Energiesystem Deutschland 2050 Zur Rolle von Erdgas und grünem Gas

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Ralph Biermann
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1 Energiesystem Deutschland 2050 Zur Rolle von Erdgas und grünem Gas Prof. Dr. Hans-Martin Henning Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg Workshop Energieverein» Zur Rolle von Erdgas/ grünem Gas in der Energiewende - Lösungspfad, Überbrückung oder Sackgasse«Berliner Energietage 2018 Berlin, 9. Mai 2018

2 Inhaltsübersicht Einführung Ziele, Hintergrund, Methodik Ergebnisse Zusammenfassung, Fazit Folie 2

3 Inhaltsübersicht Einführung Ziele, Hintergrund, Methodik Ergebnisse Zusammenfassung, Fazit Folie 3

4 Treibhausgasemissionen Deutschland Historische Entwicklung und Ziele 4 Basierend auf: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau, März 2017

Endenergie Deutschland Zusammensetzung Endenergie in den vier Nutzungsbereichen Quelle: Energiedaten, Gesamtausgabe, BMWi, Stand Februar 2017 5

5 Endenergie Deutschland Zusammensetzung Endenergie in den vier Nutzungsbereichen Quelle: Energiedaten, Gesamtausgabe, BMWi, Stand Februar Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

6 Energiebedingte CO 2 -Emissionen Deutschland 21% Strom 44% Brenn-Kraftstoffe für Gewerbe/Industrie 19% Niedertemperaturwärme Verkehr 16% 6 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

ESYS-Arbeitsgruppe Sektorkopplung AG»Sektorkopplung«im

7 ESYS-Arbeitsgruppe Sektorkopplung AG»Sektorkopplung«im BMBF- geförderten Projekt»Energieysteme der Zukunft (ESYS)«, durchgeführt von den deutschen Wissenschaftsakademien unter Federführung von acatech (Leitung Prof. Eberhard Umbach, Prof. Hans-Martin Henning) Veröffentlichungen November 2017 Download 7

8 Leitgedanken ESYS-Arbeitsgruppe»Sektorkopplung«Die drastische Absenkung der Treibhausgasemissionen der Energieversorgung, ist nur erreichbar, wenn die Emissionen in allen Verbrauchssektoren signifikant reduziert werden. Wie kann dies bei der Wärmeversorgung des Gebäudebereichs gelingen, wo heute immer noch überwiegend fossile Energieträger Erdgas und Heizöl eingesetzt werden? Und wie im Bereich der Mobilität, die dominant auf fossilen Kraftstoffen basiert? Welche Möglichkeiten bieten sich in der Industrie, wo ebenfalls heute die meisten Prozesse fossile Energieträger nutzen? Gibt es dafür übergreifend wirkende Entwicklungen und Rahmenbedingungen? 8

Einbeziehung aller Verbrauchssektoren und Energieträger

9 Regenerative Energien Modell»REMod«Modell zur Simulation und Optimierung der Entwicklung nationaler Energiesysteme Einbeziehung aller Verbrauchssektoren und Energieträger Minimierung der Transformationskosten Stundengenaue Modellierung 9

Methodisches Vorgehen Optimierung von Ausbau, Sanierung, Ersatz Monte-Carlo Zielfunktion: minimale kumulative Gesamtkosten 2014-2050 Bestand und Altersstruktur

Zeitschrittsimulation des Gesamtsystems von 2014 bis 2050 in Stundenschritten Ausbau, Sanierung, Ersatz 2014 2015 2016 2048 2049 2050 Kraftwerke und EE (PV,

10 Methodisches Vorgehen Optimierung von Ausbau, Sanierung, Ersatz Monte-Carlo Zielfunktion: minimale kumulative Gesamtkosten Bestand und Altersstruktur Kraftwerke und EE (PV, Wind, ) Gebäude und Heizungstechnik Fahrzeugflotte, Verkehr Prozesse in Industrie und Gewerbe Zeitschrittsimulation des Gesamtsystems von 2014 bis 2050 in Stundenschritten Ausbau, Sanierung, Ersatz Kraftwerke und EE (PV, Wind, ) Gebäude und Heizungstechnik Fahrzeugflotte, Verkehr Prozesse in Industrie und Gewerbe Speicher (Strom, Wärme) Power-to-X-Techniken CO 2 -Grenzen (jahresscharf) eingehalten? 10

11 Inhaltsübersicht Einführung Ziele, Hintergrund, Methodik Ergebnisse Zusammenfassung, Fazit 11

12 Untersuchte Randbedingungen Zielwert energiebedingte CO 2 -Emissionen, sonstige Freie Optimierung; keine gesetzten Randbedingungen Bestimmte Randbedingungen vorgegeben 12

13 Stromerzeugung Installierte Leistung 13

14 Stromerzeugung durch flexible Kraftwerke Jährliche Energiemenge in TWh 14

15 Stromnutzung Originäre Stromnutzung und Sektorenkopplung H 2 -Technologien heutiger Wert 15

16 Chemische Energieträger (Endenergie) Zusammensetzung EE-Brenn-/Kraftstoffe Originäre Stromanwendungen 16

17 Primärenergie 17

18 Energieflussdiagramm -85 % offen 18

19 Energieflussdiagramm -85 % H 2 19

20 Energieflussdiagramm -85 % PtL/PtG 20

21 Niedertemperaturwärme Zusammensetzung Heizungstechnologien 21

22 Solarthermie Installierte Leistung (GW th ) (1 GW 1,43 Mio. m²) 22

23 Energetische Sanierung Gebäude Drei betrachtete Sanierungsstandards 23

Energiebedarf Industrie kostenlos Mehrkosten kumulativ im Bereich 1000-2000 Mrd.

24 Kosten Kumulative systemische Gesamtkosten bis 2050 in Mrd. Kosten für energetische Sanierung enthalten; Absenkung originärer Strombedarf und Reduktion Energiebedarf Industrie kostenlos Mehrkosten kumulativ im Bereich Mrd. Entspricht rund Mrd. p.a. (rund 1 % BIP 2017 ) Keine Berücksichtigung externen Kosten Keine volkswirtschaftliche Gesamtbetrachtung im Sinne 24

25 CO 2 -Vermeidungskosten Kumulative Gesamtkosten / vermiedene CO 2 -Emissionen Kosten für energetische Sanierung enthalten; Absenkung originärer Strombedarf und Reduktion Energiebedarf Industrie kostenlos 25

26 Phasen der Systemtransformation 26 Quelle:»Sektorkopplung«Optionen für die nächste Phase der Energiewende. acatech Deutsche Akademie der Technikwissenschaften et. al. November 2017

27 Inhaltsübersicht Einführung Ziele, Hintergrund, Methodik Ergebnisse Zusammenfassung, Fazit 27

28 Zusammenfassung, Fazit Erdgas spielt in allen betrachteten Entwicklungen eine zentrale Rolle Im Zuge des Umbaus der Energieversorgung steigt die Bedeutung von Erdgas sogar gegenüber heute (siehe -60 % CO 2 ) Eine Entwicklung mit einer ausgeprägten Nutzung gasförmiger und flüssiger, synthetischer Brenn- und Kraftstoffe hat folgende Implikationen im Vergleich zur Optimierung ohne Restriktionen Größere installierte Leistung Solar- und Windanlagen für Strom Höhere systemische Kosten Im Wärmebereich mehr Wärmenetze, deutlich mehr Gas-Wärmepumpen (hocheffiziente Brennstoff-basierte Heiztechnik), mehr erdgekoppelte Wärmepumpen, höhere Sanierung Gebäude und mehr Solarthermie Groß-skalige Wasserstofferzeugung ist immer Teil der Lösung 28

29 vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystems ISE Hans-Martin Henning 29

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