Die Energiewende ein Crashkurs

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1 Ringvorlesung Kraftakt Energiewende 15. Oktober 2013 Universität Leipzig Die Energiewende ein Crashkurs Prof. Dr. Thomas Bruckner Kompetenzzentrum öffentliche Wirtschaft, Infrastruktur und Daseinsvorsorge e.v. Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement - IIRM Universität Leipzig Prof. Dr. Thomas Bruckner 1

2 Eckpunkte des Energiekonzepts KWK Öl, Gas Aus fossilen Brennstoffen bereitgestellte kwh Aus fossilen Brennstoffen bereitgestellte Endenergie Quelle: Weiss, BMU, 2011 Prof. Dr. Thomas Bruckner 2

3 Technische Herausforderungen (Netzausbau, Speicher, Lastmanagement, ) Quelle: Vattenfall Europe Prof. Dr. Thomas Bruckner 3

4 Räumliche Variabilität der erneuerbaren Energien Kosten für den Ausbau des Übertragungsnetzes bis 2030 (ohne Verteilnetz und Offshore): 25 Mrd. Kosten für den Ausbau des Verteilnetzes bis 2030: Mrd. Quelle: Ahmels, 2010; NEP 2012, Stand: August 2012; dena Verteilnetzstudie, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 4

5 Zeitliche Variabilität der Residuallast Referenz 40 % - Szenario 80 % - Szenario Quelle: VDE, Energiespeicher für die Energiewende, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 5

6 Ausgleich der Variabilität: Denkbare Optionen Ausgleich durch flexible fossil befeuerte Kraftwerke (zentrale Gasturbinen, dezentrale Back-up Technologien, ) Erzeugungsmanagement der EE (Abregelung) Speichereinsatz (Pumpspeicher, Batteriespeicher, Power to Heat, Druckluftspeicher, Power to Gas) Demand-Response - Maßnahmen (Lastmanagement) Ausbau der Verteilnetze Ausbau der Übertragungsnetze Europäisches Supergrid Prof. Dr. Thomas Bruckner 6

7 Ausgleich durch konventionelle Kraftwerke Quelle: Ch. Weßelmann, T. Linnemann: Kernenergie BWK Das Energie Fachmagazin, Prof. Dr. Thomas Bruckner 7

8 Ausgleich der Fluktuationen Ausgleich durch (flexible) konventionelle Kraftwerke Quelle: Alstom Gedankenexperiment: Spitzenlast der BRD in Höhe von 80 GW wird durch Gasturbinen vollständig abgedeckt (nur Investition) Gasturbinen -Umlage < 1 Cent/kWh Prof. Dr. Thomas Bruckner 9

9 VDE Studie - Energiespeicher für die Energiewende Quelle: RWTH Aachen, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 10

10 Speicherbedarf (ohne Netzrestriktionen, nur BRD) Referenz 40% EE 80% EE Variante A: Flexibilität durch thermische Kraftwerke und EE-Abregelung, bestehende Pumpspeicher Variante B: Vollzubau von Kurzzeitspeichern Variante C: Vollzubau von Langzeitspeichern Notwendige Abregelung (Erzeugungsmanagement) der EE ohne Speicher: 21 TWh p.a. (5 %) Abregelung in Variante B (nur Kurzzeitspeicher): 11 TWh Mit Langzeitspeichern: keine Abregelung notwendig Quelle: Energiespeicher für die Energiewende, VDE, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 12

11 Speicherbedarf im Verteilnetz 5 Mrd. Einsparung (bei 96 GWh dezentralen Speichern, ohne Berücksichtigung der Speicherkosten) Quelle: dena Verteilnetzstudie, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 13

12 Erzeugungsmanagement (Abregelung) Quelle: BET, Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender Einspeisungen aus erneuerbaren Energien, Prof. Dr. Thomas Bruckner 14

13 Power-to-Gas: erneuerbares Methan Quelle: Fraunhofer IWES Prof. Dr. Thomas Bruckner 15

14 Vergleich der Optionen (Bedarf und Kosteneffizienz) Quelle: BET, Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender Einspeisungen aus erneuerbaren Energien, Prof. Dr. Thomas Bruckner 16

15 Installierte Leistung [GW] Situation in den neuen Bundesländern Erneuerbare Energien in der 50Hertz Regelzone Lastdauerlinien 50Hertz EE-Anteil an der Nachfrage % 48% 11,3 0,3 1,3 1,2 0, Max. Nettolast 72% 0, Wind PV Biomasse Andere Quelle: 50Hertz Quelle: Eigene Berechnungen Prof. Dr. Thomas Bruckner 17

16 Min (Res.Last; Wärmebed.) [GWel] Technisches Potenzial von P2H-Anlagen auf der Nachfrageseite 2014 Negative Residuallasten können den Wärmebedarf übersteigen und umgekehrt. Technisches Potenzial in jeder Stunde des Jahres: Minimum aus Stromüberschuss und Fernwärmebedarf ,5 TWh 5,9 TWh Stunden bei neg. Residuallast Quelle: eigene Berechnungen, IIRM, Universität Leipzig, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 18

17 Entwicklung der Spotmarktpreis-Spreads Mittlere tägliche Preisspreads BMU Leitstudie 2011 Quelle: eigene Berechnungen, IIRM, Universität Leipzig, 2012 Quelle: Kristina Brod, Masterarbeit, IIRM, Universität Leipzig, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 19

18 Zusätzliche negative Regelleistung in GW Zusätzliche positive Regelleistung in GW Zusatzerlöse im Regelleistungsmarkt Zunahme der Windkapazitäten in GW Zunahme der Windkapazitäten in GW Quelle: Inka Ziegenhagen, Masterarbeit, Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement, Universität Leipzig, Prof. Dr. Thomas Bruckner 20

19 Aktuelle und zukünftige Energielandschaft Quelle: BCG (2013), Trendstudie 2030+, S. 26. Prof. Dr. Thomas Bruckner 21

20 Smart Meter - Smart Home Prof. Dr. Thomas Bruckner 22

21 Virtuelle Kraftwerke Quelle:Hanno Balzer, Vattenfall Europe Prof. Dr. Thomas Bruckner 23

22 Spannungsmanagement und Smart Grids Quelle: Dr. Andreas Abart, Energie AG Oberösterreich: Prof. Dr. Thomas Bruckner 24

23 Smart Grids Quelle: European Smart Grids Technology Platform: Vision and Strategy for Europe s Electricity Networks of the Future, EC, 2006 Prof. Dr. Thomas Bruckner 25

24 Wirtschaftswissenschaftliche Herausforderungen Quelle: etonomy energy storage systems UG Prof. Dr. Thomas Bruckner 26

25 Historischer Ausbau der erneuerbaren Energien Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 27

26 EEG im Gegenwind ,6 Mrd 6,240 Cent Quelle: BDEW Prof. Dr. Thomas Bruckner 28

27 Strompreissenkende Wirkung des Ausbaus der EE Prof. Dr. Thomas Bruckner 29

28 Finanzierungsprobleme existierender Kraftwerke Gas- und Dampfkraftwerke (GuD) Kohlekraftwerke Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 30

29 Zukünftiger Ausbau der erneuerbaren Energien Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 31

30 Sinkende Auslastung konventioneller Kraftwerke Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 32

31 Merit-Order Effekt der erneuerbaren Energien Grenzkosten Spotmarktpreis (MCP) Preis 1 RE Lignite Coal Gas-CCGT GT Leistung (GW) Preis 1 Preis 2 RE SK GuD Coal Gas GT CCGT GT Lignite Prof. Dr. Thomas Bruckner 33

32 Smart Market mögliches Design Quelle: Agora Energiewende (2012), 12 Thesen zur Energiewende, S Prof. Dr. Thomas Bruckner 34

33 Das Marktdesign der Zukunft Übersicht der zentralen Koordinierungs- und Anreizmechanismen (EOM = Energy Only Market) Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 35

34 Das Marktdesign der Zukunft Quelle: Enervis, BET, VKU: Ein zukunftsfähiges Energiemarktdesign für Deutschland, 2013 Prof. Dr. Thomas Bruckner 36

35 Zwischen den Welten wird die Luft dünn Energiesysteme im Marktlebenszyklus Quelle: Manfred Ackermann und Stefan Grützmacher, Der Strategische Spagat Stadtwerke in der neuen Energiewelt, 2012 Prof. Dr. Thomas Bruckner 37

36 Zusammenfassung Es steht eine Vielzahl von Optionen (Flexibilitätsoptionen) zur Verfügung, die es erlauben, zukünftig verstärkt auftretende Fluktuationen der Residuallast auszugleichen. Nicht alles, was technologisch möglich ist, ist auch volkswirtschaftlich sinnvoll volkswirtschaftliche Optimierung. Zu den kostengünstigen Lösungen gehören im Regelfall der Ausbau der Netze, die EE-Abregelung (Erzeugungsmanagement), Pumpspeicher und Power-to-Heat. Die Energiewende erfordert ein grundlegend neues Design der Energiemärkte zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit und der langfristig erfolgreichen Marktintegration der erneuerbaren Energien. Prof. Dr. Thomas Bruckner 38

37 Prof. Dr. Thomas Bruckner Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Universität Leipzig Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement - IIRM Universität Leipzig Prof. Dr. Thomas Bruckner 39

38 Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement (IIRM) Prof. Dr. Thomas Bruckner Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Vattenfall Europe Professur für Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institut für Infrastruktur und Ressourcenmanagement - IIRM Universität Leipzig Prof. Dr. Thomas Bruckner 40

39 Institutsstruktur Vattenfall Europe Professur Energiemanagement und Nachhaltigkeit Institutionenökonomische Umweltforschung Forschungsstelle Kommunale Energiewirtschaft - eine Stiftung der Verbundnetz Gas AG (VNG) und der Stadtwerke Leipzig Umwelttechnik i.d. Wasserwirtschaft, Umweltmanagement Siedlungswasserwirtschaft Bioenergiesysteme Integriertes Flächenrecycling Prof. Dr. Thomas Bruckner 41

40 Forschungsfelder der Vattenfall Europe Professur Techno-ökonomische Optimierung dezentraler Energiesysteme: Modellierung von stationären und mobilen Batteriespeichern (Bosch GmbH, Schaufenster Elektromobilität, BMVBS) sowie virtuellen Kraftwerken (EU) Akteurs-orientierte Modellierung kommunaler Energiesysteme: Energieeffiziente Stadt Delitzsch (BMBF-Wettbewerb Energieeffiziente Stadt, Fördervolumen 2,4 Mio ) Prof. Dr. Thomas Bruckner 42

41 Forschungsfelder der Vattenfall Europe Professur Analyse liberalisierter Energiemärkte unter Klimaschutzrestriktionen: Auswirkung einer verstärkten Förderung erneuerbarer Energien auf die Investitionsdynamik im konventionellen Kraftwerkspark (BMU) Mitarbeit im Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): Leitautor des IPCC SRREN und koordinierender Leitautor für das Kapitel Energy Systems des IPCC AR5 Prof. Dr. Thomas Bruckner 43

42 Masterstudiengänge University of Leipzig Prof. Dr. Robert Holländer Institute for Infrastructure and Resources Management Prof. Dr. Thomas Bruckner 44

43 Masterstudiengänge Die Universität Leipzig und das Staatliche Institut für Internationale Beziehungen in Moskau (MGIMO Universität) bieten gemeinsam den deutsch-russischen Masterstudiengang "International Energy Economics and Business Administration" an. Das viersemestrige Masterstudium ist international ausgerichtet und hat das Ziel, Studierende auf dem Gebiet der Energiewirtschaft im europäischen Kontext theoretisch wie praktisch auszubilden. Kontakt: Deutsch-Russisches Institut für Energiepolitik und Energiewirtschaft e.v. Prof. Dr. Thomas Bruckner Prof. Dr. Thomas Bruckner 45

44 Energy Economics and Business Administration Prof. Dr. Thomas Bruckner 46