Flexibilitätsbedarf in europäischen Langfristszenarien bis 2050

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1 DLR.de Folie 1 Flexibilitätsbedarf in europäischen Langfristszenarien bis 25 Eine Sensititivitätsanalyse Felix Cebulla

2 DLR.de Folie 2 Agenda 1. Motivation & Ziel 2. Methodik Modell Annahmen Szenario 3. Ergebnisse 4. Konklusion & Ausblick

3 DLR.de Folie 3 Motivation & Ziel Untersuchungen zum zukünftigen Stromspeicherbedarf (in Europa) weisen große Bandbreiten auf (Lade-/Entladeleistung, Speicherkapazität) Entladeleistung [GW] Speicherkapazität [TWh] 213, Bert Droste-Franke, Future Storage and Balancing Demand Ranges, Significance and Potential Improvements of Estimations

4 DLR.de Folie 4 Motivation & Ziel Wie robust sind die Ergebnisse hinsichtlich des Stromspeicherbedarf vor dem Hintergrund unsicherer energiewirtschaftlicher, politischer und technischer Rahmenbedingungen? Sensitivitätsanalyse Untersuchung des Einfluss von: a) Brennstoff- u. Emissionskosten b) Netzszenarien/-ausbau c) Zugelassene Abregelung der fluktuierenden Erneuerbaren d) Zubaupotenziale e) Kostenannahmen Investitionen f) Szenario vs. Grüne Wiese -Optimierung

5 DLR.de Folie 5 Methodik: Modell Energieangebot Soll: Angebot = Nachfrage Energienachfrage

6 DLR.de Folie 6 Methodik: Modell Lineares bottom-up Optimierungsmodell REMix (GAMS) Kostenminimierende Betriebs- und Zubauoptimierung Strom-, Wärme- und Transportsektor; H 2 -Infrastruktur Stündliche Auflösung, hohe räumliche Auflösung Rund 2 Technologiemodule für unterschiedliche Anwendungen: Validierung und Konstruktion von Langfristszenarien Bewertung von Flexibilitätsoptionen Kurz- und mittelfristiger Kapazitätszubau

7 DLR.de Folie 7 Methodik: Annahmen Regionale Auflösung Erneuerbares Dargebot Last 9 europäische Knoten 2 deutsche Knoten Einspeisung Wind, PV, Hydro Wetterjahre ENTSO-E Last skaliert Stündliche Auflösung Nur Stromsektor 6 Speichertechnologien: CAES, Li- Ionen, PHS, H 2,, Redox-Flow, Blei- Säure Annahmen zu Invest und Preispfaden (CO 2, Brennstoffe) Szenario vs. grüne Wiese (RE-Anteil >8%) Szenarien zur zugelassenen, technologiespezifischen Abregelung Netz TYNDP, exogen vs. optimiert AC & DC Kraftwerke (EE/konv.) Platts 21, inkl. Sterbelinien Leitstudie 211, Szenario A

8 DLR.de Folie 8 Methodik: Annahmen Netz TYND plan (G-) Verstärktes Netz (G+) Erweiterte Leitungen (a) Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 (b) (a) Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 (b) Q4 Q4 (a) (b) xx Auslastung [%] n h Auslastg. > (a) (b) xx Auslastung [%] n h Auslastg. > % 1% Bidirektionale, durchschnittliche Leitungsauslastung pro Quartal Beispiel links: Tennet2 Amprion2, Tennet1 TransnetBW1

9 DLR.de Folie 9 Methodik: Annahmen Sensitivitätsfälle Referenzszenario

10 DLR.de Folie 1 EE + Konv. Kapazitäten Leistung [GW] Ergebnisse: Zubau Europa, Referenzszenario Energie [TWh] Alpen BeNeLux Dk_W Osteuropa Frankreich Leistung [GW] Iberia Italien Skandinavien Deutschland UK_IE Alpen BeNeLux Dk_W Osteuropa Frankreich Iberia Italien Skandinavien Deutschland UK_IE Biomasse Redox-Flow Steinkohle Pumpspeicher_Neu Druckluft Laufwasser Gasturbine GuD CSP Pumpspeicher_Bestand Nuklear Lithium-Ionen Geothermie H2-Speicher Speicherwasser Braunkohle PV WindOnshore WindOffshore Speicher Energie [TWh] Redox-Flow Druckluft Lithium-Ionen Pumpspeicher_Bestand Pumpspeicher_Neu H2-Speicher Gasturbine

11 DLR.de Folie 11 Ergebnisse: Zubau Europa, Referenzszenario Knotenspezifische Anteile der Bruttostromerzeugung am Bedarf Energie [TWh] Biomasse Redox-Flow Steinkohle Pumpspeicher_Neu Druckluft Laufwasser Gasturbine GuD CSP Pumpspeicher_Bestand Nuklear Lithium-Ionen Geothermie H2-Speicher Speicherwasser Braunkohle PV WindOnshore WindOffshore PV Wind on Wind off EE-Anteil ges. Alpen BeNeLux Dk_W Osteuropa Frankreich Iberia Italien Skandinavien Deutschland UK_IE

12 DLR.de Folie 12 Ergebnisse: Speicherzubau Deutschland, Referenzszenario Speicherzubau größtenteils H2-Speicher, Lithium-Ionen u. Druckluft Zubau verstärkt in Regionen mit hoher Windeinspeisung Gesamt: ca. 4GW Leistung [GW] A B Redox-Flow Druckluft Lithium-Ionen Gasturbine H2-Speicher Amprion1 Amprion2 Amprion3 Amprion4 Amprion5 Amprion6 Transnet1 Transnet2 Tennet1 Tennet2 Tennet3 Tennet4 Tennet5 Tennet6 5Hertz1 5Hertz2 5Hertz3 5Hertz4 Speicherbeladung korreliert mit der in der Region vorherrschenden erneuerbaren Ressource Energie-zu- Leistungsverhältnis (E2P): E2P [h] CAES Li-Ion H 2 Tennet Tennet5-3 - A B Tennet2 Tennet5 Druckluft H2-Speicher Lithium-Ionen Lithium-Ionen WindOnshore WindOffshore PV

13 DLR.de Folie 13 Ergebnisse: Speichernutzung Deutschland Referenzszenario Beschränktes Netz (G-) Verstärktes Netz (G+) Druckluft Li-Ion Pumpsp. H2 xx Auslastung [%] Druckluft Li-Ion Pumpsp. H2 xx Auslastung [%] n h Auslastg. > n h Auslastg. > E2P ratio [h] E2P ratio [h] Netzausbau kann Langzeitspeicher substituieren Durchschnittliche Speicherauslastung verringert sich deutlich im Szenario G+

14 DLR.de Folie 14 Ergebnisse: Robustheit des Speicherbedarfs? Europa Deutschland Leistung [GW] Leistung [GW] Cost_Stor_high FPS_low EC_high Cost_Fluc_low FPS_high EC_low Referenz G- Curt3 Cost_Fluc_high Cost_Stor_low FPS_low EC_high Curt3 Cost_Stor_high FPS_high EC_low Cost_Fluc_low Referenz Cost_Stor_low Cost_Fluc_high G-

15 DLR.de Folie 15 Ergebnisse: Speicherzubau: Szenario Pumpspeicher 8 Potenzial begrenzt 1 : GWh 8 Potenzial verdoppelt: 44 GWh Zubau [GW] Zubau [GW] Amprion1 Amprion2 Amprion3 Amprion4 Amprion5 Amprion6 Transnet1 Transnet2 Tennet1 Tennet2 Tennet3 Tennet4 Tennet5 Tennet6 5Hertz1 5Hertz2 5Hertz3 5Hertz4 Amprion1 Amprion2 Amprion3 Amprion4 Amprion5 Amprion6 Transnet1 Transnet2 Tennet1 Tennet2 Tennet3 Tennet4 Tennet5 Tennet6 5Hertz1 5Hertz2 5Hertz3 5Hertz4 Potenzialgrenze basierend auf Marcos & Roberto Speicherleistung [GW] Zubaupotenzial in Höhe der bestehenden Speicherseekapazitäten, regional verteilt -3. Pumpspeicher Druckluft Gasturbine H2-Speicher Lithium-Ionen Redox-Flow Summe Verdoppelt Begrenzt Marcos, G.-G., & Roberto, L.-A. (213). Assessment of the European potential for pumped hydropower energy storage: A GIS-based assessment of pumped hydropower storage potential. Joint Research Centre.

16 DLR.de Folie 16 Ergebnisse Vergleich Modellergebnissen mit bestehenden Arbeiten 3TWh Entladeleistung [GW] Speicherkapazität [TWh] 213, Bert Droste-Franke, Future Storage and Balancing Demand Ranges, Significance and Potential Improvements of Estimations

17 DLR.de Folie 17 Konklusion & Ausblick Innerhalb der untersuchten Sensitivitätsfälle sind sowohl Speicherleistung als auch Speicherkapazität robust Leistung und Kapazität fallen im Vergleich zu anderen Studien eher hoch aus. Mögliche Erklärungen: Rückkopplung zum Wärmemarkt? Lastseitig: Effizienzpotenziale unterschätzt, Demand Side Management Fehlende Netzoptimierung Hohe räumliche Auflösung der Untersuchung ( wenig Kupferplatten ) Weitere Ideen? Notwendige weitere Sensitivitäten: Netz- vs. Speicheroptimierung inkl. Kostenparametervariationen Verschiedene Wetterjahre Lastzeitreihen Weitere Flexibilitätsoptionen ggf. Kopplung zum Wärmemarkt Modellierungsansatz für konventionelle Kraftwerke (MILP vs. LP) Kostengebundene oder knotenspezifische Abregelungslimits

18 DLR.de Folie 18 Vielen Dank! Fragen?