Energiezukunft auf Basis erneuerbarer Energien: DIE Herausforderung für die europäische Netzinfrastruktur.

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1 Stephan Kohler Energiezukunft auf Basis erneuerbarer Energien: DIE Herausforderung für die europäische Netzinfrastruktur. 31. Januar 2011, APG, Wien 1

2 Weltweiter Energiebedarf (nicht nachhaltig). Sonstige EE Biomasse Wasserkraft Kernkraft Erdgas Erdöl Kohle Der globale Energiebedarf erhöht sich um 40 % zwischen 2007 und 2030, Anstieg im Schnitt um 1,5 % pro Jahr. OECD/IEA 2009, World Energy Outlook, Referenzszenario 2

3 Reduktion der energiebedingten CO 2 Emissionen in den klimapolitischen Szenarien. OECD/IEA 2008, World Energy Outlook 3

4 Energie und klimapolitische Ziele in der EU. 1. Aktionsplan Energieeffizienz der EU-Kommission vom Bis 2020 Reduktion des Primärenergieverbrauchs um 20 % gegenüber Trend 2. EU-Energiedienstleistungs-Richtlinie vom Bis 2016/17 Nachweis von Endenergieeinsparungen in Höhe von 9 % unabhängig von der Entwicklung der Wirtschaft und des Energieverbrauchs 3. Gipfeltreffen der Staats- und Regierungschefs der EU am Bis 2020 Reduktion des Primärenergieverbrauchs um 20 % Bis 2020 Steigerung des Anteils Erneuerbarer Energien auf 20 % Bis 2020 Reduktion des Treibhausgasausstoßes um 20 % gegenüber EU-Richtlinie zum Ausbau der Erneuerbaren Energien (2009) Ziel: 20 % Anteil Erneuerbare Energien am Endenergieverbrauch bis 2020 Deutschland: Steigerung auf 18 % 4

5 Handlungsfelder der Energie Strategie der EU Kommission (2011). Wettbewerbsfähige, nachhaltige und sichere Energie für die EU-Mitgliedsstaaten Steigerung der Energieeffizienz Integrierte Gas-/Strommärkte in Europa Autonomie der Verbraucher stärken und höchstes Niveau an Sicherheit und Gefahrenabwehr erreichen. Führungsrolle Europas im Bereich der Energietechnologien und Innovation ausbauen. EUübergreifende Energiegemeinschaft für den externen Auftritt 5

6 Stromerzeugungskapazitäten in der EU. Quelle: VDMA Power Systems, Stand: März

7 Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung. Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % bis 2020 und um 25 % bis 2050 (ggü. 2008) Elektrofahrzeuge in Deutschland: 1 Million bis 2020, 5 Millionen bis 2030 Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch auf 18 % bis 2020 und auf 60 % bis 2050 Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: 35 % bis 2020 und 80 % bis 2050 ca. 30 % des Stromverbrauchs wird importiert Beschleunigung des Ausbaus der Offshore-Windleistung auf 25 GW bis 2030 sowie Ausbau der Netzinfrastruktur (Nord-Süd-Trassen) Verlängerung der Laufzeiten von Kernkraftwerken um 8 bzw. 14 Jahre 7

8 Die installierte Leistung steigt getrieben durch die erneuerbaren Energien. Quelle: dena-netzstudie II,

9 Asynchrones Verhalten von Angebot und Nachfrage erfordert Speicher und Flexibilität. Quelle: BDEW 9

10 Kraftwerksstandorte in Deutschland. Bestehende fossile oder nukleare Energieerzeugungskapazitäten befinden sich vor allem nahe der Lastzentren im Westen und Süden Deutschlands. Der Ausbau erneuerbarer Energien (vor allem der Wind- Energie) führt zu regionaler Verlagerung der Erzeugungs- Kapazitäten in den Norden Deutschlands. Dieser Trend wird sich durch die bereits geplanten Offshore Anlagen noch verstärken. Bestehende Übertragungsnetze stoßen vor allem auf Nord-Südund Ost-West-Trassen an ihre Kapazitätsgrenze, wenn erneuerbare Energien effizient integriert werden sollen. Quelle: UBA,

11 und in Die installierte Erzeugungskapazität im Bereich Offshore-Wind wird in MW betragen (2005: 0 MW). Die installierte Erzeugungskapazität von Kernkraftwerken in 2020 beträgt noch MW (2005: MW). Zusätzlich kommen - im Vergleich zu MW im Bereich Onshore-Wind hinzu. Erdgas-, Steinkohle- und Braunkohlekraftwerke tragen in 2020 noch MW bei. (2005: MW) Quelle: dena-netzstudie II,

12 Schematische Darstellung des Untersuchungsgegenstands. Flexibilisierungsoptionen Freileitungsmonitoring Hochtemperaturleiterseile Umweltverträglichkeit Gesellschaftliche Akzeptanz Innovative Übertragungstechnologien Verfügbarkeit & Wirtschaftlichkeit 100% Integration erneuerbarer Energien 39 % Anteil erneuerbarer Energien bis 2020 Europäischer Stromhandel Systemsicherheit im Stromübertragungsnetz Marktgetriebener Einsatz konv. Kraftwerke Lösungsalternativen und Netzausbaubedarf Spannungsstützung & Kurzschlussleistung Inselnetzfähigkeit & Netzwiederaufbau Systemdienstleistungen Energiespeicher Demand Side Management 12

13 Herausforderung: Optimierung des Energiesystems. Nachfrage Erzeugung Energiespeicher Energienetze Energieeffizienzpotenziale heben Energiedienstleistungen Einführung von Smart Metering Energieeinsparpotenziale Lastmanagement Ausbau erneuerbarer Energien Ausbau KWK Hocheffiziente konventionelle Erzeugung CCS Ausbau von Energiespeichern im System Beitrag zur Flexibilisierung des Energiesystems Energieeffiziente Transport- und Verteilsysteme Ausbau der Stromnetze Intelligente Netze (Smart Grids) Bessere Integration der Bestandteile durch intelligente Technologien Energieeffizienz entlang der gesamten Versorgungskette Nutzung hocheffizienter Technologien, innovativer Strategien und Marktlösungen 13

14 dena Netzstudie II: Übertragungstechniken im Vergleich. Identifikation geeigneter Varianten zur Übertragung der Windenergieleistung aus Nord- und Ostsee in die Lastschwerpunkte: HGÜ-Kabel, klassisch bzw. mit VSC-Technik. HGÜ-Freileitung, klassisch. 380 kv-freileitung, AC. 380 kv-erdkabel, AC. 750 / 800 kv-freileitung, AC. Gasisolierte Leiter. Untersuchung nach folgenden Kriterien: Entwicklungspotenziale der Technik für den Zeithorizont bis 2020, Investitions- und Betriebskosten, Stromverluste und Akzeptanzfähigkeit. 14

15 dena Netzstudie II Methoden zur Erhöhung der Übertragungskapazitäten. Freileitungs-Monitoring (FLM): Die Erhöhung der Übertragungskapazitäten ist abhängig von Wetterbedingungen und Topografie: nur temporär verfügbar geringe Investitionskosten. Potenzialerhöhung durch Freileitungs-Monitoring in Abhängigkeit der topografischen Gegebenheiten (Starkwind): 115 % im Süden Deutschlands 150 % im Norden Deutschlands 150 % 130 % Hochtemperaturleiterseile (TAL): TAL-Beseilung ermöglicht Betriebstemperaturen bis zu 200 C. Permanente Erhöhung der Übertragungskapazitäten um bis zu 200 % (in Verbindung mit höheren Netzverlusten). 115 % Quelle: dena Netzstudie II, Zwischenbericht,

16 Übergang Knotenmodell auf Regionenmodell Topologie (Beispiele). Quelle: ewi,

17 Übertragungsfähigkeit zwischen Regionen. Leistung Szenario struktureller Zuwachs Netzsicherheit Übertragungskapazität Übertragungserfordernis FLM: Nach Situation TAL: Pauschal ohne Netzausbau Netzsicherheit Heute Kapazität > Erfordernis Morgen Kapazität < Erfordernis (ohne Netzausbau) Zeit Quelle: ewi,

18 Netzausbaubedarf der Hauptszenarien (Trassen). TAL-Umbau FLM-Maßnahmen AC Zubau 380-kV-Doppelfreileitungslänge (km) BAS 000 BAS 050 BAS 100 FLM 000 FLM 050 FLM 100 TAL 000 TAL 050 TAL 100 Quelle: dena-netzstudie II,

19 Netzkostenvergleich der Hauptszenarien. Jährliche Netzkosten im Jahr M /a 1600 M /a 1400 M /a Verluste Kompensation Bestandsnetz Zubau AC OWP-Anschluss 1200 M /a 1000 M /a 800 M /a 600 M /a 400 M /a 200 M /a 0 M /a BAS 000 BAS 050 BAS 100 FLM 000 FLM 050 FLM 100 TAL 000 TAL 050 TAL 100 M /a: Mio. Euro pro Jahr Quelle: dena-netzstudie II,

20 Bewertung für eine abstrakte, nicht projektbezogene Übertragungsaufgabe von MW über 100 km. 380kV FL 750kV FL 380 kv Kabel GIL konv. HGÜ FL konv. HGÜ Kabel VSC HGÜ FL VSC HGÜ Kabel 20

21 Bewertung für eine abstrakte, nicht projektbezogene Übertragungsaufgabe von MW über 400 km. 380kV FL 750kV FL 380 kv Kabel GIL konv. HGÜ FL konv. HGÜ Kabel VSC HGÜ FL VSC HGÜ Kabel 21

22 Europäische Energie Infrastruktur: Ziele und Maßnahmen. 22

23 Hintergrund. 3. EU-Energie-Binnenmarktpaket (2009): Rechtsetzung zur Weiterentwicklung der Liberalisierung der europäischen Strom- und Gasmärkte Strategiepapiere der EU-Kommission (Anfang 2011): Energie 2020: Eine Strategie für wettbewerbsfähige, nachhaltige und sichere Energie Energieinfrastruktur: Prioritäten bis 2020 und danach - ein Konzept für ein integriertes europäisches Energienetz Strategische Schwerpunkte der EU-Kommission: Aufbrechen der fragmentierten Energiemärkte hin zur Vollendung eines integrierten Energiebinnenmarktes Beschleunigung von Genehmigungsverfahren für Netzinfrastrukturen und Schaffung der öffentlichen Akzeptanz Langfristige Sicherstellung der Strom- und Gasversorgung in Europa Steigerung der Energieeffizienz und Ausbau der erneuerbaren Energien 23

24 Handlungsfeld: europaweit integrierte Strom /Gasmärkte schaffen. Ausarbeitung einer Blaupause für die notwendige europäische Infrastruktur für den Zeitraum ; Mandat für die Ausarbeitung: ACER, ENTSO-E und ENTSO-G. Straffung der Genehmigungsverfahren und Marktregeln für die Infrastrukturentwicklung. Schaffung eines geeigneten Finanzierungsrahmens für Infrastrukturmaßnahmen und finanzielle Förderung von Projekten mit europäischem Interesse. Marktkopplung bis 2014 abschließen: Festlegung und Umsetzung der erforderlichen technischen Aspekte (Harmonisierung, Normung usw.) sowie der Regulierungsfragen durch ACER. Einheitliche Methodik zur Analyse des optimalen Gleichgewichts zwischen öffentlicher und privater Finanzierung. 24

25 Handlungsfeld: Ausbau der Führungsrolle Europas im Bereich der Energietechnologien und Innovation. Unverzügliche Umsetzung des europäischen SET-Plans. Vier neue europäische Großprojekte: Europäische Initiative zu intelligenten Netzen (Smart Grids) Bereich der Stromspeicherung Europäische Industrieinitiative für Bioenergie Innovationspartnerschaft Intelligente Städte Sicherung der langfristigen technologischen Wettbewerbsfähigkeit: Initiative zur Förderung der Pionierforschung im Bereich der kohlenstoffemissionsarmen Energie Führungsrolle beim globalen Forschungsprojekt ITER (Vorzeigeprojekt) Entwicklung eines Forschungsprogramms für Energiestoffe (seltene Erden) 25

26 Stromnetze: Anhaltspunkte für notwendige Verbindungskapazitäten in 2020 in Europa. Quelle: KEMA und Imperial College London 26 Angaben in Megawatt

27 Vorrangige Korridore für Transport von Strom, Gas und Öl. Nordsee-Offshore-Netz Nord-Süd-Gaskorridor in Westeuropa Südwestliche Stromnetze Südlicher Gaskorridor BEMIP* Strom und Gas Mittel/-südosteuropäische Stromnetze Nord-Süd-Gaskorridor in Osteuropa *Baltic Energy Market Interconnection Plan Quelle: EC

28 Ausblick: Offshore Netze in Nordeuropa. Europäischer Binnenmarkt: Integration der Energieversorgungssysteme. Nutzung geographischer und zeitlicher Differenzen der Darbietung erneuerbarer Energien: Erhöhung der gesicherten Leistung aus erneuerbaren Energien, effiziente Nutzung der kontinentalen Netzinfrastruktur, Quelle: EWEA (2009) Vermeidung von Engpassmanagement und Kosten für Kraftwerks- Redispatch. 28

29 Geschätzter Investitionsbedarf für das europäische Energiesystem. Geschätzter Investitionsbedarf bis 2020 insgesamt beträgt etwa eine Billion Euro für das gesamte Energiesystem. Davon 500 Mrd. Euro für die Energienetze einschließlich der Stromübertragung und Gasfernleitung, Strom- und Gasspeicherung sowie intelligente Netze. Nur etwa 50 % der erforderlichen Investitionen in Energietransportnetze werden bis 2020 vom Markt getragen. 29

30 Herausforderung für zukunftsfähige Energiesysteme: Systemtransformation und Systemoptimierung. Die Steigerung der Energieeffizienz in allen Bereichen ist die zentrale Grundlage für eine nachhaltige Energieversorgung. Herausforderung: effiziente Integration erneuerbarer Energien Flexibilisierung: Einsatz von Lastmanagement und Energiespeichern. Ausbau der Kapazitäten im Transport- und im Verteilnetz sowie Ausbau der Grenzkuppelkapazitäten. Harmonisierung der Förderung der erneuerbaren Energien in Europa. Kombination zentraler und dezentraler Erzeugung: Bereitstellung ausreichender gesicherter Leistung durch fossile Kraftwerke. Effiziente Verzahnung dezentraler KWK und Stromerzeugung aus EE. Schaffung intelligenter Netze ( Smart Grids ) zur effizienten Kommunikation von Erzeugern und Nachfragern. Integrierte Betrachtung von Übertragungsnetzen und Strommärkten für eine optimierte Integration der erneuerbaren Energien. 30

31 Effizienz entscheidet. Vielen Dank. 31