Erneuerbare Energien in und für Bayern. Thomas Hamacher Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme

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1 Erneuerbare Energien in und für Bayern Thomas Hamacher Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme

2 Fragen und Herausforderungen Ein erster Überblick Wie wird sich die Stromnachfrage, wie der Erzeugungsmix verändern, welchen Anteil können Erneuerbare im Jahr 2022 spielen? Wie kann der Beitrag der erneuerbaren Energien zur Versorgungssicherheit gesteigert werden? Mit welchen Maßnahmen können die erneuerbaren Energien besser in das Stromsystem integriert werden? Wie sieht ein Marktdesign aus, dass Erneuerbare fördert und Anreize zur Systemintegration liefert? Wie kann die Akzeptanz der Erneuerbaren gesteigert werden? 2

3 Bruttostromerzeugung in GWh Entwicklung der Stromerzeugung Deutlicher Anstieg in den letzten Jahrzehnten Sonstige Energieträger Erneuerbare Energieträger Kernenergie Erdgas Heizöl Braunkohlen Steinkohlen Quelle: BayLfStaD 3

4 Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energieträgern in GWh Entwicklung der Erneuerbaren Energien Deutlicher Zuwachs bei der PV Sonstige erneuerbare Energieträger Biomasse Photovoltaik Windkraft Lauf- und Speicher-wasser Quelle: BayLfStaD 4

5 Versorgungssicherheit Politische Abhängigkeiten bei der vermehrten Gasnutzung Die Bruttostromerzeugung aus Kernenergie in Bayern im Jahr 2012 lag bei GWh/a um diese Strommenge mit neuen Gaskraftwerken bereit zu stellen, müssten bei einer unterstellten Verfügbarkeit von 90 % 5,5 GW an neuen Kraftwerkskapazitäten installiert werden. Bei einem unterstellten Wirkungsgrad von 60 % würde dies einen Gasverbrauch von GWh/a verursachen, was bei einem Gaspreis von 0,03 /kwh zu Einkaufskosten von führen würde und Emissionen von 2,18 Mrd /a verursachen würde. 16,73 Mio. t CO2 5

6 Überproduktion [MW] Versorgungssicherheit Notwendige Leistung am Beispiel der Residuallast

7 Versorgungssicherheit Regelleistungsbereitstellung Wie regelt man ein Stromnetz? In der Vergangenheit mit Synchrongeratoren. Quelle: Biezl und in Zukunft? 7

8 Erneuerbare: Potenziale und Herausforderungen Wasserkraft Die Wasserkraft war lange die bedeutendste erneuerbare Energie in Bayern. Ein Ausbau der Wasserkraft um etwa 14 % ist noch möglich. Eine optimale Einbindung auch in neue Regelstrategien ist sehr willkommen. Quelle: LfU 8

9 Erneuerbare: Potenziale und Herausforderungen Windenergie Die Windenergie kann im Prinzip noch deutlich zulegen. Akzeptanz ist hier erstmal die zentrale Hürde. Quelle: Bayerischer Windatlas 9

10 Erneuerbare Potenzial und Herausforderungen Photovoltaik Die PV ist der bayerische Shooting Star. Deutliche Wachstumsraten machen sie zur größten bayerischen erneuerbaren Quelle. Ein weiterer Ausbau muss insbesondere die Herausforderungen der Systemintegration berücksichtigen. Quelle: Bayerischer Solaratlas 10

11 Stromproduktion [MWh] Erneuerbare Potentiale und Herausforderungen Saisonalität und tageszeitlicher Verlauf der Solarstrahlung Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Kohle Gas Import Andere Geothermie Bio Wind-off Wind-on PV Wasser 11

12 Erneuerbare Potenzial und Herausforderungen Biomasse 12

13 Erneuerbare Potenzial und Herausforderungen Geothermie Geothermie ist unter zwei Aspekten von Bedeutung: Hydrothermale Geothermie als Wärmequelle und eingeschränkt als Stromquelle Petrothermale Geothermie als Stromquelle Mehr Forschung ist hier notwendig. Quelle: Richard Bartz 13

14 Bruttostromerzeugung in GWh Pläne der Landesregierung Vorläufig Kernenergie EE Importe Geothermie und Sonstige Biomasse Photovoltaik Windkraft Lauf- und Speicher-wasser Erdgas Sonstige Energieträger Heizöl Steinkohlen * Quelle: BayLfStaD *Ziel: "Energie innovativ" 14

15 Stromproduktion [TWh] Alternative Betrachtungen 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0, Szenario B1 Kernenergie Kohle Gas Import Andere Geothermie Biomasse Wind_off Wind_on PV Wasser 15

16 Integration Erneuerbarer Energien Welche technischen Möglichkeiten bieten sich? Integration Erneuerbarer Energien Sektorkopplung Stromspeicher Große Stromverbünde Flexible Kraftwerke Flexible Nachfrage 16

17 Strompreis in EUR/MWh Anreize zur besseren Integration der erneuerbarer Energien Preissignal müssen an den Endkunden weitergereicht werden Der vermehrte Einsatz von erneuerbaren Energien führt dazu, dass die Grenzkosten der Stromerzeugung stark von Ort und Zeit abhängen. Der an der EEX gebildete Spot-Markt-Preis gibt diese Variationen nur zum Teil wieder Quelle: Kühne, Jungwirth

18 Zusammenfassung Erneuerbare Energien Die Stromnachfrage ist in Bayern in den letzten zwanzig Jahren deutlich gestiegen. Die Entwicklung eines neuen Strommarktdesigns wird von großer Bedeutung für die Integration erneuerbarer Energien sein. Dieses Design kann aber nur auf der Bundesebene erfolgen, natürlich mit bayerischer Beteiligung. In Bayern wird die PV eine wichtige Rolle spielen, schon allein wegen der guten Standorte. Trotzdem ist die Entwicklung von Wind, Wasser, Biomasse und Geothermie wichtig, um insbesondere ein ausgewogeneres zeitliches Leistungsangebot der Erneuerbaren zu erreichen. Netzausbau ist langfristig eine wichtige Option. Die Integration von PV kann unter anderem durch eine Harmonisierung von Strom- und Wärmesektor gut vorangetrieben werden: KWK zur winterlichen Stromversorgung stärker nutzen, Power-to-Heat um Überschüsse einfach zu integrieren, z.b. in der Warmwasser- oder Fernwärmeproduktion (hier die gesetzlichen Hürden beachten). 18

19 Angebot Nutzung eines einfachen Energiemodells für die weiteren Diskussionen Nachfrage: Lastkurven (1h) Umweltanforderungen: CO2-Limit Energiesystem-Modell ökonomisches Modell Kapazitätsfaktoren Wind-, Solar- and Wasserkraft (1h) Kraftwerksinfrastruktur Modellregionen Minimierung der Gesamtkosten (annuitätische Kosten, Fixkosten, variable Kosten, Brennstoffkosten) Hauptbedingung: Lastdeckung in jeder Region in jeder Stunde Ausgabe: Kosten Grenzkosten Energieflüsse installierter KW-mix Stromerzeugungskosten optimale Standorte (Leitungsausbau) KW- Einsatzplanung Restriktionen maximale Kraftwerkskapazitäten Technoökonomische Parameter Methodik: Lineare Optimierung mittels GAMS, CPLEX Solver Quelle: Schaber,