Strategien zur Integration erneuerbarer Energien ins Europäische Stromnetz bis 2050

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1 Strategien zur Integration erneuerbarer Energien ins Europäische Stromnetz bis 2050 Karl Anton Zach, Hans Auer Energy Economics Group (EEG) Technische Universität Wien Energiegespräche zum Thema: Super/Smart Grids: Stromnetze der Zukunft? Technisches Museum Wien, 31. Mai

2 Agenda 1. Eckdaten des EU Projektes SUSPLAN Ziele, Innovation, Analysierte Regionen, 2. Methodik: Szenarien für RES-E Netzintegration Storylines, Empirische Skalierung von Parametern, 3. Ausgewählte Resultate der analysierten Regionen: Investitionen ins Stromnetz = f (RES-E Entwicklung) Norwegen, Spanien, Österreich, 4. Zusammenfassung & Schlussfolgerungen 2

3 1. Das Projekt SUSPLAN 1.1 Ziele Entwicklung, Modellierung und Evaluierung von netzbasierten Integrationsszenarien erneuerbarer Energien auf regionaler and transnationaler (europäischer) Ebene mit besonderem Fokus auf den Zeitabschnitt von Evaluierung, Vergleich und Bewertung aller Szenarienergebnisse, um den optimalen Integrationspfad erneuerbarer Energien in zukünftige Infrastrukturen zu identifizieren Ermittlung von Implementierungsstrategien für Entscheidungsträger auf regionaler und transnationaler Ebene durch Zusammenfassung der Ergebnisse und Erfahrungen der RES-Integrationsstudien Erstellen einer Wissensgrundlage, um nachfolgende SUSPLAN- Ergebnisse und Empfehlungen implementieren zu können Veröffentlichung der Arbeiten & Ergebnisse 3

4 1. Das Projekt SUSPLAN Islands 1.2 Auswahl der 9 Regionalen Studien Große RES-E Potentiale (Meeresenergie) Isoliertes & schwaches Stromnetz Sehr geringe Stromnachfrage Nordeuropa Fast 100% Wasserkraft Große Wasserkraft- & Wind-Potentiale RES-E Potentiale werden nicht für nationale Stromnachfrage benötigt West/Zentraleuropa Geringe RES-E Potentiale in der Region Multiple Energie-Infrastrukturen (Strom/Wärme/Gas) Hohe Energienachfrage (Hohe Bevölkerungsdichte) Nordosteuropa Hauptsächlich kohlebasierte Stromerzeugung (geringe Flexibilität) Große Wind-Potentiale Massive Investitionen im Energiesektor benötigt Südosteuropa Energiesystem mit geringer Effizienz Teilweise veraltete Infrastrukturen Große RES-E Potentiale (Wind, Hydro) 4

5 1. Das Projekt SUSPLAN 1.2 Auswahl der 9 Regionalen Studien Südwesteuropa Bereits jetzt hohe Winderzeugung Weiterhin große Wind-Potentiale/Ambitionen Schwaches Übertragungsnetz Südeuropa Importabhängiges Energiesystem Kandidat für wichtiges Flüssiggas-Drehkreuz (LNG) in Europa Wind-Potentiale im Süden, Lastzentren im Norden des Landes Westliche Balkanstaaten Energiesystem mit geringer Effizienz Schwache/veraltete Energieinfrastruktur Hohe RES-E Potentiale (Hydro, Wind) Keine Fördersysteme für RES-E Alpine Region Bereits jetzt hoher Anteil an RES-E Erzeugung Signifikantes Europäisches Stromdrehkreuz Nord/Süd and Ost/West Hoher Anteil und zukünftige Potentiale an Pumpspeicherkraftwerken 5

6 Agenda 1. Eckdaten des EU Projektes SUSPLAN Ziele, Innovation, Analysierte Regionen, 2. Methodik: Szenarien für RES-E Netzintegration Storylines, Empirische Skalierung von Parametern, 3. Ausgewählte Resultate der analysierten Regionen: Investitionen ins Stromnetz = f (RES-E Entwicklung) Norwegen, Spanien, Österreich, 4. Zusammenfassung & Schlussfolgerungen 6

7 2. Methodik 2.1 Die 4 unterschiedlichen Storylines Positive öffentliche public attitude Meinung High Hohes environmental Maß an ökologischem focus in Bewusstsein population and in Wirtschaft business. und Gesellschaft; Reduced energy reduzierter consumption Energieverbrauch and demand und hohe Nachfrage for environmentally nach ökologischen friendly Produkten products Günstiges Positive Umfeld für future hohe for RES- high RES Integration, integration, jedoch but geringer too low technology technischer Fortschritt. Hauptsächlich development dezentrale rate. Mainly Entwicklung. decentralized development Langsamer Slow tech technischer development Fortschritt No major technology Yellow Keine break-throughs; technologischen gradual Entwicklungssprünge; development graduelle of Verbesserungen basierend auf current technologies Red gegenwärtigen Technologien Difficult future for high RES Sehr schwieriges Umfeld für hohe RESintegration. Few new technologies are Integration. Kaum neue Technologien und available, and low interest to invest. geringes Investitionsinteresse. Zentrale Entwicklung Mainly centralized mit traditionellen development Technologien with traditional technologies Positive Sehr future günstiges for high Umfeld RES für hohe integration. RES-Integration. Both market Sowohl pull Markt- als and auch technology Technologie-Faktoren push existing. wirken positiv. Green Blue New Schwieriges technologies Umfeld are für available, hohe RES- Integration. but low interest Technologien to invest sind and verfügbar, use. jedoch geringes Investitionsinteresse. Mainly centralized development, Zentrale Entwicklung mit neuen but with new technologies. Technologien Fast Schneller tech development technischer Major break-throughs Fortschritt several Entwicklungssprünge technologies, für RES, verschiedene grids, demand Technologien side Indifferente öffentliche public attitude Meinung Low Geringes environmental ökologisches focus Bewusstsein population in Wirtschaft and business. und Gesellschaft; Higher hoher energy Energieverbrauch consumption and und no geringe demand Nachfrage nach for environmentally ökologischen Produkten friendly products und Dienstleistungen or services 7

8 2. Methodik 2.2 RES Netzintegration in den 4 unterschiedlichen Storylines Positive öffentliche Meinung Langsamer techn. Fortschritt Geringer Energieverbrauch Dezentralisierte RES Integration basierend auf derzeitigen Technologien und einige - aber kleine Smart Grids Anwendungen PV, Wind (Onshore, Offshore in seichten Gewässern), Hydro, Biomasse E-Mobility hauptsächlich in Stadtzentren; keine Technologiesprünge bei Batterien Keine Supergrids ; Ausgleich von RES vor allem durch Hydro & fossile Kraftwerke Hoher Energieverbrauch RES Produktion basiert auf bekannten Technologien (Offshore-Wind an Küste) Keine großen Offshore-Wind/Meeres und / oder Solarthermische (CSP) Kraftwerke Wenige E-Mobilitäts- und Batterie- Technologien Keine Supergrids in Europa; auch keine signifikanten Smart Grids Implementierung Geringfügige Erhöhung der RES-Anteile basierend auf derzeitigen Energiesystem Geringer Energieverbrauch NIMBY nicht mehr vorhanden; RES Politik (inkl. R&D) ermöglicht viele technolog. Entwicklungssprünge Simultane Bottom-Up (dezentralisiert, smart) RES Implementierung durch Konsumenten und Top-Down (zentralisiert, Skaleneffekte für RES) durch die Energieindustrie Hohe Durchdringungsrate von E-Mobilität Große & effiziente Übertragungsnetze benötigt RES Politik (inkl. R&D) vor allem getrieben durch Politiker und Autoritäten Signifikante techn. Entwicklungssprünge wie schwimmende Windturbinen, Technol. zur Nutung der Meeresenergie, CSP, Netztechnologien, etc. RES Erzeugung basiert auf großangelegten zentralisierten Lösungen (wegen hohem Energieverbrauch) Großangelegte und neue Übertragungsnetze (Supergrids) benötigt (auch um europäisches Energiesystem auszugleichen ) Indifferente öffentliche Meinung Schneller techn. Fortschritt 8

9 2. Methodik 2.3 Konsistenter Empirischer Datensatz für die Szenarioanalysen RES-Anteile EU30+ Region im Zeithorizont (2050) der Szenarioanalyse 60 RES Share of Total Final Energy Demand in the EU30+ Region GREEN RES Share of Total Final Energy Demand [%] Today Assumption that EU2020 goals - in the worst case (RED) - are met at least in 2030 Regional & Transnational Scenario Analyses BLUE YELLOW RED Based on existing Studies SUSPLAN Storylines Year Bis 2030: Green-X 9

10 2. Methodik Preise (fossile Energieträger, CO 2 ) im Zeithorizont (2050) der Szenarioanalyse Positive öffentliche Meinung Langsamer techn. Fortschritt WEO2009 "450 ppm Scenario" ($2008 Prices) IEA crude oil imports ($/bbl) 97,2 86,7 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 90,0 Natural gas imports ($/Mbtu PCS) 10,3 10,5 11,0 11,0 11,0 11,4 11,4 11,4 11,4 Natural gas imports ($/Mbtu PCI) 11,5 11,6 12,3 12,3 12,3 12,3 12,3 12,3 12,3 Natural gas imports ($/MWh PCI) 39,2 39,7 41,9 41,9 41,9 41,9 41,9 41,9 41,9 OECD steam coal imports ($/t) 120,6 85,6 80,1 72,5 64,8 57,2 49,6 41,9 34,3 OECD steam coal imports ($/MWh) 16,5 11,7 10,9 9,9 8,8 7,8 6,8 5,7 4,7 Geringerer Verbrauch fossiler Energieträger in Yellow/Green als in Red/Blue -> Geringeres Preisniveau WEO2009 "Reference Scenario" ($2008 Prices) CO 2 Price [$/tco 2 ] Öffentlichkeit passt Produktion und Konsumation von Energie eigenständig und in nachhaltiger Weise an; CO 2 Markt weniger wichtiges Instrument und deshalb geringere Preise WEO2009 "Reference Scenario" ($2008 Prices) IEA crude oil imports ($/bbl) 97,2 86,7 100,0 107,5 115,0 122,5 130,0 137,5 145,0 Natural gas imports ($/Mbtu PCS) 10,3 10,5 12,1 13,1 14,0 15,0 15,9 16,9 17,8 Natural gas imports ($/Mbtu PCI) 11,5 11,6 13,5 14,6 15,6 16,7 17,7 18,8 19,8 Natural gas imports ($/MWh PCI) 39,2 39,7 45,9 49,7 53,2 56,8 60,4 64,0 67,6 OECD steam coal imports ($/t) 120,6 91,1 104,2 107,1 109,4 112,0 114,5 117,0 119,5 OECD steam coal imports ($/MWh) 16,5 12,4 14,2 14,6 14,9 15,3 15,6 16,0 16,3 Höherer Verbrauch fossiler Energieträger in Red/Blue als in Yellow/Green -> Höheres Preisniveau WEO2009 "450 ppm Scenario" ($2008 Prices) CO 2 Price [$/tco 2 ] Hoher CO 2 Marktpreis ist wichtiges Instrument (für Autoritäten) um Produktion und Konsumation von Energie zu beeinflussen (wegen indifferenter Öffentlichkeit ) Indifferente öffentliche Meinung Bis 2030: WEO2009 (Crosscheck mit anderen Studien wie EC/EET basierend auf PRIMES; DOE/AOE 2009) Schneller techn. Fortschritt 10

11 2. Methodik Beispiel: RES-E Technologiekosten im Zeithorizont (2050) für die Blue Storyline RES-E Technology Investment Cost Reduction [Year 2010 = 100%] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Blue Gaseous biomass Gaseous biomass CHP Solid biomass - small-scale CHP Solid biomass - cofiring & largescale plant Geothermal electricity Hydropower Solar thermal electricity Photovoltaics Tidal & wave Wind energy Bis 2030: Green-X (RES-E Technologiekosten) 11

12 Agenda 1. Eckdaten des EU Projektes SUSPLAN Ziele, Innovation, Analysierte Regionen, 2. Methodik: Szenarien für RES-E Netzintegration Storylines, Empirische Skalierung von Parametern, 3. Ausgewählte Resultate der analysierten Regionen: Investitionen ins Stromnetz = f (RES-E Entwicklung) Norwegen, Spanien, Österreich, 4. Zusammenfassung & Schlussfolgerungen 12

13 3. Resultate Norwegen enorme Wind-Offshore RES-E Potentiale aber mit fast 100% Wasserkraft, kein Investitionsinteresse neue Geschäftsmodelle werden benötigt Default Grid stage 2030 Blue Storyline

14 3. Resultate Western Isles (Nord-Schottland) massive Potentiale an Meeresenergie Lastzentren weit entfernt (London, Kontinentaleuropa, etc.) 14

15 3. Resultate Pommern (Nordpolen) signifikante RES-E Potentiale (Wind-Offshore im Baltischem Meer) wird exorbitanter Netto-Stromexporteur Nukleare/konventionelle- oder RES-Stromerzeugung Reserve/Ausgleichs-Kapazitäten benötigt (Alpen/Skandinavien) 80 Total Transmission Grid Investments as a Function of RES-Share in the 4 Different Storylines up to 2050 Blue-Storyline: Electricity Generation and Gross Electricity Demand in Pomerania Green-Storyline: Electricity Generation and Gross Electricity Demand in Pomerania Electricity Generation [TWh/yr] TOTAL CUMULATED TRANSMISSION GRID INVESTMENTS [M ] Electricity Generation [TWh/yr] Wind offshore Wind offshore YELLOW GREEN 10 RED RES-E SHARE [ % ] 0 BLUE Wind onshore Wind onshore

16 3. Resultate Spanien große RES-E Potentiale (Solar PV & CSP, Wind) bis zu 80% der Stromerzeugung von RES in 2050 Reserve/Ausgleichs-Kapazitäten benötigt Backup mit konventioneller (Gas) Stromerzeugung ,000 GW Solar PV Solar CSP Offshore wind Onshore wind Biomass Small hydro PS hydro Hydro Total cummulated transmission grid investment (million ) 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Green Yellow Red Blue RES E share (%) 16

17 3. Resultate Österreich signifikante RES-E Potentiale (Hydro, Gebäudeintegrierte-PV) Bereitstellung von Ausgleichsenergie Investitionen ins Übertragungsnetz benötigt Total Cumulated Transmission Grid Investments [M ] Total Cumulated Transmission Grid Investments as a Function of RES-E Deployment in the 4 Different Storylines in Austria up to 2050 YELLOW GREEN RED BLUE Additional Hydro Additonal Hydro Additional Wind Additional Wind Net-Export Quelle: APG Share of RES-E Generation [ % ] 17

18 Agenda 1. Eckdaten des EU Projektes SUSPLAN Ziele, Innovation, Analysierte Regionen, 2. Methodik: Szenarien für RES-E Netzintegration Storylines, Empirische Skalierung von Parametern, 3. Ausgewählte Resultate der analysierten Regionen: Investitionen ins Stromnetz = f (RES-E Entwicklung) Norwegen, Spanien, Österreich, 4. Zusammenfassung & Schlussfolgerungen 18

19 4. Schlussfolgerungen Auswahl der wichtigsten gelernten Lektionen: Künstliche Grenzen (politisch, institutionell, etc.) sollten überwunden werden wenn RES-E Potentiale identifiziert und Geschäftsmodelle / -fälle für RES-E Netzintegration entwickelt werden Skaleneffekte von RES-E Erzeugung sollten bei attraktiven RES-E Potentialen ausgenützt werden; geeignete Lastzentren gesucht werden Der naheste Netzverbindungspunkt ist notwendigerweise nicht der naheste geeignete Netzverbindungspunkt (ungenügende Netzkapazitäten) Entwicklung von interregionalen (und auch europaweiten) Geschäftsund Kosten-Renumerations-Modellen für Investitionen ins Übertragungsnetz Zugang zu effizienten/effektiven Technologien zur Bereitstellung von Ausgleichs- und Reserve-Kapazitäten in einem interregionalen Kontext Harmonisierung von legislativen und regulatorischen Rahmenbedingungen für die Netzintegration von RES-E Technologien in der EU27+ Involvierung von lokalen/regionalen Personen/Gemeinschaften bereits zu Beginn der Netzplanungsphase; Entwicklung von Geschäfts- / Beteiligungs- Modellen für diese 19

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Für weiterführende Informationen über das Projekt SUSPLAN besuchen Sie bitte: 20