Sektorenkopplung Stufe Zwei der Energiewende Austausch zum Themenkomplex Wasserstoff Minister für Energie, Infrastruktur und Digitalisierung, Land Mecklenburg-Vorpommern Dr.-Ing. Ulrich Bünger, Lutz Reichelt Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST) Rathaus Hansestadt Rostock, Neuer Markt 1 Dienstag, 18.07.2017, 13:00 17:00 Uhr LBST.de 1
Inhalt Begriffsdefinitionen Künftige deutsche Energieversorgung Sektorale Herausforderungen Synergien durch Sektorenkopplung Zusammenfassung Bild: MS Office LBST.de 2
Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH (LBST) Unabhängige Experten für nachhaltige Energieversorgung und Mobilität seit 30 Jahren Brücke zwischen Technologie, Wirtschaft und Politik Erneuerbare Energien, Kraftstoffe, Infrastrukturen Machbarkeitsstudien, Nachhaltigkeitsanalysen, Strategieberatung, Energiekonzepte Globale und langfristige Perspektive Konsequenter Systemansatz Denken über Bereichsgrenzen hinweg Internationale Kunden in Industrie, Finanzwirtschaft, Politik, und Verbänden Dr. Ludwig Bölkow 1912 2003 LBST.de 3
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Begriffsdefinition Sektorenkopplung LBST Nutzung von Synergien aus gemeinsamer Verwendung gleicher Energieinfrastrukturen zur gleichzeitigen Versorgung mehrerer Energiebedarfssektoren (Mobilität, Industrie, Haushalte) und beschleunigten Einführung zusätzlichen EE-Stroms mit Hilfe von PtX. Dr. Ingo Luge (Vors. GF E.ON Deutschland) Zweite Phase Energiewende, d.h. Erweiterung der Stromnutzung um Wärme- und Verkehrswende, zur Erfüllung von CO 2 - Emissionsreduktionszielen und als Stabilitätsgarantie für das Energiesystem, um mehr EE-Strom aufzunehmen. Besser Sektorenkopplung als Sektorkopplung LBST.de 5
Begriffsdefinition PtX Quelle: U. Bünger, J. Michalski, P. Schmidt, W. Weindorf, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST): Kapitel 16: Wasserstoff Schlüsselelement von Power-to-X, Buchbeitrag Springer Wasserstoff, im Druck, 2017 LBST.de 6
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Sektorale CO 2 -Emissionsreduktionsziele Deutschland Energiewirtschaft (Ziel: -92,5%) Industrie (Ziel: -81%) Haushalte / GHD (Ziel: -92,5%) Verkehr (Ziel: -92,5%) Landwirtschaft (Ziel: -60%) Quelle: Agora Energiewende, 20.09.2016 LBST.de 8
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Strom: Erzeugungsportfolio Deutschland 2005 2050 Erneuerbarer Energieanteil [%] 2020 2025 2030 2035 2040 2050 >35 40 45 50 55-60 ca. 65 80-80% Quelle: Leitstudie, 2012 LBST.de 10
Strom: EinsMan*: Ausfallarbeit/Entschädigungszahlungen Abschaltung von EE-Anlagen in Deutschland bis 2015 deutlich zugenommen Überschüssigen Strom in Nachfragetälern zu anderen Zeitpunkten nutzbar zu machen Quelle: LBST 2017 (auf Basis der Berichte der BNetzA EinsMan = Einspeisemanagement LBST.de 11
Strom: REG Potenziale und EE-Verbrauch Deutschland EE-Verbrauch heute ca. 500 TWh/a, REG-Potenzial Deutschland ca. 1.000 TWh/a Konservativ abgeschätzt stehen nur 500 TWh/a für andere Anwendungen zur Verfügung 2500 TWh/a TWh/yr 2000 1500 1000 500 0 Other Demand Households Demand Transport Demand Industry Demand Surplus Renewable Electricity (For Transport?) Electricity Demand 2015 Biomass, Biogas and Waste (almost exhausted) Hydro Power Wind Onshore Wind Offshore PV Geothermal Renewable Electricity 1990*) *) AGEE 2016: Energie in Zahlen 2015 **) BMWI 2016: Energiedaten 2015 Renewable Electricity 2015*) Renewable Electricity (Technical Potential) Conservative Estimate Other use (e.g. transport) Electricity use 2015 Renewable Electricity Use Final Energy Demand 2015**) Quelle: Potenziale: wie gezeigt; Potenzialschätzungen: LBST,; Verbrauchsdaten: [BMWI 2015], [AGEE 2015] LBST.de 12
Mobilität: Entwicklung mobilisierter Individualverkehr DE* Quelle: Integriertes Energiekonzept 2050, Projekt in Bearbeitung für BMVI-NOW, 2017 * CO 2 -Ziel, Kostenoptimierung, vorläufiges Studienergebnis LBST.de 13
LBST, 2015-11-27 Mobilität: Potenzieller Strombedarf E-Mobilität DE* In Deutschland alleine könnte Strombedarf für Transportsektor heutigen Bedarf um Faktor 2 4 übertreffen, EE-Importe als mögliche Konsequenz TWh/a 2500 2000 1500 1000 1000 TWh e /a technical renewable electricity potential (this study) PTL + HIGH PTL + LOW FVV + HIGH FVV + LOW emob + LOW 500 521 TWh e net electricity consumption 2014 non-transport PtX (heat, chemicals) non-transport efficiency targets 0 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Quelle: Renewables in Transport 2050 Focus Germany, Studie LBST für Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen e.v. (FVV), 2016 * Straßen-, Luft- und Schienenverkehr, ohne internationalen Schiffsverkehr LBST.de 14
Industrie: Z.B. max. H 2 -Bedarfsabschätzung Stahlindustrie DRI-Verfahren kann Hochofenprozess vollständig substituieren (Expertise in DE?) Kohle-/Koksverdrängung DE: 2,4 Mton H2 /a oder ca. 130 TWh Strom /a (Elektrolyse) Äquivalenz: 2-3 faches der H 2 -Produktion DE heute (CO 2 -Einsparung ca. 66 Mton CO2 /a) Stoffliche C-Nutzung im Hochofenprozess MIDREX-Anlagenschema im H 2 -Betrieb Quelle: LBST auf Basis von: St. Jakobs: Wasserstoff in der Stahlindustrie Erzeugungs- und Einsatzmöglichkeiten in der Zukunft, thyssenkrupp, H 2 -Congress Berlin, 2016 M. Höller: Abschätzung, vormals ArcelorMittal, Hamburg, 2016 LBST.de 15
Künftige sektorale Stromnachfrageentwicklung* Datensammlung vorläufiger und voneinander unabhängiger Abschätzungen Sektor Endenergieverbrauch heute* [TWh/a] REG- Anteil [%] Künftiger Strombedarf [TWh/a] Kommentar Verkehr 728 5 600 1.600 Aus Studien: Σ Verkehr mit PtL für Luft/Wasser (ohne int. Schiffsverkehr), 370 TWh H2 /a (BEV, FCEV) Stromerzeugung 523 32 600 Verluste Stromerzeugung heute: 958 TWh/a, Umstellung auf REG spart diese Verluste weitgehend ein (aber künftig Speicherung auch verlustbehaftet) Industrie Prozeßwärme ca. 400 670 + 50 130 Chemieindustrie (C aus Luft-CO 2 +Direktstrom zus.) Stahlindustrie (DRI-Verfahren mit H 2 aus Ely) Haushaltswärme ca. 700? Kann durch Wärmedämmung halbiert werden, teilweise durch E-WP bereitzustellen Wärme (HH+I) 1.100 13? Raum&Prozeßwärme, Warmwasser Summe EE 2.366** 15 2.000+ 3.000+ Mit ambitionierten Maßnahmen zu verringern*** Davon fossil 2.000 REG-Potenzial 1.000 1.500 Stark abhängig von öffentlicher Akzeptanz * Primärenergieverbrauch 2015: 3.693 TWh/a, ** 1990: 2.631 TWh/a, *** alternativ muss Differenz importiert werden Quelle: Zusammenstellung LBST, 2017 LBST.de 16
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Stromverwendung mit Sektorenkopplung Starke Einsparungen in allen Sektoren sind Voraussetzung Quelle: Integriertes Energiekonzept 2050, Projekt in Bearbeitung für BMVI-NOW, 2017 LBST.de 18
Ökonomische Synergien aus Sektorenkopplung Synergiegewinn Synergiegewinn Synergien durch Ko-Nutzung für bessere Kapazitätsauslastung (alle Anlagen, z.b. Ely) Bessere Nutzung intermittierenden Stroms Vorteile schrumpfen aber mit der Zeit Keine Synergien für grauen Wasserstoff Quelle: J. Michalski: The Role of Energy Storage Technologies for the Integration of Renewable Electricity into the German Energy System. Dissertation, Technische Universität München, Dezember 2016. LBST.de 19
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Chancen Sektorenkopplung für Mecklenburg-Vorpommern Für Photos in weissen Boxen kein Copyright verfügbar BZ- Traktor BZ- Gabelstapler Schienenverkehr: Betrieb, EE-H 2 -Infrastruktur, Straßenverkehr: Produktion, Betrieb, EE-H 2 -Infrastruktur Toshiba Standalone Ely-BZ- System Luftverkehr: PtL mit Windstrom Stromsektor: Energiestationen Schifffahrt: Schiffsbau, Betrieb, Touristik, H 2 -Infrastruktur Elektrolyseur Querschnittsaufgaben: Zulieferindustrie Andere: USV, Freizeit, Inertisierung, Telekommunikation Strom-/Gassektor: Großspeicherung saisonal (Salzkavernen), Gastransport Nord-Süd, Netzdienlichkeit, H 2 -Infrastruktur Chemische Grundstoffindustrie: C2C; CO 2 als C-Quelle mit Strom aus Luft Raffinerien: EE- H 2 -Zumischung Stahlindustrie: Direktreduktion von Eisenerz mit Strom Chemische Industrie: Infrastruktur fossiles H 2 Passagier Binnenschiff VRC BZ für Telekommunikation LBST.de 21
Kontakt LBST Dr. Ulrich Bünger Lutz Reichelt +49/89/608110-42 +49/351/890 52 00 ulrich.buenger@lbst.de lutz.reichelt@lbst.de Büro Ottobrunn Büro Dresden LBST Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH Daimlerstr. 15 85521 München/Ottobrunn Schützengasse 16 01067 Dresden www.lbst.de LBST.de 22
Chancen Sektorenkopplung für Mecklenburg-Vorpommern Stichwortsammlung Straßenverkehr (Bus, Pkw, Gabelstapler, Traktor): Produktion (Innovative Fahrzeugkonzepte, Zulieferindustrie, ), Betrieb (?), EE-H 2 -Infrastruktur (Barth, HRS Rostock, ) Schienenverkehr (Alstom): Betrieb (Müritz, ), EE-H 2 -Infrastruktur (Brandenburg, ), Luftverkehr: PtL mit Windstrom für Berlin, Schifffahrt: Schiffsbau (Rostock), Betrieb (Hafenverkehre, Touristik Müritz, ), H 2 - Infrastruktur (Baltikum, ) Raffinerieindustrie (politische Rahmenbedingungen für EE-H 2 -Zumischung): Schwedt, Chem. Industrie: H 2 -Infrastrukturaufbau mit fossilem H 2 (Hypos, ChemCoast, ) (M-V?) Chem. Grundstoffindustrie: CO 2 als C-Quelle mit Strom aus Luft auswaschen (M-V?) Stahlindustrie: Direktreduktion von Eisenerz mit H 2 aus Strom (M-V?) Stromsektor: Großspeicherung saisonal und in großen Mengen in Salzkavernen (Greifswald), Unterstützung Stromnetz (Gastransportnetz Nord-Süd), Netzdienlichkeit, Energiestationen (R2H, Toshiba H 2 One, Enertrag Prenzlau, ), Windanlagen aus EEG Andere Anwendungen: Notstromversorgung, Inertisierung (N 2 Telligence), Querschnittsaufgaben: Zulieferindustrie, Großspeicherung LBST.de 23