Energiewende Nordhessen

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1 Energiewende Nordhessen Technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes Stand 12. November 2013 Dr. Thorsten Ebert, Vorstand Städtische Werke AG

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3 Energiewende Nordhessen: Strom Wärme - Verkehr Ausgangspunkt der Studie ist die Fragestellung, ob eine Energieversorgung der Strom-, Wärme- und Verkehrsmärkte in Nordhessen mit dezentralen und erneuerbaren Energien möglich und sinnvoll ist. 2012: Analyse des Strommarktes Nordhessens 2013: Untersuchung des regionalen Wärmemarktes und dessen technische und ökonomische Verknüpfungen zum Strommarkt Geplant für 2014: Analyse des Verkehrsmarktes

4 1 PROJEKTPARTNER

5 1 Stadtwerke Union Nordhessen SUN Die SUN-Partner versorgen rund Menschen mit Energie. Die SUN-Partner beschäftigen ca Mitarbeiter.

6 1 Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) Forschen für die Praxis ist die zentrale Aufgabe der 66 Institute und selbständigen Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft. Das Fraunhofer IWES beschäftigt sich mit der Energiesystemtechnik für alle Formen der erneuerbaren Energien. Am Fraunhofer IWES arbeiten rund 480 Personen.

7 1 Institut dezentrale Energietechnologien (IdE) Das IdE ist ein anwendungsorientiertes Forschungsinstitut an der Universität Kassel. Der inhaltliche Schwerpunkt des Instituts liegt auf einer ganzheitlichen Betrachtung der Energiebedarfsfelder Strom und Wärme, einschließlich der Elektroenergieversorgung für die Mobilität.

8 2 TEILSTUDIE STROMMARKT Ausgewählte Ergebnisse aus 2012

9 2 Zentrale Fragestellungen Ist eine weitgehend dezentrale Stromversorgung aus erneuerbaren Energien in Nordhessen möglich und sinnvoll? Wie hoch ist der EE-Anteil bereits und sind ausreichend weitere Potenziale vorhanden? Welcher Energiemix ist anzustreben? Wie können die Bürger mit einbezogen und die Region gestärkt werden?

10 2 EE-Potenziale für Strom aus Wind PV Wasser - Bioenergie

11 2 Jahresdauerlinien der Residuallasten Im Ausgangsszenario wurde eine Versorgung der Region zu 80 % aus dezentralen EE- Anlagen zugrunde gelegt. Dabei entstehen rechnerisch während ca. 3 Monaten Erzeugungsüberschüsse. Mehr als 400 MW Unterdeckung entstehen nur für ca. 10 Tage. Im EEMax-Szenario (157 % EE-Erzeugung) entstehen Überschüsse für mehr als die Hälfte des Jahres.

12 2 Zusammenfassung Eine dezentrale Energiewende ist auch in einer Region mit einem Oberzentrum mit industriell geprägter Struktur möglich. Auch in einem dezentralen Szenario ist ein überregionaler Netzausbau notwendig. Die regionalen Wertschöpfungspotenziale sind erheblich, können aber nur generiert werden, wenn die Anlagen auch im Eigentum regionaler Akteure sind (Kommunen, Bürgergenossenschaften, Stadtwerke, regionale Banken).

13 3 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes

14 3 Zentrale Fragestellungen Wie entwickelt sich der Wärmemarkt in der SUN-Region? Sind ausreichend Potenziale vorhanden, um 100 % des Wärmebedarfs regenerativ zu decken? Welche Auswirkungen haben verschiedene Technologien zur Wärmeerzeugung auf den Wärme- und Strommarkt?

15 4 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Bestandsanalyse

16 4 Strukturdaten SUN-Region Einwohner km 2 Fläche GWh/a Strombedarf GWh/a Wärmebedarf * 590 MW Spitzenlast Strom 2540 MW Spitzenlast Wärme * ohne industrielle Prozesswärme (ca GWh)

17 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Brennstoffen Ca. 10 % EE-Anteil an der Wärmeversorgung Nordhessens Größter Beitrag der EE- Wärmeerzeugung durch Biomasse

18 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Technologie Ca. 80 % der Wärme wird in dezentralen Feuerungsanlagen (Gas, Öl, Biomasse) erzeugt.

19 4 Wärme- und Stromverbrauch Wärmebedarf gesamt Nordhessen = GWh Strombedarf gesamt Nordhessen = GWh Die Lastgänge unterscheiden sich erheblich.

20 5 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Potenzialanalyse

21 5 Potenziale für Wärme in der SUN-Region

22 5 Potenziale für Wärme nach Gebietskörperschaften

23 5 Profilvergleich Strom und Wärme

24 5 Kopplung Strom und Wärme

25 6 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Szenarien

26 6 Drei Ausbauszenarien für die Wärmeversorgung 1.Business as usual 2.Beschleunigter EE-Ausbau 3.Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)

27 6 Business as usual Aktuelle Markttrends, technologische Entwicklungen und Modernisierungsraten für Heizsysteme werden für die zukünftige Entwicklung fortgeschrieben 3 % p. a. Modernisierungsrate der Wärmeerzeuger, davon ca. 2,9 % Biomasse ca. 9 % Wärmepumpe ca kw th p. a. Solarthermie in Kombination mit anderen Wärmeerzeugern

28 6 Business as usual Durch Effizienzsteigerung sinkt der Wärmebedarf um ca. 21 %. Der EE-Anteil an der Wärmeversorgung Nordhessens erhöht sich von ca. 10 % auf ca. 17 %. Selbstversorgungsanteil kann von ca. 12 % auf ca. 20 % gesteigert werden

29 6 Beschleunigter EE-Ausbau Beschleunigte Modernisierung der Heiztechnologien (5 % p. a.) Anteil regenerativer Energieträger an Neuinstallationen im Vergleich zum Business-as-usual-Szenario wird verdoppelt: ca. 6 % Biomasse ca. 18 % Wärmepumpe Daraus resultiert: Absolute EE-Zubauzahlen verdreifachen sich. ca kw th p.a. Solarthermie in Kombination mit anderen Wärmeerzeugern

30 6 Beschleunigter EE-Ausbau Durch Effizienzsteigerung sinkt der Wärmebedarf um ca. 21 %. Der EE-Anteil an der Wärmeversorgung Nordhessens erhöht sich von ca. 10 % auf ca. 28 %. Selbstversorgungsanteil erhöht sich von ca. 12 % auf ca. 30 %.

31 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen Deckung des Wärmebedarfs ausschließlich über Wärmepumpen. Grundlage bildet die Annahme, dass zu einem unbestimmten Zeitpunkt der gesamte Gebäudebestand wärmegedämmt ist. Kopplung mit Stromerzeugung aus EEmax-Szenario aus der Teilstudie Strommarkt (alle Potenziale zur Stromerzeugung aus EE werden genutzt).

32 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen Durch Effizienzsteigerung sinkt der Wärmebedarf um ca. 50 %. EE-Anteil an der Wärmeerzeugung: 77 % Herkunft des Stroms für Wärmepumpen: 38 % EE-Überschussstrom aus der Region 62 % Stromimport

33 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen Auswirkung auf Residuallast: Spitzen von Überschuss- Strom verringern sich um ca. 6 %. Maximale Stromlücke (Spitzenlast) verdoppelt sich von ca. 500 MW el auf ca MW el.

34 6 Vergleich der drei Ausbauszenarien Business as usual: EE-Ausbau sehr langsam. Beschl. EE-Ausbau: trotz Verdreifachung des Zubaus kein wesentlicher Beitrag zur Energiewende. Max. Ausbau von Wärmepumpen: hoher EE-Anteil, aber deutlich erhöhte Spitzenlast.

35 7 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Zusammenfassung

36 7 Zusammenfassung (1/2) Sowohl der Strombedarf (bis zu 157 %) als auch der Wärmebedarf * (bis zu 104 %) in Nordhessen kann aus dezentralen erneuerbaren Energien gedeckt werden. Bei einer Fortschreibung der aktuellen Heizungsaustauschraten und der dabei bevorzugten Technologien wird eine zügige Transformation zu einer überwiegend erneuerbaren Energieversorgung nicht gelingen. * ohne industriellen Prozesswärmebedarf

37 7 Zusammenfassung (2/2) Zentraler Baustein der Energiewende im Wärmemarkt ist die Energieeinsparung. Die Verknüpfung von Strom und Wärme kann einen relevanten Beitrag zur zügigen Transformation des Energiesystems leisten. Sie erhöht aber auch die Komplexität der Aufgabe. Die Beschränkung auf eine Technologie zur Wärmeversorgung wie der Wärmepumpe ist aufgrund der negativen Auswirkungen auf den Stromsektor (Erhöhung der Spitzenlast) nicht sinnvoll.

38 8 AUSBLICK

39 8 Ausblick Zusätzlich zum regionalen Strom- und Wärmemarkt soll auch die Energieversorgung des Verkehrsmarktes untersucht werden. Weitere Untersuchungsgegenstände Modellregion Nordhessen: Virtuelle Kraftwerke (VK) als zentrales Instrument der Energiewende Vermarktungsoptionen für erneuerbare Energien Ausbau und Betrieb der zukünftigen Netzinfrastruktur Anforderungen aus der Kopplung Wärme-/Strommarkt an die Wärmeversorgung (sinnvoller Technologiemix) Einbeziehung des industriellen Prozesswärmebedarfs Verwendung von Energiespeichern zur optimierten Nutzung von Erzeugungsüberschüssen Strom/Wärme

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