Einfluss von Gebäuden als Wärmespeicher auf das Energiesystem

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1 Einfluss von Gebäuden als Wärmespeicher auf das Energiesystem Rita Dornmair Technische Universität München Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Erneuerbare und Nachhaltige Energiesysteme Wien, 16. Februar 2017

2 Gliederung Beschreibung der Problemstellung Methodik - Modellkopplung Szenariodefinition Basis und Heiz Gemeinsamkeiten und Unterschiede Entwicklung der erneuerbaren Energien Ergebnisvergleich nach Stromerzeugung CO 2 -Emissionen Speicherbedarf 2

3 Problemstellung Gebäudehülle als Wärmespeicher Wärmepumpe 3

4 Methodik - Modellkopplung Lastgänge Preis Detaillierte Gebäudemodelle 75 % der Raumwärmenachfrage in Deutschland MPC Einsatz von fossilen und elektrischen Wärmeerzeugungsanlagen Stromsystemmodell Auswirkung erhöhter Nachfrage auf Stromsystem 4

5 Szenariodefinition Entwicklung des Stromsystems von 2015 bis 2050 Unterscheidung in 2 Szenarien Basis-Szenario Konstante Stromnachfrage von 566 TWh davon 14 TWh für Wärme Heiz-Szenario Steigende Stromnachfrage auf 712 TWh davon 160 TWh für Wärme 80 % erneuerbare Energien bis 2050 absolut ca. 440 TWh absolut ca. 570 TWh Steigender CO 2 -Zertifikatspreis Kernenergieausstieg bis 2022, Kohleausstieg bis 2050 Kraftwerksbestand auf Basis 2016 Speicherneubau: adiabate Druckluftspeicher ab 2025 Wasserstoffspeicher mit GuD-Rückverstromung ab

6 Entwicklung der Anteile an erneuerbaren Energien Anteile der einzelnen EE an gesamter EE Erzeugung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% TUM EI ENS Stützjahre des Betrachtungszeitraums Biomasse Geothermie Wasser Wind onshore Wind offshore PV Anteil EE an Nettostrombedarf 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 6

7 Ergebnisdarstellung 7

8 Resultierende Stromerzeugung Szenario Heiz Stromerzeugung in TWh EE - Nicht integrierbar Speicher PV Wind - Offshore Wind - Onshore Wasserkraft KWK Geothermie Biomasse Heizöl GT GuD SK konv. BK konv Kernenergie Jahr TUM EI ENS 8

9 Differenz der anteiligen Stromerzeugung Differenz der anteiligen Stromerzeugung in TWh 180 TUM EI ENS Jahr PV Wind - Offshore Wind - Onshore Wasserkraft KWK Geothermie Biomasse GT GuD Heizöl SK konv. BK konv. Kernenergie Last + SPVerluste Netzlast Speicherverluste 9

10 Entwicklung der CO 2 -Emissionen CO2-Emissionen in Mio. t TUM EI ENS ohne Heizung mit Heizung Jahr 10

11 CO2-Emissionen in zusätzlicher Nachfrage 0,45 TUM EI ENS CO2-Emissionen in t je nachgefragter TWh 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 spez. Emissionen ohne Heizung spez. Emissionen der zusätzlichen Nachfrage 0, Jahr 11

12 Vergleich Speicherinvestitionen Jahr % TUM EI ENS Installierte Lade-/Entladeeistung pro inst. EE Leistung bzw. inst. Kapazität pro integrierter gesetzter Erzeugung aus EE 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% ohne Heizung mit Heizung ohne Heizung mit Heizung ohne Heizung mit Heizung Entladeleistung Ladeleistung Kapazität 12

13 Vergleich Speicherfüllstand H 2 -GuD TUM EI ENS Speicherfüllstand in TWh Stunden des Jahres Basis H2-GuD Heiz H2-GuD 13

14 Zusammenfassung Kopplung von Gebäudemodellen über modellprädiktiven Regler an Stromsystemmodell Deckung der zusätzlichen Nachfrage zum großen Teil aus EE Spezifische Emissionen bei zusätzlicher Nachfrage geringer Spezifischer Speicherbedarf steigt Lade- /Entladeleistung und Kapazität Wechsel des Verhaltens der Saisonalspeicher Speicherung von Sommer in Winter Verhalten mit intelligent geregelten Gebäuden 14

15 Backup 15

16 Kraftwerkszubau Szenario Heiz 35,0 30,0 Heizöl Kraftwerksneubau in GW 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 GT GuD SK konv. BK konv. Kernenergie 0, Jahr TUM EI ENS 16

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