Energiewende Chance und Risiko für Stadtwerke

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1 Energiewende Chance und Risiko für Stadtwerke GVS-Marketingtagung 213 Neckarsulm Audi-Forum Juni 213 Dr. Joachim Nitsch

2 Chronologie der Leitstudien für das BMU 2: Klimaschutz durch Nutzung erneuerbarer Energien. DLR, WI, IWR für UBA ( FB ) 22: Langfristszenarien für eine nachhaltige Energienutzung in Deutschland. DLR, WI für UBA 24: Ökologisch optimierter Ausbau der Nutzung Erneuerbarer Energien. DLR, ifeu, WI für BMU 26: Aktualisierung der EE- Ausbaustrategie. ( Leitszenario 26 ). DLR für BMU 27: dto. Leitstudie 27. DLR für BMU 28: Weiterentwicklung der EE-Ausbaustrategie. ( Leitstudie 28 ). DLR für BMU 29 bis 212: Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland... DLR, IWES, IfnE für BMU; Leitstudie 29 und 21 Abschlussbericht (Leitstudie 211) im März 212 Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global Schlussbericht BMU - FKZ 3MAP146 Arbeitsgemeinschaft Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Stuttgart Institut für Technische Thermodynamik, Abt. Systemanalyse und Technikbewertung Derzeit Aktualisierung: Szenario 213 Fraunhofer Institut für W indenergie und Energiesystemtechnik (IW ES), Kassel Ingenieurbüro für neue Energien (IFNE), Teltow Bearbeiter: Joachim Nitsch, Thomas Pregger, Tobias Naegler, Dominik Heide, Diego Luca de Tena, Franz Trieb, Yvonne Scholz, Kristina Nienhaus (DLR) Norman Gerhardt, Michael Sterner, Tobias Trost, Amany von Oehsen, Rainer Schwinn, Carsten Pape, Henning Hahn, Manuel W ickert, (IW ES) Bernd W enzel (IFNE) 29. März 212

3 Zielpfad der energiebedingter CO 2 -Emissionen gemäß Energiekonzept der Bundesregierung - entsprechend der angestrebten Treibhausgasminderung - 1 THG-, CO2-Emissionen, [Mio t CO2äq/a] CO2 - Ist temp.bereinigt Zielpfad Basis Zielpfad Maximal 212: -22% 22: -44% 25: - 85% SZEN211\CO2-ZIEL; (26: - 1%)

4 Effizienzstrategie : Deutliche Reduktion des Energieverbrauchs in allen Sektoren - Szenario 211 A Übrige Verluste Umwandl. verluste Strom NE-Verbrauch Energieverbrauch, PJ/a Verkehr Industrie GHD Private Haushalte SZEN11/ENDSTRUK; Zielsetzung Energiekonzept Sektorale Reduktionsziele bis 25: Reduktion Endenergie : -,4%/a Die Umsetzung der Effizienzstrategie stockt derzeit in allen Bereichen (Gebäude, Strom, Verkehr) Industrie : - 33% GHD: - 5% Haushalte: - 5% Verkehr: - 4% Endenergie: - 42% - 1, %/a Strom: - 25% Wärme: - 55% Primärenergie: - 5% - 1,2 %/a

5 EE-Ausbaustrategie: Erheblicher Zubau aller EE-Technologien erforderlich - EE- Erzeugung an Strom, Wärme und Kraftstoffen - EE-Energiebereitstellung, PJ/a % EE-Stromerzeugung EE-Wärmeerzeugung Biokraftstoffe 13% Zielsetzung im Energiekonzept 6% Zusatzbedarf für EE-Vollversorgung in allen Sektoren (CO 2 = - 1%) CO 2 = - 85% Beiträge von EE-Wärme (Kollektoren, Geothermie und Biowärme) und von Biokraftstoffen sind begrenzt EE-Strom, insbesondere aus Wind und Sonne, wird zur zukünftigen Hauptprimärenergiequelle

6 Primärenergieverbrauch 25 in den Leitstudien Szenarien - Erfüllung der Unterziele des Energiekonzepts unter Berücksichtigung von Freiheitsgraden - - Alle Szenarien , ,4 (212: 11,7) EE Anteil (%) Wasserkraft, Geothermie Solarstrahlung Primärenergie, PJ/a % - Szenarien 52,8 54,5 53,6 53, %- Szenario 66,8 83, 725 Windenergie Biomasse, biogener Abfall Erdgas Mineralöl Steinkohle, Sonstige Braunkohle Kernenergie 4 SZEN11/PRIM-SZE; A 25 A' 25 B 25 C 25 THG95 26 THG95 Wirkungsgradmethode: Wind- und Solarstrom = 1% Primärenergie Wirkungsgradmethode Primärenergie einschließlich nichtenergetischem Verbrauch

7 Erdgas wird zum wichtigsten fossilen Energieträger... und längerfristig durch EE-Gas abgelöst Erdgaseinsatz, PJ/a Verluste NE-Verwendung Kraftstoffe Prozesswärme Raumheizung, WW Kraft-Wärme-Koppl. Kond. Kraftwerke EE-Wasserstoff (oder EE-Methan) Wasserstoff aus EE-Überschüssen wird als Kraftstoff, sowie zur Spitzenstromerzeugung und in KWK-Anlagen eingesetzt Erdgas (längerfristig EE-Gas) ergänzt die EE-Strom- und EE-Wärmeversorgung

8 Die Stromlastdeckung wird zukünftig wesentlich aufwändiger und unübersichtlicher MW GW Lastverlauf in h -1 Last Photovoltaik Residuallast 22: Maximallast sinkt nur wenig, häufig geringe Last, aber wenig Überschüsse, wesentlich häufigere und raschere Lastwechsel Residuallast 25: Maximallast etwas geringer, große und häufige Negativlasten bzw. Überschüsse, sehr häufigere und teilweise extrem rasche Lastwechsel Keine Netzrestriktionen innerhalb Deutschlands Quelle: DLR 211, Simulationen mit REMix MW GW MW GW h Residuallast (abzügl. Wind, PV) 22; EE-Jahresanteil 4% Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) h Residuallast (abzügl. Wind, PV) 25; Restlast (PV, Wind, Wasser, Geo) EE-Jahresanteil 85%

9 Effiziente und flexible KWK-Stromerzeugung ist für zukünftige Stromversorgung wesentlich - KWK-Stromerzeugung nach Einsatzart (links) und Brennstoffen (rechts) - Anteile EE (ohne Bio-KWK), %: Anteile KOND (FOS, NUK),%: Flexible KWK übernimmt in Zukunft verstärkt Ausgleichsund Regelungsaufgaben. Dies erfordert einen stromgeführten Betrieb mit kürzeren Laufzeiten und Wärmespeichern KWK-Stromerzeugung, [TWh/a] Kraft-Wärme-Kopplung muss dazu überwiegend im dezentralen Bereich wachsen: Nahwärmenetze, Kleinquartiere, Einzelobjekte, industrielle BHKW *) Anteil an Bruttostromerzeugung 13,9%*) 14,7% 18,3% 24,8% - Szenario 211 A - 26,% 25,6% 23,5% 21.5% Geothermie Biomasse; biogene Abfälle Erdgas, Öl (Wasserstoff) Kohle, Müll Industrie (HKW, BHKW) Nahwärme und Einzelobjekte Fernwärme Szen11/KWKSTRUK;

10 Der konventionelle Kraftwerkspark muss an die Erfordernisse von FEE angepasst werden Leistung von Kohle- und Gaskraftwerken im Zeitraum 212 bis 25 (GW) Installierte Leistung Kohle Kondensationskraftwerke Heizkraftwerke Installierte Leistung Gas*) Kondensationskraftwerke Heizkraftwerke; BHKW Installierte Leistung gesamt Kondensationskraftwerke Heizkraftwerke; BHKW *) einschließlich Müll-HKW; ab 23 auch EE-Gas Braun- und Steinkohle zusammengefasst - Basis: Alterstruktur 212; Kernenergieabbau entsprechend Ausstiegskonzept bis Ende 222 -

11 Auch die Verbrauchsstrukturen im Wärmesektor ändern sich beträchtlich - Szenario 211 A - Endenergieeinsatz für Wärme, PJ/a EE-Anteil 212: 11,7% % % % % 2856 Wasserstoff via KWK Geothermie, Umweltwärme Solarkollektoren Biomasse *) Kohle direkt Heizöl direkt Erdgas direkt Industrielle KWK, fossil Fern- und Nahwärme, fossil Strom SZEN11/WAERM-GE; *) Einzelheizung; HW,HKW, BHKW Die Nutzung großer Beiträge von EE-Wärme und KWK-Wärme erfordert verstärkt Wärmenetze

12 Der Umbau der Wärmeversorgung erfordert eine gut abgestimmte Dreifach-Strategie Vollständige Sanierung des Altbaubestands: Verringerung des mittleren spez. Raumwärmebedarfs von 13 kwh/m² (21) auf ~ 5 kwh/m² (25). Jährliche Sanierung von ~ 6 Gebäude (2%/a) induziert Investitionen von rund 5 Mrd. /a. Massive Ausweitung der EE-Wärmeerzeugung: Zuwachs von Biomassewärme nur noch in netzgebundener Wärmeversorgung mittels KWK. Intensive Ausweitung der Solarwärme bis 22 um Faktor 3 (bis 25 Faktor 12) mittels größerer Anlagen, Solarwärme in Netzen, Prozesswärme-, kälte. Dto. Umwelt- und Erdwärme mittels hydrothermaler Wärme in Netzen und mittels Wärmepumpen. Induzierte Investitionen rund 8 Mrd. /a. Deutliche Steigerung des Anteils von KWK-Wärme: Konsolidierung bestehender Fernwärmeversorgungen; mittelfristig Ersatz von Kohle durch Erdgas. Angepasster Ausbau dezentraler Erdgas-KWK in Einzelobjekten und Nahwärmeversorgungen. Vollständige Wärmenutzung aus Biomasse, Biogas mittels dezentraler Kraft-Wärme-Kopplung.

13 Das morgige Energieversorgungssystems wird wesentlich komplexer als das gestrige A) Strukturelle Herausforderungen In steigendem Umfang wird räumlicher Ausgleich (Netze), sowohl lokal wie überregional und zeitlicher Ausgleich (sehr flexible KW, Speicher, Lastmanagement) erforderlich. Das Klimaziel verlangt parallel auf allen Stufen der Energiewandlung und nutzung einen wesentlich effizienteren Umgang mit Energie. Dies erfordert eine Optimierung der zunehmend dezentralen, lokalen Erzeugung bereits vor Ort und eine sehr flexible Verknüpfung mit den übergeordneten Ebenen ( gute Balance zwischen Zentralität und Dezentralität notwendig). Die Einbeziehung von Verbrauchern und Eigenerzeugern wird immer wichtiger (DSM, private und genossenschaftliche Erzeuger, Elektro-Mobilität). Die Notwendigkeit großer Flexibilität bei gleichzeitig möglichst hoher Effizienz favorisiert im fossilen Bereich die dezentrale Kraft-Wärme-Kopplung und verlangt die Minimierung einfacher Lösungen (z. B. Gasturbinen). Eine möglichst effiziente Verwertung von EE-Überschüssen verlangt verstärkt eine enge Kopplung von Strom-, Gas-und Wärmenetzen ( Power to Heat, Power to Gas ). Der wachsende Netzanteil in der Wärmeversorgung erfordert flächendeckende Wärmeleitpläne und Energiekonzepte in allen Gemeinden im Rahmen eine langfristigen angelegten Strategie von Kommunalverwaltung und Stadtwerken. Zubau (vieler) dezentraler Anlagen und Netze erfordert die frühzeitige und intensive Einbindung der Bürger; lokale Akteure erreichen dabei i.d.r. eine größere Akzeptanz.

14 Das morgige Energieversorgungssystems wird wesentlich komplexer als das gestrige B) Ökonomische Herausforderungen Heutige Markt- und Preisstrukturen sind nicht kompatibel mit der Durchsetzung von Klimaschutzzielen und der starken Ausweitung erneuerbarer Energien. Die dazu erforderlichen Leitplanken für alle Marktakteure müssen politisch festgelegt werden: 1. Klimaschutz verlangt höhere (fossile) Energiepreise (z.b. mittels deutlich höherer Preise von CO 2 -Zertifkaten und/oder CO 2 -Steuern); dies begünstigt mittelfristig den passenden fossilen Energieträger (Erdgas). In jedem Fall sind innovative Strategien der Effizienzsteigerung die zweckmäßigste Daseinsvorsorge. 2. Der bestehende Strom- ( energy only ) -Markt ermöglicht weder die Refinanzierung der notwendigen flexiblen fossilen Neuanlagen noch der EE-Anlagen; mit zunehmendem EE-Anteil wachsen die Unverträglichkeiten; die Kompensation durch das EEG stößt an Grenzen. 3. Das zukünftige Strommarktdesign muss sich gleichermaßen an den Eigenschaften der EE (grenzkostenfrei, nur kurzfristig einplanbar), den Anforderungen an Versorgungssicherheit (Finanzierung von Regel- und Ausgleichskapazität, Netzen und Speichern) und der Notwendigkeit eines wirksamen Klimaschutzes (externe Kosten fossiler Energien) ausrichten. 4. Zunehmende Markt- und Systemkomplexität erfordert sehr sachkundige Akteure mit der Fähigkeit und der Bereitschaft, angemessene Renditen mit der Berücksichtigung einer ausreichenden Daseinsvorsorge und der notwendigen Transparenz von Entscheidungen in Einklang bringen zu können.

15 Fazit: Die strukturellen Herausforderung der Energiewende können von den Stadtwerken gut bewältigt werden. Sie sind sogar unabdingbare Voraussetzung für eine ausgewogene Balance zwischen lokalen und regionalen ( dezentralen ) Strukturen und der übergeordneten ( zentralen ) Ebene. Für die Bewältigung der ökonomischen Herausforderungen besitzen Stadtwerke ausreichende Kompetenz und sehr gute organisatorische Voraussetzungen. Erforderlich sind jedoch klare politische Vorgaben zu den wesentlichen Leitplanken einer wirksamen Klimaschutzstrategie.