Faktenbasierte Analyse eines Ausstiegs aus der Kohleverstromung

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1 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Faktenbasierte Analyse eines Ausstiegs aus der Kohleverstromung Peter Markewitz, Martin Robinius, Detlef Stolten Institut für Energie- und Klimaforschung Elektrochemische Verfahrenstechnik IEK-3 Abteilung Verfahrens- und Systemanalyse Forschungszentrum Jülich GmbH 11. Master Class Course Renewable Energies 2016 Berlin/Eberswalde, 7. Dezember 2016

2 Gliederung Ausgangslage Status quo der Kohleverstromung und Historie Dynamik eines Ausstiegs aus der Kohleverstromung Versorgungsaufgaben von Kohlekraftwerken u. Anforderungen Fazit

3 Davon Umwandlung 43,2% CO 2 Emissionen im weltweiten Vergleich CO 2 -Emissionen 2015 Weltweit Mio. t 100% USA Mio. t 16,4% China Mio. t 27,3% EU Mio. t 10,7% Deutschland 797 Mio. t 2,4% Änderung 2015/2014: + 57 Mio. t Änderung 2015/2014: Mio. t Änderung 2015/2014: + 8 Mio. t Änderung 2015/2014: + 50 Mio. t Änderung 2015/2014: + 5 Mio. t Haushalte 10,7% Verkehr 20,2% Industrie 20,6% GHD 5,4% 1) Prozentuale Anteile Deutschland : Zahlen 2014 Quelle: Ziesing, Energiewirtschaftliche Tagesfragen Heft 5 (2016), Heft 9 (2016)

4 Stromerzeugung durch Kohlekraftwerke Installierte Kapazität (GWnetto) 41,5% CO 2 Emissionen im Jahr 2015 Steinkohle: ca. 100 Mio. t Braunkohle: ca. 162 Mio. t ca. 262 Mio. t ( 33% der deutschen CO 2 Emissionen) ,7% Quelle: Schiffer et 3/2015, eigene Schätzung 2015 Quelle: Markewitz BWK 5/2016 Bruttostromerzeugung (TWh) Volllastbenutzungsstunden 19,4% ,9% Braunkohle Steinkohle Kernenergie Erdgas Quelle: BMWi Energiedaten 2016 Quelle: BDEW 2016

5 Beschäftigungszahlen Kohleverstromung u. -förderung Direkt Beschäftigte Braunkohle 2014 Rheinland (94 Mio. t) Lausitz (62 Mio.t) Mitteldeutschland (21 Mio.t) Helmstedt (1,8 Mio. t) 479 Summe (ca. 178 Mio. t 2) ) (Inkl. Beschäftige in Braunkohlekraftwerken 5.430) Zum Vergleich: Opel Bochum ca VW Wolfsburg ca Siemens D ca Indirekt Beschäftigte 1) : ca Direkt Beschäftigte Steinkohle 2015 Ruhr (4,8 Mio. t) Saar (-) 192 Ibbenbüren (1,6 Mio. t) Summe (6,4 Mio. t 3) ) (Ohne Beschäftigte in Steinkohlekraftwerken ) Quelle: GVST 2016 Indirekt Beschäftigte: keine Angabe Gesamtsumme: ca Beschäftigte 1) vgl. EEFA, ) Ca. 93% für Stromerzeugung 3) ca. 88% für Stromerzeugung SK Stromerzeugung: 82% Importkohle

6 Entwicklung von Kraftwerkskapazität, Stromerzeugung und Stromverbrauch in Deutschland Seit 2005: Entkopplung von Erzeugung und Kapazität Starke Zunahme der Zubaudynamik von Erzeugungskapazität

7 Entwicklung des Kraftwerksnettozubaus in Deutschland Hohe Zubauraten in den 70er Jahren Seit 2007: Höchste Zubauraten (Energiewende!)

8 Treibhausgasemissionen in Deutschland Quelle: Monitoringbericht 2015, Wert für 2014 (vorläufig): Ziesing, et Heft 9 (2015)

9 Ausstieg aus der Steinkohleverstromung in Deutschland 75% 50% 25%

10 Ausstieg aus der Braunkohleverstromung in Deutschland 75% 50% 25%

11 Treibhausgasemissionen in Deutschland Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 Aktionsplan Energieeffizienz: Mio. t CO2eq Klimafreundliches Bauen u. Wohnen: 1,5-4,7 Mio. t Verkehrssektor: 7-10 Mio. t Industrie, GHD etc.: 6,6-13,7 Mio. t Reform Emissonshandel: k.a. Maßnahmen im Stromsektor: 22 Mio. t Quelle: Monitoringbericht 2015, Wert für 2014 (vorläufig): Ziesing, et Heft 9 (2015)

12 Der Kompromiss: Vereinbarung zwischen Bundesregierung und Energieversorgungsunternehmen Aus dem Eckpunktepapier der Bundesregierung vom ca. 230 Mio. pro Jahr BMWi Pressemitteilung vom

13 Der Kompromiss: Vereinbarung zwischen Bundesregierung und Energieversorgungsunternehmen vom (im Strommarktgesetz vom 4. November 2015 enthalten) Überführung in die Reserve bzw. Stilllegung von Braunkohlekraftwerken Leistung (netto) Inbetriebnahme KWK Verfügbarkeitsreserve Stilllegung Alter (Reserve) Alter (Stilllegung) Bemerkungen Frimmersdorf P Ja Frimmersdorf Q Nein Niederaussem E Nein Niederaussem F Nein Neurath C Nein Jänschwalde E Ja Modernisiert 1996 Jänschwalde F Ja Modernisiert 1996 Buschhaus Nein Summe 2707 Summe RWE 1451 Summe Vattenfall 926 Summe Mibrag 330 Anmerkungen: Leistungsangaben stammen aus der Kraftwerksdatei, Stilllegungsdaten aus EVU Pressemitteilungen Zum Vergleich Stilllegung der Kernkraftwerke bis 2022: 12 GW ( 92 TWh 1) ) Stilllegung der Braunkohlekraftwerke bis spätestens 2023: 2,7 GW ( 18 TWh 2) 20 Mio. tco 2 ) 1) Stromerzeugung im Jahr 2014, 2) Auslastung im Jahr 2014

14 Sicherheitsbereitschaft und Kapazitätsreserve 1) Quelle: Markewitz, P.: Energietransport und verteilung, BWK Bd.68(2016), Nr. 5, S

15 Klimaschutzplan 2050: Energiewirtschaft 1990 tco 2 eq 2014 tco 2 eq Änderung ggü tco 2 eq Änderung ggü Energiewirtschaft ,2 % % Gebäude ,1 % % Verkehr ,2 % % Industrie % % Landwirtschaft ,2 % % Sonstige % 5 87 % Summe ,7 % % Quelle: Klimaschutzplan der Bundesregierung , Überproportionale Minderung der Treibhausgasemissionen Keine quantitativen Stilllegungsvorgaben von Kraftwerken Regionale Strukturförderung (Vermeidung von Strukturbrüchen)

16 Versorgungsaufgaben von Kohlekraftwerken Deckung der Lastnachfrage ca. 45% der deutschen Stromversorgung Fernwärmeerzeugung (Kraft-/ Wärmekopplung) Bereitstellung von Regelleistung (Primär-, Sekundär- und Tertiärregelleistung) Spannungsqualität (Spannungshöhe, Frequenz etc.) Regelleistung (z.b. Abweichungen von Soll- und Isteinspeisung) Redispatch Deckung des Blindleistungsbedarfs Reservekraftwerke (nehmen nicht am Markt teil)

17 Fernwärmeerzeugung durch Kohlekraftwerke Anteil an der gesamten KWK Stromerzeugung im Jahr 2014: ca. 20,8% (19,6 TWh 1) ) davon - Braunkohle: 5,4% - Steinkohle: 15,4% 1) Berechnet gemäß FW308 KWK Anteil (Leistung) Steinkohlekraftwerke: ca. 65% Braunkohlekraftwerke: ca. 56% KWK Anteil (Blockanzahl) Steinkohlekraftwerke: ca. 83 (= 74%) Braunkohlekraftwerke: ca. 23 (= 56%) Quelle: Fahl et al. 2015, BWK 5/2015 Quelle: Forschungszentrum Jülich

18 Regelleistung Quelle: regelleistung.net Primärregelung Sekundärregelung Minutenreserve Aktivierung 30 Sekunden 5 Minuten 15 Minuten Dauer 0 < t < 15 min 30 sec > t < 60 min 15 min < t < 60 min Marktgröße (MW) 550 ± ± Minimumangebot ± 1 MW ± 5 MW ± 5 MW Anbieter ) Saldierte Kosten Mio. 353 Mio. 156 Mio. Heutige Techniken Dampf-/Gasturbinen Gas-/Kohlekraftwerke, Pumpspeicher, Speicher Gas-/Kohlekraftwerke, Pumpspeicher, abschaltbare Verbraucher 1) präqualifiziert Quelle: BNA Monitoringbericht 2014

19 Redispatch Unter Redispatch sind Eingriffe in die Erzeugungsleistung von Kraftwerken zu verstehen, um Leitungsabschnitte vor einer Überlastung zu schützen. Droht an einer bestimmten Stelle im Netz ein Engpass, so werden Kraftwerke diesseits des Engpasses angewiesen, ihre Einspeisung zu drosseln, während Anlagen jenseits des Engpasses ihre Einspeiseleistung erhöhen müssen. Auf diese Weise wird ein Lastfluss erzeugt, der dem Engpass entgegenwirkt. Die eingespeiste Wirkleistung bleibt in Summe unverändert. Übertragungsstromnetz in Deutschland Quelle: Pesch, 2012

20 Redispatch: Heute und zukünftig Entwicklung von Redispatchmaßnahmen Anzahl der Stunden Volumen (GWh) n.v. n.v Kosten für Redispatch (Saldo) Mio n.v Quelle: Bundesnetzagentur: Monitoringbericht 2015 u Prognostizierter Redispatchbedarf (Konventionell und Reserve) 2015/ /2017 Konventioneller Redispatchbedarf MW MW Zusätzlicher Netzreservebedarf Davon - Reservekraftwerke in Deutschland - Netzreservekapazität im Ausland MW MW MW MW MW MW Quelle: Bundesnetzagentur 2014: Bericht gemäß 3.1 ResKV

21 Systemrelevante Kraftwerke (Reservekraftwerke) Kraftwerke, die von den Betreibern zur Stilllegung angezeigt wurden und von der Bundesnetzagentur gemäß ResKV als systemrelevant eingestuft wurden. Kraftwerkstyp Leistung Anzahl der Blöcke Steinkohle MW 5 Erdgas MW 13 Öl MW 5 Summe MW 23 Quelle: BNA Kraftwerksstilllegungsanzeigenliste 2016, Stand: Leistungsabruf in 2015 an 39 Tagen Geschätzte Kosten in 2015: ca. 220 Mio. Quelle: BNA 2016

22 Blindleistungsversorgung Quelle: Moser, 2011 Marktvolumen (Saldierte Kosten) 2013: 33 Mio. (Quelle: BNA, Monitoringbericht 2014)

23 Last, EE-Erzeugung, Residuallast 80% heute EE Quelle: VDE, Energiespeicher für die Energiewende (2012) Last = Verbrauchernachfrage (Haushalte, GHD, Industrie, Verkehr, Export/Importe) Residuallast = Last Stromeinspeisung durch Erneuerbare (Must run) Positive Residuallast: Negative Residuallast: Last > Einspeisung bzw. Erzeugung Last < Einspeisung bzw. Erzeugung (= Überschussstrom)

24 Prognose der Residuallastcharakterisitik Quelle: VDE, 2012 Zukünftig: - Zunahme der Häufigkeit der Lastgradienten - Deutlich höhere Gradienten Anmerkung: Szenario AT40: Anteil erneuerbarer Stromerzeugung bis 2020: 40%

25 Zukünftige Anforderungen an konventionelle Kraftwerke Quelle: VDE, 2012 Quelle: Markewitz et al., 2015

26 Fazit Hohe Zubaudynamik von Erzeugungskapazität durch die Energiewende Kohlekraftwerke übernehmen (derzeit noch) viele wichtige Versorgungsaufgaben, die zukünftig von Erneuerbaren abgedeckt werden müssen Für den Betrieb des Stromnetzes ist eine Grundlast von thermischer, steuerbarer Last notwendig (Versorgungssicherheit!) Starker Anstieg von Redispatchmaßnahmen prognostiziert, da verzögerter Netzausbau. Dies bedeutet: Zusätzlicher Bedarf an steuerbarer thermischer Kapazität Kurz- und mittelfristig: Höhere Flexibilität von thermischen Kraftwerken notwendig (erfordert Investitionen, aber fehlende Marktanreize ) Klimaschutzplan 2050: Eine wichtige Funktion nehmen als Übergangstechnologien CO 2 arme Erdgaskraftwerke und die modernsten Kohlekraftwerke ein

27 27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? , 4.00 Uhr 08/12/2016