Strom im Wärmemarkt was ändern die Erneuerbaren Energien? Life Needs Power 2015

Transkript

1 Strom im Wärmemarkt was ändern die Erneuerbaren Energien? Life Needs Power 2015 ETG TF Strom im Wärmemarkt Norman Gerhardt Fraunhofer IWES Jens Werner IEEH, TU Dresden Hannover,

2 Gliederung 1. Energiepolitischen Ziele der Bundesregierung 2. Kostenoptimale Langfristszenarien Modell und Annahmen Ergebnisse Schlussfolgerungen 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Status quo Potentiale - wärmegeführt vs. stromoptimierter Betrieb Hemmnisse 4. Zusammenfassung Energietechnische Gesellschaft im VDE 2

3 1. Energiepolitische Ziele der Bundesregierung Strom im Wärmemarkt In der Vergangenheit ist die Nutzung von Strom im Wärmesektor zunehmend in Misskredit geraten Durch den forcierten Ausbau der erneuerbaren Energien im Stromsektor vollzieht sich ein Paradigmenwechsel: Strom als zukünftiger Primärenergieträger Fraunhofer IWES

4 1. Energiepolitische Ziele der Bundesregierung Energiepolitische Ziele 2050 EE Anteil im Stromsektor auf mindestens 80% Teilziele des Energiekonzeptes der Bundesregierung sind dabei nicht alle zueinander konsistent. Noch anspruchsvolleres Ziel einer CO 2 -Reduktion um mindestens 80% THG, (Referenzjahr 1990) Ziel: zu möglichst geringen Kosten erreichen Um zusätzlichen Stromverbrauch im Rahmen zu halten Umfassende Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in allen Sektoren (Wärmedämmung, Heizungssanierung, Industrie ) unabdingbar. Emissionen [Mio. t CO2-Äqu.] % Flugverkehr energetische Emissionen Rest int. Schiffsverkehr nichtenergetische Emissionen Fraunhofer IWES

5 1. Energiepolitische Ziele der Bundesregierung CO 2 -Ziel 2050 EU minus 80% THG gegenüber 1990 Deutschland muss mehr machen minus 85% Sensitivität - 80% (national) bis -85% (europäisch) Emissionen [Mio. t CO2-Äqu.] DE 2050 DE Flugverkehr energetische Emissionen Rest int. Schiffsverkehr nichtenergetische Emissionen Emissionen [Mio. t CO2-Äqu.] DE Fraunhofer IWES

6 2. Kostenoptimale Langfristszenarien Sektorübergreifende Zubau- und Einsatzoptimierung Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Technologiekosten Potenziale/ Restriktionen Zeitreihen für Energiebedarfe (Strom, Wärme, Verkehr) Europa und/oder DE Kostenminimierung unter Einhaltung von Klimazielen Optimale Strommix Optimaler Wärmemix Energiemengengerüst und installierte Leistung CO 2 -Preis Märkte: Strommarkt Wärmemärkte (unt. Haustypen und Temperaturen Gasmarkt Mobilitätsprofile CO 2 -Markt Technologieportfolio: Windkraft, PV Stromspeicher Power-to-Gas BEV PHEV/REEV Laufwasser KWK Klimatisierung Kessel Oberleitungs-LKW Kondensations-KW Power-to-Heat Wärmepumpen Fraunhofer IWES

7 2. Kostenoptimale Langfristszenarien Rahmenbedingungen Nationale Betrachtung Deutschland als Insel 2 Mio.ha Biomasse NaWaRo mit Schwerpunkt Biokraftstoffe Technische Potenziale / Restriktionen im Wärmemarkt auf Grund von Temperaturniveau, Gebäudetypologie u.a. Entwicklung: Effizienz, Brennstoffkosten, Lernkurven Zukunftstechnologien 3 Szenariovarianten: Entwicklung nicht-energetische Emissionen Mio.t CO2 Entwicklung Verkehrssektor: Verhältnis E-Mobilität Gas Anteil elektrische- und gasbasierte Verfahren Industrie Effizienz industrielle Prozesswärme Fraunhofer IWES

8 2. Kostenoptimale Langfristszenarien Ergebnis Zubauoptimierung - Strombilanz -80% THG (-85% THG) -85% THG Effizienz Fraunhofer IWES

9 2. Kostenoptimale Langfristszenarien Ergebnis Zubauoptimierung - Wärmemarkt -80 % THG -85% THG Effizienz Fraunhofer IWES (-85% THG) relativ hohe CO 2 - Vermeidungskosten von 105 /t (-80% THG) bis 151 /t (-85% THG Effizienz)

10 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Status quo Energiebedarf Privathaushalte Analyse des Endenergiebedarfs im Haushalt Anteil der privaten Haushalte am Endenergieverbrauch beträgt 28 % 85 % gehen in Wärmebereitstellung Endenergieverbrauch in privaten Haushalten % 6% 4% 3% 2% Raumwärme Warmwasser 16% 69% sonstige Prozesswärme Prozesskälte Strom mechanische Energie IKT (Strom) Beleuchtung (Strom) Quelle: AGEB Energiebilanzen Folie 10

11 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Status quo Beheizungsstruktur im Gebäudebestand Quelle: AGEB Energiebilanzen 6% 0% 5% 5% 1% 3% 12% 44% 13% 49% 33% 29% Beheizungsstruktur ist durch Gassysteme geprägt Gassysteme verdrängen Heizöl-basierte Heizsysteme Folie 11

12 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Status quo Beheizungssysteme im Neubau 2% % 9% 7% 13% 1% 20% Quelle: AGEB Energiebilanzen 48% 77% 22% 2000: Neubau Wohngebäude [destatis] Erdgas Wärmepumpe Fernwärme Heizöl Sonstige 2013: Neubau Wohngebäude [destatis] Stark zunehmender Anteil an Wärmepumpen -> Vernetzung der Elektroenergieversorgung und Wärmeversorgung -> Erschließung Flexibilitätspotential zur Integration fluktuierender, erneuerbarer Energien möglich Folie 12

13 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Potentiale- wärmegeführt vs. stromgeführt Grundlagen Annahmen: Gebäude: Typ: Einfamilienhaus Erzeugersystem: Wärmepumpe Energiestandard: EnEV 2004 WW-Bedarf: 2086 kwh th /a RW-Bedarf: kwh th /a EE Einspeisung (PV, Wind): Zeitlicher Verlauf: 2013 Bruttostromerz.: 82,7 TWh Zur Verfügung stehender Anteil für Haus: 3500 kwh el /a Folie 13

14 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Potentiale wärmegeführt vs. stromoptimiert Nutzung des fluktuierenden EE-Aufkommens durch EE gedeckter Energiebedarf des Gebäudes in kwh wärmegeführt wärmegeführt stromoptimiert wärmegeführt stromoptimiert wärmegeführt stromoptimiert stromoptimiert Folie 14

15 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Potentiale wärmegeführt vs. stromoptimiert Spitzenlastabsenkung EE-Jahresertrag in kwh/a EE-Jahresspitzeneinspeisung in W Reduktion der EE-Jahresspitzeneinspeisung in W Wärmegeführte Betriebsweise Stromoptimierte Betriebsweise Folie 15 EE: 3500 kwh/a

16 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Potentiale wärmegeführt vs. stromoptimiert Zusammenfassung Potentiale Die stromoptimierte Betriebsweise von P2H-Anlagen ist insbesondere bei hohen EE-Anteilen im Bereich der Elektroenergie zielführend in Verbindung mit therm. Speichern ermöglicht in hohem Maß eine Flexibilisierung der Nachfrage und somit die Reduktion des Bedarfs an Stromspeichern kann zur Reduktion der Spitzeneinspeisung und somit von Überschussstrom verwendet werden Für Integration von erneuerbaren Energie in den Wärmemarkt -> forcierte Ausbau der Windenergie gegenüber PV aufgrund jahreszeitlichen Abhängigkeiten zu präferieren Folie 16

17 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Hemmnisse Für Erzeugung von 1 kwh th mit Wärmepumpe (COP 3,5) -> mittlerer Arbeitspreise 5,2 ct/kwh th, aber Folie 17

18 3. Wärmebereitstellung im Wohngebäude Hemnisse Wärmepumpe als effizientes Heizsystem durch deutlich erhöhte Investitionskosten geprägt, u.a. Heizgerät (11kW th Brennwerttherme: 3200, Luft-Wasser-WP: 5500 ) Planung Genehmigung und Gutachten Flächenheizung (empfehlenswert) Mehrkosten bei Neubau EFH von etwa 5000 (Luft-Wasser) bzw (Geothermie) ->Jährliche Mehrkosten von 420 (Luft-Wasser) bzw (Geothermie) Fazit: Abgabenlast / Strompreis muss deutlich gesenkt werden, um zusätzliche Wärmepumpen zu integrieren Quelle: Pöhlmann Folie 18

19 4. Zusammenfassung Strom im Wärmemarkt stellt eine wichtige Flexibilitätsoption zur Integration der fluktuierenden EE-Einspeisung dar. Dies zeigt sich zum einen in hybriden bzw. bivalenten Anlagen als auch im DSM-Potenzial von thermischen Speichern. Um die Klimaziele zu erreichen ist ein zusätzlicher EE-Ausbau für neue Stromanwendungen notwendig. Auch auf Einzelgebäudeebene ist die Flexibilität der Strom- Wärmeanwendung maßgebend für die Kosteneffizienz des Gesamtsystems. Haupthemmnis stellt dabei die ungleiche Kostenbelastung von Strom und fossilen Brennstoffen im Wärmemarkt dar Energietechnische Gesellschaft im VDE 19

20 Veröffentlichung ETG Task Force Strom im Wärmemarkt Die Studie wird im Juni 2015 veröffentlicht 8. Juni 2015: Vorstellung der Studie bei der Bundespressekonferenz in Berlin : Fachtagung in Berlin Energietechnische Gesellschaft im VDE 20