Herausforderungen bei der Ökoeffizienzanalyse von virtuellen Energieversorgungssystemen

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1 Herausforderungen bei der Ökoeffizienzanalyse von virtuellen Energieversorgungssystemen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Armin Schnettler Dipl.-Ing. Stefan Krengel Vortragstitel

2 2 Gliederung Einleitung und Motivation Grundlagen Herangehensweise Diskussion der Ergebnisse

3 3 Motivation Strombereitstellung aus regenerativen Quellen und Anlagen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) steigt Fluktuierende, nicht steuerbare Erzeugung Anschluss erfolgt meist im Verteilungsnetz Lösungsstrategie zur Beherrschung der fluktuierenden Einspeisung: Virtuelles Energieversorgungsystem (EVS)

4 4 Virtuelles Energieversorgungssystem Interaktives, zentral steuerbares Netzwerk von dezentralen Erzeugungsanlagen, Speichern und Verbrauchern Monitoring und Steuerung durch Informationstechnologien Beeinflussung von aktueller Einspeisung und Verbrauch durch Erzeugungs- und Lastmanagement Ziel: Wirtschaftlich und technisch sinnvoller sowie klimaschonender Verbundbetrieb Deutsches Stromnetz und Kraftwerkspark Virtuelles Energieversorgungsystem

5 5 Technische Ökoeffizienz Ökoeffizienz verknüpft Ökologie und Ökonomie Ökoeffizientes System: Maximaler Nutzen bei minimalen Umweltauswirkungen Bestimmung der technischen Ökoeffizienz aus berechneter Einsatzplanung Kriterien: Ökologie: CO 2 Emissionen der Strombereitstellung Ökonomie: Kosten Strombezug Technologie: Lastflussanalysen, Anlagenparameter, Autarkiegrad Kosten Ökobilanz Technische Ökoeffizienz Technische Anforderungen

6 6 Bilanzraum des Virtuellen EVS Strommix Deutschland Bilanzraum Virtuelles EVS Dezentrale Energiewandlung Stromexport Erzeugter Strom Emissionen und Kosten des exportierten Stroms Emissionen und Kosten des erzeugten Stroms Stromimport Emissionen und Kosten des importierten Stroms Spezifische CO 2 Emissionen und Kosten des im Virtuellen EVS genutzten Stroms

7 7 THG Emissionen der Kraft-Wärme-Kopplung Größere Brennstoffnutzung als getrennte Erzeugung Betrachtetes BHKW 50 kw el, η = 0, kw th, η = 0,586 THG Emissionen 729 g CO 2 eq je 1 kwh el und 2 kwh th Zum Vergleich Strommix: 583 g CO 2 eq Heizungsmix: 320 g CO 2 eq Quelle: Currenta GmbH & Co. OHG

8 8 Allokation THG Emissionen der KWK Möglich z.b. nach Preis, Exergie und Energie Preis Exergie Energie 0% 20% 40% 60% 80% 100% THG Emissionen pro kwh in g CO 2 eq Energie Exergie Preis Elektrisch Thermisch

9 9 Erweiterung des Bilanzraums Betrachtung der vollständigen Strom- und Wärmeversorgung Gesamte Emissionen unabhängig von der Allokation Unsicherheiten Heizungstechnologien im Untersuchungsgebiet Wärmebedarf der einzelnen Haushalte Versorger verkauft Strom, keine Wärme Stromkennzeichnung

10 10 Betrachtetes Versorgungsgebiet Ländliches Netz, ca. 200 private Haushalte Verbrauch: 1 GWh/Jahr 3 Ausbauszenarien mit Schwerpunkten Wasser, KWK und PV/Wind 100% 80% 28,80% 47,20% 4,40% 18,50% Photovoltaik Lastgang Residuallast nach EEG Residuallast nach KWK 60% 40% 20% 0% 52,50% 2,90% 15,80% aktuelle Versorgung 10,20% 20,60% 22,00% PEESA Szenario 1 37,30% 39,80% PEESA Szenario 2 Windenergie Wasser KWK Leistung (kw) Uhrzeit

11 11 Ergebnisse Ökoeffizienz Vergleich der Betriebsstrategien 6,5 PEESA 2 Stromkosten in ct/kwh 6,0 5,5 5,0 IST PEESA 1 Autarkie Markt Basis 4, Spezifische Emissionen in g CO 2 eq/kwh Reduktion der Stromkosten durch Betrieb und Vermarktung im Virtuellen EVS Betriebsstrategie Markt erhöht spezifische CO 2 Emissionen

12 12 Einfluss des Allokationsfaktors AF Exergie = 0,85 (grau) und AF Preis = 0,75 (blau) 6,5 6,0 Stromkosten in ct/kwh 5,5 5,0 Autarkie Markt Basis 4, Spezifische Emissionen in g CO 2 eq/kwh Allokationsfaktor beeinflusst massiv Szenarien mit hohem KWK-Anteil

13 13 Ergebnisse Ausbauplanung Stromkosten (Allokation Exergie) Stromkosten in ct/kwh 6 5, % 60 % 50 % 70 % Anteil PV Anteil KWK 4, Spezifische Emissionen in CO 2 eq /kwh 40 % 50 % 60 % 70 % KWK senkt die Kosten bei Steigerung der CO 2 Emissionen Ökoeffiziente Szenarien mit kleinen Anteilen der Photovoltaik

14 14 Systemerweiterung Wärme wird durch KWK oder Heizung (nach D-Mix) bereitgestellt Festes Heat-To-Power Ratio 1200 Gesamtemissionen in t CO2 eq Ist PEESA1 PEESA2 Wärme Strom

15 15 Zusammenfassung Ökoeffizienzanalyse von Energieversorgungsystemen mit KWK bringen oft Fragestellungen der Allokation Technische Aspekte werden berücksichtigt Zielkonflikt erschwert Wahl eines notwendigen Allokationsfaktors Strombezugskosten zwischen 4,8 und 6,5 ct / kwh und damit auf Niveau wie bei Bezug über Strombörse Reduktion der spezifischen CO 2 Emissionen um 50 bis 75 % im Vergleich zum deutschen Strommix auf 120 bis 300 g CO 2 eq / kwh

16 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. Armin Schnettler Dipl.-Ing. Stefan Krengel Institut für Hochspannungstechnik RWTH Aachen Schinkelstr Aachen krengel@ifht.rwth-aachen.de Vortragstitel