelle und neue Marktteilnehmer, z.b. Energie-Komplettlösungen für Gebäudebesitzer oder gewerbliche Liegenschaften einschl. Energiemanagementsysteme Daten-basierte Energieüberwachung und Betriebsführung, einschl. Einbeziehung von Vorhersage (Model Predicitive Control) Mieterstrom-Modelle, z.b. durch Wohnungsbaugesellschaften Quartierskonzepte und Gebäude-übergreifende Optimierung Poollösungen: virtuelle Kraftwerke und virtuelle Großverbraucher

11 Eine Branche im Umbruch Fundamentaler Paradigmenwechsel Morgen Gestern Energiebereitstellung folgt dem Bedarf Maximierung des Anteils erneuerbarer Energien (überwiegend volatil) und Organisation des Systems»drum herum«herausforderungen Kein Kompromiss hinsichtlich Versorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit 11

12 Entwicklung Strombedarf (Modellrechnungen) Entwicklung Strombedarf (THG-Absenkung um 85 %) % ohne starke Einsparmaßnahmen - 85% mit starken Einsparmaßnahmen originär Sektorkopplung 12 Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

13 Entwicklung Strombedarf (Modellrechnungen) Stromnutzung im Jahr % -85% a -85% b Stromnutzung, TWh originär Wärme direkt Verkehr direkt Elektrolyse 13 Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

14 Phasen der Systemtransformation 14 Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

15 »Phase 2«- Sektorenkopplung und Systemintegration Einige zentrale Herausforderungen Koordiniertes, stabiles und sicheres Management einer riesigen Zahl von Erzeugungs- und Nutzungsanlagen im Netz (auf verschiedenen Spannungsebenen, insbesondere im Verteilnetz) 15 Technisch, systemtechnisch IT-technisch, Datenvernetzung Marktkonform (Geschäftsmodelle) Erzielung einer Kohärenz zwischen Optimierung aus betriebswirtschaftlicher (Akteurs-) Sicht und übergeordneter Systemperspektive Stimulation eines optimierten Ausbaumixes: Netze, Speicher, Erzeugungsanlagen IKT: Big Data Anwendungen für Betrieb und Prognose, Künstliche Intelligenz, Maschinelles Lernen, Echtzeitbetrieb, u.v.m.

16 Workshop-Programm Lösungen und Konzepte für»phase 2«der Energiewende 16 Ein neuer Ansatz zur koordinierten Markt-Netz-Betriebsführung Oliver Warweg, Fraunhofer IOSB Dr. Daniel Engelbrecht, Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbh Dezentrales Energiesystem als Forschungsplattform zur Untersuchung der Sektorenkopplung Dr. Richard Öchsner, Fraunhofer IISB Josef Bayer, Firmengruppe Max Bögl Fahrzeugdaten zur Ermittlung der Solareinspeisung André Baier, Fraunhofer IEE Dr. Melih Kurt, TenneT TSO GmbH Energieversorgungskonzept GUW+ Gemeinsame Energieversorgung für E-Busse und ÖPNV-Bahnen Claudius Jehle, Fraunhofer IVI Dr. Carsten Söffker, Alstom Transport Deutschland Flexible Strom- und Wärmeversorgung von Quartieren Joachim Krassowski, Fraunhofer UMSICHT Andreas Overhage, Oberhausener Netzgesellschaft mbh

17 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. Hans-Martin Henning 17