Integration der Windenergie in die allgemeine Stromversorgung

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1 EIKON Integration der Windenergie in die allgemeine Stromversorgung Prof. Dr.-Ing. Ulrich Wagner, TU München Stromerzeugung 24 Ersatzbedarf an Kraftwerken Berechnungs- und Simulationsmodell: Windstromeinspeisung Leistungssubstitution Regelleistungsbedarf Zukünftige Stromversorgung

2 Gesamte Nettostromerzeugung 24 Erdgas Steinkohle Sonstige 1,4% 22,3% 2,9% Öl 1,6% 57,1 TWh Erneuerbare Energien 9,4% Braunkohle 25,6% Kernenergie 27,8% Datenquelle: VDEW

3 Nettostromerzeugung aus erneuerbaren Energien 24 Wasser 38,9% 53,7 TWh Sonne,9% Müll 3,9% Wind 46,6% Biomasse 9,7% Datenquelle: VDEW F-5

4 Baualtersstruktur des deutschen Kraftwerksparks 22 Anteil an Gesamtleistung in % B-3 Öl Gas Steinkohle Braunkohle Kernenergie bis Kraftwerksalter in Jahresklassen

5 Modellstruktur zur Entwicklung, Analyse und Bewertung der Stromversorgung Windstromeinspeisung und KWK- Einspeisung und Netzlast und Bestehende Kraftwerke und neue Kraftwerkstechnologien Modell zur Ermittlung des RL-Bedarfs Optimale Aufteilung der RL auf RR und SR Modell zur Ermittlung des Leistungssubstitutionsvermögens Dynamische Betriebssimulation des Kraftwerkseinsatzes Ifeon (Modell zur Berechnung der Entwicklung der Kraftwerksparkstruktur) Kraftwerksparkstruktur, Zubauleistungen, Kosten, Emissionen, A-5

6 Modellstruktur zur Entwicklung, Analyse und Bewertung der Stromversorgung Windstromeinspeisung und KWK- Einspeisung und Netzlast und Bestehende Kraftwerke und neue Kraftwerkstechnologien Modell zur Ermittlung des RL-Bedarfs Optimale Aufteilung der RL auf RR und SR Modell zur Ermittlung des Leistungssubstitutionsvermögens Dynamische Betriebssimulation des Kraftwerkseinsatzes Ifeon (Modell zur Berechnung der Entwicklung der Kraftwerksparkstruktur) Kraftwerksparkstruktur, Zubauleistungen, Kosten, Emissionen, A-5

7 Szenario der Windenergienutzung: Entwicklung der Zubauleistung und Windstromeinspeisung mit einem Windstromanteil von 2 % im Jahr Jährliche Zubauleistung in MW Jährliche Stromerzeugung in TWh

8 Szenario der Windenergienutzung: Entwicklung der Zubauleistung und Windstromeinspeisung mit einem Windstromanteil von 2 % im Jahr 22 24: 22:

9 Modellstruktur zur Entwicklung, Analyse und Bewertung der Stromversorgung Windstromeinspeisung und KWK- Einspeisung und Netzlast und Bestehende Kraftwerke und neue Kraftwerkstechnologien Modell zur Ermittlung des RL-Bedarfs Optimale Aufteilung der RL auf RR und SR Modell zur Ermittlung des Leistungssubstitutionsvermögens Dynamische Betriebssimulation des Kraftwerkseinsatzes Ifeon (Modell zur Berechnung der Entwicklung der Kraftwerksparkstruktur) Kraftwerksparkstruktur, Zubauleistungen, Kosten, Emissionen, A-5

10 Leistungssubstitutionsvermögen der Windenergie modellierte Windstromeinspeisung 1% 8% 6% 4% 2% % Wahrscheinlichkeitsrechnung Zugewinn an gesicherter Leisung bezogen auf WEA-Leistung 14% 12% 1% 8% 6% 4% 2% % Kraftwerkspark 3 % Defizitwahrscheinlichkeit,1 % Defizitwahrscheinlichkeit % 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 1% Anteil WEA-Leistung an konventioneller Kraftwerksleistung

11 Modellstruktur zur Entwicklung, Analyse und Bewertung der Stromversorgung Windstromeinspeisung und KWK- Einspeisung und Netzlast und Bestehende Kraftwerke und neue Kraftwerkstechnologien Modell zur Ermittlung des RL-Bedarfs Optimale Aufteilung der RL auf RR und SR Modell zur Ermittlung des Leistungssubstitutionsvermögens Dynamische Betriebssimulation des Kraftwerkseinsatzes Ifeon (Modell zur Berechnung der Entwicklung der Kraftwerksparkstruktur) Kraftwerksparkstruktur, Zubauleistungen, Kosten, Emissionen, A-5

12 Regelleistungsbedarf eines modellhaften ÜNB Anteil der installierten W EA-Leistung an konventioneller Kraftwerksleistung in % ÜNB-Regelleistungsbedarf in MW Gesamtbedarf 3 nur W ind 2 ohne W ind (Kraftwerke + Last) 1 2 3,5 5 7,5 1 installierte W EA-Leistung in GW

13 Modellstruktur zur Entwicklung, Analyse und Bewertung der Stromversorgung Windstromeinspeisung und KWK- Einspeisung und Netzlast und Bestehende Kraftwerke und neue Kraftwerkstechnologien Modell zur Ermittlung des RL-Bedarfs Optimale Aufteilung der RL auf RR und SR Modell zur Ermittlung des Leistungssubstitutionsvermögens Dynamische Betriebssimulation des Kraftwerkseinsatzes Ifeon Modell zur Berechnung der Entwicklung der Kraftwerksparkstruktur Kraftwerksparkstruktur, Zubauleistungen, Kosten, Emissionen, A-5

14 Beispiel zur Entwicklung der Zubauleistung 6 35 Zubauleistung in MW/a Erdgas-GuD Steinkohle Braunkohle kumuliert B kumulierte Zubauleistung in GW

15 Jahresstromerzeugung (EVU+Wind) bis 22 4 Erdgas (GuD) Steinkohle Braunkohle Kernenergie Windenergie Anteil an Jahresstromerzeugung (EVU + Wind) in % B

16 Entwicklung der jährlichen CO 2 -Emissionen Mio. t CO jährliche CO 2 -Emissionen % Windstrom Kohleszenario 12 % Windstrom Erdgasszenario 2 % Windstrom Kohleszenario 2 % Windstrom Erdgasszenario Jahr

17 Tatsächliche und erwartete CO 2 -Einsparung der Windenergie im Jahr 22 (2% Windstrom) 7 6 Erwartete Einsparung (ohne Nutzungsgradverschlechterung) CO2-Einsparung [Mio. t] Tatsächliche Einsparung (mit Nutzungsgradverschlechterung) IfE, 52149D5 1 Steinkohle Braunkohle Erdgas alle fossilen Energien

18 Übersicht: CO 2 -Einsparung der Windenergie im Jahr 24 und im Jahr Eingespeiste Windstrommenge: 25 TWh 99 TWh Eingesparte CO 2 -Menge: 16,8 Mio. t 58,7 Mio. t Erwartete CO 2 -Einsparung: 18,2 Mio. t 64, Mio. t Differenz (Mehremissionen): 1,4 Mio. t 5,3 Mio. t Spezifische Werte: Jede kwh Windstrom spart: 675 g CO 2 /kwh Wind 625 g CO 2 /kwh Wind Ohne Nutzungsgradverschlechterung: 73 g CO 2 /kwh Wind 68 g CO 2 /kwh Wind CO 2 -Emissionen der Windenergie: 55 g CO 2 /kwh Wind 55 g CO 2 /kwh Wind CO 2 -Emissionen dt. Strommix: CO 2 /kwh 53 g CO 2 /kwh 537 g IfE, 5217B6

19 Entwicklung der Stromerzeugungskosten 5 Ct/kWh Stromerzeugungskosten EEG-Vergütung für Windstrom Reservehaltung für Windstrom B-2

20 Ökonomische Bewertung von regenerativ erzeugtem Strom [Ct/kWh] Stromgestehungskosten Einspeisevergütung Ökonomischer Wert Wind 8,3 ca. 9 2, BHKW ,7 57,4 2,6 9 2 ca ,4 Fotovoltaik Geothermie Biomass e 5,6 22 7, ,8 7,6 37 8,4 17,5 2,8 3,4

21 CO 2 -Einsparung und Kosten verschiedener Szenarien 12 CO 2 -Vermeidung Kosten 6 CO 2 -Einsparung in Mio. t CO kumulierte Kosten in Mrd. EURO -4 Windstromeinspeisung (WSE) Vorgezogene Kraftwerksmodernisierung Vorg. KW-Mod. + WSE KKW-Laufzeit 4 statt 33 Jahre Spez. V-Kosten: 47 /tco 2 27,5 /tco 2 25 /tco 2-18,5 /tco 2 (Kapitalwert) B-3

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23 Vision: Dezentralisierung der Effizienz Zentralisierung der Emissionen Diversifizierung der Energieträgerstruktur