B e n P f l u g e r, M a r i o R a g w i t z P l a t t f o r m S t r o m m a r k t A G 3, 0 8. D e z e m b e r , B e r l i n.

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Liese Biermann
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1 ENERGETISCHE BIOMASSENUTZUNG AUS SICHT EINER GESAMTSYSTEMISCHEN OPTIMIERUNG B e n P f l u g e r, M a r i o R a g w i t z P l a t t f o r m S t r o m m a r k t A G 3, 0 8. D e z e m b e r , B e r l i n

2 Studiendesign und Methodik der Langfristszenarien Seite 2

3 Einleitung Ziele des Projekts Wissenschaftliche Grundlage für den Transformationsprozess des Energiesystems Entwicklung von Szenarien für ein optimiertes, mit den klima- und energiepolitischen Zielen der Bundesregierung konformes Energiesystem mit hohen EE-Anteilen in Deutschland bis 2050 Bewertungskriterien, insbesondere Ökonomische Kriterien Versorgungs- und Systemsicherheit Ökologische Kriterien Wichtig: Es gibt kein Leitszenario Erkenntnisse werden aus dem Vergleich der Szenarien abgeleitet Seite 3

4 Einleitung Untersuchungsgegenstand Sektoren: Systemischer Blick auf Strom, Wärme / Kälte, Verkehr Schwerpunkt: Stromsektor Zeithorizont: 2050 Zwischenschritte für 2020, 2030, 2040 Vorgehen: Stark modellbasiert Kostenminimierung Seite 4

5 Einleitung Überblick der Szenarien Projekt Langfristszenarien Referenzszenario Restriktionsarmes Szenario Basisszenario Geringerer Ü-Netzausbau Regionale Verteilung EE EE-Technologiemix EE-Ausbautempo Verzögerte Flexibilität Sensitivitäten Projekt Klimaszenarien 95%-THG-Ziel Wasserstoffmobilität Biomassevariation Dezentrales System Geringe europäische Ambitionen Sensitivitäten Seite 5

6 Einleitung Modellverbund Simulation Nachfragemodellierung Forecast Industrie, GHD Haushalte Invert Gebäude u. Heizsysteme ASTRA Verkehrssektor Optimierung Stündliche Lastgänge EE-Potentialberechnung Industriewärmenachfrage <500 C eload Lastgangmodellierung Stromnachfrage Nah- und Fernwärmenachfrage Enertile EE-Potentialberechnung Ausbau- und Einsatzoptimierung Hochaufgelöste Einsatzoptimierung Enertile Optimierung des Zubaus/Einsatzes von Kraftwerken, KWK, EE, Kuppelkapazitäten und Speichern OptEK Knotenscharfe Einsatzplanung Netzausbauplanung Lastzeitreihen Ü-Netzmodell V-Netzmodell Seite 6

7 Einleitung Optimiermodell Enertile Das Optimiermodell Enertile muss im Stromsystem Angebot und Nachfrage ausgleichen Hohe räumliche und zeitliche Auflösung erforderlich Abbildung der Berührungspunkte mit anderen Sektoren (Sektorkopplung) Berücksichtigung technischer und politischer Randbedingungen Seite 7

8 Methodik und Ergebnisse zur Biomasseallokation Seite 8

9 Einleitung Basisszenario und Szenariovarianten Wichtiges Szenario, da die meisten anderen Szenarien Varianten auf Grundlage des Basisszenarios sind (In diesen: Vorgabe weiterer Restriktionen) Vorgabe der Mindestziele des Energiekonzepts im Bereich THG-Reduktion Energieeffizienz Erneuerbare Energien: Offshore-Ziel 2030, d.h. ab 2030 mind. 15 GW PV: Mind. 52 GW und ca. ¾ Dachanlagen Ziel und Funktion der Szenarios: Verständnis von Wirkungszusammenhängen und zentralen robusten Entwicklungen Keine Entwicklung eines Leitszenarios Keine Abbildung oder Prognose der Energiewelt in 2050 Harte Kostenoptimierung führt zu teilweise extremen Ergebnissen Seite 9

10 Beispielergebnisse Basisszenario Stromnachfragentwicklung Starke Bedeutung von Stromeffizienz in allen Sektoren Sektorkopplung dient der Emissionsreduktion in den Nachfragesektoren, z.b. durch Elektromobilität Wärmepumpen in Wohnund GHD-Gebäuden Industriewärme Power-to-heat in Nahund Fernwärmenetzen im Stromsektor teilweise als Flexibilitätsoption Stromnachfrage und Verluste in TWh Innerdt. Netz- und Speicherverluste Power-to-Heat Industrie Power-to-Heat Netzwärme Wärmepumpen Wohngebäude Oberleitungs-LKW Elektromobilität PKW / l-nfz Sonstige Stromnachfrage Seite 10

11 Langfristszenarien Methodik Biomasseallokation Langfristszenarien Herausforderungen Sektorübergreifende Betrachtung zu Allokation des Gesamtpotenzials von knapp 1400 PJ nötig Relative große Unsicherheiten, z.b. Importpotential Preisentwicklungen Technologieentwicklungen Iteration der Modelle nötig Ergebnis gibt nur eine Näherung wieder Ansatz Betrachtung der Opportunitätskosten Entscheidend sind nicht absolute Kosten/Ersparnis durch Biomasseeinsatz sondern Die Antwort auf die Frage Was kostet die nächstgünstige Dekarbonisierungsoption? Seite 11

12 Langfristszenarien Ergebnis Biomasseallokation Starke Verschiebung des Biomasseeinsatzes im Lauf der Zeit + Starker Zuwachs im Verkehr, auch für Luftund Seeverkehr, weil die Alternativen (z.b. H 2 / PTF teuer / ineffizient) + Starker Zuwachs in der Industrie, trotz CCS- Einsatz in einigen Sektoren - Weniger dezentraler Biomasseeinsatz in Wohn-gebäuden durch starke Effizienzgewinne und da Alternativen wie Solarthermie und Wärmepumpen günstiger - Bis 2050 nahezu keine ungekoppelte Stromerzeugung aus Biomasse, weil Wind / PV / andere Flexibilitätsoptionen günstiger + Starker Zuwachs bei Nah- und Fernwärme und (~ Verdopplung der BM-Anteile) Biomasseeinsatz nach Sektoren in TWh Verkehr Umwandlung Industrie Haushalte GHD Seite 12

13 Langfristszenarien Ergebnis Verkehr Starke Zunahme von Biokerosin, weil Alternativen beim Flugverkehr kaum verfügbar Geringer Anstieg von Biodiesel und Bioethanol, weil Emob bei PKW und LKW günstigere Alternative Aus Kostengründen kein Einsatz von strombasierten Kraftstoffen (inkl. Wasserstoff) Endenergieverbrauch in TWh Biokerosin Kerosin Bio-LNG LNG H2 Strom Bio-Gas CNG LPG Bio-Diesel Diesel Bio-Ethanol Benzin Seite 13

14 Langfristszenarien Ergebnis Raumwärme und Warmwasser Einsatz von Biomasse in dezentralen Biomasseheizsystemen abnehmend und in der Nah- und Fernwärme leicht ansteigend In Summe etwa Halbierung des Biomasse Einsatzes bis 2050 Gründe für verbleibenden Biomasse Einsatz: Restriktionen für andere EE und Dämmung, Wärmenetze & lokale Verfügbarkeit TWh 1, Solarthermie Umweltwärme Biomasse Nahwärme Fernwärme Strom-direkt Strom-Hilfsenergie Strom-WP Erdgas Heizöl Kohle Seite 14

15 Langfristszenarien Ergebnis Industrie Starke Zunahme biogener Brennstoffe aufgrund des Mangels kostengünstiger Alternativen bei Prozessen mit hohen Temperaturen Zusätzlich Erhöhung des Biomasseeinsatzes bei Prozesswärme auch in KWK Endenergieverbrauch in TWh Sonstige biogene Brennstoffe Solarthermie Fernwärme Sonstige Gase Erdgas Kohle Heizöl Strom - P2H Strom - ohne P2H Seite 15

16 Langfristszenarien Ergebnis Umwandlung Biomasse im Stromsektor nahezu ausschließlich zur Bereitstellung von Flexibilität genutzt Reine Verstromung von Biomasse bis 2050 vernachlässigbar Lediglich die KWK- Erzeugung noch von Relevanz Seite 16

17 Langfristszenarien Ergebnis Umwandlung Langfristige Rolle der Biomasse im Stromsektor: Ungekoppelte Verstromung (wenn überhaupt) nur zur Spitzenlastdeckung Beitrag zur gesicherten Leistung Erzeugen größerer Strommengen nicht kosteneffizient Einsatz in KWK-Anlagen in Nah- und Fernwärmenetzen und in Industrieprozessen Energiemengen abhängig vom Dekarbonisierungsziel (höheres Ziel höherer Biomasseeinsatz) und der Entwicklungen der alternativen Optionen (Solarthermie, Wärmepumpen, ) Beitrag zur gesicherten Leistung Erzeugungsleistung der Biomasse KWK nach 2030 etwa konstant, Auslastung sinkt kontinuierlich Seite 17

18 Zusammenfassung und weitere Aspekte Biomasseallokation Einsatz der Biomasse verlagert sich in Sektoren mit teureren alternativen Dekarbonisierungsoptionen Hier sind besonders der Flugverkehr und Industrieprozesse mit mittleren und hohen Temperaturen zu nennen Biomasseeinsatz Umwandlungssektor: Verschiebung zu KWK-Anlagen und ggf. Flexibilitäts- und Leistungsbereitstellung Sonstige Nutzung für Bereitstellung von Raumwärme bei Restriktionen für Dämmung und andere EE Die kostenoptimale Biomasseverteilung wird auch von unsicheren Faktoren/Entwicklungen beeinflusst: Biomasseimportmengen, Solarthermie in Fernwärmenetze, Industrie-CCS, stoffliche Nutzung, Langfristig optimale/erforderliche Aufteilung hat bereits mittelfristig Auswirkungen (80 %ige THG-Reduktion vs. 95 %ige) Seite 18

19 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 19

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