8. Solartagung Rheinland-Pfalz BIRKENFELD,

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1 e Sonne und das Netz - Herausforderungen der Energiewende 8. Solartagung Rheinland-Pfalz BIRKENFELD,

2 Agora Energiewende > Denk- und Politikwerkstatt > Initiative im Rahmen der SEFEP > Stiftung Mercator und ECF > Energiewende in Deutschland > alogprozess mit Gesellschaft > Wissenschaftliche und empirische Expertise > Unabhängig und überparteilich 2

3 Arbeitspakete und Zuständigkeiten Anbindung an Europa Markus Steigenberger Nachfrage (Effizienz & Lastmgmt.) Infrastruktur (Netze und Speicher) Erzeugung (EE & resid. KW) Marktdesign Patrick Graichen Alexandra Langenheld Lars Waldmann Gesamthafte Optimierung Heiko Stubner Daniel Fürstenwerth 3

4 Rat der Agora Energiewende Prof. Dr. Ottmar Edenhofer Stellvertretender rektor des Potsdam-Institut für Klimafolgenfor-schung (PIK)/ rektor Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) Hildegard Müller Vorsitzende der Hauptgeschäftsführung des Bundesverbandes der Ener-gie- und Wasserwirtschaft e. V. (BDEW) Lothar Schulze Mitglied der Geschäftsführung der Windwärts Energie GmbH Energiewirtschaft Erneuerbare Energien Branche Forschung Stadtwerke 28 Mitglieder Stefan Kapferer (FDP) Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Bundespolitik Landespolitik Jürgen Becker (CDU) Staatssekretär im Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Franz Untersteller, MdL (Grüne) Minister für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes Baden-Württemberg Matthias Machnig (SPD) Minister für Wirtschaft, Arbeit und Technologie des Landes Thüringen Dr. Martin Iffert Vorstandsvorsitzender der Trimet Aluminium AG Boris Schucht Vorsitzender der Geschäftsführung der Hertz Transmission GmbH Stromintensive Unternehmen Verbraucherschutz Netzbetreiber Umweltverbände Gewerkschaften Bundesbehörden Europäische Union Mechthild Wörsdörfer EU-Kommission, Generaldirektion Energie (DG ENER) Unit A.1 Energy Poli-cy & nitoring of electricity, gas, coal and oil markets Jochen Homann Präsident der Bundesnetzagentur

5 e Energiewende 5

6 Energie- und Klimapolitische Ziele der Bundesregierung Minderung THG um % bis, 55% bis (Basis 1990) Senkung Primärenergieverbrauch % bis Atomausstieg bis 22 (12,1 GW Leistung in 11) Anteil EE an der Bruttostromnachfrage 35% bis, % bis, 80% bis Minderung Stromverbrauch % bis, 25% bis (Basis 08) Energiekonzept September und Energiewende Juni 11 6

7 Zeitreise: IWES Studie im Auftrag von Agora Last und Erzeugung im Jahr 22 7 Charlton Heston in Soylent Green 22 (1973)

8 e künftige Energieerzeugung > Energieversorgung weitgehend durch neue EE geprägt > Wetterbedingt fluktuierende Einspeisung > Räumliches und zeitliches Auseinanderfallen von Erzeugung und Bedarf > Chance: Wenn sie hier gelingt, ist eine Energiewende grundsätzlich überall auf der Welt möglich 8

9 Erneuerbare Energien Szenario B Netzentwicklungsplan Strom 12 Installierte Leistung 22 Wasserkraft 4,4 GW 4,7 GW Wind (Onshore) 27,1 GW 47,5 GW Wind (Offshore) 0,1 GW 13,0 GW Photovoltaik 17,3 GW 54,0 GW 6,3 GW 8,4 GW Andere EE 0,0 GW 2,2 GW Summe EE 55,3 GW 129,8 GW Nettostrombedarf 535,4 TWh 535,4 TWh Jahreshöchstlast 84,0 GW 84,0 GW 9

10 Analyse durch das Fraunhofer IWES Simulation der Erzeugung aus Erneuerbaren in 22 Annahmen > Kein Handel mit dem Ausland > Keine nationalen Engpässe (Kupferplatte Deutschland) > Transport der letzten kwh EE > Erzeugungskapazitäten nach Leitszenario B 22 > Wetterjahr 11 (durchschnittlich Wind, viel Sonne) > mit % nachfragegesteuerter Einspeisung (gemäß Anreiz EEG 12) > Wasserkraft hat konstante Stromproduktion (kein Schwallbetrieb) München, Lars Waldmann

11 Leistung (G en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und ). Auch in diesen Zeiten muss die Versorgungssicherheit gewährleistet sein. Beispiel 1: EE-Einspeisung und Nachfrage Erneuerbare ErzeugungWindgebiets und Strombedarf,, Meteo-Jahr 11, 6. Kalenderwoche bei Durchzug eines (Anfang Februar) Aus dieser Analyse leiten sich zentrale Herausforde rungen90ab, vor denen die Energiewende in DeutschErneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, 5. Kalenderwoche land in80den nächsten Jahren stehen wird, wie zum Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, 2. Kalenderwoche Beispiel: Wie sieht der residuale Kraftwerkspark mit 90 konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst? den Mit welchem Marktdesign schaffen wir den erfor derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt 0 und in welchem Umfang brauchen wir großwerden Mi Do Fr Sa So Wochentag räumige Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener 90 gie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 80 Mengen Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer 0 Mi Do Fr Sa So öfter übersteigt? Wie sieht das optimale Zusammen0 Wochentag Mi Do Fr Sa So Wochentag spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 0 Grundlast Grundlast wärmegeführt wärmegeführt Biogas flexibel Grundlast Biogas flexibel Biomethanwärmegeführt flexibel Biomethan flexibel Wasserkraft Biogas flexibel Onshore-Wind Wasserkraft Biomethan flexibel Offshore-Wind Onshore-Wind Wasserkraft Photovoltaik Offshore-Wind Onshore-Wind konv. Kraftwerke Offshore-Wind Photovoltaik Strombedarf Photovoltaik ohne Bahnstrom und Arealnetze konv. Kraftwerke konv. Kraftwerke Strombedarf Strombedarf ohne Bahnstrom Areal ohne Bahnstrom und und Arealnetze Erneuerbare Erzeugung und S Im Auftrag von Im Auftrag von 11

12 Leistung ( en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und ). Auch in diesen Zeiten muss die Versorgungssicherheit gewährleistet sein. Beispiel 2: EE-Einspeisung und Nachfrage Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf,, Meteo-Jahr(Anfang 11, 6. Kalenderwoche in einer sonnigen Frühlingswoche April) Aus dieser Analyse leiten sich zentrale Herausforde rungen90ab, vor denen die Energiewende in DeutschErneuerbare und Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, Kalenderwoche land Erzeugung in80den nächsten Jahren stehen wird, wie14.zum Erneuerbare Erzeugung und residuale Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, 2. Kalenderwoche Beispiel: Wie sieht der Kraftwerkspark mit 90 konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen90 80 den 80 Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst? Mit welchem Marktdesign schaffen wir den erfor derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt 0 und in welchem Umfang brauchen wir großwerden Mi Do Fr Sa So Wochentag räumige Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener90 gie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 80 Mengen Windund Solarstrom die Nachfrage immer 0 Mi Do Fr Sa So öfter übersteigt? Wie sieht das optimale Zusammen0 Wochentag Mi Do Fr Sa So spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Wochentag Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 0 Grundlast Grundlast wärmegeführt wärmegeführt Biogas flexibel Grundlast Biogas flexibel Biomethan flexibel wärmegeführt Wasserkraft Biomethan flexibel Biogas flexibel Onshore-Wind Wasserkraft Biomethan flexibel Offshore-Wind Onshore-Wind Wasserkraft Photovoltaik Offshore-Wind Onshore-Wind konv. Kraftwerke Offshore-Wind Strombedarf Photovoltaik Photovoltaik ohne Bahnstrom und Arealnetze konv. Kraftwerke konv. Kraftwerke Strombedarf Strombedarf ohne Bahnstrom Arealn ohne Bahnstrom und und Arealnetze Erneuerbare Erzeugung und S Im Auftrag von Im Auftrag von

13 Leistung ( en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und ). Auch in diesen Zeiten muss die Versorgungssicherheit gewährleistet sein. Beispiel 3: EE-Einspeisung und Nachfrage Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf,, Meteo-JahrAugust) 11, 6. Kalenderwoche in einer Hochsommerwoche (Mitte Aus dieser Analyse leiten sich zentrale Herausforde- rungen90ab, vor denen die Energiewende in DeutschErneuerbare und Strombedarf, 22, Meteo-Jahr Kalenderwoche land Erzeugung in80den nächsten Jahren stehen wird,11, wie32.zum Erneuerbare Erzeugung und residuale Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, 2. Kalenderwoche Beispiel: Wie sieht der Kraftwerkspark mit 90 konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen90 80 den 80 Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst? Mit welchem Marktdesign schaffen wir den erfor derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt 0 und in welchem Umfang brauchen wir großwerden Mi Do Fr Sa So Wochentag räumige Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener90 gie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 80 Mengen Windund Solarstrom die Nachfrage immer 0 Mi Do Fr Sa So öfter übersteigt? Wie sieht das optimale Zusammen0 Wochentag Mi Do Fr Sa So spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Wochentag Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 0 Grundlast Grundlast wärmegeführt wärmegeführt Biogas flexibel Grundlast Biogas flexibel Biomethan flexibel wärmegeführt Wasserkraft Biomethan flexibel Biogas flexibel Onshore-Wind Wasserkraft Biomethan flexibel Offshore-Wind Onshore-Wind Wasserkraft Photovoltaik Offshore-Wind Onshore-Wind konv. Kraftwerke Offshore-Wind Strombedarf Photovoltaik Photovoltaik ohne Bahnstrom und Arealnetze konv. Kraftwerke konv. Kraftwerke Strombedarf Strombedarf ohne Bahnstrom und Areal ohne Bahnstrom und Arealnetze Erneuerbare Erzeugung und S Im Auftrag von Im Auftrag von 13

14 Leistung ( en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und ). Auch in diesen Zeiten muss die Versorgungssicherheit gewährleistet sein. Beispiel 4: EE-Einspeisung und Nachfrage Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf,, Meteo-Jahr 11, 6. Kalenderwoche Aus dieser Analyse leiten sich zentrale Herausfordebei anhaltender Windflaute (Ende November) rungen90ab, vor denen die Energiewende in DeutschErneuerbare und Strombedarf, 22, Meteo-Jahr Kalenderwoche land Erzeugung in80den nächsten Jahren stehen wird,11, wie46.zum Erneuerbare und residuale Strombedarf, 22, Meteo-Jahr 11, 2. Kalenderwoche Beispiel: WieErzeugung sieht der Kraftwerkspark mit 90 konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen90 80 den Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst? 80 Mit Marktdesign schaffen wir den erfor welchem derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt 0 und in welchem Umfang brauchen wir groß werden Mi Do Fr Sa So Wochentag räumige Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener 90 gie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 80 Mengen Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer 0 Wie sieht Mi Sa So öfter übersteigt? das DooptimaleFr Zusammen 0 Wochentag Mi Do Fr Sa So spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Wochentag Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und Grundlast Grundlast wärmegeführt Biogas flexibelwärmegeführt Grundlast Biomethan flexibel Biogas flexibel wärmegeführt Wasserkraft Biomethan flexibel Biogas flexibel Onshore-Wind Wasserkraft Biomethan flexibel Offshore-Wind Onshore-Wind Photovoltaik Wasserkraft konv. Kraftwerke Offshore-Wind Onshore-Wind Strombedarf Offshore-Wind Photovoltaik ohne Bahnstrom und Arealnetze Photovoltaik konv. Kraftwerke konv. Kraftwerke Strombedarf Strombedarf ohne Bahnstrom und Areal ohne Bahnstrom und Arealnetze Erneuerbare Erzeugung und S Im Auftrag von Im Auftrag von 0 14

15 Kurzzusammenfassung Wenn man davon ausgeht, dass im Jahr 22 > der Erneuerbaren-Energien-Ausbau gemäß BNetzA-Prognose erfolgt, > die Stromeffizienzziele der Bundesregierung erreicht werden, > gleiche Wind- und Sonnenverhältnisse wie 11 vorherrschen, dann ergibt sich folgender Effekt: > In etwa % aller Stunden produzieren Sonne, Wind, Wasser und mehr Strom, als gleichzeitig verbraucht wird. Umgekehrt liefern sie in etwa 3% der Stunden nur sehr wenig Strom. Fazit: e Energiewende verlangt einen Umbau des Stromsystems. Wir brauchen in Zukunft ein optimales Zusammenspiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Lastmanagement. 15

16 Herausforderungen der Energiewende I > Wie sehen mögliche Ausbaustrategien und -korridore für die verschiedenen Formen der Erneuerbaren Energien aus, mit denen die gesetzlich definierten Ziele effektiv und effizient erreicht werden? > Wie sieht der residuale Kraftwerkspark mit konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsenden Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst? > Mit welchem Marktdesign schaffen wir den erforderlichen Umbau des Energiesystems? 16

17 Herausforderungen der Energiewende II > Wie dezentral kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt werden und in welchem Umfang brauchen wir großräumige Verbünde? > Wie sieht das entsprechende Stromnetz auf der Übertragungs- und Verteilnetzebene aus und mit welchen Instrumenten schaffen wir den Netzum- und -ausbau? > Wie sieht ein volkswirtschaftlich sinnvolles Anreizsystem zum Lastmanagement aus? 17

18 Herausforderungen der Energiewende III > Wie speichern wir künftig Energie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer Mengen Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer öfter übersteigt? > Wie sieht das optimale Zusammenspiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? > Und wie bindet man das deutsche Energiesystem sinnvoll in den europäischen Energiemarkt ein? 18

19 Räumliche Verteilung von Last und Erzeugung im Stromnetz Leistungsbilanz 12 (MW) Leistungsbilanz 22 (MW) Leistungsbilanz zum Zeitpunkt höchster Netzbelastung in MW 19

20 Herausforderung Stromnetze Einheitliche Gridcodes und Kommandos Anforderungsprofil für VN Betreiber Übertragungsnetze (ÜN) und Verteilnetze (VN) aufeinander abstimmen Betriebsmittelüberwachung Netze intelligenter machen Automatische Steuerung Standardlastprofile anpassen Prognosefehler minimieren

21 Versorgungssicherheit Anzahl der Eingreif- und Gefährdungs Tage mit Maßnahmen gemäß EnWG Quelle: Hertz August 12 21

22 Bericht der BNetzA 7. Mai 12 Analyse des nahezu Blackouts am 9. Februar 12 Dabei steht nicht die singuläre Frage des Atomausstiegs im Vordergrund. Vielmehr geben die Energiewende, die verstärkte marktseitige Vernetzung Europas und die gewachsene Unsicherheit im Bereich der Gasversorgung Anlass zu einer umfassenden Betrachtung. 22

23 Chance Netzverbund Strom und Gas > Power to Gas - Langzeitspeicher - Gassystem als Puffer - Sektor übergreifend > Hürden - CO 2 -Quelle ab? - Wirkungsgrad unter 35% Strom-Gas-Strom 23

24 Ausgleichsoptionen für fluktuierende Erzeugung aus Wind und Sonne Lastmanagement Einspeisemanagement Flexibilisierung residualer Karftwerkspark Leitungsbau Sektoraler Ausgleich Import / Export Speicher 24

25 Agora Energiewende Rosenstraße Berlin T +49. (0) F +49. (0) agora-energiewende.de info@agora-energiewende.de Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!