Lastmanagement in Süddeutschland Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen

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1 Lastmanagement in Süddeutschland Vorläufige Ergebnisse und Schlussfolgerungen In Kooperation mit den Umweltministerien Baden-Württemberg und Bayern Erarbeitet durch Fraunhofer ISI und Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft ALEXANDRA LANGENHELD SG Plattform Baden-Württemberg,

2 Projekt Lastmanagement als Beitrag zur Versorgungssicherheit in Süddeutschland > Erstellt im Auftrag von Agora Energiewende > In Kooperation mit den Umweltministerien Baden-Württemberg und Bayern > Erarbeitet durch Fraunhofer ISI und Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft > Unterstützt durch die Industrie- und Handelskammern sowie Wirtschaftsverbände in Süddeutschland > Zum Download unter 2

3 Gliederung 1. Hintergrund und Aufgabenstellung 2. Ausgangslage, Vorgehensweise und Methodik, Potenzialdefinition 3. Unternehmensbefragungen 4. Lastmanagementpotenziale: - Energieintensive Prozesse - Querschnittstechnologien - Wärmepumpen/ Elektr. Speicherheizungen 5. Beitrag zur Versorgungssicherheit 6. Hemmnisse und Maßnahmen 7. Zusammenfassung und Ausblick 3

4 Hintergrund > Ohne rechtzeitiges Gegensteuern könnte es in einigen Jahren in Süddeutschland zeitweilig zu einer angespannten Lage bei der Stromversorgung kommen. > Die Gründe dafür liegen in wegfallenden Erzeugungskapazitäten durch den Atomausstieg, der fluktuierenden Einspeisung erneuerbarer Energien sowie im bestehenden Strommarkt. > Klassischerweise würde man hier Ersatzkraftwerke bauen. Eine wenig beachtete Option ist die aktive Steuerung der Stromnachfrage. Dabei kann Lastmanagement einen sauberen und kosteneffizienten Beitrag zu Systemdienstleistungen und zur Reduktion der Spitzenlast liefern. 4

5 Aufgabenstellung > Im Gegensatz zu theoretisch-technischen Abschätzungen bisheriger Potenzialstudien Untersuchung erstmalig ganz praktisch basierend auf tatsächlichen Unternehmensstrukturen und Produktionsprozessen in Süddeutschland. Zentrale Fragestellung: > Welchen Beitrag kann Lastmanagement zur Versorgungssicherheit in Süddeutschland konkret beisteuern (realisierbare Potenziale/ Kosten)? > Welche Hemmnisse existieren, wie können diese ausgeräumt werden und welche Anreize sind nötig? > Fokus auf leicht zu erschließende Potenziale (insb. Industrie, vorhandene Schalttechnik Wärmepumpen/ Elektr. Speicherheizungen) 5

6 Ausgangslage Angespannte Versorgungssituation Süddeutschland > Spitzenlastnachfrage von ca. 25 GW Baden-Württemberg und Bayern > Deutliche Reduktion der Kernkraftwerksleistung von 4,9 GW seit 2011; Abschaltung weiterer Kapazitäten bis 2015 > Nur begrenzter Zubau neuer Kapazitäten (im Bau Steinkohlekraftwerke in Karlsruhe und Mannheim) > Netzausbau frühestens bis 2017 fertig gestellt; weiterer Netzausbau insbesondere nach Baden-Württemberg erst nach 2017 > ÜNB für Winter 2012/ 2013 Kaltreserve von 2,5 GW unter Vertrag genommen > Mögliche Lösung: zusätzliche Erzeugungskapazitäten, Speicher und Lastmanagement Auswertung Arbeiten BNetzA (Bestimmung der Anwendungsfälle, Auflösung geographisch/ zeitlich) und Erstellung Anforderungsprofil/ geeignete Kompensationsmaßnahmen durch Lastmanagement 6

7 Vorgehensweise und Methodik Online-Befragung von Unternehmen Industrieunternehmen vor allem in Baden- Württemberg und Bayern Weitere energieintensive Unternehmen aus Deutschland Direkte Ansprache der Unternehmen bzw. unterstützt durch IHKs und Industrieverbände Ca. 300 Unternehmen haben sich beteiligt Interviews mit relevanten Akteuren 10 Unternehmen mit Lastmanagementpotenzialen Dienstleister, die Lastmanagement für Unternehmen betreiben Industrieverbände, Energieversorger, Netzbetreiber Validierung der Ergebnisse in Expertenworkshops Studien, Statistiken, Unternehmensangaben Literaturrecherche bestehender Studien Statistiken zum Energieverbrauch, Beschäftigte, Unternehmen Geschäfts- und Umweltberichte Daten aus Betriebsbegehungen von 40 Unternehmen Hochrechnung der Potenziale 7

8 Potenzialdefinition Realisierbares Potenzial Technische Potenziale: > Leistungsbedarf relevanter Anwendungen als Basis (Höhe in kw) > Berücksichtigung technischer Randbedingungen, z.b. Teillast bzw. Speichermöglichkeiten (Aktivierungsdauer) > Tageszeitliche und saisonale Verfügbarkeit > Häufigkeit der Aktivierung im Jahresgang, Vorankündigungszeit, Regelgeschwindigkeit Realisierbare Potenziale: > Technische Potenziale, die ohne größere Einschränkung der Wertschöpfung bzw. Komfort der Unternehmen/ Haushalte umgesetzt werden können > Umsetzung der realisierbaren Potenzialen hängt von bestehenden Hemmnissen im Unternehmen sowie den finanziellen Anreizen ab 8

9 Bilaterale Vereinbarungen m. Netzbetreibern Beteiligung am Regelenergiemarkt Genutzt zu einem optimierten Stromeinkauf Reduktion betrieblicher Spitzenlast Geprüft, nicht umgesetzt Sonstige Keine Erfahrungen UNTERNEHMENSBEFRAGUNGEN Erfahrungen mit Lastmanagement > Reduktion betrieblicher Spitzenlast > Optimierte Beschaffung > Beteiligung am Regelenergiemarkt > Vereinbarungen Lastabschaltung mit Netzbetreibern 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 2% Bitte geben Sie an, über welche Erfahrungen Ihr Einzelbetrieb/Standort mit dem Thema Lastmanagement verfügt? in % der Antworten, N=97 N.B.: Summe der Prozentsätze >100% weil mehrere Antworten möglich waren 4% 16% 47% 21% 13% 26% Quelle: Online-Befragung, Fraunhofer ISI 9

10 UNTERNEHMENSBEFRAGUNGEN Lastabschaltverordnung > Ca. 30 % der Unternehmen bekannt > Bei nur 4 davon Teilnahme geplant > Bei Großteil VO unbekannt bzw. kommt für Teilnahme nicht in Frage 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 1) Kennen Sie die Abschaltverordnung? 2) Planen Sie daran teilzunehmen? In % der Antworten, N=99 K.A. Werde vielleicht teilnehmen Nein, werde nicht teilnehmen Ja, werde teilnehmen Quelle: Online-Befragung, Fraunhofer ISI 0% Abschaltverordnung bekannt Abschaltverordnung nicht bekannt 10

11 UNTERNEHMENSBEFRAGUNGEN Einschätzung zu realisierbaren Potenzialen Aktivierungsdauer: > Meist 0,5 2 Stunden, bei 20 % der Befragten über 2 h Vorankündigung: > 1. Gruppe: < 1 Stunde (kurzfristig); 2. Gruppe: > 8 h bis 1 Tag (Produktionsplanung) Häufigkeit: > Bis zu 50 Aktivierungen pro Jahr, bei 10 % der Befragten mehr als 100 Aktivierungen Finanzielle Anreize: > 15 % der Unternehmen bei 3 5 % Stromkosteneinsparung bereit, zusätzlich absolute Höhe relevant 11

12 LASTMANAGEMENTPOTENZIALE Bewertung der verfügbaren Potenziale Realisierbare Potenziale: > Technische Potenziale, die ohne größere Einschränkung der Wertschöpfung bzw. Komfort der Unternehmen/ Haushalte umgesetzt werden können Anwendungsbereiche: > Energieintensive Prozesse: Zement, Papier, Chemie, Elektro-Stahl/ Metallindustrie untersucht > Querschnittstechnologien in Unternehmen: Neben energieintensiven Prozessen zur Lastflexibilisierung geeignet; branchenübergreifend eingesetzt, charakterisiert durch hohe zeitliche Verfügbarkeit und regionale Verteilung; Druckluft, Lüftung, Beleuchtung, Kälte (Prozess- und Klimakälte), Pumpen untersucht > Wärmepumpen/ Elektr. Speicherheizungen 12

13 ENERGIEINTENSIVE PROZESSE Allein MW zusätzliches Potenzial in den 4 im Detail untersuchten Anwendungen Anwendung Leistungsbedarf Verlagerungsdauer Häufigkeit (pro Jahr) Ökonom. Potenzial nach AbLaV Zement (Roh- und Zementmühlen 130 MW Bis zu 4 Stunden, z.t länger mal Ca. 50 MW (30% bezog. auf die Last) Papier (Holzschleifer) Min. 90 MW 2 Stunden, z.t. länger mal Ca. 90 MW (20 %) Chlor (Elektrolyse) 250 MW Ca. 2 Stunden mal Ca. 160 MW Stahl (Elektro-Stahlofen) 150 MW Ca. 2 Stunden mal Ca. 150 MW Summe Ca. 2 Stunden mal MW Quelle: eigene Abschätzung, Fraunhofer ISI, Potenziale z.t. für optimierte Beschaffung bereits genutzt 13

14 QUERSCHNITTSTECHNOLOGIEN Stromverbrauch nach Regierungsbezirken und Branchen Größter Anteil: > Industrie größter Stromverbraucher: 60 % (BW) und 55 % (BY) > Chemische Erzeugnisse BY > Metallbranche BW > Weitere Sektoren, u.a. Maschinen-/ Fahrzeugbau, Papiergewerbe, Ernährung 14

15 QUERSCHNITTSTECHNOLOGIEN Abschaltbare Leistung knapp 500 MW für 1 h > Datengrundlage LEEN, FfE 2012 > Stromverbrauch je Technologie und Branche > Hochrechnung für Süddeutschland auf Basis Regionenmodell FfE 15

16 Leistung in MW QUERSCHNITTSTECHNOLOGIEN Abschaltbare Leistung bei Normalbetrieb in Abhängigkeit der Abrufdauer Größter Anteil: > Lüftungsanlagen, Kälteerzeuger > Relativer Beitrag einzelner Branchen unterscheidet sich erheblich Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Minuten Minuten Stunde Stunden Stunden Quelle: eigene Abschätzung, FfE mittlere Last abschaltbare Last Zeitdauer FfE Agora-01#P DR Potentiale Sueddeutschland_mbH_

17 Leistung in MW QUERSCHNITTSTECHNOLOGIEN Praktisches Potenzial bei Normalbetrieb ohne Kostenbetrachtung für Implementierung (Personal, I&K) Größter Anteil: > Maschinen-/ Fahrzeugbau > Sonstige > Lüftung, Kälte, (Druckluft nur kurzfristig) > Positiv für Abschalt-/ negativ für Zuschaltpotenzial Branche FfE Agora-01#P DR Potentiale Sueddeutschland_mbH_00242 Pumpen neg. Leistung Pumpen pos. Leistung Lüftung neg. Leistung Lüftung pos. Leistung Kälte neg. Leistung Kälte pos. Leistung Beleuchtung neg. Leistung Beleuchtung pos. Leistung Druckluft neg. Leistung Druckluft pos. Leistung Quelle: eigene Abschätzung, FfE 17

18 Übersicht Lastreduzierungspotenziale Lastreduzierungspotenzial für eine Stunde Minimum Maximum Energieintensive Prozesse nahezu zeitunabhängig > 400 MW Querschnittstechnologien Industrie Grundbetrieb, Sonntag 270 MW Normalbetrieb, Werktag, Tag 480 MW Wärmepumpen Sommer 30 MW Winter (-10 C) 600 MW Elektrische Speicherhei- Sommer, Tag Winter, Nacht (-10 C) zungen 0 MW MW 18

19 Beitrag zur Versorgungssicherheit Energieintensive Prozesse: > Meist kontinuierlich rund um die Uhr verfügbar > Heute: Betriebliches Spitzenlastmanagement und optimierte Beschaffung > Zukünftig: Netzkonformer Betrieb möglich (Regelenergiemarkt, Redispatch) Querschnittstechnologien: > Tagsüber an Werktagen verfügbar, geringeres Potenzial am Wochenende und in Nachtstunden > Relativ homogen zu Industrielasten im Netz verteilt, Behebung von lokalen Engpass- Situationen > Anwendungsbereich für zusätzliche Potenziale Lüftung und Klimatisierung Wärmepumpen/ Elektr. Speicherheizungen: > WP und NSH temperaturabhängig und bei kalten Temperaturen verfügbar > WP eher kontinuierlich, NSH vor allem nachts und in netzunkritischen Zeiten verfügbar 19

20 Hemmnisse für Lastmanagement Für Unternehmen: > Störungen von Produktionsabläufen und Auswirkungen auf die Produktqualitäten > Restriktive technische Randbedingungen für Beteiligung an Lastmanagementprogrammen (Regelenergiemarkt, AbLaV): Mindestleistungen und Aktivierungsdauern zu hoch Wichtige Voraussetzungen: Freiwillige Beteiligung und Möglichkeit auf kurzfristige Änderungen bei Produktion zu reagieren > Finanzielle Anreize derzeit nicht ausreichend Für Dienstleister: > Marktrolle für Aggregatoren nicht klar definiert > Umsetzung nur in Kooperation mit Lieferanten möglich Für Versorger mit WP und NSH: > Angepasste Fahrweise an Strommarkt nicht möglich, da vorgegebene Lastprofile im Gegensatz zu einem netzkonformen Lastprofil 20

21 Maßnahmen für Lastmanagement > Marktbedingungen sollten Charakteristika von abschaltbaren Lasten berücksichtigen: Leistungsklassen typischerweise einige 100 kw bis mehrere MW; nur sehr wenige mit mehr als 10 MW Abschaltdauern von mehr als 2 Stunden und mehr als 50 mal pro Jahr häufig nicht realisierbar Freiwilligkeit und Flexibilität für Unternehmen notwendig, um auf veränderte Produktionsbedingungen kurzfristig zu reagieren Ausreichend finanzielle Anreize; abrufunabhängige Erlöse sollten Anfangsinvestitionen abdecken > Zusätzliche Potenziale bestehen bei Lüftungs- und Klimatisierungsanwendungen; Umsetzbarkeit durch Pilotprojekte und Demonstrationsvorhaben prüfen > Ableitung Handlungsempfehlungen als Ausblick in Energiemarkt der Zukunft 21

22 Zusammenfassung und Ausblick Verlagerungsdauer Bereich 30 Minuten 1-2 Stunden Querschnittstechnologien Industrie > 850 MW > 480 MW Energieintensive Prozesse > 400 MW > 400 MW Summe > MW > 880 MW > Ergebnisse zeigen, dass Lastreduzierungspotenziale bei industriellen Querschnittstechnologien und energieintensiven Prozessen von über einem GW zur Verfügung stehen. > Diese können über einen Zeitraum von 30 Minuten bis zu 2 Stunden aktiviert werden. > Projekt war auf sportliche 4 Monate ausgelegt, um rechtzeitig Impulse für die Politik zu geben (Pressekonferenz, Berliner Energietage, BMWi- Kraftwerksforum). > Follow-up: Wie müssen die Regeln des Strommarktes verändert werden, damit auch die Nachfrageseite aktiv teilnehmen kann? 22

23 Agora Energiewende Rosenstraße Berlin T +49 (0) F +49 (0) Alle Informationen auch zum Download unter Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kommentare sind herzlich willkommen: alexandra.langenheld@agora-energiewende.de Agora Energiewende ist eine gemeinsame Initiative der Stiftung Mercator und der European Climate Foundation im Rahmen der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) 23