Wärmewende 2030 Schlüsseltechnologien zur Erreichung der mittel- und langfristigen Klimaschutzziele im Gebäudesektor Matthias Deutsch BERLIN, 4. MAI 2017
Wärmewende 2030 Auftragnehmer: Fraunhofer IWES und IBP Übergeordnete Frage: Wie können wir das 2030er-Klimaziel (-55% THG-Emissionen) im Wärmesektor erreichen? Welche Pfade schließen -95% THG-Emissionen bis 2050 nicht aus? Methodischer Ansatz: Szenarienvergleich 2030/2050 Trend: Energiereferenzprognose, Projektionsbericht, Branche Ziel: Klimaschutzszenarien, Szenarien v. Fh-IWES und Fh-ISE Sensitivitätsrechnungen 2030 mit Optimierungsmodell Wichtige Nebenbedingungen: -55% THG; -38% Nicht-ETS 2
Szenarienvergleich 2030/2050 3
Die drei Säulen zur Dekarbonisierung der Gebäudewärme sind: (1) Energieeffizienz, (2) objektnahe erneuerbare Wärme und (3) dekarbonisierte Wärmenetze. Beispiel einer 40 %-Verringerung des Endenergieverbrauchs in TWh/Jahr Endenergie-Einsparung: 40 bis 60% bis 2050 nach Energieeffizienzstrategie Gebäude des BMWi Objektnahe erneuerbare Wärme hat Restriktionen bei Umweltwärme, Biomasse, Solarthermie Dekarbonisierte Wärmenetze haben Restriktionen bei Wärmedichte, Geothermie, Freiflächensolarthermie, Wärmepumpen. Fh-IWES/IBP (2017) 4
1. Säule Energieeffizienz! Szenarienvergleich: Gebäudewärmeverbrauch Endenergie in TWh/Jahr TWh/Jahr 1000 800 600 400 200 0 2008 2011 2012 2030 2050 Trend Klimaziel * Trend Klimaziel * -80% -95% -80% -95% 857 795 788 683 706 547 565 521 632 547 385 487 353 291 Gap-Analyse: große Hemmnisse in Trendszenarien; Zielszenarien weisen Bandbreiten von -40% bis -66% gegenüber 2008 auf Geringer Anteil des Neubaus (Wirkung EnEV -> Primärenergieeinsparung) im Vergleich zu Bestandsgebäuden Die Trendentwicklung bei Gebäudewärmeeffizienz ist unzureichend Fh-IWES/IBP (2017) * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85% 5
2. Säule dekarbonisierte Wärmenetze! Szenarienvergleich: Anteil von Wärmenetzen am Endenergiebedarf der Gebäude Potenzial zum Ausbau der Wärmnetze von heute 10% auf 23% in 2050 Anteil Wärmenetze [%] 30% 20% 10% 2012 2013 2014 2030 2050 Trend Klimaziel * Trend Klimaziel * -80% -95% -80% -95% 23,0% 20,7% 15,0% 15,4% 15,8% 20,5% 9,6% 9,8% 10,1% 11,1% 12,8% 13,0% 14,0% 9,2% EE-Wärme in Netzen: Rolle der KWK, Elektrodenkessel vs. Groß-Wärmepumpe, Groß-Solarthermie, Tiefengeothermie Temperaturabsenkung notwendig 0% Fh-IWES/IBP (2017) * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85% Die Trendentwicklung bei Wärmenetzen ist unzureichend, insbesondere für einen -95%-THG-Pfad bis 2050. 6
3. Säule objektnahe Wärmeversorgung: Die größten Potenziale objektnaher erneuerbarer Wärme liegen bei Wärmepumpen Beispiel einer 40 %-Verringerung des Endenergieverbrauchs und objektnahe Erneuerbaren-Potenziale in TWh/Jahr Solarthermie und Biomasse haben geringere Potenziale als Wärmepumpen Daten stammen aus: Energieeffizienzstrategie Gebäude des BMWi. für Erdwärmepumpen (186 TWh) aus Beuth/ifeu (2017): Ableitung eines Korridors für den Ausbau der erneuerbaren Wärme im Gebäudebereich Hinzu kommt das Potenzial von Luftwärmepumpen. Fh-IWES/IBP (2017) 7
Wärmepumpe als Schlüsseltechnologie zur Erreichung des Klimaziels im Wärmesektor ist konsistent über alle ausgewerteten Szenarien Anzahl der Wärmepumpen im Szenarienvergleich und Wärmepumpenlücke Wärmepumpen bieten kosteneffizienten Klimaschutz wegen ihrer hohen Effizienz bei der Erzeugung von Wärme. In den Ziel-Szenarien sind im Jahr 2030 3,6 bis 8,1 Millionen Wärmepumpen installiert. Wärmepumpenabsatz pro Jahr steigt in den Trendszenarien um rund 60 Prozent, müsste sich jedoch verfünffachen. Wärmepumpenlücke: ca. 4 Mio. Wärmepumpen fehlen in 2030 Fh-IWES/IBP (2017) Ein Teil der Wärmepumpen in Einzelobjekten kann auch in Form von Nahwärmenetzen zusammengefasst werden. 8
Die Klimaschutzziele sind nur erreichbar bei einer hohen Durchdringung von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden Anzahl der Wärmepumpen im Szenarienvergleich (ab 2030: Altbau vor 2010) Wärmepumpen [Mio.] 16 12 8 4 0 2013 2014 2015 2030 2050 0,5 0,6 0,7 Trend Klimaziel * Trend Klimaziel * 1,8 0,7-80% -95% -80% -95% Fh-IWES/IBP (2017) Datenanhang * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85% 6,2 2,6 6,8 4,8 2,5 12,3 7,3 14,2 11,0 Im Trend werden für 2030 rund 1 bis 2 Mio. Wärmepumpen im Altbau erwartet (d.h. Baujahr vor 2010). Für den -80%-Pfad bis 2050 werden im Jahr 2030 aber rund 3 bis 6 Millionen Wärmepumpen im Altbau benötigt Für den -95%-Pfad bis 2050 werden 2030 rund 5 bis 7 Mio. Wärmepumpen im Altbau benötigt. Die größte Herausforderung für Wärmepumpen besteht in der Notwendigkeit einer hinreichenden Gebäudeeffizienz. 9
Sensitivitätsrechnungen 2030 10
Ein klimagerechter Gebäudewärmemix für 2030 Gebäudewärme-Mix 2015 und 2030 mit zwei verschiedenen Ambitionsniveaus für Wärmepumpen als Anteile am Wärmeverbrauch in %. Der klimagerechte Gebäudewärmemix im Jahr 2030 besteht aus rund 40 % Gas, 25 % Wärmepumpen und 20 % Wärmenetzen aber kaum noch Öl. Um ein 95 %-Ziel im Jahr 2050 nicht auszuschließen, bedarf es weiterer Anstrengungen. Fh-IWES/IBP (2017) 11
Die Energieträger zusammen denken: Öl-/Gas-Hybrid-Luft-Wärmepumpen bieten die Möglichkeit, Klimaschutz, Flexibilität und Effizienz zusammenzubringen Zusammensetzung der Wärmeerzeugung (Haushalte und Gewerbe) in TWh/Jahr Fh-IWES/IBP (2017) 350 Wärmeverbrauch in 300 TWh/ Jahr 250 200 150 100 50 0 KWK Wärme- Basis KK pumpen Sonstige Systeme Müll Biomasse (mit/ohne KWK) Ölkessel - Bestand Gaskessel - Bestand Gaskessel - Zubau Erdwärmepumpe monovalente Luft- Wärmepumpe bivalente Luft-Wärmepumpe Fernwärme-KWK mit Solarthermie KWK-Bestand 2030 durch hohe Anteile fluktuierender EE hoher Flexibilitätsbedarf auch bei Abbau aller sonstigen Hemmnisse Hybride bzw. bivalente Systeme ermöglichen Flexibilität und ein effizientes Gesamtsystem Industrie-KWK + Elektrodenkessel Fernwärme-KWK + Elektrodenkessel/Groß-WP hybride/bivalente Wärmepumpen Unflexible Wärmepumpen können nicht mehr gut ins System integriert werden Wärmespeicher Variable Stromtarife Flexibilität ist eine entscheidende Voraussetzung 12
Für 2030 brauchen wir ein Erneuerbaren-Ziel von mindestens 60% am Bruttostromverbrauch. Erneuerbare-Energien-Anteil am Bruttostromverbrauch [%] 80% 60% 40% Für 2030 brauchen wir ein Erneuerbaren-Ziel von mindestens 60% am Bruttostromverbrauch. 45% 40% 60% 55% kostenoptimaler Erneuerbare-Energien- Anteil zur Klimazielerreichung 2030 * Ziele der Bundesregierung gemäß EEG 2017 gemäß EEG 2017 20% 32% EE-Anteil am Bruttostrom-verbrauch 0% 2010 2020 2030 2040 * -55 % Treibhausgasemissionen insgesamt gegenüber 1990 und -38 % im Nicht-ETS-Bereich gegenüber 2005 Fh-IWES/IBP (2017) 13
Ergebnisse auf einen Blick 1 2 3 Der Wärmesektor braucht den Ölausstieg: Der klimagerechte und kosteneffiziente Gebäudewärmemix im Jahr 2030 enthält rund 40 Prozent Gas, 25 Prozent Wärmepumpen und 20 Prozent Wärmenetze aber fast kein Öl. Effizienz entscheidet: Der klimagerechte Gebäudewärmeverbrauch im Jahr 2030 ist um ein Viertel kleiner als 2015. Die Trendentwicklung bei der energetischen Sanierung ist unzureichend. Eine hinreichende Gebäudeeffizienz ist insbesondere notwendig für Wärmepumpen. Die Wärmepumpenlücke: In Trendszenarien werden bis 2030 rund zwei Millionen Wärmepumpen installiert gebraucht werden aber bis dahin fünf bis sechs Millionen, darunter auch bivalente Systeme. 4 Erneuerbarer Strom für die Wärmepumpen: Für 2030 brauchen wir ein Erneuerbare-Energien-Ziel von mindestens 60 Prozent am Bruttostromverbrauch. 14
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