Bahnstrom Regenerativ Analyse und Konzepte zur Erhöhung des Anteils der Regenerativen Energie des Bahnstroms. Fraunhofer IWES

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1 Bahnstrom Regenerativ Analyse und Konzepte zur Erhöhung des Anteils der Regenerativen Energie des Bahnstroms

2 Vorstellung des Endberichts Bahnstrom Regenerativ Analyse und Konzepte zur Erhöhung des Anteils der Regenerativen Energie des Bahnstroms Dr.-Ing. Kurt Rohrig, Norman Gerhardt Fraunhofer-Forum Berlin,

3 Studie Bahnstrom Regenerativ ökologischer Anspruch Bahnfahren Umweltvorteil - Kundenbindung größter Stromverbraucher Deutschlands komplexe Versorgungssituation der Bahn Energiewirtschaftliches Dreieck Ziel der Studie: Konzepte für eine technisch und wirtschaftlich sinnvolle Integration der EE in die Bahnstromversorgung Grenzen- und Machbarkeit einer frühzeitigen anteiligen Integration Ausblick auf eine Vollversorgung Versorgungssicherheit Umweltverträglichkeit Energieversorgung Wirtschaftlichkeit

4 CO 2 Emissionen pro Kopf Beispiele für verbleibende Budgets Ca. 730 G t CO 2 bis C Klimaziel erreicht, dafür ist aber ein massiver Umbau des Energiesystems notwendig Quelle: WBGU, 2009

5 Transformation des Energieversorgungssystems Ungenutzte Abwärme Genutzte Energie Effizienzgewinn durch EE-Nutzung Quelle: Sterner, 2009

6 Transformation des Energieversorgungssystems Heute 2050 Bedarf und Verbindungen STROM STROM WÄRME Wärmepumpen WÄRME VERKEHR Rolle des Stroms wird dominant VERKEHR Elektromobilität

7 Das technische Potential Erneuerbarer Energien weltweit Quellen: s. Abb. EE können den Energiebedarf zigfach abdecken

8 Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050 Entwicklung bis zur Vollversorgung

9 Leitstudie 2009 national ohne zusätzliche Verbraucher 2050 (meteorologisches Basisjahr 2007) Wind und Sonne dominieren die Erzeugung

10 An der Schwelle zum Zeitalter von Stromtransport und -speicher P Frühe Phase Späte Phase Erneuerbare/Fluktuierende Quellen Fossile Quellen P Fossile P t Überschussenergienutzung A Lokal kann diese Situation heute schon erreicht werden Erneuerbare Balancing Erneuerbare Fossile Frühe Phase: Niedriger Level der Erneuerbaren t Späte Phase: Hoher Level der Erneuerbaren t Überschüsse und Defizite bestimmen die Energieversorgung

11 Wirtschaftlichkeit von Erneuerbaren Energien Quelle: WBGU, 2011

12 Vorstellung des Endberichts Bahnstrom Regenerativ Analyse und Konzepte zur Erhöhung des Anteils der Regenerativen Energie des Bahnstroms Dr.-Ing. Kurt Rohrig, Norman Gerhardt Fraunhofer-Forum Berlin,

13 Wie ist die Bahnstromversorgung charakterisiert? 15-kV-, 16,7-Hz-System (Deutschland, Österreich, Schweiz, Schweden, Norwegen) zentrale und dezentrale Versorgung Dezentrale Versorgung Zentrale Versorgung Quelle: DB Energie

14 110-kV-Bahnstromnetz (Verteilnetzcharakter) 2 Optionen zur EE-Integration Direkteinspeisung in das 16,7-Hz-Netz analog zur bestehenden Wasserkraft dezentral lastnah vermiedene Netzentgelte und Abgaben höhere Anschlusskosten 50-Hz-Bezug analog zu zwei bestehenden Windparks größere Freiheitsgrade

15 Vergleich 16,7-Hz-Direkteinspeisung vs. 50-Hz-Bezug EE-Stromkosten in Abhängigkeit vom Rechtsrahmen Infrastrukturkosten Vergleich Direkteinspeisung EE-Strombeschaffungskosten + Stromsteuer (+Netzkosten (BL-Netz)) + Speicherkosten 16,7-Hz (opt.) -Marktprämie (opt.) - Befreiung von Stromsteuer (opt.) 50-Hz-Einspeisung EE-Strombeschaffungskosten + Netznutzungsentgelte (NNE) + Konzessionsabgabe + EEG-, KWK-Umlage + Stromsteuer (+Netzkosten (BL-Netz)) + Speicherkosten 50-Hz (opt.) - Marktprämie (optional) - Befreiung von NNE für EE-Anteil (opt.) - Befreiung von Stromsteuer (opt.) + Kosten für das Bahnstromnetz + Kosten für das Bahnstromnetz + Netzanschluss (Mehrkosten) + Zusätzliche Koppelelemente zum 50-Hz-Netz (Mehrkosten) Strombeschaffungskosten bei konventionellem 50-Hz-Bezug (Graustrom)

16 Stromkennzeichnung Bahnstrom 2009 direkteinspeisende Bahnkraftwerke hohe Bedeutung von Herkunftsnachweisen EEG-Anteil am Strommix darf für den 50-Hz-Bezug nicht als Grünstrom ausgewiesen werden Gesamtversorgung Direktbezug Energie [TWh/a] Anteil - Stein- und Braunkohle 3,52 32% - Erdgas 0,53 5% - Kernkraft 1,93 18% - Wasserkraft 0,88 8% Mischbezug - Gichtgas + 50-Hz-Bezug 1,18 11% 50-Hz-Bezug EE-Anteil Energie [TWh/a] Wasserkraft 0,88 Herkunftsnachweise 1,75 EEG-Umlage 0,7 - zentrale Versorgung 1,90 17% Windpark Märkisch - dezentrale Versorgung 0,94* 9% Linden (ab 2010) * inkl. S-Bahnen Berlin und Hamburg ca. 59 GWh

17 Wie viel Platz ist für die Steigerung des EE-Anteils vorhanden?

18 Potenzialberechnungen 16,7-Hz-Direktanschluss EE-Potenziale im DB Infrastrukturumfeld Windkraft zusammenhängende Flächen für mind. 15 MW el im Umkreis des Bahnstromnetzes Photovoltaik in 2,5 km Umkreis um Unterwerke entlang des Schienennetzes Limit: 1700 VLS MW/Planfläche Wiesen und Ackerflächen 110 m beidseitig entlang des Schienennetzes Wasserkraftwerke in Abhängigkeit zur Entfernung von Unterwerken Pumpspeicherwerke im Umkreis des Bahnstromnetzes Abb.: Deutsches Schienen- und Bahnstromnetz zusätzlich mit Wasserkraftwerken und Pumpspeicherkraftwerken [IWES]. 0

19 Möglicher Anteil fluktuierender EE größere Tag-Nacht-Schwankungen im Vergleich zur öffentlichen Versorgung geringerer Anteil von Windkraft möglich optimales Wind/PV-Verhältnis von 75% / 25% (Energie) 1.05 Tageslastgang Lastgang Deutschland/DB Deutschland / DB Lastgang Deutschland Lastgang DBE Preise EEX Stunde

20 Definition Ökostrom Bestehende Optionen: Herkunftsnachweise vs. physische Lieferung? Mengengleichheit vs. Zeitgleichheit? je nach Qualität stark unterschiedlicher Marktwert der Grünstromeigenschaft Altanlagen (z.b. bestehende Wasserkraft) vs. Neuanlagen? ein hoher Umweltnutzen kann gewährleistet werden, wenn der Bau zusätzlicher Anlagen gefördert wird (Zusätzlichkeitskriterium)

21 Definition Ökostrom Anforderungen für die Studie: hoher ökologischer Anspruch Wirtschaftlichkeit eher sekundär möglichst hoher Anteil an Neuanlagen insbesondere Wind und PV solange eine Direktvermarktung für Windkraft nicht selbst tragbar ist, muss weitestgehend die gesamte Einspeisung aus Einzelanlagen in ein Portfolio integriert werden kurz- bis mittelfristig analog zum Geschäftsmodel der Naturstrom AG! weitestgehende Einbindung von Einzelanlagen (Wind, PV) flexibler Bezug von Laufwasserkraft (Back up) zum Ausgleich fluktuierender EE längerfristig - Strombörse mit 2. Auktion für Grünstromeigenschaft? Unabhängige Stundenkontrakte

22 Kostenentwicklung Wind und PV Vergleich Graustrombezug (Börse) konstante bis steigende Strompreise bis 2020 (Realwert Basis 2009 ) Stromgestehungskosten [ 2009 /MWh] Wind 85,8 62,0 53,9 Photovoltaik 200,7 95,0 70,0 Pro - sinkende Stromgestehungskosten für Wind und PV (Lernkurven) Kontra - sinkender relativer Marktwert (Marktfaktor) Kontra - zusätzliche Kosten für Prognosefehler- Ausgleich

23 Graustrom 50Hz Windkraft 50Hz Photovoltaik 50Hz Wasserkraft 50Hz Wasserkraft 50Hz flexibel Biomethan-GuD Graustrom 50Hz Windkraft 50Hz Photovoltaik 50Hz Wasserkraft 50Hz Wasserkraft 50Hz flexibel Biomethan-GuD Kosten [ 2009/MWh] Kostenvergleich - mittlerer Preispfad 50-Hz-EE-Bezug Reduktion der Kostendifferenz Windkraft Auswirkungen von Marktfaktor und Prognosefehler auf Wirtschaftlichkeit sind relativ gering % +18 % +29 % +24 % Netzentgelte (NNE) Stromsteuer 50 Konzessionsabgabe KWKG-Umlage 0 EEG-Umlage zus. Kosten 16,7Hz-Anschluss -50 Kosten Prognosefehler Auswirkung Marktfaktor W. - Optionsprämie Flexibiltät W.- zus. Marktwert Ökostrom Basis - Strombezugskosten

24 Graustrom 50Hz Windkraft 50Hz Photovoltaik 50Hz Wasserkraft 50Hz Wasserkraft 50Hz flexibel Biomethan-GuD Graustrom 50Hz Windkraft 50Hz Photovoltaik 50Hz Wasserkraft 50Hz Wasserkraft 50Hz flexibel Biomethan-GuD Kosten [ 2009/MWh] Kostenvergleich - oberer Preispfad 50-Hz-EE-Bezug Windkraft 2020 fast konkurrenzfähig zur Strombörse und damit zur Wasserkraft Auswirkungen auf Marktwert der Grünstromeigenschaft der Wasserkraft % +18 % +11 % +19 % Netzentgelte (NNE) Stromsteuer 50 Konzessionsabgabe KWKG-Umlage 0 EEG-Umlage zus. Kosten 16,7Hz-Anschluss -50 Kosten Prognosefehler Auswirkung Marktfaktor W. - Optionsprämie Flexibiltät W.- zus. Marktwert Ökostrom Basis - Strombezugskosten

25 Leistung [MW] Leistung [MW] Lastdeckung 2020 oberes EE-Szenario Relative Flexibilität der direkteinspeisenden konv. Kraftwerke konv.einspeisung Wasser-Bestand Wasser-neu Wind PV EE-Backup Last konv.einspeisung 12. Jan. 13. Jan. Wasser-Bestand 14. Jan. Wasser-neu 15. Jan. Wind 16. Jan. PV 17. Jan. EE-Backup 18. Jan. Last Mai. 12. Mai. 13. Mai. 14. Mai. 15. Mai. 16. Mai. 17. Mai.

26 Leistung [MW] Leistung [MW] Lastdeckung 2050 oberes EE-Szenario Hoher Bedarf an flexiblen Ausgleichsoptionen Wasser-Bestand Wasser-neu Wind PV EE-Backup Last Erneuerbare Gaskraftwerke? Flexibler Grünstrombezug? 12. Jan. Wasser-Bestand 13. Jan. Wasser-neu 14. Jan. 15. Jan. Wind PV 16. Jan. EE-Backup 17. Jan. Last 18. Jan Mai. 12. Mai. 13. Mai. 14. Mai. 15. Mai. 16. Mai. 17. Mai.

27 Mehrkosten für den Energiepreis Mehrkosten gegenüber Graustrombezug (über Börse ohne Grünstromeigenschaft) Anteil Energiekosten aber nur 10% der Transportkosten

28 Kontakt Norman Gerhardt Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik info_at_iwes.fraunhofer.de Vielen Dank!