Zwischenergebnisse der Studie Flexibilitätsreserven aus dem Wärmemarkt

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1 2. Dialogkonferenz BEE Plattform Systemtransformation Berlin, 14. Juni 2013 Wolfgang Schulz: Zwischenergebnisse der Studie Flexibilitätsreserven aus dem Wärmemarkt

2 Inhalt Die von Sonne und Wind bestimmte Stromerzeugung benötigt oft Ausgleich Flexibilitätsoptionen bei der Wärmeversorgung Flexibilitätspotenziale aus der Wärmeversorgung Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung Basis der flexiblen KWK-Erzeugung Beitrag zur Nutzung von Stromüberschüssen aus fee Kosten der Flexibilisierung der KWK Fazit 1

3 Hintergrund Energiewende: Sonne und Wind werden die Stromerzeugung in Deutschland prägen BEE-Stromszenario: Entwicklung der Einspeisung aus Erneuerbaren Energien 2030 zu erwartender Residuallastverlauf (blau) GW Szenario (20) (40) (60) EE-Erzeugung Erzeugung 79% Last Erzeugung Wind, PV & Laufwasser Residuallast aus Norbert Krzikalla et al (BET): Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender Einspeisungen aus Erneuerbaren Energien, April

4 Hintergrund Maximale und minimale Residuallasten GW ,9 15,1 75,0 71, Maximum Minimum Erneuerbare Energien senken kaum die Höchstlast der Residuallast nach 2020 treten vermehrt Überschüsse aus Erneuerbaren Energien auf, die verlagert, gespeichert oder abgeregelt werden müssen -26,0-71,8 aus Norbert Krzikalla (BET): BEE Plattform Systemtransformation 2012, Modul Ausgleichsmöglichkeiten, Vortrag auf dem BEE-Workshop Ausgleichsmöglichkeiten, Berlin,

5 Hintergrund Gradienten der Residuallast in GW/h GW/h 25 Maximale Gradienten der Residuallast 20 19, ,0 13, BEE 2012 BEE 2020 BEE ,7 max positiv max negativ -10,0-16,2 nach 2020 nehmen die Gradienten der Residuallast stark zu aus Norbert Krzikalla (BET): BEE Plattform Systemtransformation 2012, Modul Ausgleichsmöglichkeiten, Vortrag auf dem BEE-Workshop Ausgleichsmöglichkeiten, Berlin,

6 Die Flexibilitätsoptionen bei der Wärmeversorgung Fernwärme oder dezentral 5

7 Die Flexibilitätsoptionen bei der Wärmeversorgung 6

8 Die Flexibilitätsoptionen bei der Wärmeversorgung bei dezentraler Versorgung: eher BHKW + Direktstromwärme oder nur Elt.-Wärmepumpe 7

9 Flexibilisierungspotenziale große Fernwärmepotenziale stehen in Deutschland für diese Ausgleichsstrategien zur Verfügung Potentielle Deckungsanteile des Nutzenergiebedarfs der Haushalte durch Fernwärme [PJ/a] ,7 192,1 2,6 21,1 14,1 30,9 370,4 2,5 15,7 122,9 77,9 29,0 461,1 2,3 29,2 175,9 115,4 26,2 443,8 2,1 38,5 169,7 109,4 22,7 401,4 157,4 127,7 123,4 116,0 104,8 90,8 79,9 73,2 69,3 67,4 2,0 34,1 97,5 20,0 367,2 2,0 31,2 142,8 90,2 338,0 1,2 29,7 127,4 313,5 0,9 28,6 111,6 292,0 0,8 27,7 96,6 85,6 83,3 81,9 18,3 17,3 16,8 16, FW Bestand FW Netzerweiterung Erschließung neuer Gemeinden Erschließung von Neubausiedlungen FW Netzverdichtung FW Netzerweiterung Variation Erschließung neuer Gemeinden Variation 66,1 aus AGFW-Hauptbericht 2010 (Quelle: M. Blesl, IER Stuttgart 2010) 8

10 Flexibilisierungspotenziale Städtische Bebauungen sind in besonders hohem Maße für einen Wärmenetzausbau geeignet sie ermöglichen Versorgungseinheiten, die eine besonders hohe Erzeugungsflexibilität ermöglichen: vielfältige Erzeuger, große Wärmespeicher, max. Effizienz und EE-Einsatz die Einbindung von EE in Städten ohne Wärmenetze ist sehr erschwert Mithilfe von Wärmespeichern lassen sich viel höhere KWK- Auslegungen als in der Vergangenheit realisieren 9

11 Flexibilisierungspotenziale Städtische Bebauungen sind in besonders hohem Maße für einen Wärmenetzausbau geeignet sie ermöglichen Versorgungseinheiten, die eine besonders hohe Erzeugungsflexibilität ermöglichen: vielfältige Erzeuger, große Wärmespeicher, max. Effizienz und EE-Einsatz die Einbindung von EE in Städten ohne Wärmenetze ist sehr erschwert Mithilfe von Wärmespeichern lassen sich viel höhere KWK- Auslegungen als in der Vergangenheit realisieren entsprechende Impulse vorausgesetzt könnte die installierte elektr. Leistung der Fernwärme-KWK bereits 20 GW (aktuell 11 GW) betragen (der exist. Modernisierungsstau kann dies beschleunigen) Mit 6,5 Mio. m³ Wärmespeicher ausgestattet (ca. 2 Miard. Invest.) würden diese eine Reichweite von 12 h bieten. die Realisierung des als grundsätzlich wirtschaftlich erachteten Wärmenetz- und KWK-Ausbaus würde dem gegenüber ein drei- bis vierfaches Flexibilisierungspotenzial bieten 10

12 Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung Im Rahmen von Wärmenetzen existieren die besten Voraussetzungen für die Errichtung großer Wärmespeicher Anpassung der Wärmeerzeugung die vom Wärmelastgang bestimmt wird an die Erfordernisse der Stromerzeugung erforderliche Residuallastabdeckung auftretende Gradienten 11

13 Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung die Wirkung des Wärmespeichers auf die Vollbenutzungsstunden eines BHKW (Beispiel: 1 MW-BHKW) 12

14 Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung Kostenkurven für Wärmespeicher dezentrale Wärmespeicher / m³ m³ / m³ drucklose große Wärmespeicher m³ Quelle: Preisatlas - Ableitung von Kostenfunktionen für Komponenten der rationellen Energienutzung, IUTA (2002) Quelle: Eigene Erhebungen (2012) 13

15 Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung Effekt des Wärmespeichers auf die Vollbenutzungsstunden des BHKW: Verhältnis Zuwachs (Vh/a) zu spez. Jahreskosten (Beispiel 1 MW-BHKW) 500 m³ für 20 /(kwel*a) m³ für 33 /(kwel*a) m³ für 81 /(kwel*a) 100 m³ für 6 /(kwel*a) Quelle: Eigene Berechnungen 14

16 Wärmespeicher als wichtige Komponente der Flexibilisierung die KWK-Anlage erzeugt bereits bei wärmegeführten Fahrweise zu einem gewissen Teil für die Residuallastdeckung geeignete Beiträge diese lassen sich zu relativ niedrigen Kosten um bis zu 700 Vbh/a steigern (Speicherreichweite bei 25 K ca.12h) aufgrund hoher Stromkennzahl und der oft vorhandenen Ausführung als EK-Dampfturbinenkonzept bieten GuD-HKW noch günstigere Voraussetzungen zur Flexibilisierung mittels Wärmespeicher auch im Rahmen von objektbezogenen KWK-Anlagen, Industrie- KWK-Anlagen und Wärmepumpenkonzepten bieten Wärmespeicher Verlagerungspotenziale, die jedoch i.d.r. eine deutlich geringere Reichweite aufweisen dennoch sollten auch diese mittels Wärmespeicher flexibilisiert werden, auch wenn die Speicherreichweite hier meist nur 2 bis 5 h beträgt 15

17 Basis der flexiblen KWK-Erzeugung der bis 2030 verbliebene Erdgaseinsatz sollte zu einem hohen Anteil auf den Einsatz in flexiblen KWK-Anlagen konzentriert werden stromgeführte Fahrweise von Biogasanlagen stellt einen wichtigen in die Zukunft gerichteten Baustein dar zukünftig stromgeführte Fahrweise von Biogas-BHKW sinnvoll: dafür Gasspeicher + Wärmespeicher + Leistungserhöhung des BHKW erforderlich auf Gasspeicher kann verzichtet werden, wenn das Gas ins Erdgasnetz eingespeist wird Anreiz zur Anhebung der BHKW-Leistung bereits mit der 2012 im EEG eingeführten Flexibilitätsprämie gegeben würden alle Biogasanlagen mit entsprechend hohen BHKW-Leistungen versehen werden, dann ergäbe sich in 2030 ein Potenzial von +/- 16 GW* * aus Norbert Krzikalla (BET): BEE Plattform Systemtransformation 2012, Modul Ausgleichsmöglichkeiten, Vortrag auf dem BEE-Workshop Ausgleichsmöglichkeiten, Berlin,

18 Beitrag zur Nutzung von Stromüberschüssen aus fee auch für Stromüberschussphasen bietet die KWK- Wärmeversorgung (insbesondere die wärmenetzbasierte) sinnvolle Ausgleichsmöglichkeiten durch Abschaltung der KWK in Phasen negativer Residuallast Power to Heat auf der Basis von Elektroheizkesseln/Heizstäben und Elt.-Wärmepumpen Phasen der negativen Residuallasten werden 2030 überwiegend unter einem halben Tag liegen eine konkurrierende Nutzung des Wärmespeichers durch Elt.-Heizer und BHKW zu beachten aktuell ist allerdings der für Power to Heat verwendete Überschussstrom mit vollen Netzentgelten, Umlagen und Steuern belastet, so dass allein deren Summe zu höheren Wärmekosten als bei Erdgas führen 17

19 Kosten der Flexibilisierung der KWK Wie teuer kommt die Flexibilität bei BHKW? Fall Kennzeichnung BHKW Vbh/a Wärmekosten [ /MWh] erforderlicher Stromerlös [ct/kwh] 10) wärmegeführtes BHKW 1 kw ,6* 9,4** ohne Speicher, ohne 20 kw ,4* 9** elt. Heizstab 1 MW ,2* 6,3** 10.1) 1 MW ,6* 5,5** erforderlicher Mehrerlös ggü. Fall 10) erf. jährl. Mehrerlös [ /a] erf. Inv.- zuschuss [ /kw] wärmegeführt als Benchmark *mit Förderung nach KWKG **KWKG-Zulage + übl. Preis Quelle: Eigene Berechnungen 18

20 Kosten der Flexibilisierung der KWK Wie teuer kommt die Flexibilität bei BHKW? erforderlicher Stromerlös [ct/kwh] Fall Kennzeichnung BHKW Vbh/a Wärmekosten [ /MWh] 10) 1 kw ,6* 9,4** wärmegeführtes BHKW ohne Speicher, ohne erforderlicher Mehrerlös ggü. Fall 10) erf. jährl. Mehrerlös [ /a] erf. Inv.- zuschuss [ /kw] 20 kw ,4* 9** elt. Heizstab 1 MW ,2* 6,3** 10.1) 1 MW ,6* 5,5** 2) BHKW stromgeführt, 1 kw ,9 14, mit Speicher*** ohne 20 kw ,6 7, Heizstab 1 MW ,6 0, ) 1 MW ,0 0, bei Stromerlös wie in Fall 10 (wärmegeführt), ohne angehobene Stromvergütung *mit Förderung nach KWKG **KWKG-Zulage + übl. Preis ***Kosten des Speichers für BHKW berücksichtigt relativ gering Quelle: Eigene Berechnungen 19

21 Kosten der Flexibilisierung der KWK Wie teuer kommt die Flexibilität bei BHKW? Fall Kennzeichnung BHKW Vbh/a Wärmekosten [ /MWh] erforderlicher Stromerlös [ct/kwh] erforderlicher Mehrerlös ggü. Fall 10) erf. jährl. Mehrerlös [ /a] erf. Inv.- zuschuss [ /kw] 10) wärmegeführtes BHKW 1 kw ,6* 9,4** ohne Speicher, ohne 20 kw ,4* 9** elt. Heizstab 1 MW ,2* 6,3** 10.1) 1 MW ,6* 5,5** 2) BHKW stromgeführt, 1 kw ,9 14, mit Speicher*** ohne 20 kw ,6 7, Heizstab 1 MW ,6 0, ) 1 MW ,0 0, ) BHKW & Heizstab 1 kw ,2 35, nutzen den Speicher 20 kw ,1 15, gleichberechtigt 1 MW ,7 1, ) 1 MW ,3 0, *mit Förderung nach KWKG **KWKG-Zulage + übl. Preis ***Kosten des Speichers für BHKW berücksichtigt bei Stromerlös wie in Fall 10 (wärmegeführt), ohne angehobene Stromvergütung relativ gering Quelle: Eigene Berechnungen 20

22 Fazit Wärmenetze stellen eine gute Basis dafür dar, die Wärmeerzeugung in hohem Maße den Anforderungen einer durch fluktuierende EE beeinflussten Stromerzeugung anzupassen Sie erleichtern darüber hinaus die Einbindung von Abwärme und EE in die Wärmeversorgung Auch die bei den objektbezogenen KWK- bzw. Wärmepumpenkonzepten gebotenen Flexibilitäten sollten ausgenutzt werden 21

23 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Wolfgang Schulz College Ring 2 / Research V Bremen Tel. +49 (0) Fax +49 (0) Schulz@bremer-energie-institut.de 22