Potenziale dezentraler Energieerzeugung: Ein Ausblick

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1 Potenziale dezentraler Energieerzeugung: Ein Ausblick Dr. Hans-Joachim Ziesing Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.v. Mitglied der Expertengruppe zum Monitoring der Energiewende Beiträge dezentraler Energiesystemen zum Klimaschutz Perspektiven und Technologien Veranstalter: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) anlässlich der Berliner Energietage April 2015

2 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 2

3 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 3

4 Die quantitativen Ziele im Energiekonzept der Bundesregierung Basisjahr Kernenergie (MW) Treibhausgasemissionen % -55% -70% -80% bis -95% Bruttoendenergieverbrauch xxx 18% 30% 45% 60% Stromerzeugung* xxx 35% 50% 65% 80% Primärenergieverbrauch % xxx xxx -50% Raumwärmebedarf % xxx xxx -80% Verkehr % xxx xxx -40% Stromverbrauch % xxx xxx -25% *) Nach Koalitionsvereinbarung : % im Jahr 2025 und 55-60% im Jahr 2035 Nachrichtlich: Erhöhung des KWK-Anteils an Stromerzeugung bis 2020 auf 25 % aendenergieproduktivität: Anstieg um 2.1% pro Jahr von 2008 bis 2050 averdoppelung der Sanierungsrate im Gebäudebestand auf 2 % pro Jahr aannähernde Klimaneutralität des Gebäudebestandes bis 2050 Die letzten 3 Reaktoren werden Ende 2022 außer Betrieb genommen Anteil erneuerbarer Energien Energieverbrauch/Energieeffizienz Quelle: Energiekonzept der Bundesregierung 2010/2011 4

5 Ziele für die Stromversorgung und den Raumwärmebedarf Ziele für die Stromversorgung Ziele für den Raumwärmebedarf Quelle: Energiekonzept der Bundesregierung 2010/2011 5

6 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 6

7 Vorab: Was heißt denn eigentlich dezentral? Größe der Energieerzeugungsanlagen (groß vs. klein) Betreiber der Anlagen (Großkonzern vs. Prosument ) Regionale Verteilung der Erzeugungsanlagen Überörtliche Versorgung Dritter versus Eigenversorgung N.N. 7

8 Neue Akteure auf dem Markt: Anzahl und Leistung von erneuerbar und konventionell basierten Stromerzeugungsanlagen in Deutschland 2012/2014 Anlagen Nennleistung Anlagen Nennleistung Anzahl MW el % Wind ,6 18,3 Klär-/Deponie ,0 0,2 Biomasse ,7 3,5 Wasser ,5 2,7 PV ,1 18,5 Summe EE ,0 43,2 Konventionelle Anlagen insgesamt ,04 56,8 Summe Quellen: BDEW; Bundesnetzagentur. 8

9 Konventionelle Kraftwerksanlagen in Deutschland lt. Kraftwerksliste der BNetzA mit Stand vom Quelle: Bundesnetzagentur, Kraftwerksliste

10 %-Struktur der Anlagenzahl zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2012 nach Bundesländern Wind Klär-/Deponie Biomasse Wasser PV Summe Baden-Württemberg 1,7 20,8 8,0 22,0 18,8 18,4 Bayern 2,5 15,2 15,5 49,5 33,3 32,6 Berlin 0,0 0,0 0,2 0,0 0,4 0,3 Brandenburg 14,1 4,3 2,0 0,5 1,8 2,0 Bremen 0,3 0,1 0,0 0,0 0,1 0,1 Hamburg 0,3 0,3 0,4 0,0 0,2 0,2 Hessen 2,5 9,5 1,7 6,8 6,6 6,5 Mecklenburg-Vorpommern 6,8 2,4 2,3 0,3 0,9 1,0 Niedersachsen 24,1 11,6 10,7 3,6 9,1 9,4 Nordrhein-Westfalen 12,0 15,9 48,9 5,7 14,3 14,8 Rheinland-Pfalz 5,3 6,0 1,3 2,8 5,4 5,3 Saarland 0,4 0,0 0,2 0,3 1,4 1,4 Sachsen 3,9 4,8 1,9 4,5 2,1 2,1 Sachsen-Anhalt 11,0 3,6 1,8 0,7 1,4 1,6 Schleswig-Holstein 11,6 3,3 3,6 0,3 2,7 2,9 Thüringen 3,1 2,2 1,4 2,8 1,5 1,5 Deutschland 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Quelle: BDEW, Jahresdaten der Stromversorger 2012, Juni

11 %-Struktur der Leistung der Anlagen erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2012 nach Bundesländern Wind Klär-/Deponie Biomasse Wasser PV Summe Baden-Württemberg 1,8 12,3 11,6 20,2 13,4 8,8 Bayern 2,7 10,5 19,1 60,3 30,5 19,6 Berlin 0,0 0,0 0,4 0,0 0,2 0,1 Brandenburg 15,5 9,9 6,5 0,1 7,7 10,5 Bremen 0,5 0,6 0,1 0,2 0,1 0,3 Hamburg 0,2 1,5 0,7 0,0 0,1 0,2 Hessen 2,5 10,2 3,3 2,4 4,8 3,5 Mecklenburg-Vorpommern 6,3 4,2 5,2 0,1 2,7 4,3 Niedersachsen 23,7 10,8 19,3 1,7 9,2 15,7 Nordrhein-Westfalen 10,3 22,6 10,4 5,2 10,9 10,3 Rheinland-Pfalz 6,1 3,3 2,5 5,7 4,4 5,0 Saarland 0,5 0,0 0,3 0,4 1,0 0,7 Sachsen 3,3 3,9 4,0 2,3 4,0 3,6 Sachsen-Anhalt 12,4 4,8 6,3 0,6 4,1 7,6 Schleswig-Holstein 11,0 3,3 5,9 0,1 4,2 7,0 Thüringen 3,1 1,8 4,3 0,8 2,6 2,8 Deutschland 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 Quelle: BDEW, Jahresdaten der Stromversorger 2012, Juni

12 Regionalstruktur der EE-Stromerzeugung und des Landes- Stromverbrauchs in Deutschland im Jahr 2012 Quelle: BDEW, Jahresdaten der Stromversorger 2012, Juni

13 Zulassung von KWK-Anlagen nach dem KWKG nach Größenklassen und Inbetriebnahme von 2009 bis 2014 Anzahl MW el %-Anzahl %-MW el <= 10 kw ,0 1,5 >10 - <=20 kw ,9 1,8 >20 - <=50 kw ,3 2,8 >50 - <=250 kw ,8 5,7 >250 - <= 1MW ,4 8,3 >1 - <= 10 MW ,4 20,3 >10 - <= 50 MW ,13 17,7 >50 - <= 100 MW ,04 15,9 >100 MW ,03 25,9 Summe ,0 100,0 Anteile kumul. in % Anzahl MW el <= 10 kw 61,0 1,5 >10 - <=20 kw 78,8 3,3 >20 - <=50 kw 90,1 6,1 >50 - <=250 kw 95,9 11,8 >250 - <= 1MW 98,4 20,1 >1 - <= 10 MW 99,8 40,4 >10 - <= 50 MW 99,9 58,1 >50 - <= 100 MW 100,0 74,1 >100 MW 100,0 100,0 Quelle: BAFA, Datenstand:

14 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 14

15 Netzentwicklungsplan Strom 2014: Erzeugungskapazitäten in den genehmigten Szenarien in Deutschland bis 2024/2034 Quelle: Übertragungsnetzbetreiber, (NEP Strom 2014, Zweiter Entwurf) 15

16 Zielszenarien für den Klimaschutz: Stromerzeugung in Deutschland bis zum Jahr 2050 nach Energieträgern Quelle: Öko-Institut, Fraunhofer ISI, März

17 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 17

18 Was bedeutet die Neudefinition der Ziele für die KWK-Stromerzeugung im Jahr 2020? Annahme für 2020: Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % vs wird erreicht Stromexportsaldo wie im Durchschnitt (rd. 30 TWh) Nuklearstromerzeugung bei verbleibenden rd. 8,5 GW rd. 65 TWh Ergebnis für 2020: Stromerzeugung insgesamt: Fossil basierte Stromerzeugung: KWK-Ziel 2020 bei einem Anteil von 25 % im Fall 1:Stromerzeugung insgesamt: Fall 2: Fossil basierte Stromerzeugung: 586 TWh 316 TWh 147 TWh 79 TWh Folge der Zielrevision für die KWK: Signifikanter Rückgang der heutigen KWK-Stromerzeugung 18

19 Szenarien zur Entwicklung der KWK-Nettostromerzeugung in Deutschland bis 2050 Entwicklung der Struktur der KWK-Nettostromerzeugung Entwicklung fossilen und erneuerbaren KWK-Nettostromerzeugung Quelle: DLR, Fraunhofer IWES, IfnE, Stuttgart-Kassel-Teltow, 29. März (Leitstudie 2011) 19

20 Die Potenziale der Kraft-Wärme-Kopplung Ausgangsthese: Aus der Kosten-Nutzen-Analyse geht hervor, dass KWK gegenüber ungekoppelten Systemen in vielen Anwendungsfällen betriebs- und volkswirtschaftliche Vorteile aufweist. Folgerung: Identifikation großer Potenziale für den weiteren KWK-Ausbau. Potentiale hauptsächlich im Bereich der allgemeinen Versorgung (Fernwärme) und der Industrie. In Gebieten ohne Fernwärmeanschluss weisen auch Objekt-KWK- Anlagen zusätzliche Potenziale auf. Das Gesamtpotenzial für die KWK-Stromerzeugung beträgt je nach Betrachtung zwischen 170 TWh und 240 TWh. Quelle: IFAM; IREES; BHKW-Infozentrum, prognos, Berlin, September

21 KWK-Potenziale der Fernwärme- und Objektversorgung sowie der industriellen KWK in Deutschland Fernwärme- und Objektversorgung betriebsund volkswirtschaftlicher Rechnung Industrielle KWK Quelle: IFAM; IREES; BHKW-Infozentrum, prognos, Berlin, September

22 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 22

23 Die Perspektiven der Kraft-Wärme-Kopplung nach Prognos et al Die KWK-Potenziale können zumindest mittelfristig (bis 2030) gemeinsam mit einem weiterem starken Ausbau der EE-Stromerzeugung erschlossen werden. Positiv wirkt hier die Ungleichzeitigkeit der Einspeisemaxima von fluktuierendem Wind- und PV-Strom und dem maximalen Wärmebedarf der Fernwärmesysteme. Nach 2030 hängt die mögliche Nutzung des KWK-Potenzials von der Struktur der Stromerzeugung, der Entwicklung der Stromnachfrage sowie der Flexibilität des gesamten Stromsystems ab Quelle: IFAM; IREES; BHKW-Infozentrum, prognos, Berlin, September

24 Warum eigentlich Kraft-Wärme-Kopplung? Die Vorteile Einsparung von Primärenergie Minderung der Treibhausgasemissionen (aber: abhängig von der Brennstoffbasis) Bereitstellung notwendiger und potentiell dezentraler und flexibler Kraftwerksleistung zur besseren Integration der erneuerbaren Energien ABER. große Herausforderungen 24

25 Vier Hürden für die (fossile) Kraft-Wärme-Kopplung Die Emissionshürde Wieviel Treibhausgasemissionen darf es noch geben? Die Wärmehürde Wo bleibt die Wärmesenke? Die Stromhürde Wieviel KWK lassen die erneuerbaren Energien noch zu? Die Ökonomiehürde Wieviel Förderung wird es noch geben? 25

26 Ziele für die Treibhausgasemissionen in Deutschland bis 2050 Quellen: Energiekonzept der Bundesregierung. Nationales Emissionsinventar

27 Energiekonzeptziele und Implikationen für die KWK Notwendiger Rückgang der fossil basierten Strom-/Wärmeerzeugung Annahme: Anteil der CO 2 -Emissionen in der Elektrizitätswirtschaft (einschl. Wärme) an den Gesamtemissionen 2050 wie 2012 Ergebnis: Zulässige CO 2 -Emissionen in der E+W-Wirtschaft 2050: 86 bzw. 22 Mio. t CO 2 (z. Vgl. 2012: 329,6 Mio. t CO 2 ) Maximale Stromerzeugung 2050 auf Basis von Steinkohle: 123 bzw. 31 TWh oder Erdgas: 256 bzw. 64 TWh Aber: Ziele für Stromverbrauch 2050: - 25 % vs a 618 TWh 2008 a 464 TWh 2050 a davon 80 % EE = 371 TWh a Nicht-EE = 93 TWh (!) Folge: Angebotsseitiger Spielraum für Strom aus fossil basierten KWK-Anlagen wird zunehmend enger.

28 Vier Hürden für die (fossile) Kraft-Wärme-Kopplung Die Emissionshürde Wieviel Treibhausgasemissionen darf es noch geben? Die Wärmehürde Wo bleibt die Wärmesenke? Die Stromhürde Wieviel KWK lassen die erneuerbaren Energien noch zu? Die Ökonomiehürde Wieviel Förderung wird es noch geben? 28

29 Ziele für den Primärenergieverbrauch und den Raumwärmebedarf in Deutschland bis 2020/2050 Ziele für Primärenergieverbrauch Ziele für Raumwärmebedarf Quellen: AG Energiebilanzen; Energiekonzept der Bundesregierung. 29

30 Vier Hürden für die (fossile) Kraft-Wärme-Kopplung Die Emissionshürde Wieviel Treibhausgasemissionen darf es noch geben? Die Wärmehürde Wo bleibt die Wärmesenke? Die Stromhürde Wieviel KWK lassen die erneuerbaren Energien noch zu? Die Ökonomiehürde Wieviel Förderung wird es noch geben? 30

31 Netto-Stromerzeugung [TWh] 25% Ziel mit Blick auf die KWK-fähige Stromerzeugung Nicht- KWK-fähig => Wasserkraft; Windkraft; PV und Kernenergie 300 KWK-fähig KWK-Stromerzeugung - Quellen: StBA, BDEW, BHKW-Umfrage des Öko-Instituts, Klimaschutzszenarien (KS 90) Klimaschutz und KWK, Sabine Gores, Potsdam, 14. Mai 2014

32 Vier Hürden für die (fossile) Kraft-Wärme-Kopplung Die Emissionshürde Wieviel Treibhausgasemissionen darf es noch geben? Die Wärmehürde Wo bleibt die Wärmesenke? Die Stromhürde Wieviel KWK lassen die erneuerbaren Energien noch zu? Die Ökonomiehürde Wieviel Förderung wird es noch geben? 32

33 EEX Power Derivatives: Phelix-Base-Year- und Peak-Year-Future 2010 bis 2014 für die Lieferperiode Januar 2016 Quelle: EEX, Leipzig. 33

34 CO 2 -Zertifikatspreise auf dem EEX-Spot- und Terminmarkt Spotmarkt von 2011 bis 2014 Terminmarkt für Lieferperiode Dezember 2016 Quelle: EEX, Leipzig. 34

35 Entwicklung der Grenzübergangswerte für Erdgas und Steinkohle in Deutschland von 2008 bis 2014 Quelle: BAFA. 35

36 Natural-Gas-Year- und Kohle-Futures an der EEX für Lieferzeit Januar 2016 Natural-Gas-Year-Futures für Lieferung Januar 2016 Kohle-Futures 2013 und 2014 für Lieferung Januar 2016 Quelle: EEX Leipzig. 36

37 Agenda Ausgangspunkt: Ziele der Bundesregierung Dezentrale Energieerzeugung und Akteursvielfalt Dezentrale Energieerzeugung: Erneuerbare Energien Dezentrale Erzeugung: KWK-Anlagen Perspektiven und Herausforderungen für die langfristige KWK-Nutzung Einige Schlussfolgerungen 37

38 Schlussfolgerungen (I) Die künftige Energieversorgung wird überwiegend von dezentralen Erzeugungsanlagen geprägt sein. Die Hauptrolle werden dabei die erneuerbaren Energien spielen. KWK kann ebenfalls zur Erreichung von energie- und klimaschutzpolitischen Zielen beitragen. Das Ziel eines 25-prozentigen Anteils an der gesamten Stromerzeugung wird nicht erreicht. Bezogen auf die fossil basierte Stromerzeugung ist dies aber schon heute der Fall. Auf mittlere Sicht kann die KWK einen wichtigen Beitrag zur Kapazitätssicherung und bei den Systemdienstleistungen leisten und dabei zugleich für mehr Energieeffizienz und Emissionsminderung sorgen. Die langfristigen Perspektiven der KWK hängen entscheidend von den klimaschutzpolitischen Zielen und deren wirksamer Verfolgung ab..

39 Schlussfolgerungen (II) Bei einer Emissionsminderung um 80 bis 95 % verbunden mit einer drastischen Reduktion des Energiebedarfs bis 2050 werden der KWK zunehmend die notwendigen Wärmesenken entzogen. Mit der Dominanz der Stromerzeugung auf Basis erneuerbarer Energien vermindert sich auch das stromseitige Potential für die KWK. Zugleich muss die fossil basierte Strom- und Wärmeerzeugung drastisch zurückgefahren werden. Langfristig läuft es auf eine vollständige Dekarbonisierung hinaus. Biomasse als alternativer Brennstoff steht nur begrenzt zur Verfügung. Der weitere Ausbau zumindest der zentralen Fernwärmeversorgung sollte sich an den Langfristzielen orientieren, um kapitalintensive Investitionen Fehlinvestitionen zu vermeiden.

40 Fazit der Monitoring-Kommission zur KWK Unter langfristigen Aspekten dürften der weiteren Expansion der KWK heute erst in Ansätzen erkennbare Hindernisse entgegenstehen. Auf der einen Seite werden die Absatzmöglichkeiten für die Fern- /Nahwärme in dem Maße ungünstiger werden, in dem sich die von der Bundesregierung angestrebten Ziele der Wärmebedarfsminderung realisieren (Verlust der Wärmesenke). Auf der anderen Seite wird mit der Perspektive eines 80 %-igen Anteils der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung der Umfang der KWK-fähigen Stromerzeugung mehr und mehr eingeschränkt (Verlust der Stromsenke). Es wird zu diskutieren sein, wie unter diesen langfristigen Bedingungen der Ausbaupfad bzw. eine Übergangsstrategie für die KWK optimiert werden kann.

41 Vielen Dank für ihr Interesse Dr. Hans-Joachim Ziesing Mobil.: +49(0)

42 Anzahl der Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in Deutschland im Jahr 2012 Wind Klär-/Deponie Biomasse Wasser PV Summe Baden-Württemberg Bayern Berlin Brandenburg Bremen Hamburg Hessen Mecklenburg-Vorpommern Niedersachsen Nordrhein-Westfalen Rheinland-Pfalz Saarland Sachsen Sachsen-Anhalt Schleswig-Holstein Thüringen Deutschland Quelle: BDEW, Jahresdaten der Stromversorger 2012, Juni

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