Netzausbaubedarf in Deutschland und den europäischen Nachbarländern: Eine Szenarienanalyse

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1 DIW Berlin 05 April, 2013 Source: ECF (2010) Netzausbaubedarf in Deutschland und den europäischen Nachbarländern: Eine Szenarienanalyse Dipl.-Wi.-Ing. DIW Berlin - 0 -

2 Agenda 1. Einleitung 2. Europas Infrastrukturbedarf ist niedriger als angenommen 3. ELMOD Anwendung 4. Schlussfolgerungen - 1 -

3 Welche Kapazität sollte der Nord-Süd-Korridor haben? Source: ECF (2010) - 2 -

4 Hypothese: Infrastrukturbedarf ist niedriger als allgemein angenommen und weniger beschränkend Ist der Netzausbaubedarf in Europa so groß wie ursprünglich erwartet? Nein, weil ~ wir mehr wissen als vor fünf Jahren ~ einige Lösungen sich als irrelevant herausgestellt haben (z.b. europaweite CO 2 -Netze) ~ Infrastruktur nur teilweise grüne Infrastruktur ersetzen kann ~ zentral europaweit koordinierte Lösungen eventuell weniger anstrebenswert als regionale (oder bi-/trilaterale) Ansätze sind - 3 -

5 Agenda 1. Einleitung 2. Europas Infrastrukturbedarf ist niedriger als angenommen 3. ELMOD Anwendung 4. Schlussfolgerungen - 4 -

6 Optimale Infrastruktur ist nie ohne Engpass Source: Kirschen, Strbac (2004) p

7 Je höher die Transaktionskosten sind, desto weniger Infrastruktur ist optimal Cost ($/h) Transmission Capacity (MW) - 6 -

8 Beispiel Minimalkostenlösung im MISO (US) ist eine Kombination von lokaler und regionaler Erzeugung plus Netz Claim: Besides the steel+copper costs of large networks, there are also costs related to the institutional complexity Source: MidwestISO (2010) - 7 -

9 Sind Übertragungs-Infrastrukturkosten Peanuts?: Ein Teil der Energy Roadmap 2050 ist Übertragung, aber Investitionen in Erzeugung (inkl. Speicher, Demand-Side-Management etc.) sind bei Weitem wichtiger. Investment in new electricity interconnections (bn. EUR) European Commission (2011), and Adapted from ECF (2011, summary presentation, pp. 9,10) - 8 -

10 Agenda 1. Einleitung 2. Europas Infrastrukturbedarf ist niedriger als angenommen 3. ELMOD Anwendung 4. Schlussfolgerungen - 9 -

11 ELMOD Anwendung: Ermittlung möglicher Entwicklungspfade des europäischen Stromnetzes Pan-European Transmission Investment for the EMF28 Scenarios Question: How do the different EMF 28 scenarios in their choice of technology and national allocation effect the demand on infrastructure investments? Bottom up DC Load Flow model based on ELMOD (3,523 nodes and 5,145 lines plus DC overlay grid) Endogenous determination of grid investments needs up to 2050 in 10-year steps. The optimization minimizes the cost of the expansion as well as system operation. Model runs for the EMF28-Scenarios EU1 (40% GHG reduction until 2050), EU6 (80% GHG reduction until 2050) EU10 (green, 80% GHG reduction until 2050) Additional case for each scenario: doubling of costs for cross border lines

12 Implementierte Szenarien Green Technology dimension Default w Default Pessimistic Optimistic CCS w/o CCS CCS on off off on off Nuclear energy ref ref low ref low Energy efficiency ref ref ref high high Renewable energies ref ref ref ref opt Policy dimension for the EU Policy dimension for the Rest of the World (ROW) No policy baseline (no policy, also without the 2020 target) no policy EU11 Reference: including the 2020 targets and 40% GHG reduction by 2050 "moderate policy" scenario ModPol; no emission trading across macroregions (but trade within macroregions e.g. within EU) EU1 EU2 EU3 EU4 EU5 Mitigation1: 80% GHG reduction by 2050 (with Cap&Trade within the EU) Mitigation2: 80% GHG reduction by 2050 (with Cap&Trade within the EU) Mitigation3: global 480ppme target with full Cap&Trade "moderate policy" scenario ModPol; no emission trading across macroregions (but trade within macroregions e.g. within EU) EU6 EU7 EU8 EU9 EU10 IMAGE2.9 scenario; full emission trading for ROW, but no emission trading between ROW and EU. Regional relative contributions to mitigation based on the Mitigation 1 scenario EU12 EU14 IMAGE2.9 scenario; emission trading is allowed between all regions EU13 EU15 Scenario package for the models that go for the technology dimension (11 Scenario package for the models that go for the policy dimension (7 altogether) included in both scenario packages Additional optional scenarios for models that go for the policy dimension

13 Installierte Erzeugungskapazitäten für die europäischen Szenarien Source: Primes

14 Lösung mittels iterativem Ansatz; Modell ist ein Mixed Integer Linear Problem (MILP) Non-linear relation between physical line characteristics and flow constraints: Calculations are repeated with updated line characteristics of the previous run convergence usually after 10 iterations

15 Investitionen in AC Infrastruktur (EU01) vorläufig

16 Investitionen in AC Infrastruktur (EU06) vorläufig

17 Investitionen in AC Infrastruktur (EU10) vorläufig

18 Das DC-Netz bis 2050: wird kein Overlay DC-Netz benötigt? DC Grid infrastructure investments in the European case preliminary results EU1 40% GHG reduction EU6 80% GHG reduction EU10 80% + green

19 Investitionen bis 2050: Kilometer Total additional kilometers of circuits for transmission capacity in Europe preliminary results Scenario Case DC AC National AC Cross-Border Total EU1 EU6 EU10 European Regional European Regional European Regional

20 Investitionen bis 2050: Kosten Total investment costs for transmission capacity in Europe preliminary results in mn Total EU1 17,025 2,002 4,318 7,250 30,595 EU6 18,864 4,318 18,670 15,067 56,919 EU10 15,971 5,955 10,447 24,460 56,834 Assumption of higher transaction costs for cross-border lines in a Regional case shows similar investment levels at higher total cost. in mn DC AC National EU1 AC Cross- Border Total European 7,923 17,491 5,181 30,595 Regional 12,201 18,015 7,199 37,415 EU6 EU10 European 9,824 38,552 8,543 56,919 Regional 12,063 34,832 12,213 59,108 European 13,000 39,345 4,488 56,833 Regional 17,711 41,073 6,629 65,

21 Agenda 1. Einleitung 2. Europas Infrastrukturbedarf ist niedriger als angenommen 3. ELMOD Anwendung 4. Schlussfolgerungen

22 Hypothese: Infrastrukturbedarf ist niedriger als allgemein angenommen und weniger beschränkend Ist der Netzausbaubedarf in Europa so groß wie ursprünglich erwartet? Nein, weil ~ wir mehr wissen als vor fünf Jahren ~ einige Lösungen sich als irrelevant herausgestellt haben (z.b. europaweite CO 2 -Netze) ~ Infrastruktur nur teilweise grüne Infrastruktur ersetzen kann ~ zentral europaweit koordinierte Lösungen eventuell weniger anstrebenswert als regionale (oder bi-/trilaterale) Ansätze sind

23 Vielen Dank! Vielen Dank!