Die Rolle der Bioenergie aus systemtechnischer Sicht

Transkript

1 Die Rolle der Bioenergie aus systemtechnischer Sicht [IWES] Biogas Thementag, Landwirtschaftszentrum Eichhof, Juni 214

2 Inhaltsübersicht 1% EE-Szenarien Residuallasten Die Transformation des Energiesystems Die Rolle der Bioenergie nur eine Brückentechnologie? Ausblick / Schlussfolgerung

3 Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien nach den BMU-Leitszenarien Szenario 211 A - 49 Stromerzeugung erneuerbare e Energien, TWh/a Wasser Fotovoltaik 13 Wind Onshore Geothermie Wind Offshore Europäischer Verbund 235 Biomasse, biog. Abfälle [Quelle: BMU Leitstudie 211] SZEN11/ STR-23;

4 Netzsituationen bei 1%EE

5 Residuallastverläufe 6 4 Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Bioenergie Deutschland (212): 4.5 GW / 3 TWh Biogas: (212) 3,18 GW / 22 TWh 2 Residualla ast (GW) Überschüsse: TWh Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Quelle: IWES-Berechnung für UBA. Energieziel: 1% elektrische Energie aus EE 5

6 Die Transformation

7 Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh 4 Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Jan Feb Mar Apr -2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW Überschüsse: TWh -1 Defizite: 43.5 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 48.2 GW -12 Szenarienentwicklung Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) 1% EE-Anteil Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) EE-Anteil heute Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Residuallast ohne E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung (Meteo-Jahr 27) Szenario 1 Szenario 2 Szenario n 7

8 BMU Studie 211: beginnend in 23 werden bedeutende Stromüberschüsse für die Langzeitspeicherung erwartet Energiemen nge (TWh) Energie [TW Wh] Performance e (GW) Leistung [G GW] Stundenausgleich stündlicher Ausgleich Tagesausgleich täglicher Ausgleich Wochenausgleich wöchentlicher Ausgleich sausgleich monatlicher Ausgleich Jahresausgleich jährlicher Ausgleich 8

9 Netzauswirkung im Winter 9

10 Netzauswirkung im Sommer 1

11 Maßnahmenkatalog Transport Netzausbau Europäisches Supergrid für Strom und Gas Erzeugungs- und Lastmanagement Gest. Erzeugung: Kombi-KW, flexible Biogaserzeugung Gesteuerter Verbrauch: E-KFZ, Wärmepumpen, Smart Grids Speicher Kurzzeit (Tage): Pumpspeicher, Druckluft, Batterien, BIOENERGIE Langzeit (Saisonal): 1. (Pump-)Speicher in Skandinavien, 2. Wind / Solarstrom im Gasnetz als EE-Methan 3. als EE-Wasserstoff

12 Die Suche nach den passenden Bausteinen Kraftwerkseinsatzplanung heute

13 Fluktuationen im erneuerbaren Energiesystem - Ausgleichsbedarf nach Lastmanagement und PSW bei 1%EE 6 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 29) 4 2 Residuallas st (GW) Aufgabe von PtG -8-1 Überschüsse: TWh Defizite: 82.6 TWh Minimale Residuallast: -6.7 GW Maximale Residuallast: 57.3 GW -12 Kapazität und Leistung Gasspeicher heute 42 Mio. E-KFZ Idealfall Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute FhG IWES 13

14 Erneuerbares Gas (PtG) Das Prinzip der Strom-Gasnetz Kopplung Quelle: Specht et al, 29 Sterner, 29

15 Potenzial heutiger Biomethananlagen als CO 2 -Quelle zur Methanisierung Ende 212: ca. 12 Biomethananlagen mittlere Einspeisung 64 m n ³/h Mittlere Power-to-Gas Anlagengröße: 6,8 MW el CO 2 -Potenzial für ca. 7 MW el Power-to-Gas (Biogas 213 ca. 3GW)

16 Die Netze wachsen zusammen - Chancen der Energiespeicherung durch Kopplung der Energienetze Stromnetz Gasnetz Übertragungskapazität Einstellige GW Zweistellige GW,4 TWh el Speicherkapazität 22 TWh th Vor- und Nachteile + Hochwertige Energie Hochpreisige Energie - Strom kaum speicherbar + Direkte Nutzung hocheffizient - AC-Übertragungsverluste 3-1% / 1km + Universeller Energieträger Niedrigpreisige Energie + Große Speicher - Umwandlungsverluste hoch - Übertragungsverluste,5% / 1 km H 2 Grenzen heute: 2% KFZ; 1% Gas-KW und Speicher

17 Erhöhter Ausgleichsbedarf im zunehmend erneuerbaren Energiesystem Zeitliche Ausgleichsmaßnahmen Flexibilisierung der Erzeugung (Verringerung von Must-Run Erzeugung) Lastmanagement (Industrie, Haushalte, E-KFZ) Speicher (PSW, Druckluft, Power-to-Gas) Räumliche AusgleichsmaßnahmenNetzausbau Power-to-Gas Power-to-Gas bietet Möglichkeit für zeitlichen und räumlichen Ausgleich Die Summe der Eigenschaften bestimmt den Wert!

18 Zusammenfassung I Bei einer 1% EE Versorgung (und auf dem Weg dahin!) wird ein Ausgleich von Defiziten und Überschüssen im Strombereich benötigt Nennenswerte Stromüberschüsse sind jedoch erst in einigen Jahren zu erwarten lokal kann das schon früher eintreten Der kurzfristige Ausgleichsbedarf wird sich früher einstellen als der langfristige Ansatzpunkt für die Flexibilisierung von Biogasanlagen Das heute, energetisch genutzte Biomassepotenzial könnte, im Biogasbereich eingesetzt, einen großen Teil der anstehenden Aufgaben lösen

19 Zusammenfassung II Nutzungskonkurrenzen (Nahrung, Energie, Stoff), Nachhaltigkeitsüberlegungen und Akzeptanzprobleme beeinflussen die verfügbare Biomassemenge permanenter Prozess, der auch nach Abschluss der Energiewende weitergeführt werden muss Die Bioenergie stellt einen wichtigen Baustein zum Gelingen der Energiewende dar Flexibilisierung ist heute die wichtigste Aufgabe Die Biogastechnologie ist wertvoll für die Transformation, weil sie wandlungsfähig ist und einen guten Anschluss für Ersatztechnologien bietet (PtG, PtL)

20 Nur mit einer ausgeprägten, interdisziplinären, agrarwissenschaftlichen Kompetenz lassen sich nachhaltige, ökologisch und ökonomisch sinnvolle Lösungen erarbeiten!

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hessisches Biogasforschungszentrum HBFZ, Bad Hersfeld