EINORDNUNG DES VERKEHRS- SEKTORS IN DAS GESAMTSYSTEM

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1 Norman Gerhardt, IWES Wolfram Knörr, IFEU EINORDNUNG DES VERKEHRS- SEKTORS IN DAS GESAMTSYSTEM 1

2 Energiesystemmodellierung am Fraunhofer IWES Sektorübergreifende Zubauund Einsatzoptimierung - Minimierung Vollkosten - Anlageneinsatzoptimierung Strommarkt (inkl. Schnittstellen zu Wärme u. Verkehr - Minimierung variabler Betriebskosten - Europa/Deutschland Europa Deutschland LP Strom, Wärme, Verkehr CO 2 -Markt Wärmemarkt 1 Zieljahr inkl. Bestandsanlagen P inst [GW] Netze... CO 2 - Preis [ /t] LP Austauschkapazitäten zwischen Ländern Intern. Speicherwasser (saisonaler Speicher) Import/ Export Speicherfüllstand GGLP rollierende Planung Regelleistung Regionen- Netzmodell Prognosefehler Optimaler Technologie-mix (inst. Leistungen, NTC) Energiemengengerüst (stündlicher Einsatz) CO 2 -Preis EU-Kraftwerkseinsatz (VLS,Emissionen,..) Exporte/Importe Europaweite Ausgleichseffekte KW-Einsatz (VLS, Teillast, Start/Stopps,...) RL-Bereitstellung Netzengpässe Strompreise 876 h/a Modellierung sektorübergreifende Flexibilität in allen Modellen 2

3 Energiesystemmodellierung am Fraunhofer IWES Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Technologiekosten Potenziale/ Restriktionen Zeitreihen für Energiebedarfe (Strom, Wärme, Verkehr) Europa und/oder DE Kostenminimierung unter Einhaltung von Klimazielen Optimale Strommix Optimaler Wärmemix Energiemengengerüst und installierte Leistung CO 2 -Preis Märkte: Strommarkt Wärmemärkte (unt. Haustypen und Temperaturen Gasmarkt Mobilitätsprofile CO 2 -Markt Technologieportfolio: Windkraft, PV Stromspeicher Power-to-Gas BEV PHEV/REEV Laufwasser KWK Klimatisierung Kessel Oberleitungs-LKW Kondensations-KW Power-to-Heat Wärmepumpen 3

4 THG-Ziele und ihre Konsequenzen Ein THG-Minderungsziel von -8% bis 25 für Europa fordert für Deutschland eine Einsparung um ca. -83% Berücksichtigung Emissionen - außerhalb des Energiesektors und - internationaler Verkehrsanteils (Steigerung Flugaufkommen, nicht elektrifizierbar) geringe zulässige Emissionen für Energie Begrenzte Biomasse 2 Mio. ha NaWaRo -3% gegenüber Kyoto = -86% EE-Strom (Wind, PV) als zukünftiger Primärenergieträger Effizienzsteigerung durch neue Stromverbraucher wie E-Mobilität oder Wärmepumpen 4

5 THG-Emissionen der Verkehr als Anteil der Gesamtemissionen THG-Emissionen [Mio. tco2_äqui] Emissionen Verkehrssektor Emissionen aus Industrie Nicht energetische Emissionen Gutschrift Biomasse THG-Ziel (incl. Gutschrift für Biomasse) Sehr ambitionierte THG-Ziele Steigende Notwendigkeit des Einsatzes synthetischer Brennstoffe je ineffizienter das Verkehrsszenario ist 5

6 Biomasse Primärenergie Biomasse [TWh] Biogener Anteil des Abfalls Biomasse in der Prozesswärme Dezentrale Holzheizung Bio-Kerosin Flüssige Biomasse Kraftstoffszenario Gasszenario Reststoffszenario Basisszenario Biomasse stellt eine günstige erneuerbare Alternative dar, ist aber nur eingeschränkt zur energetischen Nutzung verfügbar. Hohe Effizienz durch Anbau von flüssigen biogenen Brennstoffen bei nur 2 Mio. ha Anbaufläche optimiertes Biomasse-Basisszenario 6

7 Biomassedifferenzkosten 12 1 Differenzkosten gegenüber Öl und Gas [Mrd. /a] Reststoffszenario Kraftstoffszenario Gasszenario -6-8 /t CO2 Biomasse-Produktionskosten und spezifische Flächenerträge je nach Nutzung Biokraftstoffe inkl. Koppelprodukte (Gas) über weite Spannbreite von CO 2 - Vermeidungskosten langfristig (bei steigendem Preisunterschied Erdöl/Erdgas) trotz geringer Flächenerträge wirtschaftlicher 7

8 Milliarden Gesamtkosten Straßenverkehr Jährliche Kosten des Straßenverkehrs mit CO 2 -Grenzpreis auf THG- Mehremissionen des Verkehrs gegenüber dem Basisszenario CO2-Preis auf Mehremissionen ggü. Basis Gas PtG Gas Bio Gas fossil Benzin/Diesel aus Biomasse Benzin/Diesel Wasserstofferzeugung LKW - Stromkosten PKW - PHEV - Stromkosten PKW - BEV - Stromkosten Invest Pkw Invest Lkw Infrastruktur Verkehr -1 8

9 Markthochlauf Basisszenario: Annahmen zu den Neuzulassungen Pkw nach Antriebstechnologie Ab 213: deutliche Zunahme der strombasierten Fahrzeugkonzepte Ab 23: PHEV mit CNG wird wichtigstes Hybridkonzept Ab 24: keine reinen Verbrennerfahrzeuge mehr 9

10 Szenarienergebnisse: Fahrleistung Basisszenario Pkw (Energieträger/Konzepte) Milliarden 3 25 Fahrleistung der Antriebskonzepte in 25 Fahrzeug-km Betrieb mit Strom direkt Kraftstoff Antriebskonzept 1

11 Markthochlauf Basisszenario: Annahmen zu den Neuzulassungen Lkw nach Antriebstechnologie ab 213: Deutliche Zunahme der BEV und PHEV-Fahrzeuge Ab 218: Beginn der Einführung HO-Lkw 11

12 Szenarienergebnisse: Fahrleistung Basisszenario Lkw (relevante Energieträger/Konzepte) Fahrzeugkilometer 4E+1 3,5E+1 3E+1 2,5E+1 2E+1 1,5E+1 1E+1 5E+9 Fahrleistung 25 Annahmen HO-Lkw 25: Fahrleistungsanteil Elektro auf Autobahn 9% (Netzabdeckung 8%) Autobahnanteil Fahrleistung 7% Diesel Strom 12

13 Kosten- und Energieeffizientes Verkehrsszenario Steigerung Stromverbrauch Straßenverkehr auf 111 TWh in 25 (ohne PtG) Sehr hoher Anteil E-Pkw Kombination von Plug-In-Hybrid mit CNG Oberleitungshybrid-Lkw Biomasse Fokus Biokraftstoffe Verkehrsleistung 25 Endenergieverbrauch [TWh] 7 Strom Biokraftstoffe Erdgas Mineralöl Anteil an Fahrleistung (Pkw/LNF in km) und Verkehrsleistung (SNF in tkm) 1% 9% 8% 7% 6% 5% 4% 3% 2% 1% % Benzin Diesel Erdgas PHEV (konv.) PHEV (Erdgas) PHEV (elek.) BEV HO-Lkw (konv.) HO-Lkw (elek.) 13

14 Das kostenoptimale Szenario 25 im europäischen Kontext Erzeugung / Verbrauch [TWh] EE-Abregelung Anteile der Energieträger an der Stromversorgung in Netto-Import 25 AUT BEL CHE CZE DEU DNK ESP FIN FRA GBR HUN ITA LUX IRL NLD NOR POL PRT SVK SVN SWE Müll-HWK, Klärgas GT Biomasse Wasser GuD Wind KWK PV Geothermie Geothermie Kohle Wasserkraft Gas Wind-OffshoreUran Wind-Onshore PV Netzverluste Netto-Export Speicherverluste Oberleitungs-Lkw 994 TWh E-Pkw Klimatisierung 99 TWh Wärmepumpen Power-to-Heat / Industrie-WP Power-to-Gas Herkömml. 1 Verbrauch Anteil der EE an der Nettostromerzeugung (in %) 14

15 Das Basisszenario für Deutschland Strombilanz 25 Steigerung Nettostromverbrauch von heute 557 TWh auf 793 TWh in TWh Erzeugung aus Wind und PV EE-Abregelung Müll-HWK, Klärgas GT GuD KWK Netto-Import Erzeugung / Verbrauch [TWh] Netzverluste Speicherverluste Oberleitungs-Lkw E-Pkw Steigerung Strom im Verkehrssektor von 17 TWh auf 131 TWh Klimatisierung Laufwasser 2 Wärmepumpen Wind-Offshore Wind-Onshore 1 Power-to-Heat / Industrie-WP Power-to-Gas PV Erzeugung Verbraucher Herkömml. Verbrauch Niedrigere Emissionen im Verkehrssektor durch Kombination mit Gas und hohen Anteilen E-Mobilität Abhängigkeit des zukünftigen Strombedarfs von der Verfügbarkeit von Biomasse- Anbauflächen (hier 2 Mio.ha) und Biokraftstoffimporten (hier Null) 15

16 Flexibilität von Angebot und Nachfrageleistung einer hohen fluktuierenden Erzeugungsleistung steht ein flexibler Stromverbrauch gegenüber Wind und PV können effizient ins System integriert werden 16

17 Lastgänge Elektromobilität % des Tages-DTV 14% 12% 1% 8% 6% 4% 2% % Mittlere Tagesgänge im Schwerverkehr Autobahn Fernstraße Regionalstraße Stadtautobahn IO > 5 km/h MLUS2-AB Montag-Freitag Samstag Sonntag BEV ungesteuertes Laden BEV gesteuertes Laden 4% der Fahrleistung 6% der Fahrleistung 17

18 Beispielwochen 25 - Angebots- und Nachfragecharakteristik Konventionelle Erzeugung GW Erneuerbare Erzeugung Erzeugung und Strombedarf in Deutschland 25 - Meteo-Jahr 26, 15./16. Kalenderwoche Last Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Mi Do Fr Sa So Wochentag Photovoltaik Wind Offshore Wind Onshore Biomasse Laufwasser Netto-Export Netto-Import Residuallast RL - Im + Ex PSW-Turbine Batteriespeicher Gas GuD/GT BHKW Gas - KWK Wärmepumpen E-Mobilität Klimatisierung Batteriespeicher PSW-Pumpe PtH PtG Abregelung Neue flexible Verbraucher tragen wesentlich dazu bei, die hohen auftretenden Leistungen durch Wind- und PV effizient zu verwerten E-Mobilität - PV Rolle Import-Export Kostengünstige Energieversorgung bei wenig EE-Abregelung 18

19 Spez. Strombezugs und Erzeugungskosten relativer Strompreis 325% 3% 275% 25% 225% 2% 175% 15% 125% 1% 75% 5% 25% % Gesamte Last BEV gesteuert BEV ungesteuert PHEV gesteuert PHEV ungesteuert E-Kfz Summe Oberleitungs-LKW H2-Erzeugung Power2Gas Batterie Verbraucher Simulationsendogene Strombezugskosten/-erlöse Stromgestehungskosten im Mittel von 6,5 ct/kwh für PV und 7 ct/kwh für Onshore, für weiteren EE-Ausbau noch stärker Stromgestehungskostenvorteil PV flexible Verbraucher können zu günstigen Zeitpunkten Strom beziehen flexible Erzeuger können zu knappen Zeitpunkten Strom einspeisen 19

20 Vergleich Emissionsfaktor Flugverkehr Emissionsfaktor 1, Emissionsfaktor 2, Erzeugung/Verbrauch [TWh] Unklarheit über die Wirksamkeit von THG-Emissionen in höheren Luftschichten Das UBA weist ein Spektrum der Klimawirksamkeit von 1,2 bis 3,3 aus Die zusätzlichen Emissionen im Flugverkehr erzwingen deutlich höhere Anstrengungen in den anderen Bereichen 2

21 Entwicklung des Stromsektors: Heute Anteile der Energieträger an der Stromversorgung in 225 Anteile der Energieträger an der Stromversorgung in 235 Anteile der Energieträger an der Stromversorgung in 25 Biomasse Wasser Wind PV Geothermie Kohle Gas Uran 994 TWh 99 TWh Anteil der EE an der Nettostromerzeugung (in %) Anteil der EE an der Nettostromerzeugung (in %) Anteil der EE an der Nettostromerzeugung (in %) Zusätzliche Simulation der Stützjahre 225 und 235 Verfügbarkeit von EE-Überschussstrom? Flexibilitätsanforderungen? 21

22 Beispielwochen 235: Angebots- und Nachfragecharakteristik Erneuerbare Erzeugung GW Konventionelle Erzeugung Erzeugung und Strombedarf in Deutschland Meteo-Jahr 211, 5./6. Kalenderwoche Last Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Mi Do Fr Sa So Wochentag Weitere Zunahme des Nettostromexports Photovoltaik Wind Offshore Wind Onshore flexible Biomasse Biomasse Laufwasser Netto-Export Netto-Import Residuallast RL - Im + Ex PSW-Turbine Batteriespeicher Öl Gas GuD/GT Steinkohle BHKW Gas - KWK Steinkohle - KWK Braunkohle Wärmepumpen E-Mobilität Klimatisierung Batteriespeicher PSW-Pumpe PtH Bedeutung neuer Stromverbraucher - E-Mobilität / PV öffentliche Ladeinfrastr. 22

23 Entwicklung Gesamtsystem Endenergieverbrauch [TWh] 534 TWh Phase 1: Ausbau EE Phase 2: Ausbau Infrastruktur TWh Wärme + Kälte Konventionell Wärme + Kälte Strombasiert Stromverbrauch PtG Stromverbrauch konventionell Verkehr konventionell Verkehr Strombasiert 1. Verstärkter Ausbau der erneuerbaren Energien um hohen EE-Anteil im Stromsektor zu erreichen 2. Kontinuierlicher Ausbau von Elektromobilität Phase 3: Verstärkte Interaktion 1% 8% 6% 4% 2% % Neue Kraftwerke zur Gewährleistung Versorgungssicherheit mit Fokus auf KWK 4. Weiterer Ausbau öffentliche Ladeinfrastruktur Flexibilität tagsüber laden 5. Zusätzliche EE-Stromerzeugung für Verkehrssektor und zur Überschussverwertung durch PtG EE-Anteil 23