ERNEUERBARE ENERGIESZENARIEN FÜR DIE GEMEINDE RAINAU

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Kerstin Maus
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1 ERNEUERBARE ENERGIESZENARIEN FÜR DIE GEMEINDE RAINAU Vortragende: Annette Steingrube Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ENsource / KEFF Workshop Forschung Innovation - Praxis Aalen,

2 Konzept Energiesystemmodellierung mit»kommod«fluktuierend Erläuterungen Erdgas Kohle Erdöl Land-bedarf Land-bedarf Flächenbedarf Höhendifferenzen Solarstrahlung Windgeschw. Biomassemengen Wasservolumen Erdtemperaturen Geotherm. Potenzial Potenzialerhebung Primärenergie, Flächenbedarf,... (lokal / regional) Brennstoffkosten: Biomasse, fossil Fossile Kraftwerke Biomasse KWK Solaranlagen Windkraftanlagen Wasserkraftanlagen Geotherm. Anlagen Techn. Daten und Kosten für das Zieljahr Import / Export Energiebalance Bilanzierung Strom, Strom, Wärme, Kälte Kälte Versorgung = Last für jede Stunde des Zieljahre Energiebedarf im Zieljahr: Lastkurven für 1 Jahr in stündlicher Auflösung Entwicklungsfaktoren: Bevölkerung, Strom-, Wärme-, Kältefluss Wirtschaft, Effizienz, Suffizienz,... Aktueller Energiebedarf: Lastkurven für 1 Jahr in stündlicher Auflösung Strom-, Wärme-, Kältespeicher Modellierung: Kostenoptimum der verfügbaren Ressourcen, mit dem der Bedarf in jeder Stunde gedeckt wird für gegebene Randbedingungen (z.b. 100% ern. Energien) Lastkurven in stündlicher Auflösung projeziert für das Zieljahr auf Basis der heutigen Lastkurven und Entwicklungsfaktoren 2

3 Konzept Energiesystemmodellierung mit»kommod«fluktuierend Erläuterungen Erdgas Kohle Erdöl Land-bedarf Land-bedarf Flächenbedarf Höhendifferenzen Solarstrahlung Windgeschw. Biomassemengen Wasservolumen Erdtemperaturen Geotherm. Potenzial Potenzialerhebung Primärenergie, Flächenbedarf,... (lokal / regional) Brennstoffkosten: Biomasse, fossil Fossile Kraftwerke Biomasse KWK Solaranlagen Windkraftanlagen Wasserkraftanlagen Geotherm. Anlagen Techn. Daten und Kosten für das Zieljahr Import / Export Energiebalance Bilanzierung Strom, Strom, Wärme, Kälte Kälte Versorgung = Last für jede Stunde des Zieljahre Energiebedarf im Zieljahr: Lastkurven für 1 Jahr in stündlicher Auflösung Entwicklungsfaktoren: Bevölkerung, Strom-, Wärme-, Kältefluss Wirtschaft, Effizienz, Suffizienz,... Aktueller Energiebedarf: Lastkurven für 1 Jahr in stündlicher Auflösung Strom-, Wärme-, Kältespeicher Modellierung: Kostenoptimum der verfügbaren Ressourcen, mit dem der Bedarf in jeder Stunde gedeckt wird für gegebene Randbedingungen (z.b. 100% ern. Energien) Lastkurven in stündlicher Auflösung projeziert für das Zieljahr auf Basis der heutigen Lastkurven und Entwicklungsfaktoren 3

4 Heutige Situation der Energieversorgung in Rainau Deckung des Strombedarfs [MWh] Anteil intern erneuerbar erzeugter Strom am Strombedarf: 37% 2927; 36% Photovoltaik Wärmeversorgung zu einem sehr großen Anteil basierend auf Gas- und Ölkesseln 5009; 63% 71; 1% Wasserkraft Importstrom Annahmen für Modellierung Berechnungsjahr 2030 PV Strom wird in Zukunft in Rainau genutzt und nicht eingespeist Keine Windkraftnutzung, keine Nutzung von fossilen Brennstoffen Möglichst großer Anteil eigenerzeugter Strom Wärmeversorgung Wohngebäude- Anteile der installierten Wärmeerzeuger 3% 2% 1% 0% 10% 6% 78% Öl Holz Kohle Elektro Gas Wärmepumpe Solar 4

5 Ergebnisse Das Basisszenario stellt die kostenoptimale Lösung dar, in dieser wird PV nicht weiter ausgebaut (heute: 3,17 MW installierte Leistung) In PV max deckt Photovoltaik 50% des Strombedarfs Solarthermie ist teurer als Photovoltaik plus Wärmepumpe und wird nicht installiert, wenn es nicht erzwungen wird Leitungsgebundene Wärme macht zwischen 14 und 20% (heute kein Wärmenetz vorhanden) produzierte Wärme [MWh] produzierter Strom [MWh] Sz Basis Sz PV max Sz Basis ST Photovoltaik Wasserkraft feste Biomasse BHKWel Sz Basis Sz PV max Sz Basis ST Heizkessel Solarthermie feste Biomasse BHKWth Biogas BHKWel Importstrom Biogas BHKWth Wärmepumpe und Pth 5

6 Ergebnisse Im PV max Szenario wird 50% Strombedarf durch Photovoltaik gedeckt (Basisszenario: 30%), die Kosten steigen dabei um 3% Stromgestehungskosten von Photovoltaik und Biogas/fester Biomasse in 2030 ca. gleich hoch Kosten steigen bei Einsatz von Solarthermie, da jedoch noch gar keine Leitungsgebundene Wärme eingesetzt werden kann, ist es trotzdem sinnvoll Solarthermie einzusetzen Gesamtkosten [10^3 /a] 4500, , , , , , , ,00 500,00 0,00 Sz Basis Sz PV max Sz Basis ST +3% +9% Gesamtkosten LCOE Strom LCOE Wärme 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Energiegestehungskosten [ ct/kwh] 6

Gestehungskosten sollte PV vorrangig genutzt und nicht eingespeist werden Um Biomasse wie

7 Fazit Der Einsatz sowohl von Biomasse als auch Photovoltaik ist sinnvoll, die Technologien ergänzen sich gut, die Anteile sind zu fast konstanten Kosten variabel Bei zukünftig 12 ct/kwh Gestehungskosten sollte PV vorrangig genutzt und nicht eingespeist werden Um Biomasse wie berechnet nutzen zu können, müssen Wärmenetze gebaut werden (Leitungsgebundene Wärme zwischen 14% und 20%) 7

8 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Annette Steingrube Das Projekt ENsource wird gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden Württemberg und den Europäischen Fonds für regionale Entwicklungen (EFRE). Aktenzeichen: FEIH_ZAFH_

9 Energieszenario 1: Biomasse und Solarenergie Ergebnis stellt kostenoptimales Szenario dar Nutzung von fester Biomasse und Biogas in Blockheizkraftwerken, feste Biomasse kann zusätzlich in Kesseln genutzt werden Anteil intern erzeugter EE Strom: 94% Installierte Leistung PV: 3,17 MW (heutiger Ausbau) Im kostenoptimalen Szenario wird PV nicht weiter ausgebaut Einsatz von thermischen Speichern um erzeugte Wärme zwischenzuspeichern, der Einsatz von Batterien ist nicht notwendig Deckung des Strombedarfs ; 6% ; 17% ; 47% 2829; 29% Deckung des Wärmebedarfs 15304; 48% 10061; 31% 70; 1% ; 15% ; 5% 128; 1% Photovoltaik Wasserkraft feste Biomasse BHKWel Biogas BHKWel Importstrom Heizkessel Wärmepumpe power to heat feste Biomasse BHKWth Biogas BHKWth 9

10 Energieszenario 2: PV max PV max Szenario ist 3% teurer als kostenoptimales Szenario Eine Erhöhung des Anteils von Photovoltaik Strom über 50% führt dazu, dass der Strom abgeregelt werden muss, da er nicht mehr integriert werden kann Anteil intern erzeugter EE Strom: 96 % Installierte PV Leistung: 5,71 MW Einsatz von thermischen Speichern um erzeugte Wärme zwischenzuspeichern, der Einsatz von Batterien ist nicht notwendig Deckung des Strombedarfs ; 26% ; 19% 5404; 50% Deckung des Wärmebedarfs ; 7% 1736; 5% ; 9% 14359; 45% 10904; 34% ; 4% Photovoltaik Wasserkraft feste Biomasse BHKWel Biogas BHKWel Importstrom Heizkessel Wärmepumpe power to heat feste Biomasse BHKWth Biogas BHKWth 10

11 Angesetzte Kosten Betriebs und Lebensdauer [a] Investkosten 2030 [ 2016/kW] Wartungskosten [ 2016/kW*a] Klein-Wasserkraft ,00 Groß-Windkraft 3MW ,99 Aufdach-PV ,80 Aufdach-Solarthermie ,23 Holz-Heizkessel 20kW ,16 Luft-Wasser-Wärmepumpe ,00 Elektrische Speicher ,50 Thermische Speicher ,26 BHKW Biogas (inkl. Gasherstellung) ,24 Biomasse BHKW (inkl. Holzvergaser) ,17 Sole Wasser Wärmepumpe ,20 Erdsonden Wärmepumpe ,20 power to heat ,38 Power to gas ,00 11

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