Perspektiven für den Strom- und Wärmemarkt 2030/2050 Bewertung neuer Heizsysteme D r. M ari an Klo b asa Fraunhofer Institut für System und Innovationsforschung Düsseldorf, 28. September2010
Agenda Entwicklungsperspektiven des Energiesystems Szenarien und Rahmenbedingungen für den Strommarkt Szenarien e und Rahmenbedingungen ge für den Wärmemarkt Bewertung ausgewählter Heizungstechnologien Fazit Seite 2
Anforderungen Energiesystem der Zukunft Deutliche Reduktion der CO 2 -Emissionen in einem zukünftigen Energiesystem Einhaltung des 2 C-Ziel (Stabilisierung der Treibhausgase bei 450 ppm), Reduktion der Treibhausgase in den Industrieländer um 80 95 % bis 2050. Umsetzung in Europa und Deutschland Ausbau der erneuerbaren Energien auf mindestens 20 % bis 2020 (EU- Richtlinie zu Erneuerbaren Energien) Schaffung eines integrierten europäischen Strommarktes (3rd energy package) Großer technologischer Entwicklungsbedarf (SET-Plan Industrial initiatives u.a. für Wind, Solar, Bioenergie, Stromnetze oder Energieeffizienz) Meilensteine im Strombereich für Europa und auch Deutschland Bis 2020: Integration von ca. 35 % Strom aus erneuerbaren Energien Bis 2050: Fast vollständig kohlenstofffreie Stromerzeugung Im Wärmemarkt Steigerung des Anteils Erneuerbarer auf 50 %, starke Effizienzsteigerungen notwendig Seite 3
Stromerzeugung bis 2030/2050 Rahmenbedingungen für den Strommarkt Mittelfristig steigende Brennstoffpreise, Unsicherheiten bei Verhältnis Strom- zu Erdgaspreisen, Erdgas- zu Steinkohlepreisen, Kopplung Öl- und Gaspreis, CO2- Preise Anteile am Strommix von Kernenergie, Erdgas, Kohle (kommt CCS) verschieben sich Steigerung der Energieeffizienz Vielzahl an Studien und Szenarien zur Erreichung der mittelfristigen Ziele auf EU- Ebene und der langfristigen Erreichung des 2 C-Ziels Green-X (TU Vienna/ISI), WWF-Studie Model Deutschland Klimaschutz bis 2050 (Prognos, Ökoinstitut, t Ziesing), i BMU Leitszenarien i 2009 (DLR, IfnE) Fazit aus Studien: Anteil erneuerbarer Energien wächst deutlich bis 2050 auf über 80 %, zum Teil mit hohen Importanteilen (> 25%). Seite 4
Mögliche Brennstoffpreisentwicklungen Große Bandbreite möglich Starke Rückwirkungen durch wirtschaftliche Entwicklung Ölpreise 2030 im World Energy Outlook WEO 2009: 78 US$/barrel WEO 2008: 86 US$/barrel Tendenziell wird Kohle im Verhältnis zu Gas billiger, aber z.t. Kompensation durch CO 2 -Preise 2 Gaspreis könnte bis 2025 auf über 30 /MWh (nach WEO 2009) Quelle: BMWI Energietechnologien 2050 Seite 5
Historische Entwicklung der Erneuerbaren Erneuerbaren Stromerzeugung in der EU-27 Neue Erneuerbare (Wind, PV, Biomasse) steigen deutlich an 550 Wasserkraft stagniert (EU-15), natürliche Fluktuation führt zu stärkeren Schwankungen der jährlichen Erzeugung El lectricity gen neration [TW Wh/year] _ 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 Large-scale hydro Small-scale hydro New' RES-E excl. hydro 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Quelle: TU Vienna/ISI Seite 6
Entwicklung der neuen Erneuerbaren Neue Erneuerbaren Stromerzeugung in der EU-27 In EU-15 dominiert die Windkraft In neuen Beitrittsländer dominiert Biomasse 210 El lectricity gen neration [TWh h/year] _ 180 150 120 90 60 30 Biogas Biowaste Photovoltaics Wind off-shore Solid biomass Geothermal electricity Wind on-shore 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Quelle: TU Vienna/ISI Seite 7
EU-Zukunftsszenario zur Zielerreichung 2020 RES-E - energy output [TWh/y year] 1200 1000 800 600 400 200 0 1997 Green-X balanced scenario Wind offshore Renewable Energy Roadmap (European Commission, January 2007) European Union Wind onshore Historical development Future development Tide & wave (European 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Solar thermal electricity Photovoltaics Hydro large-scale Hydro small-scale Geothermal electricity Biowaste Solid biomass Biogas Quelle: TU Vienna/ISI 20% Renewable Energies by 2020 140 [Mtoe/year] 120 100 Historical development Future development Solar thermal heat -H - energy output RES- 80 60 40 20 Geothermal - heat pumps Geothermal - non heat pumps Biomass heat Seite 8 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Ausbaupotentiale in Europa Bis 2020 realisierbares Potenzial erneuerbarer Energien in der EU als Anteil am Verbrauch NO SE FI Anteil EE- Stromerzeugung an Strombedarf in 2020 IE PT ES UK FR NL BE LU DK DE CH IT EE LA RU LT BY PL CZ SK AT HU SI HR RO BA FY BL UA MD > 70% 60-70% 50-60 % 40-50% 30-40% 20-30% MK 10-20% GR TR < 10% Quelle: TU Vienna/ISI MT CY Seite 9
Szenarien Model Deutschland Abbildung von 2 Szenarien (Referenz- und Innovationsszenario) Referenz: CO 2-Reduktionen 32 %, Anteil Erneuerbare 37 % Innovation: CO 2 -Reduktionen 96 %, Anteil Erneuerbare 84 % Stromerzeugung - Referenz Stromerzeugung - Innovation Quelle: WWF Model Deutschland Seite 10
Leitszenario 2009 Stromerzeugung Quelle: BMU (DLR) Seite 11
Trendentwicklung für KWK und BHKW s Kernannahmen im Rahmen der Leitszenarien 2009 für die Entwicklung bis 2020 Ausbau der Biomasse-KWK, Neubau von 6,5 GW Klein-HKW und BHKW auf Biomassebasis 12,5 GW neue fossile Kraftwerksleistung in KWK, davon 3 GW als BHKW Insgesamt 12 GW dezentraler KWK-Leistung in 2020 (2008 ca. 6 GW). In der öffentlichen e Fernwärmeversorgung e e g und der Industrie sind dann weitere 19,5 GW an HKW (12 GW Kohle, Müll; 7,5 GW Erdgas) installiert. Der Anteil der KWK an der Stromversorgung beläuft sich im aktualisierten Leitszenario in 2020 auf 22,3 % und steigt bis 2030 auf 25%. KWK-Ausbau erfordert, dass bei zurückgehender Wärmenachfrage um 18% gegenüber 2008 zusätzlich 50% KWK-Wärme in dem kurzen Zeitraum bis 2020 vorwiegend im Altbaubestand untergebracht werden müssen. Seite 12
Marktpreisentwicklung bis 2030 Marktpreisszenarien Strompreisentwicklung in Deutschland Energieträgerpreise auf Basis WEO 2008 Erneuerbaren Anteil 45 % Peak-Offpeak Verhältnis steigt leicht Knapp 400 h mit sehr niedrigen Marktpreisen Kernenergieausstieg g wird unterstellt Quelle: ISI Seite 13
Perspektiven des Wärmemarktes Wärmebedarfsentwicklung Nutzwärmebedarf zukünftig weiter rückläufig, aber dennoch große Potenziale für KWK vorhanden (KWK-Potenzialstudie) Verdichtung Fernwärmenetz: ca. 20 TWh/a (Bestand: 75 TWh/a) Erschließung neuer Senken: ca. 80 120 TWh/a Potenzial für Objekt-KWK: > 100 TWh (auch durch Fernwärme zu erschließen) Politische Rahmenbedingungen Erneuerbaren-Wärme-Gesetz Derzeitiges Förderinstrument: Marktanreizprogramm (MAP) Zwei Förderelemente: Investitionszuschüsse für kleinere Anlagen (z. B. für Solarkollektoren) - Darlehen mit niedrigen Zinssätzen für größere Anlagen Extra Zuschüsse bei Erfüllung höherer Gebäude-Effizienz-Standards MAP wird durch den Bundeshaushalt finanziert, MAP Volumen 2010: 380 million EUR Mini-KWK Programm wird nicht fortgeführt Seite 14
Erneuerbaren Wärmegesetz Pflicht zum Einsatz erneuerbarer Wärme bei Neubauten Alle Neubauten ab 2009 betroffen (Stichtag Bauantrag) Einsatz erneuerbarer Wärme aus Solarthermie Biogas, flüssige Biomasse, feste Biomasse Geothermie und Umweltwärme Ersatzmaßnahmen Abwärme KWK-Anlage Fernwärme Energieeinsparung Länderspezifische Regelungen für den Bestand sind zusätzlich möglich (z.b. Baden- Württemberg) Seite 15
Erneuerbaren Wärmegesetz Pflicht zum Einsatz erneuerbarer Wärme bei Neubauten Technologie Anteil Zusätzliche Anforderungen Solarthermie 15 % Biogas 30 % in KWK-Anlage flüssige Biomasse 50 % Zunächst keine Nutzung von Soja- oder Palmöl, Nachhaltigkeitsanforderungen feste Biomasse 50 % Geothermie 50 % Umweltwärme bei elektrischen Wärmepumpen Arbeitszahl von 3,5 bzw. 4 Seite 16
Ersatzmaßnahmen Pflicht zum Einsatz erneuerbarer Wärme bei Neubauten Technologie Anteil Zusätzliche Anforderungen Abwärme 50 % Wärmerückgewinnung min. 70 %, Leistungszahl von 10 KWK-Anlage 50 % Hocheffizienz-Kriterium Fernwärme 50 % Anteil von 50 % aus KWK, REG bzw. Abwärme Energieeinsparung 15 % unterhalb aktuell gültiger EnEV Seite 17
Erneuerbarer Wärmemarkt in Deutschland 1.200 1.000 Share of RES-H of total Heat Demand 26,6% 35,0% ergy (PJ/a) Final En 800 600 400 6,0% 7,8% 11,7% 18,5% Geothermal heat (DH) Geothermal heat (individual systems) Solarthermal (DH) Solarthermal (individual systems) ut/izes/isi/klinsk ki 2006 200 0 2006 2010 2020 2030 2040 2050 Biomass (DH) Biomass (individual systems) Source e: DLR/Öko-Instit Seite 18
Brennstoffzellentechnologien Aktuelle Aktivitäten Derzeit wenig kommerzielle Vermarktung, Installation vor allem in Feldtests Entwicklungsbedarf vorhanden (Laufzeiten, spezifische Investitionen) Spezifische Kosten noch sehr hoch (z: B. 10.000 /kw für Anlagen mit 100 kw(el)) Stack-Lebensdauer noch zu niedrig (derzeit ca. 3 4 Jahre) Hohe Forschungsaktivität Callux: Praxistest Brennstoffzellen für Eigenheime Feldversuch mit 800 Brennstoffzellen, Laufzeit 2008-2015 Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), Projektvolumen von 86 Mio. (inkl. 52 % Industriegelder) Konsortium besteht aus Baxi Innotech (PEM), Hexis (SOFC), Vaillant (SOFC) sowie EnBW, EON Ruhrgas, EWE, MVV und VNG Zielgrößen für stärke Marktpenetrationen Investitionen ca. 1000 /kw Stack-Lebensdauer > 10 Jahre Seite 19
Wärmepumpen Aktuelle Aktivitäten Starke Marktdynamik in den letzten Jahren Absatz von ca. 54.800 Wärmepumpen in 2009, davon ca. 30.000 Sole/Wasser-WP Spezifische Investitionen von 1600 2000 /kw(th). Erreichbare Leistungszahlen liegen im realen Betrieb bei über 3 für Sole/Wasser-WP und bei über 2,5 für Luft/Wasser-WP. Zukünftig wird mit einer steigenden Marktdurchdringung gerechnet. Leitszenario 2009 rechnet mit ca. 6 TWh Stromverbrauch durch Wärmepumpen in 2030 bzw. 2050. Entspricht ca. 1 2 Mio. Haushalten Insbesondere bei Neubau mit niedrigem spezifischen Energiebedarf interessant Quelle: BWP Seite 20
Fazit Zukünftige Strom- und Wärmemärkte für Mini-BHKWs Zukünftig steigende Energieträgerpreise g begünstigen g effiziente Technologien Politische Rahmenbedingungen von großer Bedeutung für Mini-BHKWs Variation der Strompreise wird zukünftig steigen, Flexibilität notwendig um zur richtigen Zeit am Markt zu sein Zusätzliche Basisvergütung ist Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb Wärmebedarfsentwicklung weiter rückläufig, aber große Potenziale für Objekt- KWK verfügbar Weitere e Konkurrenztechnologien o og e können mittelfristig am Markt verfügbar sein (Brennstoffzellentechnologie bzw. Wärmepumpen, erneuerbare Technologien) Seite 21
Weitere Informationen Dr. Marian Klobasa Fraunhofer Institut für System und Innovationsforschung, Karlsruhe Kontakt: M.Klobasa@isi.fraunhofer.de Seite 22