Strom-Wärme-Kopplungspotenziale in Deutschland bis 2030: Modellbasierte Szenarienergebnisse auf Basis stündlicher Lastprofile

Transkript

1 Strom-Wärme-Kopplungspotenziale in Deutschland bis 2030: Modellbasierte Szenarienergebnisse auf Basis stündlicher Lastprofile Dr. Tilman Hesse Öko-Institut e.v. IEWT, Wien, 17. Februar 2017

2 Projekthintergrund BMWi gefördertes Forschungsvorhaben: PowerFlex Heat&Cold Schwerpunkte: Modellweiterentwicklung, Sektorkopplung Strom- Wärme Koautoren: Matthias Koch Christoph Heinemann Markus Haller Tanja Kenkmann Christian Winger Damian Wimmer Veit Bürger 2

3 Einführung: Treibhausgasemissionen im Stromsektor bis

4 Einführung: Treibhausgasemissionen im Wärmesektor bis

5 Einführung: Zielsetzung Ziel der Studie ist es anhand geeigneter Szenarien bis zum Jahr 2030 zu analysieren inwieweit eine verstärkte Strom-Wärme-Kopplung die effizientere Integration Erneuerbarer Energien im Gesamtsystem ermöglicht, sich hinsichtlich der CO 2 -Emissionen und Kosten des Gesamtsystems auswirkt, Schlussfolgerungen zu politischen Handlungsempfehlungen zulässt. Hier: Fokus auf Erfassung des Wärmesektors! 5

6 Methodik Wärmesektor I Erfassung Wärmebereich - Aufteilung nach Teilmärkten Private Haushalte, GHD, Industrie Raumwärme und Warmwasser; Prozesswärme Erstellung stündlich aufgelöster Wärmenachfrageprofile auf Basis von Hellwig (2003) in Kombination mit vereinfachter Typologie aus Bürger et al. (2016) Private Haushalte: vereinfachte Typologie: EZFH, MFH, GMH GHD: 6 Subsektoren mit eigenem Wärmelastprofil Industrie: Lastprofil als Bandlast 6

7 Methodik Wärmesektor II Wärmelastprofile regionalisiert (Bundesländerscharf) Modelljahre 2011, 2020 und als Kalibrierungsjahr mit historischen Wetterdaten Zukünftige Wetterjahre 2020 & 2030 auf Basis regionaler Klimamodellierungen (REMO, abgleitet von IPCC Szenario A1B aus AR4, angetrieben durch globale ECHAM5- MPIOM Modellierungen) 7

8 Methodik Wärmesektor normierter Heizwärmebedarf als Funktion der Außentemperatur Quelle: Eigene Berechnungen auf Basis von Hellwig (2003) 8

9 Methodik Wärmesektor Anteilige Bestimmung der DWD Klimazonen an den Bundesländern 9

10 Methodik Wärmesektor Wärmelastprofile (Bsp. PHH) 10

11 Methodik Stromsektor Modell: PowerFlex Strommarktmodell Strom- und Wärmenachfrage wird auf stündlicher Basis kostenminimal gedeckt Nebenbedingungen bezüglich Potenzialgrenzen, Gesamt-CO 2 - Emissionen etc. nach Bedarf möglich EE-Stromerzeugungsprofile auf Basis des Wetterjahrs 2011, aber mit angenommenem EE-Leistungszubau für 2020 &

12 Methodik definierte Szenarien Referenzszenario (Basis: Öko- Institut & Fraunhofer ISI, KSz80): 45% bzw. 62% EE Strom im Jahr 2020 bzw % bzw. 21% EE Wärme im Jahr 2020 bzw CO 2 -Kosten von 23 bzw. 50 EUR/t CO 2 im Jahr 2020 bzw Kopplung 1 & Kopplung 2 Zusätzliche Wärmespeicher in KWK Anlagen demand side management bei Wärmepumpen Anteil konventionelle Heizkessel mit Heizstab plus Wärmespeicher Kopplung 2: nur EE-Strom in PtH Anlagen (Heizstab) erlaubt! Effizienz Effizienz + Kopplung 2 12

13 Endenergieverbrauch Wärme und Energieträgerverteilung im Referenzszenario 13

14 Endenergieverbrauch Wärme und Energieträgerverteilung im Effizienzszenario 14

15 Ergebnisse: Stromerzeugungs- und Nachfragemix - typische Winterwoche

16 Ergebnisse: Wärme-Energieträgermix - typische Winterwoche

17 Ergebnisse: Wärmemix 17

18 Ergebnisse: Differenz der CO 2 -Emissionen aus Strom und Wärme im Vergleich zum Referenzszenario 18

19 Ergebnisse: Differenz der Strom- und Wärmegestehungskosten im Vergleich zum Referenzszenario 19

20 Zusammenfassung I Ziel der Studie ist es anhand geeigneter Szenarien bis zum Jahr 2030 zu analysieren inwieweit eine verstärkte Strom-Wärme- Kopplung die effizientere Integration Erneuerbarer Energien im Gesamtsystem ermöglicht, => Möglich, da Überschussstrom in den Wärmesektor integriert werden kann sich hinsichtlich der CO 2 -Emissionen und Kosten des Gesamtsystems auswirkt, => CO2-seitige Emissionsminderung vor allem durch Effizienzmaßnahmen im Wärmesektor, Strom-Wärme Kopplung mit relativ geringem Effekt bis 2030 => Gesamtsystemkosten im Effizienzszenario höher bei Berücksichtigung der Sanierungskosten 20

21 Zusammenfassung II Schlussfolgerungen zu politischen Handlungsempfehlungen zulässt. => konsequente Förderung und Umsetzung von Effizienzmaßnahmen im Wärmebereich => verstärkte Digitalisierung und Vernetzung im Bereich der stromgekoppelten Wärmeerzeuger, sowie entsprechende regulatorische Maßnahmen, damit diese auf Marktpreissignale reagieren können (wichtig: Sicherstellung, dass nur EE-Strom in PtH Anlagen zum Einsatz kommt!) => Einrichtung von Modellregionen zur Erprobung eines stärker gekoppelten Strom-Wärmesystems dort, wo schon heute Netzengpässe vorkommen und in der Folge verstärkt Überschussstrom abgeregelt werden muss 21

22 Ihr Ansprechpartner Dr. Tilman Hesse Bereich Energie & Klimaschutz Öko-Institut e.v. Geschäftsstelle Freiburg Postfach Freiburg Telefon: