Wie smart können intelligente Wärmenetze sein

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1 Wie smart können intelligente Wärmenetze sein Quelle: Vattenfall Wärme AG Dr. Frank May 19. Symposium zur Versorgungswirtschaft SMART HEAT Intelligente Wärmenetze Fernwärme 2. Bestandsaufnahme Energieversorgung und Klimaschutz - Strommarkt - Wärmemarkt Zukunft auf dem Weg 23/25 Smart = Systemisch denken auf dem Weg 23/25 - Gebäude und Erzeugung - Wärme und Strom und Quartiere/Wohnbebauung Sektorenkopplung - KWK-Effizienztechnologie - Wind to District Heat Fazit 2 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 1

2 Wärme repräsentiert Zielsetzung: den höchsten Effizienz Anteil und am Erneuerbare Endenergieverbrauch Klima Erneuerbare Energien Energieeffizienz Treibhausgase (199) Anteil Strom Anteil gesamt Strom Primärenergie Energieproduktivität Gebäudesanierung 22-4% 35% 18% -2% - 1% -2% 23-55% 5% 3% 24-7% 6% 45% % 8% 6% -5% - 25% steigern auf 2,1%/a Sanierungsrate auf 2% p.a. -8% PEV Quelle: BMU / AGFW In Deutschland wollen wir die weiteren Reduktionsschritte [ ] bis zum Zielwert von 8 bis 95 Prozent [weniger Treibhausgasemissionen als 199] im Jahr 25 festschreiben und in einem breiten Dialogprozess mit Maßnahmen unterlegen (Klimaschutzplan). - 28% Kyoto- Ziel Koalitionsvertrag zwischen CDU, CSU und SPD, 18. Legislaturperiode Quelle: UBA 3 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Anteile der energiebezogenen CO 2 -Emissionen Nutzenergiebereitstellung verursacht rd. 84 % der THG- Emissionen Verkehr 22% CO 2 -Emissionen Energiewirtschaft (incl. GHD + kleine Feuerungen) 62% Industrie 16 % Basis: UBA-Daten Treibhausgas-Emissionen in Deutschland 214 nach Kategorien der UNFCCC-Berichterstattung, eigene Ber. Aufteilung der Endenergienutzung zeigt die Dominanz des Wärme (Raumwärme + Warmwasser + Industrieprozesswärme) Wärme mit hohem Potential Quelle: UBA 4 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 2

3 Status im Strommarkt Zielerreichung beim Ausbau der erneuerbaren Produktion ist auf dem richtigen Weg Leitungsbau zum Transport zu den Lastschwerpunkten nicht im Zeitplan Nichtnutzung wird bezahlt (215 rd. 1 Mrd. ) Erneuerbare und konventionelle Kapazitäten etwa gleich groß Höchstlast von rd. 8 GW Investitionssumme rd. 176 Mrd. (2 214) Quelle: BDEW 5 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Auswirkungen auf die Versorgungsicherheit und Preis GW /MWh Volatile Einspeisung mit erheblichen Ausschlägen Großer Einfluss auf den börsengehandelten Strompreis Konventionelle Anlagen übernehmen die ergänzende Kapazität und die Aussteuerung Negative Preissignale nehmen zu (8.5., und ) PV Mittagsspitze Gleichzeitigkeit von Wind- und PV-Einspeisung selten Maximaleinspeisung rd. 55 GW Quelle: Agorameter 6 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 3

4 Endenergieverbrauch bewirtschafteter Wohnungen Energieverbräuche der bewirtschafteten Wohnungen von GdW-Unternehmen Kennwerte, mittlerer witterungsbereinigter Energieverbrauch pro beheizten m²/jahr ,3 Energieverbrauch zentral beheizte WE beim GdW ca. 8% d. Bestandes 135,1 14,2 Alle GdW Wohnungen (hinzurechnung der dezentral beheizten WE) 112,2 166,6 176,1 167, 8 4 Mittlerer Energieverbrauch aller HH in Deutschland Quelle: Gdw-Jahesstatistik; n=3% aller beheizten Flächen; Energieverbrauchsstatistik des BMWI; AGFW 7 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Mittlerer Energieverbrauch bei GdW Wohnungen 48,2% des Bestandes 26,6% des Bestandes 3,5% des Bestandes 2,8% des Bestandes Fernwärme Gas Öl dezentral beheizt GdW Wohnungen diversifiziert nach Energieträgern Wärmemarkt dominiert von alten und ineffizienten Anlagen Effizienzstruktur der Heizungsanlagen Gesamtbestand zentrale Wärmeerzeuger 8% 6% 77%,4 Mio. Wärmepumpen,7 Mio. Biomasse-Kessel Nur 13% der 17,8 Mio. Wärmeerzeuger sind Effizient und mit EE 5,7 Mio. Öl-Kessel 2% 1% 1% 13% Effizient Effizient & EE Unzureichend effizient,3 Mio. Öl-Brennwertkessel 3,Mio. Gas-Brennwertkessel 7,7 Mio. Gas- Kessel 3 Mio. m² Sollarkollektoren Viele alte und wenig effiziente Anlagen Besonders beim Öl nur geringe Effizienzen Sehr hohes Verbesserungspotential auf der Erzeugungsseite vorhanden = schlafender Riese Quelle: Grafik 1: BDH, Bundesverband Schornsteinfegerhandwerk; Grafik 2: ZBW-Leibnis-Infozentrum Wirtschaft, 8 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 4

5 Wärmemarkt und Erneuerbare Energien im Bestand Stadt: Wenig Erneuerbare in der Wärme Grund: Städtische Besonderheiten Konsequenzen für das Potenzial EE-Wärme Deutschland 12% Solarthermie. Städte Solarthermie: - Begrenztes Dachflächenpotenzial im Vergleich zur Geschossfläche - Schwache Korrelation Heiz- /Solarprofil Relativ geringe Potentiale für Solarthermie Biomasse Wärmepumpen: - Geringe Bodenflächen im Vergleich zu Geschossflächen - z.t. Grundwasserprobleme - wenig Flächenheizungen (Fußbodenheizungen) im Gebäudebestand Nur eingeschränkte Möglichkeiten für (Erd)wärmepumpen Wärmepumpen 1% Anteil EE in der Wärme 9 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Biomasse: Feinstaub- und NOx Problematiken sowie Antransport im städtischen Bereich Städte müssen auf Effizienz der Wärmeerzeugung (= KWK) setzten Kleinere Biomasseanlagen (feste Biomasse) erschwert Bestandsaufnahme Energieversorgung und Klimaschutz - Strommarkt - Wärmemarkt Zukunft auf dem Weg 23/25 Smart = Systemisch denken auf dem Weg 23/25 - Gebäude und Erzeugung - Wärme und Strom und Quartiere/Wohnbebauung Sektorenkopplung - KWK-Effizienztechnologie - Wind to District Heat Fazit 1 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 5

6 Ausgewogene Gesamtkonzepte sind nötig Ökologie EEG EnEV Versorgungssicherheit (Stromkapazität) Leistungsbereitstellung zur Versorgungssicherheit 11 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Strom- Wärmekosten Kaltmieten Preis und Sozialverträglichkeit Herausforderung im Wärmemarkt: Verbesserungsnotwendigkeit auf der Wärmeerzeugungsseite - Zukunftsfähige KWK und Fernwärme g CO 2 /kwh th 3 25 Heizkessel 2 15 BHKW KWK 1 5 Fernwärme mit GUD -Kraftwerk Quelle: AGFW, eigene Darstellung Gas-BHKW KWK-Quote 5% Gas-BHKW KWK-Quote KWK-Quote 5% 9% Öl BHKW Brennwert KWK-Quote und 9% 1% erneuerbar Öl Brennwert und 1% erneuerbar Gas Gas Brennw Brennwert ert und 1% und erneuerbar 1% erneuerbar Öl Brennwert ert Gas Brennw ert Gas Brennwert GUD Fernwärme KWK-Quote 7% Gas-GUD GUD Fernwärme Fernwärme KWK-Quote 9% KWK-Quote 7% 5% Einsparung vs. 21 Gas-GUD Fernwärme KWK-Quote 9% 5% Einsparung vs 21 Annahme: Gebäude reduzieren alle um 6%. Wärmeerzeugung muss dann noch um 5% reduzieren, um 8% Gesamtreduktion zu erreichen = Energiekonzept der Bundesregierung für die Wärmeseite 12 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 6

7 P2DH: Überschüsse smart nutzen Normales Heizprofil = Einsatz von konventionellen Strom Überschussstromnutzung Power to Fernwärme Nein Wind und PV Wärmepumpe Ja Wenig PV Nachtstromspeicherheizung Ja Kein PV Wind (Nachtladung - kaum flexible- Komponente) 13 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Demand Side Management in Größenordnung (Smart Heat) PtH-Leistung Winter Sommer je 1 MW (1-1 E-Heizer) Entspricht ca. 7. Kühlschränke 3. Haushalte 3. Haushalte 6. Einwohner 6. Einwohner Power to District Heat bringt Wind und PV in die Haushalte der Städte durch zentrales Demand Side Management Smartes System für viele Haushalte ohne Änderung des Verbrauchsverhalten 1 MW Power to Fernwärme entspricht dem Einsatz von - 3. Wärmepumpen in EFH - 7. Kühlschränken P2DH bringt Erneuerbare Energien in den Gebäudebestand 14 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 7

8 Funktionsweise von Wind zu Wärme und Wärmespeicher am Beispiel der zu erwartenden Herausforderungen Windeinspeisung und Residuallastverlauf am 3-9.Februar 29 Projektion auf 22 (installierte WEA: 24 GW) GW GW (installierte WEA: 45 GW) Steigende Nachfrage 7 6 ~3 GW fallende Windeinspeisung Di Mi Do Fr Sa So Mo ~5 GW Di Mi Do Fr Sa So Mo Starke Lastrampe: schnelles Hochfahrender KWK-Anlagen bzw. GT s Ergänzung der Erneuerbaren Versorgungssicherheit Quelle: 5 Hertz, AGFW, eigene Darstellung Stromnachfrage Windeinspeisung Residuale Last 15 Hoher Strombedarf: = Viel Verbrauch und wenig Erneuerbare Wärmespeicher wird mit KWK geladen Bessere Effizienz der Anlagen Entlastung in windreichen Zeiten: Wärmeversorgung im Fernwärmesystem durch - Speicher (Entladung) - Nutzung Überschussstrom Wind/PV 15 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Fazit: Smart ist in Systemen denken Die nächsten Schritte zur erfolgreichen Umsetzung der Energiewende erfordern eine stärkere Fokussierung auf die intelligente Integration und Nutzung der zur Verfügung stehenden Energie Systemisches Denken ist der richtige Weg, nicht nur in einzelnen Säulen denken, sondern ganzheitliche Lösungen umsetzen (Gebäude und Wärmeversorgung und Stromseite) Wärmenetze sind ein ideales lastnahes Sammelbecken für CO2-arme Erzeugung (KWK, industrielle Abwärme, Erneuerbare Erzeugung (Solarthermie, Biomasse, Geothermie), Abfall, E-Heizer mit Speicher) Wärmenetze und KWK sind der ideale Partner der ermöglichen die städtische Wärmewende Wärmenetze bringen CO2-arme Wärmeerzeugung direkt zum Verbraucher (lastnah und direkt) Wärmenetze bieten Lösungen vom ganz kleinen Maßstab, über Quartierslösungen bis hin zur Versorgung von Stadtteilen oder ganzen Städten. Nachträgliche Effizienzverbesserungen im System oder die schrittweise Integration von Erneuerbaren Energien kommen sämtlichen an das Wärmenetz angeschlossenen Kunden zugute. Wärmenetze und Fernwärmesysteme sind natürliche Puffer für die volatile Erzeugung auf der Stromseite, wenn sie intelligent bzw. smart gekoppelt werden Überschüsse im Stromsystem können in Größenordnung gepuffert und sinnvoll genutzt werden Hierzu gehört auch eine smarte Steuerung der Wärmenetze (Fernwirktechnik, Netzplanung) Enge IT-Einbindung zwischen dem Stromnetzbetreiber und P2DH-E-Heizer Betreiber (abgestimmter Einsatz) Smarte Technik an den richtigen Stellen im Stromnetz/Deutschland aufbauen (Netzregionen mit hohen Anteilen EE und auftretenden Überschüssen) 16 Dr. Frank May ESN Symposium 216 Dr. Frank May 8

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