Ausbau erneuerbarer Energien erfordert neue Lösungen im Netzbetrieb.

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1 Stephan Kohler Ausbau erneuerbarer Energien erfordert neue Lösungen im Netzbetrieb. 12. März 2014, Schwetzingen 1

2 Geplanter Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland. 2

3 Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung (I). Energiekonzept der Bundesregierung Reduktion der Treibhausgasemissionen (ggü. 1990) Senkung des Primärenergieverbrauchs (ggü. 2008) Steigerung der Energieproduktivität (ggü. 2008) Reduktion des Wärmebedarfs in Gebäuden (ggü. 2008) Verdoppelung der energetischen Sanierungsrate - 40 % - 80 % - 20 % - 50 % - 20 % Endenergie um durchschnittlich 2,1 % p.a. bezogen auf den Endenergieverbrauch - 60 % Endenergie von ca. 1 % auf 2 % zur Erreichung eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestandes bis Zielsetzung

4 Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung (II). Energiekonzept der Bundesregierung Gesetzgebung 2011 Reduktion des Stromverbrauchs (ggü. 2008) Anteil Stromerzeugung aus EE am Bruttostromverbrauch Anteil der EE am Bruttoendenergieverbrauch Elektrofahrzeuge in Deutschland Ausbau Offshore- Windenergie Ausstieg aus der Kernenergienutzung - 10 % - 25 % mind. 35 % 80 % 18 % 60 % 1 Mio. 5 Mio. 10 GW 25 GW bis 2022 Beschleunigung des Ausbaus der Stromnetzinfrastruktur 2010/11 Zielsetzung

5 Heizöl, Pumpspeicher und Sonstige 5,0 % Bruttostromerzeugung in Deutschland 2013 * nach Energieträgern (634 TWh). Steinkohle 19,6 % Erdgas 10,5 % Braunkohle 25,6 % Kernenergie 15,4 % Erneuerbare 23,9 % Wind 8,4 % Biomasse 6,7 % PV 4,7 % Wasser 3,2 % Siedlungsabfälle 0,8 % Der Kohle-Anteil an der Bruttostromerzeugung wächst weiter Veränderung ggü. 2012: Erneuerbare Energien: + 5,0 % Braunkohle: + 0,8 % Steinkohle: + 6,5 % Kernenergie: - 2,5 % Erdgas: - 12,6 % (Rückgang in reinen Stromkraftwerken ohne Wärmeerzeugung sogar um 33,6 %) *vorläufige Angaben. Quelle: BDEW/ AG Energiebilanzen, Stand 02/

6 installierte Leistung [GW] Erwartete Entwicklung der erneuerbaren Energien für die Stromversorgung in Deutschland. 200,00 180,00 160,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 Referenz 2012 (Leit-)Szenario B andere EE 0,8 1,5 2,3 Biomasse 5,7 8,7 9,2 Photovoltaik 33, ,5 Wind (offshore) 0,3 12,7 25,3 Wind (onshore) Wasserkraft 4,4 4,7 5 Szenario B Summe 75,3 GW 138,6 GW 173,3 GW Jahreshöchstlast andere EE Biomasse Photovoltaik Wind (offshore) Wind (onshore) Wasserkraft Hohe installierte Leistung von Technologien mit geringen Betriebsstunden. Quelle: Genehmigter Szenariorahmen der Bundesnetzagentur (2013) NEP Strom 2014 Szenario B. 6

7 Vergleich NEP 2014 mit EEG-Eckpunktepapier: installierte Leistung EE in Energieträger [in GW] Wind Onshore Aktueller Stand * NEP 2014: Szenario A 2024* NEP 2014: Szenario B 2024* Eckpunktepapier zur EEG- Reform 2024** 33,7 49,0 55,0 61,2 + 6,2 Differenz EEG- Eckpunktepapier zu NEP 2014 Szenario B für 2024 Wind Offshore 0,9 11,5 12,7 9,9-2,8 Photovoltaik 35,7 54,8 56,0 56,0 0,0 Biomasse 5,7 8,3 8,7 6,8-1,9 Summe 76,0 123,6 132,4 133,9 + 1,5 *Wind Onshore/Offshore: DEWI, Photovoltaik: BSW Solar, Biomasse: eigene Recherche. **Genehmigungsdokument zum Szenariorahmen des NEP 2014, BNetzA 2013: blob=publicationfile *** Eckpunktepapier zur EEG-Reform, BMWi, 29. Januar 2014: Werte für 2024: Offshore-Wind: 6,5 GW in 2020, 2030: 15 GW Wert 2024 mit Annahme linearer Ausbau zwischen 2020 und Für Wind Onshore, Photovoltaik und Biomasse : jährlicher Zubau nach Ausbaukorridor gemäß EEG-Eckpunktepapier, unter Berücksichtigung des PV-Deckels ; Ausgangspunkt für Extrapolation: aktueller Stand

8 Bundesländer: EE-Ausbauziele bis 2024 (ohne Wind offshore). W Wind Alle Angaben in GW Photovoltaik isonstige EE Summe EE onshore n Baden-Württemberg 10,0 4,7 1,9 16,6 Bayern 14,3 5 3,8 23,1 Berlin 0,2 0,1 0,2 0,5 Brandenburg 3 8,4 0,5 11,9 Bremen 0,0 0,2 0,1 0,3 Hamburg 0,1 0,1 0,1 0,3 Hessen 3,7 3,7 0,4 7,8 Mecklenburg-Vorpommern 2 8,6 0,4 11 Niedersachsen 7,1 14,5 1,8 23,4 Nordrhein-Westfalen 5,5 11 1,4 17,9 Rheinland-Pfalz 3,9 6,3 0,5 10,7 Saarland 0,7 0,8 0,2 1,7 Sachsen 2,3 1,2 0,4 3,9 Sachsen-Anhalt 1,4 5,5 0,5 7,4 Schleswig-Holstein 2,0 13 0,6 15,6 Thüringen 2,4 4,3 0,5 7,2 Deutschland gesamt 58,6 87,4 13,3 159,3 Windenergieausbau vor allem im Norden und Osten Deutschlands. Signifikante Abweichung der Ausbauziele im Bereich der Onshore- Windenergie: (Leit-) Szenario B - installierte Leistung bis 2024: 55,0 GW. Ausbauziele Bundesländer bis 2024: 87,4 GW Quelle: eigene Darstellung nach BNetzA Szenariorahmen für den NEP Strom 2014, Szenario C. 8

9 Kraftwerke in Deutschland ab 100 MW und Windleistung. Konzentration fossiler und nuklearer Erzeugungskapazitäten nahe der Lastzentren im Westen und Süden Deutschlands. Bestehende Übertragungsnetze stoßen auf Nord-Süd- und Ost- West-Trassen an ihre Kapazitätsgrenze, wenn erneuerbare Energien effizient integriert werden sollen. Quelle: Umweltbundesamt (UBA) 2012, Stand

10 Ausbaustand Stromtrassen nach EnLAG (23 Vorhaben). Realisierungsstand 12/ 2013: 322 km von km (gut 15 %). ÜNB erwarten dennoch die Fertigstellung der ersten Hälfte der Leitungsvorhaben bis 2016 (963 km von 1855 km). Der ursprüngliche Planungshorizont für den Großteil der EnLAG-Vorhaben war Noch keines der Vorhaben mit Pilotstrecken für Erdkabel ist in Betrieb. Bauarbeiten auf der Pilotstrecke in Raesfeld werden für Anfang 2014 erwartet. Quellen: Bundesnetzagentur, ÜNB, GeoBasis DE/ BKG 2013, Stand 12/

11 Quelle: BNetzA/ bestätigte Streckenmaßnahmen NEP 2013, Stand 01/2014. Netzentwicklungsplan und Offshore-Netzentwicklungsplan Strom 2013 (NEP & O-NEP). Die im Januar 2014 genehmigten NEP & O- NEP 2013 enthalten Maßnahmen im Höchstspannungsnetz, die bis 2023 für eine sichere und zuverlässige Energieversorgung notwendig sind. NEP 2013: Verstärkung und Optimierung in bestehenden Trassen: km Netzausbau in neuen Trassen: km O-NEP 2013 für das Offshore-Netz in Nordund Ostsee inkl. Startnetz: Netzausbaubedarf: km Nordsee: km Ostsee: 410 km 11

12 Auswirkungen auf die Verteilnetze und zentrale Ergebnisse der dena-verteilnetzstudie. 12

13 Prozentuale Aufteilung der elektrischen Anschlussleistung von erneuerbaren Energien auf die Netzebenen. Prozentualer Anteil der Anschlussleistung von Windenergie. Prozentualer Anteil der Anschlussleistung von Photovoltaik. 4,5% 100 % 95,5% Übertragunsnetz Verteilnetz Übertragunsnetz Verteilnetz Erneuerbare Energien sind zu ca. 97 Prozent auf den Verteilnetzebenen angeschlossen. Quelle: BNetzA Monitoringbericht

14 Zielsetzung der Studie zum Ausbau und Innovationsbedarf der Stromverteilnetzen in Deutschland bis Analyse der aktuellen Netzsituation unter Berücksichtigung realer Netzdaten. Ermittlung des Netzaus- und Netzumbaubedarfs in den deutschen Stromverteilnetzen bis Abschätzung des Investitionsbedarfs zur Gewährleistung des aktuell in Deutschland anzutreffenden Niveaus an Versorgungssicherheit. Analyse alternativer Konzepte zur Reduktion des zu erwartenden Netzaus- und Netzumbaubedarfs (Einsatz innovative Betriebsmittel, dezentraler Speicher etc.). Analyse und Beurteilung des aktuell gültigen regulatorischen Rahmens. Diskussion der zukünftigen Rolle der Stromverteilnetze im Rahmen der Bereitstellung von Systemdienstleistungen bei einer zunehmend fluktuierenden Erzeugung. 14

15 Projektpartner der dena-verteilnetzstudie. 1. Vattenfall Europe Distribution Berlin GmbH 2. WEMAG Netz GmbH 1 3. E.ON Edis AG EWE NETZ GmbH 5. Städtische Werke Magdeburg GmbH & Co. KG 6. Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbh 5 7. Netzgesellschaft mbh Chemnitz 8. Rheinische NETZgesellschaft mbh 6 9. Rhein- Ruhr Verteilnetz GmbH NRM Netzdienste Rhein-Main GmbH 11. ESWE Netz GmbH 12. E.ON Netz GmbH 13. N- ERGIE Netz GmbH EnBW Regional AG E.ON Bayern AG 16. LEW Verteilnetz GmbH Thüga AG (ohne eigenes Netzgebiet) 15

16 Ausbaubedarf der deutschen Stromverteilnetze bis 2030*. * Netzausbaubedarf in Stromkreiskilometern je Spannungsebene und Stützjahr (kumuliert). Quelle: dena-verteilnetzstudie 12/ Ausbaubedarf auf den verschiedenen Spannungsebenen bis 2030: Niederspannung: km Mittelspannung: km Hochspannung: km 16

17 Variantenrechnung zum Investitionsbedarf. Quelle: dena-verteilnetzstudie 12/

18 Zentrale Ergebnisse der Variantenrechnungen. Durch den Einsatz innovativer Technologien ist eine Reduktion des Aus- und Umbaubedarfs generell zu erzielen. Ebenso können durch die Änderung von technischen Richtlinien (z.b. zulässige Spannungsabweichung) Einsparungen erzielt werden. Eine netzgesteuerte Abregelung von EE-Erzeugungsspitzen reduziert den Aus- und Umbaubedarf auf Verteilnetzebene. Der rein marktgetriebene Einsatz von Speichern und/ oder DSM führt zu zusätzlichem Netzausbau. Eine nationale Lastreduktion führt ebenso zu zusätzlichem Netzausbau, da sich die Problematik der Rückspeisung, d.h. der lokal nicht verbrauchten Strommengen aus dezentraler Erzeugung verstärkt. 18

19 Handlungsempfehlungen aus den Ergebnissen der dena-verteilnetzstudie. Die Rolle der Stromverteilnetze muss im Rahmen der Energiewende gestärkt werden: Der bestehende Ausbaubedarf muss von politischer Seite wahrgenommen und anerkannt werden. Die Weiterentwicklung der Stromverteilnetze (Technologien, Zusammenwirken ÜNB/VNB, Markt- und Geschäftsprozesse u.ä.) muss vorangetrieben werden. Schaffung der erforderlichen Rahmenbedingungen: Für die Gewährleistung der Realisierung des erforderlichen Investitionsbedarfs müssen ausreichende wirtschaftliche Anreize gegeben sein. Instrumente wie der Erweiterungsfaktor müssen zusätzliche Finanzierungsmittel auch entsprechend der anfallenden Kosten auf die Verteilnetzgebiete verteilen. Zur Realisierung des ermittelten Netzausbaubedarfs ist es erforderlich, dass die von der Regulierung vorgesehene Rendite auch erwirtschaftet werden kann. 19

20 dena-studie Systemdienstleistungen

21 Fokus Versorgungssicherheit Handlungsfelder der Energiewende. Die Energiewende bewirkt einen tiefgreifenden Wandel der Stromversorgungsstruktur in Deutschland. Wesentliche Handlungsfelder der Energiewende sind: Um- und Ausbau der Stromnetze: Ausbaubedarf auf allen Spannungsebenen sowie bei den Grenzkuppelstellen Anpassung des Strommarktdesigns: Gewährleistung ausreichend gesicherter Leistung und Marktintegration EE Gewährleistung eines stabilen Netzbetriebs: Systemdienstleistungen müssen auch zukünftig einen sicheren und stabilen Systembetrieb ermöglichen. dena-studie Systemdienstleistungen

22 Neue Anforderungen an die Erbringung von Systemdienstleistungen. In der Tendenz steigende Entfernungen für den Stromtransport Sinkende Einsatzzeiten konventioneller Kraftwerke Stark wechselnde Lastflusssituationen Handlungsbedarf bezüglich Art und Umfang zukünftiger Systemdienstleistungen. 22

23 Eckpunkte der dena-studie Systemdienstleistungen Entwicklung Anforderungen und Umfang von Systemdienstleistungen bis Möglicher Beitrag innovativer, technischer Lösungen. Notwendigkeit einer konventionellen Mindesterzeugung für Systemdienstleistungen. 23

24 Projektpartner. Leitung: Partner: Gäste: Forschungspartner: 24

25 Szenarioannahmen. Erzeugungsleistung und Netzausbau national gemäß Leitszenario NEP Strom Netzausbau international gemäß Ten-Year Network Development Plan (ENTSO-E, 2012). Zubau EE-Kapazitäten an bisherigen und sonstigen geeigneten Standorten. Kraftwerkseinsatz auf Basis eines marktbasierten Modells. Erzeugungsmix im verwendeten Leitszenario NEP Strom Σ 76 GW Σ 183 GW 25

26 Zusammenfassung der Ergebnisse und Handlungsempfehlungen. 26

27 Bedarfsentwicklung der SDL-Erbringung. SDL Bedarfsentwicklung Momentanreserve Regelleistung Blindleistungsbedarf Versorgungswiederaufbau Betriebsführung Erläuterung Bedarf bleibt konstant Reduktion der Erbringung aus konventionellen Kraftwerken Alternative Erbringung erforderlich Steigender Effekt von Prognosefehlern und Windflanken erhöhen den Bedarf Optimierungspotenzial bei Bedarfsbestimmung Übertragungsnetz: Steigender Bedarf durch zunehmende Transportentfernung und Leistungstransite Verteilnetz: Steigender Bedarf durch fluktuierende Einspeisung und Zunahme Verkabelung Nach NEP-Szenarien ausreichend schwarzstartfähige Großkraftwerke vorhanden Voraussetzung: Wirtschaftlicher Betrieb möglich Steigender Koordinations- und Datenverarbeitungsbedarf macht neue Tools und Prozesse erforderlich Qualifizierungsmaßnahmen für Fachpersonal 27

28 Alternative Erbringer für Systemdienstleistungen. Für alle Arten der Systemdienstleistungen existieren bereits heute technische Lösungsmöglichkeiten in ausreichendem Umfang, z.b. Nutzung der Trägheit von Windenergieanlagen (Nachbildung der Momentanreserve). Bereitstellung von Primärregelleistung aus Großbatterien (schon heute wirtschaftlicher Betrieb möglich). Nutzung der Umrichterstationen der geplanten HGÜ-Trassen und von Potenzialen im Verteilnetz für die Blindleistungsbereitstellung. Die Analyse zeigt, dass die Nutzung dieser Alternativen im Vergleich zum Betrieb einer konventionellen must-run Kapazität nur für diesen Zweck wirtschaftlich ist. 28

29 Handlungsempfehlungen für eine sichere und stabile Stromversorgung Der Markt- und Netzzugang von dezentralen Energieanlagen I muss für die Erbringung von Systemdienstleistungen angepasst werden. Die Wirtschaftlichkeit für die III Beteiligten muss gewährleistet sein. Eine verstärkte II Koordination und Informationsaustausch zwischen den Beteiligten ist notwendig. Die Voraussetzungen IV müssen rechtzeitig geschaffen werden. 29

30 Anpassung des Markt- und Netzzugangs von dezentralen Energieanlagen für SDL. Weiterentwicklung von Netzanschlussbedingungen bzw. der Fähigkeiten der Energie-Anlagen damit Blindleistung flexibler erbracht werden können. I Prüfung von Präqualifikationsanforderungen, Produkteigenschaften etc. zur einfacheren Einbindung neuer Anbieter am Regelenergiemarkt. 30

31 Verstärkte Koordination und Informationsaustausch zwischen den Beteiligten. Methoden und Tools zur Verarbeitung einer Vielzahl von Prognose- und Messdaten v.a. auf unteren Netzebenen notwendig. II Weiterentwicklung des Kaskadenprinzips zwischen Übertragungs- und Verteilnetzbetreibern. Jeder Netzbetreiber bleibt verantwortlich für Sicherheit, Zuverlässigkeit in seinem jeweiligen Netzgebiet. 31

32 Gewährleistung der Wirtschaftlichkeit der SDL-Erbringung. Entstehende Kosten müssen für Netz- und Anlagenbetreiber wirtschaftlich tragbar sein. Sicherstellung grundsätzlicher technischer Anforderungen durch Weiterentwicklung von Netzanschlussbedingungen. Vergütung darüber hinaus gehender Aufwände für SDL durch ein geeignetes Erlössystem. Anerkennung von Investitionen und laufender Betriebsaufwände der Netzbetreiber durch die Netzregulierung III 32

33 Rechtzeitiges Handeln zum Schaffen der notwendigen Voraussetzungen. Berücksichtigung ausreichender Übergangszeiträume für die Konzeption und Pilotierung von neuen Systemen und Prozessen. IV Frühzeitiges Schaffen der Voraussetzungen für technisch-wirtschaftlich optimierte Erbringung von Systemdienstleistungen, Beibehalten des heutigen Qualitätsniveaus von Systemdienstleistungen, Vermeidung teurer Nachrüstmaßnahmen. 33

34 Roadmap Systemdienstleistungen Erstellung einer Roadmap Systemdienstleistungen 2030 durch die dena in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern der Studie. Inhalte der geplanten Roadmap: Zusammenführung der Anforderungen an Komponenten, Systeme und Prozesse. Definition eines Entwicklungspfades zur Umsetzung der Studien-Empfehlungen mit Meilensteinen entlang einer Zeitachse. Konkretisierung notwendiger Einzelmaßnahmen zur Umsetzung der Handlungsempfehlungen. Vorstellung der Roadmap voraussichtlich im Juli dena-studie Systemdienstleistungen Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Stromversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien. 34

35 Effizienz entscheidet. Vielen Dank. b2b.dena.de 35