Ist Power-to-Gas notwendig aus wissenschaftlicher Sicht? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus?
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- Gertrud Oswalda Beyer
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1 Ist Power-to-Gas notwendig aus wissenschaftlicher Sicht? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus? Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher FENES, OTH Regensburg dena Jahreskonferenz Power-to-Gas Berlin,
2 Disclaimer aus heutiger Sicht Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2
3 Inhalt 1) Paris umgesetzt? 2) Strom 3) Wärme 4) Mobilität 5) Grundstoffchemie / Industrie 6) Konsequenzen? Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3
4 Paris 1,5 C Quelle: IPCC, WG III, AR5, SPM, p. 12, Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4
5 Klimaschutz jetzt! 2030 ist zu spät. Deutschlands Glaubwürdigkeit? Quelle: IPCC, WG III, AR5, SPM, p. 12, Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 5
6 1,5 C nur mit vollständiger Dekarbonisierung und negativen Emissionen à 85 % EE-Studien hinfällig à CO 2 aus der Luft wird Standard Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 6
7 SK-Metastudie für dena Umfassende Studie zur Sektorenkopplung fehlt Für Analyse ausgewählte Einzelstudien Quelle: Sterner, Bauer, Eckert, Hofrichter, 2016 Metastudie für dena Quelle: eigene Darstellung nach [2-5] Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 7
8 Studien mit Sektorenkopplung à Mehrere Infrastrukturen notwendig (Strom, Gas, Wärme, Kraftstoffe) Quelle: Sterner, Bauer, Eckert, Hofrichter, 2016 Metastudie für dena Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 8
9 In den meisten Studien sind nicht enthalten... - Paris 1,5 C - Erdverkabelung 15 Mrd. - vollständige Sektorenkopplung - Aktuelle Preisentwicklung Speicher Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 9
10 Klimaschutzplan 2050 Ist Power-to-Gas notwendig? Sektor Ziel 2030 vs Ja Nein Strom - 62 % Wärme - 67 % Mobilität - 42 % Industrie - 51 % Landwirtschaft - 34 % Quelle: Klimaschutzplan 2050 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 10
11 Power-to-Gas: Kopplung von Strom- und Gassektor Quelle: Sterner et al, FENES OTH Regensburg, 2016 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11
12 Netzausbau hat größten Einfluss auf Speicherbedarf Überschüsse in verschiedenen Studien [TWh] % 40% 60% 80% 100% Anteil erneuerbarer Energien [%] 1 Europa 2a Europa/Deutschland 2b Europa/Deutschland 3 Deutschland 1. Kupferplatte Europa mit idealer EE-Verteilung 2. Idealer Markt mit planmäßigem (2a) bzw. verzögertem Netzausbau (2b) 3. Kupferplatte Deutschland ohne EU-Koordination Quelle: VDI, 2017 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 12
13 Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher Ausgleich Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE Zeitlicher Ausgleich Räumlicher Ausgleich (Netzausbau) Nur über Speicher machbar Mit Speicher günstiger als ohne! Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 13
14 Gegenüberstellung des geplanten Netzausbaus und der bis dato umgesetzten Trassenkilometer technologieneutraler Wettbewerb der Flexibilitätsoptionen Erdverkabelung + 15 Mrd. EUR Quelle: Sterner et al FENES BMBF CCU, 2016; Datenbasis: BNetzA Monitoringberichte Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14
15 Stark ansteigende Netzengpasskosten (Redispatch, EinsMan) à Sektorenkopplung als Redundanz angehen à Speicher im Redispatch in Netzausbaugebieten zulassen > 50 % EE in vielen nördlichen Ländern schon heute! + zzgl. Kosten für negative Strompreise / Import und Export etc. Wegwerfen von EE-Strom = Bedarf v. ca. 1,3 Mio. Haushalten Quelle: Sterner et al FENES BMBF CCU, 2016; Datenbasis: BNetzA Monitoringberichte Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 15
16 6-16 GW PtG als Stromspeicher wirtschaftlich (85 % Szen.) Netzausbau nicht ersetzen durch PtG, sondern ergänzen Norden / Nord-West Deutschland Quelle: Jentsch, Dissertation 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 16
17 Definition Energiespeicher Speicherdauer entscheidend für Effizienz & Wirkungsgrad Quelle: Sterner, Stadler, 2017 und VDI, 2017 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17
18 Power-to-Gas trotz Wirkungsgradverluste kostengünstigster Langzeitspeicher Vergleich der Speicherkosten (für 1 kwh nach Zyklendauer) Quelle: Thema, Sterner, Greenpeace Energy, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18
19 Stromsystem mit Power-to-Gas kostengünstiger als ohne Erdgas vs. Windgas - Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 /t CO 2 Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 19
20 Dunkelflaute? Sommer à Winter? Power-to-Gas ist die - effizienteste Lösung - kostengünstigste Lösung Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20
21 Klimaschutzplan 2050 Ist Power-to-Gas notwendig? Sektor Ziel 2030 vs Ja Nein Strom - 62 % Wärme - 67 % Mobilität - 42 % Industrie - 51 % Landwirtschaft - 34 % Quelle: Klimaschutzplan 2050 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21
22 Definition Sektorenkopplung & Energiespeicher Keine Sektorenkopplung ohne Energiespeicher Quelle: Sterner et al, FENES OTH Regensburg, 2016 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22
23 Speicherausbau in Deutschland - Status Quo Power-to-Heat und Hausbatterien boomen dank passender Rahmenbedingungen FENES, 2016 Quelle: Sterner et al FENES Working Paper, 2016; Datenbasis: FENES-Datenbank Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23
24 Power-to-Heat (Wärmepumpen, Heizstäbe) ausreichend? Saisonale Verfügbarkeit von Wärmesenken? Wärmetransport über weite Strecken? WP / Temp.absenkung im Gebäudebestand? bis zu 50 Jahre Abschreibung Gas / Fernwärme 50 % Gebäudebestand mit Gasanschluss à PtG sinnvolle Ergänzung mit KWK v. a. in hochverdichteten Räumen & Bestand Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 24
25 Klimaschutzplan 2050 Ist Power-to-Gas notwendig? Sektor Ziel 2030 vs Ja Nein Strom - 62 % Wärme - 67 % Mobilität - 42 % Industrie - 51 % Landwirtschaft - 34 % Quelle: Klimaschutzplan 2050 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 25
26 Gasmobilität mit Fuel Switch zu PtG wesentlicher Teil Stromkraftstoff-Szenario kostenoptimiert inkl. Infrastruktur & Strommarktsimulation ICE: thermischer Verbrennungsmotor HEV: Hybridekeltrofahrzeug BEV: batterieelektrisches Fahrzeug PHEV: Plug-in Hybridelektrofahrzeug REEV: Elektrofahrzeug mit Range-Extender FCEV: Brennstoffzellenfahrzeug Quelle: Trost, 2016 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26
27 Power-to-Liquid in einer AG des BMVI Kraftstoffanteile im straßengebundenen Schwer- und Fernlastverkehr à Marktvorbereitung und Hochlauf in den nächsten Jahren Quelle: Kaltschmitt, 2017 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27
28 E-mobilität und Biokraftstoffe ausreichend? Reichweite? Infrastruktur? Kosten? Tank-Teller? Nachhaltigkeit? Potenziale? à PtG/L sinnvoll für Flug / Schiff / Langstrecke Arbeitsmaschinen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28
29 PtX in Mobilität Erster Schritt: PtX in Raffinerien RED2 Anforderungen technologieneutral? Physikalische Anbindung nötig für Nachweis grüner Kraftstoff? Power-to-Gas E-mobilität? Wärmepumpen? à EE-Nachweis in Echtzeit über Blockchain etc. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29
30 Klimaschutzplan 2050 Ist Power-to-Gas notwendig? Sektor Ziel 2030 vs Ja Nein Strom - 62 % Wärme - 67 % Mobilität - 42 % Industrie - 51 % Landwirtschaft - 34 % Quelle: Klimaschutzplan 2050 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30
31 Power-to-X zentral für die Grundstoffchemie + Dekarbonisierung nicht-energetischer fossilen Verbrauch Quelle: Sterner, Bauer et al, 2016; Bild: Wikipedia Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31
32 Dekarbonisierung v. a. von Mobilität & Chemie erfordert Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals) Abschätzung zukünftiger Märkte für PtG in GW Durchschn. Stromnachfrage (Leistung) heute min max min max min max Chemie Verkehr Strom Quelle: Sterner et al, Agora Speicherstudie Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32
33 Klimaschutzplan 2050 Ist Power-to-Gas notwendig? Sektor Ziel 2030 vs Ja Nein Strom - 62 % Wärme - 67 % Mobilität - 42 % Industrie - 51 % Landwirtschaft - 34 % Quelle: Klimaschutzplan 2050 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33
34 Konsequenzen? Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34
35 Kohle/Atomausstieg à PtG/Speichereinstieg Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 35
36 Konsequenzen? Reine Stromwelt (Netzausbau etc.) nicht zielführend Redundanzen (Speicher, SK) jetzt angehen PtG/SK elementar für Gesamt-Dekarbonisierung à Barrieren zwischen den Sektoren beseitigen Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 36
37 Gegenargumente? Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 37
38 Zahlenupdate! Entwicklung: Effizienz rauf, Kosten runter à Nötig: Starthilfe, damit sich ein Heimatmarkt etablieren kann Lernrate: 13 % Quelle: Sterner et al, Windgas 2.0 Studie für Greenpeace Energy Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 38
39 Woher sollen die Strommengen für all das herkommen? Ausland / Meer Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 39
40 Nicht mal 1 Promille entscheidet über die Zukunft des Planeten? Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 40
41 Paris global umsetzen à Sektorenkopplung = PtX wird zum Weltmarkt PtL Electricity 157 PtG Heat PtH 141 PtG E- Mob Transport Source: Bauer, Sterner, 2016, WBGU Dekarbonisierungsszenario 2050 ohne Biomasse & CCS PtX Chemical Ind. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 41
42 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) michael.sterner a oth-regensburg.de Auflage 860 S. Inkl. Sektorenkopplung Juli 2017 Vielen Dank Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 42
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