GRENZEN UND HERAUSFORDERUNGEN BEIM EINSATZ VON PTG

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Lucas Färber
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1 GRENZEN UND HERAUSFORDERUNGEN BEIM EINSATZ VON PTG Norman Gerhardt Expertenfrühstück der Agentur für Erneuerbare Energien Berlin, Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik 1

2 Welcher Pfad ist sinnvoller? Einordung Grundlegende Vergleich: Wettbewerb um gleiche Endverbrauchsanwendung in Wärme/Verkehr Direkte Elektrifizierung PtG-National PtG-Import PtL- Import H 2 - Import PRO - Effizienz - Kosten - Saisonalspeicher - CO 2 -Quelle - Kosten PtG/PtL/H 2 auf vergleichbarem Niveau KONTRA - Stromnetz kosten - Kosten - Gasnetzko sten - Gasnetz kosten - Infrast ruktur Die Grenzen zwischen Importen von PtG/PtL/H 2 verschwimmen Technologieoffenheit! Dennoch ist in Simulationsrechnungen die Maximierung der direkte Elektrifizierung der robusteste Pfad Es gibt aber kein Schwarz-Weiß 2

Sektorübergreifende Zubau- und Einsatzoptimierung SCOPE Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Wahl de r Technologieoffenheit mit den geri : Europ und/oder DE Technolog iekosten CO 2 -Vermei

3 Sektorübergreifende Zubau- und Einsatzoptimierung SCOPE Eingangsgrößen Ergebnisse Brennstoffkosten Wahl de r Technologieoffenheit mit den geri : Europ und/oder DE Technolog iekosten CO 2 -Vermei dungskosten aus Sicht Potenziale/ Restriktionen Gesamnügems Zeitreihen für Energiebedarfe (Strom, Wärme, Verkehr)... minimierung unter Einhaltung von Klimazielen reellan - aler de>timaler Optimaler Verkehrsmix Energiemengengerüst und installierte Leistung CO 2 -Preis... Strommix Wärmemix Märkte: Strommarkt Wärmemärkte (unt. Haustypen und Temperaturen) Gasmarkt Mobil itätsmärkte (unt. Größenklassen und Fahrleistungen) CO2-Markt Technologieportfolio: Power-to-X Importe Windkraft, PV Stromspeicher Power-to-Gas BEV-Pkw/Lkw PH EV/REEV-Pkw/Lkw Wasserkraft K W K Klimatisierung Kessel Oberleitungs-Lkw Kondensations-KW Power-to-Heat Wärmepumpen Solarthermie Geothermie 3

Opportunität PtX-Import oder nationale Erzeugung? PtL und PtG-Importkosten gleichen sich an (Verflüssigung LNG > Pipeline) PtL-/PtG-Importkosten in 2050 von 118 /MWh Konv.

4 Opportunität PtX-Import oder nationale Erzeugung? PtL und PtG-Importkosten gleichen sich an (Verflüssigung LNG > Pipeline) PtL-/PtG-Importkosten in 2050 von 118 /MWh Konv. Fahrzeuge und Hybrid-E-Fahrzeuge Kraftwerke, Heizkessel flüssig H2-Importkosten von 113 /MWh (Energieaufwand für Verflüssigung) Pkw/Lkw? Wndenergie S o l a r e n e r g i e Meerw a s s e r L u f t CO2 Elektro l y s e H 2 O E n t s a l z u n g A b s c h e i d e r CO2 H2 - C H 2 - S y n t h e s e Kraftstof f e Beispiel für 1 TWh PtL aus Marokko => 334 MW Wind / 371 MW PV, 286 MW PtL (6.292 VLS) 4

Deutschland in 2050 bei -95%THG Stromverbrauch und Erzeugung Wind und PV Sektorkopplung 90 90 80 80 70 70 60 60 Power-to-Gas 50 50

WPPtH/Gr OffshoreWind-Onshore oß- 20 20 WPSpeicherverlusteNetzverluste 10 10 0 0 PV Erzeugung Verbrauch Die Flexibilität der Erzeugung durch

5 Deutschland in 2050 bei -95%THG Stromverbrauch und Erzeugung Wind und PV Sektorkopplung Power-to-Gas EE-AbregelungNetto- Bahn/ÖPNV ImportGas-KWKGas-Kond E-Lkw Müll, E- KlärgasLaufwasserWind PkwKlimatisierungdez.WPPtH/Gr OffshoreWind-Onshore oß WPSpeicherverlusteNetzverluste PV Erzeugung Verbrauch Die Flexibilität der Erzeugung durch thermischen Kraftwerke heute wird ersetzt durch die Flexibilität des Verbrauchs Herköml. Verbrauch Dadurch wird die direkte nationale Stromnutzung effizient und günstig

6 2 Beispielwochen Erzeugung und Verbrauch in 2050 Integration von EE-Strom durch Sektorkopplung Flexibilität und direkte elektrische Stromnutzung Anfang März 2050 Europäischer Ausgleich Sektorkopplung

E i n m ö g l i c h e s S z e n a r i o m i t s e h r h o h e r D u r c h d r i n g u n g und Flexibilität von Elektromobilität Hohe installierte EE-Leistung, Batterien second-life, relativ.

7 E i n m ö g l i c h e s S z e n a r i o m i t s e h r h o h e r D u r c h d r i n g u n g und Flexibilität von Elektromobilität Hohe installierte EE-Leistung, Batterien second-life, relativ. geringe PtG-Leistung, thermische Kraftwerke sind KWK-Anlagen ? 35 Einsatz therm. Kraftwerke Beispieluntersuchung über 7 Wetterjahre [GLstunerune Für Versorgungssicherheit werden mehr Back-Up-Kraftwerken notwendig. Aber Kosten und Einsatzzeiten sind gering. e Stunden im Jahr [h]

8 PtG Flexible Erz./Verbr. EE-Erzeugung PtG Saisonaler Ausgleich über mehrere Wetterjahre Wetterjahr 2007 viel Wind Wetterjahr 2010 wenig Wind 58 TWh Strom = 35 TWh Gas Auslastung ca h/a 36 TWh Strom = 22 TWh Gas Auslastung ca h/a 8

Aber PtG und Biomasse in zentralen Hybridsystemen KWK, Heizwerke und Hochtemperaturverfahren Herausforderung

9 PtG im Bereich Wärme Elektrifizierung des Niedertemperaturbereichs durch E-Wärmepumpen Wärmemarkt in 2050 Dezentral Wärmenetze Industrie Elektrifizierung von AnSWärmam Prozessdampferzeugung durch Elektrodenkessel Aber PtG und Biomasse in zentralen Hybridsystemen KWK, Heizwerke und Hochtemperaturverfahren Herausforderung Gasverteilnetz überschlägiger Kostenvergleich Heute ca. 7 Mrd. /a für ca. 500 TWh Verbrauch Netzkosten ca. 14 /MWh

Beispiel - Ergebnis Ausbauplanung Verkehr PtL-Importe teilweise als Range-Extender in der Elektromobilität Langfristig kein Emissionsvorteil mehr durch Gasnutzung, nur im Pfad Ein Markt für H 2

10 Beispiel - Ergebnis Ausbauplanung Verkehr PtL-Importe teilweise als Range-Extender in der Elektromobilität Langfristig kein Emissionsvorteil mehr durch Gasnutzung, nur im Pfad Ein Markt für H 2 -Mobilität erscheint nicht konkurrenzfähig Aber offene Fragen zu Roboter-Taxis / Mobilitätsplattformen,... FahrzeuganzahljeSegmentinMio.Fahrzeuge % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 69 ZusamensetzungFahrzeugsegmentein% km/a MitelPkw >14.0 km/a km/a km/a GroßPkw >14.0 km/a km/a km/a

11 Wie realistisch sind hohe PtX- Importmengen? Trotz max. direkter Stromnutzung in -* Deutschland hoher PtX-Importbedarf für langfristige Dekarbonisierung -* -* ca. 350 TWh PtL (inkl. internationalem Verkehr) ca. 700 TWh Strom 250 TWh Grundstoff für chemische Industrie? 500 TWh Strom? Realisierung (Markthochlauf) von 1200 TWh Strom außerhalb Deutschlands im Vergleich zu 800 TWh innerhalb? 40 SeeverkehrFlugver kehrbinnenschiffs chienestraße Wind Onshore GHD Photovoltaik Kraftstoffve(Bauwirtschaft 0 VerkehrChemischeIndustrie )nichtenergetischeverbrau ch Elektrolyse

12 Sehr hohe Nachfrage aus internationalem Flug- und Seeverkehr Trotz Effizienzmaßnahmen erwarteter Anstieg des globalen Flugverkehrs auf TWh PtL bis 2050 globaler Flugv. Ca TWh im weltweiten Seeverkehr Die Nachfrage des nichtelektrifizierbaren internationalen Verkehrs übersteigt das Angebot an PtL (insb. Markthochlauf, aber auch Flächen) Dieser Markthochlauf und diese Flächen stehen in Konkurrenz zu PtG- Importen

13 Konsequenzen aus einer vollständigen Dekarbonisierung Auch bei sehr niedrigen PtX-Importkosten (> 6000 h/a Auslastung) gibt es ein nationales ökonomisches PtG-Potenzial (ca h/a Auslastung) aufgrund zeitweise sehr günstigem Stromangebotes. In Abhängigkeit der Stromverteilnetzkosten ist dieses Potenzial aber stark begrenzt. Offene Frage ob in Hinblick auf begrenztes Marktwachstum von PtX- Importen dennoch national höhere Anstrengungen notwendig sind. Ein Verbleibender sehr geringer Gasverbrauch in dezentralen Heizungen würde je nach Region die Erhaltungsinvestitionen und den Fortbestand des Gasverteilnetzes in Frage stellen. Für den saisonalen Ausgleich und Versorgung von Großverbraucher (KWK, Industrie,...) ist die Speicherfunktion des (Übertragungs-)Gasnetzes über PtG zentral. Die Ausschöpfung der Potenziale einer direkten elektrischen Stromnutzung ist nicht nur aus Kostengesichtspunkten sondern auch in Hinblick auf den möglichen PtX-Markthochlauf und den hohen nichtvermeidbaren PtG-Bedarf der robusteste Pfad. 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Norman Gerhardt Leiter Energiewirtschaft und Systemanalyse Tel.: Fraunhofer IEE Königstor Kassel 14

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