Wohin mit den überschüssigen Erneuerbaren - alles Speicher, oder was?

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1 10. Baden-Württembergischer Handwerkstag Gebäude im Zentrum der Energieeffizienz Wohin mit den überschüssigen Erneuerbaren - alles Speicher, oder was? Kai Hufendiek, Martin Steurer (), Universität Stuttgart, Leonberg 1

2 () Rund 40 Mitarbeiter und Doktoranden Graduierten-und Forschungsschule Effiziente Energienutzung Stuttgart (GREES) mit Professur Effiziente Energienutzung 2

3 Forschungsprofil Das unterstützt die Gestaltung eines zukunftsfähigen nachhaltigen Energiesystems mit seinen Teilsystemen Strom, Wärme/Kälte, Mobilität. Besondere Schwerpunkte der anwendungsbezogenen Fragestellungen: Dies erfolgt insbesondere durch die Bereitstellung von innovativen Ansätzen in folgenden Feldern: Ganzheitliche, modellgestützte Systemanalysen Ganzheitliche, modellgestützte Bewertungen Modellgestützte Analysen von Energiemärkten Modellgestützte Werkzeuge für Systembetriebsoptimierung Integration von hohen Anteilen erneuerbarer Energieträger zur Strom-, Wärme-/Kälte-und Mobilitätsbereitstellung einschließlich Speichern und energieträgerübergreifenden Optionen Nutzung der Bioenergie insbesondere auch ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Auswirkungen, Nutzenkonkurrenz, Kaskadennutzung sowie andere Erneuerbare Energieträger wie z. B. Solarenergie, Geothermie Intelligente dezentrale Energielösungen unter Integration von Nachfrage, Energiebereitstellung und Anbindung an das Gesamtsystem Determinanten des Energiebedarfs und effiziente Energienutzung insbesondere auch im Wärme-/Kältebereich sowie Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe insbesondere verfahrenstechnische Prozesse und (Ab-)Wärme 3

4 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 4

5 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 5

6 Politische Ziele Die 3 Ziele der Energiewende: Energiewende Klimaschutz Erneuerbare Energien Energieeffizienz Bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergienutzung Hufendiek, Steurer Wohin mit den 6

7 Klimaschutz- und Energieziele die integrierte Energie- und Klimaschutz-Strategie des Landes Baden-Württemberg THG-Emissionen -90 % Anteil EE 80 % (Strom 86 %) Endenergie -50% Quelle: ZSW Klimaschutz ist primäres Ziel: Ziele zu Erneuerbaren Energien und Energieeffizienz sind Unterziele. THG Treibhausgas ; EE Erneuerbare Energien 7

8 Politische Ziele Die 3 Ziele der Energiewende: Energiewende Klimaschutz-Zieldurch G7 auf internationaler Ebene bekräftigt: Energiewende Klimaschutz Klimaschutz Erneuerbare Energien Energieeffizienz Erneuerbare Energien Energieeffizienz Bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergienutzung Bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergienutzung Herausforderung der sicheren und kosteneffizienten Integrationhoher Anteile erneuerbarer Energien Bedarf nach Flexibilität auf allen Ebenen Hufendiek, Steurer Wohin mit den 8

9 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 9

10 Was ändert sich durch Wind und PV? Überschüsse 10

11 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 11

12 Überschüssige Erneuerbare - alles Speicher, oder was? Einspeicherleistung der heute bestehenden Pumpspeicher Zu erwartende maximale Überschüsse an erneuerbaren Energien in Deutschland 80 % Erneuerbare 78 GW el Norwegen 24,7 GW el x12 Deutschland 6,5 GW el 50 % Erneuerbare 27 GW el Datenquellen: BDEW, Eurostat, eigene Berechnungen 12

13 Flexibilitätsoptionen im Strommarkt Erzeugung Wind offshore Einspeisemanagement Konv. Großkraftwerke Flexibilisierung Neubau Zentrale Strukturen Verteilte Strukturen Konv. Kleinkraftwerke + Biomasse Flexibilisierung Ausland Netz & Verbraucher Speicher Power-to-X Ausbau Grenzkuppelstellen Übertragungsnetz Netzausbau Verteilnetze Netzausbau Zentrale Speicher Hydraulische Speicher Zentrale Speicher Hydraulische Speicher Druckluftspeicher Power-to-Gas Dezentrale Speicher Elektrische Speicher Thermische Speicher (Power-to-Heat) Gasnetz Wärme IKT Informations-und Nicht regelbare EE Verbraucher (PV, Wind onshore) Chemische Speicher Kommuni- Lastflexibilisierung (DSI) Einspeisemanagement kations- technologie; EE Erneuerbare Energien 13

14 Einordnung der wichtigsten Handlungsmöglichkeiten Einspeisemanagement Demand Side Integration Speicher Sehr hohes Potential, Investitionen nur in Steuerung erforderlich Abgeregelte Energie kann nicht zurück ins System gebracht werden Sehr hohes Potenzial, häufig nur IKT-Anbindung notwendig Mögliche Nutzungsdauer häufig begrenzt Hohe Flexibilität bzgl. Zyklenhäufigkeit und Speicherdauer Hohe Investitionen, Kostendegression Batterien noch unklar Netzausbau Power-to-Heat Power-to-Gas Behebt Netzengpässe nachhaltig, europäischer Ausgleich günstig Wirkt nur bzgl. Netzengpässen, Akzeptanzthemen Vergleichsweise günstig und hohes Potenzial Potenzial im Sommer gering, bisher geringe Marktdurchdringung Geringe Effizienz, vergleichsweise teuer, keine reife Technologie Gasnetz kann als Speicher genutzt werden, Wasserstoffinfrastruktur 14

15 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 15

16 Chancen durch Lastflexibilisierung (Demand Side Integration) Flexible Stromverbraucher können genutzt werden, um die Stromnachfrage an das Angebot am Strommarkt anzupassen Systemdienstleistungen bereitzustellen Netze zu entlasten Dadurch können die Systemkosten gesenkt werden: - Reduktion der Systembetriebskosten (Systemdienstleistungen, Kraftwerkseinsatz) - Reduktion der Investitionenin Energieinfrastruktur (Speicher, Kraftwerke, Netze) OPEX CAPEX 16

17 1 Fragestellungen im Bereich nachfrageseitige Flexibilität? 2? Potenzialanalyse Die Nachfrageseite ist heterogen. Welche Stromanwendungen eignen sich für eine Flexibilisierung? Wie lässt sich eine Merit Order der nachfrageseitigen Flexibilitäten ermitteln? Systemrelevanz Nachfrageseitige Flexibilität könnte ein wichtiger Baustein der Energiewende werden. Welchen Beitrag kann sie tatsächlich leisten (auch im Vergleich mit Alternativen)? Welche Einflussfaktoren spielen dabei eine Rolle? 3? Realisierung Aus Systemsicht sinnvolle Potenziale werden häufig nicht realisiert. Welche Hemmnisse können aus Sicht der Akteure bestehen? Was sind sinnvolle Maßnahmen zur Überwindung dieser Hemmnisse? 17

18 1 Potenzialanalyse Universität Stuttgart Vielfalt flexibilisierbarer Stromanwendungen Industrieprozesse: Zementmühlen Elektrostahlöfen Querschnitts- Technologien: Lüftungsanlagen Klimaanlagen E-Speicherheizungen Wärmepumpen mit Warmwasserspeicher Kühl- und Gefriergeräte Quelle: Wikimedia Commons (alle Bilder) 18

19 1 Potenzialanalyse Universität Stuttgart Kosten-Potenzial-Kurve Lastflexibilitäten(DSI) 19

20 2 Systemrelevanz Universität Stuttgart Welchen Beitrag kann die Nachfrageseite zur Energiewende leisten? Vielfältige Wechselwirkungen und Einflussfaktoren erfordern ganzheitliche Betrachtung. Methodischer Ansatz: Fundamentales Optimierungsmodell zur Simulation Stromsystem Input Lastflexibilisierung (DSI): Kosten-Potenzial-Kurve Beispielhaftes Ergebnis für 80 %-Anteil erneuerbarer Energien am deutschen Strommix: 20

21 3 Realisierung Universität Stuttgart Was ist für die Potenzialrealisierung zu tun? Um die Vorteile von Lastflexibilisierung nutzbar zu machen, müssen notwendige IKT (ggf. Smart ) vorhanden sein, Flexibilitätstechnologien lokal installiert, und vorhandene Technologien in das System eingebracht werden (Dienstleister für operative Steuerung). d. h. die Zusammenarbeit zwischen installierenden Akteuren, Dienstleistern für die operative Steuerung und Kunden mit flexibler Last wird zukünftig immer wichtiger. Erste Potentiale können bereits heute erschlossen werden. Um die Potentiale vollumfänglich nutzen zu können sind im Ordnungsrahmen zusätzliche Weiterentwicklungen notwendig, u. a. um Lastflexibilisierung auch für Netzentlastung und Systemdienstleistung nutzbar zu machen. 21

22 Gliederung Ausgangssituation und Motivation Folgen hoher Anteile Erneuerbarer Handlungsmöglichkeiten Flexibilität durch Lastflexibilisierung Fazit 22

23 Fazit Für ein erfolgreiches Gerlingen der Energiewende kommt es auf einen effizienten Mix aller Flexibilisierungsoptionen an. Einspeisemanagement und Lastflexibilisierung bieten hohe, günstig zu erschließende Potentiale für Flexibilisierung. Erste Potentiale heute schon erschließbar, aber noch weitere Verbesserungen am Ordnungsrahmen notwendig. Der Rollout intelligenter Messsysteme ist absehbar. Dies fördert die Nutzung von Lastmanagement und ist der erste Schritt in eine Smarte Energiewelt. Für die Realisierung neuer Lösungen ist eine stärkere Kooperation von Dienstleistern, Lieferanten, Installationsunternehmen, Herstellern und Kunden wichtig. 23

24 Vielen Dank! Kontakt: Heßbrühlstr. 49a Stuttgart Telefon: