Energienetze der Zukunft 15. Fachkongress Zukunftsenergien E-World Essen, 8. Februar 2011 Lehrstuhl für Energiewirtschaft Universität Duisburg-Essen
Erfolgsgeschichte Erneuerbare Energien 120.000 100.000 Wasserkraft Biomasse * Windenergie Photovoltaik EEG: Januar 2009 80.000 EEG: April 2000 EEG: August 2004 [GWh] 60.000 Novelle BauGB: November 1997 40.000 StromEinspG: Januar 1991 - März 2000 20.000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 * feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; Strom aus Geothermie aufgrund geringer Strommengen nicht dargestellt; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; BauGB: Baugesetzbuch; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Christoph Edelhoff; Stand: September 2010; Angaben vorläufig Quelle: BMU 2010
Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten
Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten
Systemintegrationskosten für Windenergie in Europa 2015 900 800 768.2 700 650.3 600 mio EUR 500 400 349.3 405.8 300 200 100 0 BE LC BE HC OPT LC OPT HC Case 5
Systemintegrationskosten für Windenergie pro MWh Europa 2015 3.0 2.5 2.6 EUR/MWh 2.0 1.5 1.0 1.6 1.9 2.0 0.5 0.0 BE LC BE HC OPT LC OPT HC Case 6
Erforderliche Reservekapazitäten und fluktuierende Erneuerbare Gesamt Erforderliche Kapazitäten zur kurzfristigen Anpassung Nur Windprognosefehler Nur konventionelle Abweichungen Installierte Leistung fluktuierende Erneuerbare 7
Engpassmanagement Beseitigung aller Engpässe ökonomisches Optimum Abwägen zwischen Kosten zusätzlicher Leitungen & Nutzen in Form von zusätzlich transportierter (erneuerbarer) Energie Darüber hinaus Probleme mit der Akzeptanz Effiziente Maßnahmen des Engpassmanagement erforderlich 8
Netzknoten und Windeinspeisung im Jahr 2020 Quelle: IWES, dena II Studie
100000 Veränderung der Residuallast 80000 60000 40000 Dauerlinie 2006 20000 Dauerlinie 2020 0-20000 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 Quelle: eigene Berechnungen 10
25000 Veränderung der Gradienten der Residuallast 20000 15000 10000 5000 0-5000 -10000-15000 -20000 1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 Gradienten 2020 Gradienten 2006-25000 Quelle: eigene Berechnungen 11
Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten
Transformation der Energiewirtschaft und Investitionen heute Lehrstuhl für Energiewirtschaft 2010 2020 2030 2040 2050 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Anteil Kapitalwert Betriebszeitraum 2040-2050 Übrige Zeit 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Kapazitäten Annahmen: stationäre Zeitreihen, Lebensdauer 40 J, Kapitalkosten 9 % Übrige Inbetriebnahmen 2010-2020
Inkompatible Perspektiven? Politische Perspektive: Zielszenario klar, Negation von Unsicherheit Betriebswirtschaftliche Perspektive: Ausgangssituation klar, Extrapolation von Unsicherheit
Staats- oder Marktversagen? Nicht ohne weiteres entscheidbar Ziel weitgehend CO 2 freie Energieversorgung 2050 in Deutschland (fast) Konsens Dennoch offene Fragen, z. B.: Relative Bedeutung Energieeffizienz im Verhältnis zu Erneuerbaren? Zukunft des Wärme- und Gasabsatzes und der entsprechenden Netze? Bedeutung von Wasserstoff, Brennstoffzellen? Vorsichtige Bewirtschaftung knapper (finanzieller) Ressourcen Fokus auf eindeutig vorteilhafte Investitionen z. B. Netzverdichtung, nicht aber unbedingt Neubau von Wärmenetzen Sorgfältige Prüfung von staatlichen Eingriffen in den Markt
Grundsatzfrage Marktdesign Verbesserte dezentrale Koordination von Angebot und Nachfrage? Oder Verbesserte zentrale Koordination von Angebot und Nachfrage?
Modell A: Weitestgehende dezentrale Verantwortung Alle Einspeiser und Nachfrager werden mit ihrem realen Verbrauch/Einspeisung einem Bilanzkreis zugeordnet Bilanzkreise werden auf Ebene der Verteilnetze /Verteilnetzbetreiber geführt Verteilnetzbetreiber übernehmen Netzmanagementaufgaben Netzengpassmanagement Systemdienstleistungen Lokale Energiemärkte koordinieren Angebot und Nachfrage regional Vgl. E-Energy Pilotprojekte
Vorteile Modell A (dezentrale Koordination): Adäquate Zuordnung von Verantwortung für Systemungleichgewichte Anreize zur optimalen Informationsnutzung auf dezentraler Ebene Optimaler Umgang mit Netzengpässen auf dezentraler Ebene Umfassender, verzerrungsfreier Wettbewerb zwischen allen Anbietern
Modell Z: Bestmögliche zentrale Koordination Umsetzung des amerikanischen Modells eines Independent System Operator: Systemoperator betreibt zugleich Marktplatz und Netz und führt Kraftwerksdispatch durch Nutzt sämtliche verfügbare Information um Ressourcen bestmöglich einzusetzen (Erzeugungs-, Netz-, Speicher- und ggf. nachfrageseitige Ressourcen Idealerweise europaweite Koordination Kraftwerksbetreiber stellen nur Angebote ein
Vorteile Modell Z: Bestmögliche Nutzung verfügbarer Informationen Umfassende Nutzung von Synergien im Marktportfolio Vereinheitlichte Verantwortung Optimaler zentraler Umgang mit Netzengpässen Kein Gegeneinanderagieren unterschiedlicher Akteure
Gibt es gute Kompromisse? Beide Reinformen der Marktorganisation sind auf absehbare Zeit nicht durchsetzbar Zwischen Modell A und Modell Z sind viele Zwischenformen vorstellbar Bei Mischformen: Gefahr inkonsistenter Regelsetzung Bsp.: Nicht-Messung der Photovoltaik-Einspeisung Notwendigkeit sauber definierter Schnittstellen
Fazit: Netze stehen vor großen Herausforderungen Netze sind zentrale Plattform für: Integration erneuerbarer Energien Energietransport von Anbietern zu den Nachfragern Fundament der Märkte Flexibilisierung des Betriebs Investitionen in effiziente, intelligente Netze Verbesserte Integration von Netzbetrieb und Marktgeschehen 22