Vergleich der Auswirkungen des Klimawandels und. von sozio-ökonomischen Entwicklungen auf ein regionales Energiesystem

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1 Vergleich der Auswirkungen des Klimawandels und Titel von sozio-ökonomischen Entwicklungen auf ein regionales Energiesystem Name S. Gößling-Reisemann, Jakob Wachsmuth, Soenke Stuehrmann Institution (mit Beiträgen von André Litfin (Uni Bremen), Martin Wolter (Uni Hannover), Dimitri Dick (Uni Hannover) Universität Bremen artec Forschungszentrum Nachhaltigkeit

2 Inhalt Nordwest2050 Heizwärmebedarf Netzstabilität Fazit S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

3 7 KLIMZUG Projekte (BMBF) Klimawandel zukunftsfähig gestalten KLIMZUG-NORD RADOST nordwest2050 INKA BB dynaklim Klimzug-Nordhessen REGKLAM S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September BMBF

4 Die vier Hauptphasen in nordwest2050 nordwest2050: Klimaangepasste Innovationsprozesse in der Metropolregion Bremen-Oldenburg Vulnerabilität Innovationspotenziale Innovationspfade ( ) Roadmap of Change (2050) Für vier Cluster: Energie, Hafen und Logistik, Ernährung und Landwirtschaft, Region Stefan Gößling-Reisemann/NTA4 Berlin/25. Nov

5 Modellierung des Heizwärmebedarfs Diplomarbeit an der Uni Bremen A. Litfin (Betreuung J. Wachsmuth + S. Stührmann) Fachgebiet Technikgestaltung und Technologieentwicklung S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

6 Modellierung des Heizwärmebedarfs Regionaler Fokus: Bremen (wg. Datenverfügbarkeit) Modellschritte: Bestimmung der Heizgrenztemperatur für die betrachteten Gebäudetypen Modellierung der mittleren Tagesaußentemperatur (CLM, A1B, einfache Bias Korrektur) Berechnung der Gradtagzahl und der Länge der Heizperiode (verschiedene Schaltverzögerungen) Bestimmung des Sanierungszustands Berechnung des Jahres-Heizwärmebedarfs S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

7 Modellierung des Heizwärmebedarfs Sanierungsraten über Lebensdauer der Bauteile (Weibull, keine Forcierung) Drei Szenarien (A,B,C) über Verlauf der Durchgangswerte (g und U Werte) der Bauteile Bestimmung der beheizten Wohnfläche Problem: drei unterschiedliche Merkmale, die zusammengeführt werden müssen: Wohnfläche über Wohnungsanzahl (Bremen Kleinräumig Informationssystem) Bewohnte Wohnfläche nach Baujahr (Mikrozensus Zusatzerhebung 2010, Stat. Landesamt Bremen) IWU-Gebäudetypologie Gesamt Wohnfläche [10000m²] in Gebäude mit einer Wohnung zwei Wohnungen drei oder mehr Wohnungen Stadt Bremen Stadt Bremerhaven Gesamtwohnfläche im Bundesland Bremen reduziert um 2,185% wegen Leerstand (s. u.) ,68 327, , ,11% 153,72 59,27 265, ,40% 470,17 181,30 810, ,21% 78,15 30,13 134, ** ,04% 42,77 16,49 73,73 Summe ,00% Baujahr bewohnte Wohnfläche in [10000m²] Jahre Anteil an Gesamtfläche bis 1918* ,24% 103,87 40,05 179,07 Baujahr IWU- Gebäudetyp Jahre bis 1918* A/B ,87 40,05 179, C ,72 59,27 265, D 9 141,05 54,39 243, E ,39 66,48 297, F ,72 60,43 270, G 5 48,84 18,83 84,20 Summe 2.414,86 776,61 299, ,79 Rest ( ) ,12 72,08 27,79 124,25 Bremen Kleinräumig Informationssystem, [Statistisches Landesamt Bremen 2012a], Tabelle Mikrozensus-Zusatzerhebung 2010, [Statistisches Landesamt Bremen 2012b], Tabelle 8 IWU-Gebäudetypologie, [IWU 2005] S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

8 Modellierung des Heizwärmebedarfs Ergebnis mit und ohne Klimawandel -611 GWh -846 GWh 5558 GWh 5323 GWh Nur Klimawandel Nur Sanierungen GWh 4807 GWh Sanierung + Klimawandel ~ 22% Reduktion S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

9 Modellierung des Heizwärmebedarfs Ergebnis für Änderung der Innentemperatur 6799 GWh 6169 GWh GWh 5545 GWh GWh GWh 5346 GWh 4807 GWh Alle drei Kurven: Sanierung + Klimawandel 4282 GWh S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

10 Ergebnisse/Diskussion Wärmebedarf Modelleinschränkungen Nur Wohngebäude Sollsanierungsraten (Austausch nach Lebensende) Keine Berücksichtigung eines aktuellen Sanierungsstandes Schwierige Datenlage bei Wohnungsbestand Verbessert sich durch Mikrozensus 2011 Kein demographischer Wandel berücksichtigt Unsicherheiten regionale Klimamodelle Keine Solargewinne abgebildet Erweiterung denkbar: Kühlbedarfe S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

11 Ergebnisse/Diskussion Wärmebedarf Der Wärmebedarf sinkt im Modell bis 2050 durch Sanierung UND Klimawandel um ca. 22% Ziel nach Energieprogramm BRD: 80% Standardsanierungsraten (nach Lebensende der Bauteile) deutlich zu gering zur Erreichung der bundesweiten Energieziele Sanierungen haben einen größeren Einfluss als Klimawandel Klimawandel kann aber deutlich positiven Beitrag liefern Lange und kalte Winter würden diesen Einfluss negieren: Vermutlich stagnierender (erhöhter?) Wärmebedarf Aber auch: höhere Sanierungsraten? S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

12 Netzstabilität Unterauftrag an die Uni Hannover Institut für Energieerzeugung und Hochspannungstechnik Prof. L. Hofmann, Dr. M. Wolter, J. Weidner, C. Reese S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

13 Netzstabilität Frage: welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf die Netzstabilität des Verteilnetzes in der Region Bremen-Oldenburg Mögliche Auswirkungen durch: Erhöhte / schwankende Einspeisung aus Wind und Sonne Inkl. Temperatur abhängige Wirkungsgrade PV Höherer Kühlbedarf im Sommer veränderte Lastgänge bei Haushalten, Gewerbe, Landwirtschaft Änderungen des Durchflusses bei Laufwasserkraftwerken Wirkungsgradänderungen bei BHKW S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

14 Probabilistische Simulation Ganglinien werden in Verteilungen umgerechnet Ganglinie der eingespeisten Windleistung einer Januarwoche Wahrscheinlichkeitsfunktion der eingespeisten Windleistung einer Januarwoche S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

15 Probabilistische Simulation Simulation verschiedener Szenarien für 2050 Klimaparameter (mit/ohne Klimawandel) Basierend auf CLM Modell für die Region Simulation über 30 Jahre Dezentrale Erzeugung (Wind, PV, Biogas) Zusammensetzung: fix wie 2010 Installierte Leistung: zwischen 100% und 400% (2% Wachstum p.a.) Wahrscheinlichkeitsfunktionen: aus Leistungszeitreihen ermittelt Verbrauch Installierte Leistung: zwischen 75% und 221% Wahrscheinlichkeitsfunktionen: aus Verbrauchszeitreihen ermittelt S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

16 Testfall: Verteilnetz Friesoythe (Mittelspannung) Mittlere Klimaparameter (CLM, Szenario A1B) Jahresmitteltemperatur: +1,5 % Sommertage pro Jahr: +8,3 Tage Mittlere Windgeschwindigkeit. +1,8 % Maximale Windgeschwindigkeit: +3,8 % Sonnenscheindauer pro Jahr: -2,8 % Netzstabilität Üblicherweise zugelassene Spannungsbandverletzung: 3% (bis 5%) Leistungsüberlastung gemäß thermisch zugelassenem Dauerstrom (=100%) Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

17 Ergebnisse: S1 okw: Ausgangssituation in 2010 Keine Spannungsbandverletzungen, geringe Auslastung ~ 0% << 0,01% Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

18 S4 okw (2050 ohne Klimawandel, V: 100%, E: 400%) Starke Erhöhung der Spannungsabweichung und Leitungsbelastung ~ 1,0 % ~ 0,52% Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

19 S4 mkw (2050 mit Klimawandel, V: 100%, E: 400%) Weitere Erhöhung der Spannungsabweichung und Leitungsbelastung ~ 1,55 % ~ 0,63% Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

20 S16 okw (2050 ohne Klimawandel, V: 78%, E: 400%) Deutlich erhöhte Spannungsbandverletzungen und Leitungsbelastungen ~ 0,97 % ~ 0,55% Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

21 S16 mkw (2050 mit Klimawandel, V: 78%, E: 400%) Klimawandel erhöht Spannungsbandverletzungen und Leitungsbelastungen deutlich ~ 1,49 % ~ 0,69% Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

22 Zusammenfassung MS Friesoythe S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

23 Testfall: Niederspannungsnetz in Bremen Typisches Wohngebiet Leitungen mit großen Querschnitten Annahme für EE-Ausbau: PV (4,5 kw) an jedem dritten Anschluss Klimaparameter s.o.: CLM, Szenario A1B Netzstabilität Üblicherweise zugelassene Spannungsbandverletzung: 5% Leistungsüberlastung gemäß thermisch zugelassenem Dauerstrom (=100%) Wolter, Weidner, Reese 2013 S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

24 Zusammenfassung NS Bremen S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

25 Fazit Netzstabilität Aktuelle MS und NS Netze ohne Gefährdung Sowohl Ausbau EE, als auch Erhöhung der Lasten gefährden Netzstabilität (MS und NS) Antwort: Ausbau, Netzertüchtigung/verstärkung, regelbare Trafos, Latmanagement, Speicher Klimawandel allein stellt nur geringe Herausforderung dar, in Kombination mit Energiewende verschärft er Netzausbauproblematik Insbesondere bei großer Erzeugungsleistung Bei sehr hohen Lasten allerdings auch geringfügige Entlastung durch Klimawandel möglich Berücksichtigung bei (probabilistischer) Netzplanung S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

26 Fazit gesamt I Sozio-ökonomische Entwicklungen überdecken teilweise Wirkungen des Klimawandels Klimawandel kann grundsätzlich verstärkend wirken (wie hier gezeigt), aber auch schwächend (s. lange und kalte Winter) In Hinsicht auf robuste Strategien empfiehlt sich daher eine grundlegende Klimasensitivität von Maßnahmen zu bestimmen S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

27 Fazit gesamt II Aufgrund der regional vermutlich hohen Dynamik von Klimaverläufen sollten dann flexible und anpassungsfähige System implementiert werden Robuste, flexible, anpassungsfähige Systeme Resilienz D.h.: Wissensanforderungen senken! Geothermale Kühlung, z.b. Rechenzentrum S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September

28 Danke für Ihr Interesse! Stefan Gößling-Reisemann S. Gößling-Reisemann - KLIFF Abschlusskonferenz - September