FW-KWK: Potenzialbewertung hocheffizienter Kraft-Wärme Kopplung und effizienter Fernwärmeund Fernkälteversorgung

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1 FW-KWK: Potenzialbewertung hocheffizienter Kraft-Wärme Kopplung und effizienter Fernwärmeund Fernkälteversorgung Lukas Kranzl, Richard Büchele, Karl Ponweiser, Michael Hartner, Reinhard Haas, Marcus Hummel, Ricki Hirner, Andreas Müller TU Wien Marian Bons, Markus Offermann, Yvonne Deng Ecofys

2 Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe - Energy Economics Group (EEG) Themengebiet effiziente und CO 2 -arme Energieversorgung - Potenzialbewertungen technisch/ökonomisch: Wind, PV, Speicher, Abwärme, alternative Antriebe, Power to Heat etc. - Marktanalysen: Sind alternative Energieträger wettbewerbsfähig und wie kann deren Diffusion gefördert werden? Politikberatung - Systemdenken: Zusammenspiel der einzelnen Technologien im Energiesystem, Synergien zwischen Sektoren (zb. Strom-Wärme). Dynamische Simulationen über sehr lange Zeithorizonte auf Länder bzw. EU-Ebene. Methoden - Zeitlich und räumlich aufgelöste Optimierungsmodelle (v.a. Kraftwerkseinsatz bei Strom- und Fernwärmeversorgung) - Simulationsmodelle, Entscheidungsmodelle (z.b. Gebäudebestandsmodell inklusive Simulation von Konsumentenentscheidungen, Diffusionsbarrieren etc.) - Ökonometrische Methoden und Regressionsmodelle (Analyse empirischer Daten)

3 Projektvorstellung Potenzialbewertung hocheffizienter KWK sowie der effizienten Fernwärme- und Fernkälteversorgung in Österreich im Rahmen der Energieeffizienzrichtlinie Berichtspflichten Österreich an die EU Kommission Definition Hocheffiziente Kraft Wärme Kopplung: Primärenergieeinsparung im Vergleich zu Referenztechnologien >10% PES = 1 ηth ηref, th 1 ηel + η ref, el Definition Effiziente Fernwärme- und Kälteversorgung: 50% erneuerbare Energien, 50% Abwärme, 75% KWK-Wärme/Kälte oder 50% einer Kombination dieser Energiequellen

4 Methodik Regionale Auflösung des Wärmebedarfs durch Verschneidung der Ergebnisse des Gebäudemodells ( mit GIS basierten Landnutzungsdaten Quantifizierung und Verortung von effizienten Wärmequellen: Geothermie, industrielle Abwärme, Solarthermie, Biomasse Definition von für Fernwärme besonders geeigneten Regionen (38 Hauptregionen) und typisierten Nebenregionen Verschneidung von Angebot und Nachfrage zur Ermittlung von technischen und ökonomischen Potenzialen Darstellung der Ergebnisse in einer interaktiven Karte Austrian Heat Map (Veröffentlichung voraussichtlich Ende 2015)

5 Fernwärme Hauptregionen Detailliert einzeln betrachtet Kriterien o Wärmedichte >10 GWh/km² o Bebauungsdichte > (0.25-Energiemenge) o Wärmebedarf > 10 GWh/a 38 Fernwärme-Hauptregionen o 109 Gemeinden beteiligt o 40% RW&WW Bedarf Über repräsentative Typen 18. März

6 Ergebnisse Fernwärmepotenziale Hauptregionen BAU 2025 Bedarf RW&WW [TWh] techn. Potential reduziert/ges [TWh] Netzversorgt [TWh] Hauptregionen / Nebenregionen / Gesamt / Wärmedichteverteilung der Hauptregionen 6

7 Ergebnisse Fernwärmepotenziale Nebenregionen Wärmedichteverteilung in den Nebenregionen BAU 2025 Bedarf RW&WW [TWh] techn. Potential reduziert/ges [TWh] Netzversorgt [TWh] Hauptregionen / Nebenregionen / Gesamt /

8 Ergebnisse KWK Potenziale Wärmeseitig sehr hohes technisches Potenzial Bereits netzversorgt Wärme [TWh th ] Bei FW-Vollausbau Hauptregionen Nebenregionen Gesamt Aber stromseitig begrenztes Potenzial Last bzw. Erzeugung [GW] Last (Stromnachfrage) KWK + Laufwasser,Wind,PV KWK bei 20% Ausbau Stunden - Stromauskopplung übersteigt bedarf - KWK vs. Erneuerbare Energie - Flexibilisierung der KWKs, Wärmespeicher - Signifikanter Ausbau ist mit hoher Ausbau nur über Förderungen möglich Last bzw. Residuallast [GW] Last Residuallast (- Erneuerbare) Residuallast (- KWK Ausbau 20%) Residuallast (- KWK Ausbau 50%) Residuallast (- KWK Ausbau 100%) Stunden

9 Ergebnisse KWK Potenziale Gasbefeuerte KWKs haben derzeit aufgrund höherer Brennstoffkosten am Strommarkt gegenüber Kohlekraftwerken keine Chance ökonomische Anreize Effizienz beim Brennstoffeinsatz Nuklear Braunkohle Steinkohle Erdgas Öl Grenzkosten [ /MWh] Grenzkosten [ /MWh] CO2 Preis: 7.5 [ /t] installierte Leistung [GW] CO2 Preis: 70 [ /t] installierte Leistung [GW] Wärmebereitstellung [TWh] Ausbau erneuerbarer verlagert die Wärmeproduktion von KWKs auf Heizwerke KWK Wärme Wärme aus Heizwerken Modellergebnisse 2012 Modellergebnisse Ausbaustufe 4

10 Ergebnisse Fernwärmepotenziale Wirtschaftlichkeit Vergleich der Vollkosten dezentraler und netzgebundener Technologien objektbezogen netzgebunden KWK [EUR/MWh th ] Boiler (Erdgas) Boiler (Biomasse) Boiler (Elektrisch) Dezentr. Solar Lokale Wärmepumpen Geothermie, 5km Geothermie, 10km Zentr. Solar Industrielle Abwärme 1, 10km Industrielle Abwärme 1, 2km Industrielle Abwärme 2, 10km Industrielle Abwärme 2, 2km Müllverbrennungsanlagen Biomasse-Heizwerke Gas-Boiler Zentral Biomasse-KWK GuD-Kraftwerk Gasturbinen-Kraftwerk GuD-Kraftwerk mit Speicher Gasturbinen-Kraftwerk mit Speicher Verteilnetzkosten Erzeugungskosten Zuleitungskosten >60 GWh/km² GWh/km² GWh/km² GWh/km² <10 GWh/km² - Kostenunterschiede zwischen netzgebundener und dezentraler Versorgung liegen nicht weit auseinander - Bei hohen Anschlussgraden (90%) ist Fernwärme bis zu Wärmedichten >20 GWh/km² konkurrenzfähig - Bei bestehenden Anschlussgraden (im Bereich von 50%) verringert sich die Wettbewerbsfähigkeit stark Rahmenbedingungen und Anreize für Anschlüsse sehr wichtig!

11 Ergebnisse Potenzial für den Einsatz alternativer Wärmequellen + Wärmepumpen/ Umgebungswärme, Wärmespeicher - Wärmebedarf in Gebäuden kann in Zukunft grundsätzlich von alternativen Energieträgern gedeckt werden und beinahe vollständig dekarbonisiert werden. Aktuell noch mehr als 50% aus fossilen Energieträgern - Ökonomische Anreize derzeit allerdings nicht gegeben und Potenziale teilweise nur mit erheblichem Aufwand integrierbar

12 Industrieller Wärmebedarf und Abwärmepotenziale Abschätzung für die Standorte im ETS Ausgangspunkt ist die Hochrechnung des thermischen Bedarfs (über Produktmengen oder Emissionen) Abschätzung Abwärmemengen vorwiegend über 2 Studien: o o Enova 2009 (Erhebung Norwegische Industrie) McKenna 2010 (Abschätzung > 100 C für UK) Wärmemengen aus Reststoffen (Ablauge, Gichtgas) die den Wärmebedarf übersteigen werden als extern nutzbares Potenzial angenommen [GWh/a] Potenzial >100 C Potenzial <100 C derzeit eingespeist Metallherstellung und Verarbeitung Chemische Industrie und Mineralölverarbeitung Steine, Erden, Glas Maschinen-, Stahlbau-, Fahrzeugindustrie 1 10 Lebensmittelindustrie 0 11 Papier- und Zellstoffindustrie Holzverarbeitung Gesamt

13 Industrieller Wärmebedarf und Abwärmepotenziale - Signifikante Abwärmepotenziale vorhanden gesamt ca. 11,5 TWh (ca. 15% des Bedarfs in Gebäuden) - Abschätzung des Aufwands zur Nutzung der Potenziale sehr schwierig - Industrie ist eher zurück haltend

14 Ausblick Projekte im Bereich Wärmebereitstellung Potenzial zur stärkeren Kopplung von Strom- und Wärmebereitstellung (Überschusseinspeisung Erneuerbarer Energien, Teilnahme am Regelenergiemarkt) ProgRESheat EU Projekt zur Entwicklung von Strategien zur Förderung erneuerbarer Energieträger in der Wärmebereitstellung Beurteilung des Beitrags von Großwärmespeichern zur Reduktion der Gestehungskosten und zur Einsparung von Treibhausgasen in Wärmenetzen Szenarien zu 95% Treibhausgasemissionen in Deutschland bis zum Jahr 2050 Mehrere EU Projekte zur Entwicklung des Wärmebedarfs in Gebäuden bei unterschiedlichen politischen Maßnahmen

15 Zusammenfassung Großes Potenzial zum Ausbau der Wärmenetze vorhanden Für eine wirtschaftliche Umsetzung bedarf es allerdings entsprechend hoher Anschlussgrade! Ausbau des KWK Anteils im Wärmebereich möglich, allerdings stromseitig begrenzt. Ökonomische Rahmenbedingungen machen gasbefeuerte KWKs derzeit unwirtschaftlich mittelfristig eher keine Änderung zu erwarten Hohes Potenzial für Erneuerbare bzw. CO 2 arme Energieträger. Dekarbonisierung im Gebäudebereich durchaus möglich, allerdings fehlen auch hier ökonomische Anreize

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Michael Hartner