EFFIZIENZ ENTSCHEIDET. 1 Andreas Jung Anforderungen einer verlässlichen und sicheren...

EFFIZIENZ ENTSCHEIDET. 1

Andreas Jung

Anforderungen einer verlässlichen und

sicheren Energieversorgung.12. Januar 2012, Hofheim am Taunus

2EFFIZIENZ ENTSCHEIDET.

Die Gesellschafter der Deutschen Energie-Agentur.

Vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

im Einvernehmen mit:

Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaftund Verbraucherschutz

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

dena

Bundesrepublik Deutschland

KfW Bankengruppe

Allianz SE

Deutsche Bank AG

DZ BANK AG

Stephan Kohler – VorsitzenderAndreas Jung

Geschäftsführung

50 % 26 %

8 %

8 %

8 %


Die Kompetenz- und Handlungsfelder der dena.


Energiepolitische Rahmenbedingungen.


Weltweiter Energiebedarf (New Policies Scenario).

Quelle: IEA, World Energy Outlook 2011

Sonstige EE

Biomasse

Wasserkraft

Kernkraft

Erdgas

Erdöl

Kohle

New Policies Scenario: Der globale Energiebedarf erhöht sich von 2009 bis 2035 um 40 %, Anstieg um durchschnittlich 1,3 % pro Jahr.

(Current Policies Scenario: Erhöhung um 51 % von 2009 bis 2035, Anstieg um 1,6 % pro Jahr).


Globale Entwicklung der energiebedingten CO2-Emissionen in den klimapolitischen Szenarien.

Energieeffizienzsteigerungen und der Einsatz bestehender CO2-armer Technologien mittel- und langfristig wichtigste Faktoren für Emissionsreduktionen.

Flankierend weiterer technologischer Fortschritt notwendig.

Reduktion der CO2-Emissionen im 450 Szenario durch:

Quelle: IEA, World Energy Outlook 2011


Energie- und klimapolitische Ziele in der EU.

Gipfeltreffen der Staats- und Regierungschefs der EU am 08.03.2007.

Bis 2020 Reduktion des Primärenergieverbrauchs um 20 %.

Bis 2020 Steigerung des Anteils Erneuerbarer Energien auf 20 %.

Bis 2020 Reduktion des Treibhausgasausstoßes um 20 % gegenüber 1990.

EU-Richtlinie zum Ausbau der Erneuerbaren Energien (2009).

Ziel: 20 % Anteil Erneuerbare Energien am Endenergieverbrauch bis 2020.

Deutschland: Steigerung auf 18 %.

Energiegipfel der Staats- und Regierungschefs der EU am 04.02.2011.

Vollendung des Energiebinnenmarktes bis 2014.

Beschleunigter Ausbau der Energienetze und Kuppelstellen.

Keine verbindlichen Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz um 20 % bis 2020 vereinbart.


Das Energiekonzept der Deutschen Bundesregierung (I).

Mit ihrem Energiekonzept formuliert die Bundesregierung Leitlinien für eine bis 2050 reichende Gesamtstrategie, die den Weg in das Zeitalter der erneuerbaren Energien beschreibt.

Ausstieg aus der Kernenergienutzung in Deutschland bis 2022.

Zentrale Zielsetzungen und Maßnahmen:

Reduktion der Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 % und bis 2050 um 80 % (ggü. 1990).

Senkung des Primärenergieverbrauchs um 20 % bis 2020 und um 50 % bis 2050 (ggü. 2008) sowie Ausschöpfung der Effizienzpotenziale in privaten Haushalten und im öffentlichen Bereich.

Steigerung der Energieproduktivität um durchschnittlich 2,1 %.

Reduktion des Wärmebedarfs um 20 % bis 2020 und um 80 % bis 2050.

Verdopplung der energetischen Sanierungsrate auf 2 % zur Erreichung eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestands bis 2050.


Das Energiekonzept der Deutschen Bundesregierung (II).

Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % bis 2020 und um 25 % bis 2050 (ggü. 2008).

Elektrofahrzeuge in Deutschland: 1 Million bis 2020, 5 Millionen bis 2030.

Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch auf 18 % bis 2020 und auf 60 % bis 2050.

Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: 35 % bis 2020 und 80 % bis 2050.

ca. 30 % des Stromverbrauchs wird importiert.

Beschleunigung des Ausbaus der Offshore-Windleistung auf 25 GW bis 2030 sowie Ausbau der Netzinfrastruktur (Nord-Süd-Trassen).

Beschleunigung des Ausbaus der Netzinfrastruktur, dazu Bündelung der Planungs- und Genehmigungszuständigkeit für Hochspannungsleitungen bei der Bundesnetzagentur.


Energieeffizienz – Der Schlüssel für eine

nachhaltige und damit zukunftsfähige

Energieversorgung.


Endenergieverbrauch nach Sektoren in Deutschland 2010.

Quelle: Energiedaten, BMWi 08/2011

Gesamtverbrauch: 2.517 TWh


Wirtschaftliches Einsparpotenzial Endenergie.

Quelle: Nationaler Energieeffizienz Aktionsplan vom 27.09.2007; Ergebnisse einer Studie der Prognos AG.

Gesamtes Potenzial: 346,4 TWh (= ~ 14 % des Gesamtverbrauchs 2010).


Zentrale Bedeutung des Gebäudebereichs – Endenergieverbrauch in Deutschland.

Ca. 35 % des Endenergieverbrauchs in

Deutschland entfallen auf den Gebäudebereich.


Energieträgeranteile für Raumwärme in Deutschland – Anteil Öl und Gas von ca. 75 %.

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen, Daten des BMWI, 2011

Energieträger 2008 bezogen auf den Endenergieverbrauch für Raumwärme.

29%

46%

3%

11%

2%9%

Öl

Gas

Strom

Fernwärme

Kohle

Erneuerbare

Hohe Importquote bei den fossilen Energieträgern des Wärmesektors.

Wohlstand und Wertschöpfungspotentiale fließen dabei aus Deutschland ab.


Das Energiekonzept der Bundesregierung – Die Zielsetzungen für den Gebäudebereich.

Gebäudebestand bis 2050 „nahezu klimaneutral“.

Reduzierung Wärmebedarf bis 2020 um 20 % und Primärenergiebedarf bis 2050 um 80 %.

Verdopplung Gebäudesanierungsrate von 1 % auf 2 %.

deutliche Erhöhung Anteil erneuerbarer Energie am Wärmebedarf.

Entwicklung eines Sanierungsfahrplans 2020 – 2050.

Primärenergiebedarf

Wärmebedarf


Entwicklung des Stromsystems.


Entwicklung der Stromnachfrage in Deutschland.

Bruttostromnachfrage inkl. Kraftwerkseigenverbrauch und Netzverluste

Quellen: Szenario „Sinkende Stromnachfrage“: ewi / Prognos Energieszenarien für den Energiegipfel 2007 und BMU-Leitstudie 2007 (ab 2020);Szenario „Konstante Stromnachfrage“: ewi / Prognos: Energiereport IV 2005, Ölpreisvariante


Entwicklung der erneuerbaren Energien (EE) in der Stromversorgung in Deutschland.

Quelle: BMU Leitszenario (2010)

2008 2009 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050

EU-Stromverbund 0,0 0,0 0,0 0,0 0,6 3,6 6,6 15,0 21,0

Photovoltaik 6,0 9,8 18,3 38,4 51,8 57,4 63,0 65,0 65,0

Wind Onshore 23,9 25,7 27,5 33,7 35,8 36,8 37,8 39,9 40,0

Wind Offshore 0,1 0,2 3,0 10,0 17,5 25,0 36,5 39,3

Erdwärme 0,0 0,0 0,0 0,1 0,3 0,7 1,0 2,2 3,7

Biomasse 5,4 5,9 6,3 7,7 8,9 9,4 9,9 10,6 10,6

Wasserkraft 4,4 4,4 4,4 4,5 4,7 4,8 4,9 5,1 5,2

Summe 39,7 45,8 56,7 87,4 112,0 130,1 148,3 174,3 184,8

020406080

100120140160180200

Inst

allie

rte

Leis

tung

[GW

]

Leitstudie 2010:Verdopplung der

installierten Leistung von 2010

auf 2020. Wind und PV sind tragende Säulen.


Biomasse 8,8 5.544 48,9Geothermie 0,6 5.550 3,1Photovoltaik 47,0 849 39,9Wasserkraft 4,7 4.746 22,5Wind - onshore 68,5 2.113 144,8 - offshore 17,0 3.252 55,3Summe 146,6 314,4

installierte Leistung [GW]

Volllast-stunden [h]

erzeugte Arbeit [TWh]

Abfrage der Informationen bei:

Ministerien der Bundesländer

ÜNB

Internetrecherche

Unter Verwendung der ermittelten EE-Ausbauzahlen und den Vollaststunden aus der BMU-Leitstudie 2010 erzeugen die EE in 2020 eine Arbeit von 314,4 TWh.

Bezogen auf die Entwicklung der Bruttostromnachfrage bedeutet dies einen Anteil von:

57,5 % (bei Lastreduktion* um 10 %, Ziel der Bundesregierung)

56,2 % (bei Lastreduktion* um 8 %, BMU Leistudie 2010)

51,7 % (bei konstanter* Stromnachfrage)

* Ausgangswert ist Bruttostromnachfrage 2008: 608 TWh

Erwartungen und Zielsetzungen der Bundesländer für die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2020.


dena-Annahmen zur Entwicklung der KWK in Deutschland.

Weiterhin hohe Bedeutung großer KWK Anlagen (> 20 MW).

Vor dem Hintergrund der aktuellen Markteinführungs- bzw. Marktausbaustrategien ist bei den Mini und Mikro KWK eine Prognose über 2020 hinaus derzeit nicht möglich.


Entwicklung der verfügbaren gesicherten Leistung im Szenario „Sinkende Stromnachfrage“.

10.587 MW


Kraftwerksstandorte in Deutschland.

Bestehende Übertragungsnetze stoßen vor allem auf Nord-Süd- und Ost-West-Trassen an ihre

Kapazitätsgrenze, wenn erneuerbare Energien

effizient integriert werden sollen.

Bestehende fossile oder nukleare Energie-erzeugungskapazitäten befinden sich vor allem nahe der Lastzentren im

Westen und Süden Deutschlands.

Der Ausbau erneuerbarer Energien (vor allem der Wind-Energie) führt zu regionaler

Verlagerung der Erzeugungs-Kapazitäten in den Norden

Deutschlands. Dieser Trend wird sich durch

die bereits geplanten Offshore Anlagen noch verstärken.

Quelle: UBA, 2009


Zielsetzungen der Bundesländer für den Ausbau der Windenergie bis 2020 in GW (bottom up-Analyse).

Installierte Leistung 2010: ca. 27 GW

Starke Konzentration der installierten Kapazitäten im Norden und Osten Deutschlands.

Beispiel Sachsen-Anhalt:

Installierte Leistung 2010: ca. 3,5 GW, Windenergieerzeugung beträgt ca. 47 % des Nettostromverbrauchs (2010)

Ausbauplanungen der Bundesländer bis 2020: 85,5 GW

Onshore: 68,5 GW

Offshore: 17,0 GW

Verteilnetzebene: Ausbaubedarf zur Netzintegration der Windenergieanlagen.

Übertragungsnetzebene: Ausbaubedarf zum Transport der Leistung in die Lastzentren im Westen und Süden Deutschlands.BY: 2,4BW: 3,3

TH: 2,3

S: 1,6

H: 3,3

RP: 1,8

SL: 0,2

BB: 7,0

B: 0,1

SA: 6,0

NI: 22,2onshore: 14,2offshore: 8,0

MV: 5,9onshore: 2,9offshore: 3,0

NRW: 10,3

SH: 19,0onshore: 13,0offshore: 6,0

HB: 0,2

HH: 0,1

Quelle: Ministerien der Bundesländer, ÜNB, Internetrecherche


Ausbaubedarf auf Übertragungs- und

Verteilnetzebene zur Integration der EE in das

Stromnetz.


dena-Netzstudie II: Zielsetzung.

Untersuchung geeigneter Systemlösungen für das Stromversorgungssystem in

Deutschland bis 2020/2025:

Vollständige Integration der Stromerzeugung aus erneuerbarer Energien.

Vollständige Lastdeckung in Verbindung mit einem marktgetriebenen Einsatz des

konventionellen Kraftwerksparks.

Berücksichtigung der Anforderungen des europäischen Stromhandels.

Veröffentlichung im November 2010


Netzausbaubedarf der Hauptszenarien (Trassen) und Netzkostenvergleich .

Quelle: dena-Netzstudie II, 2010

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

BAS 000 BAS 050 BAS 100 FLM 000 FLM 050 FLM 100 TAL 000 TAL 050 TAL 100

380-k

V-Do

ppelf

reile

itung

släng

e (km

)

TAL-Umbau

FLM-Maßnahmen

AC Zubau

Netzausbaubedarf Jährliche Netzkosten im Jahr 2020


Netzausbau: Insbesondere Nord-Süd-Trassen notwendig.

Quelle: BDEW 2011


Integration der erneuerbaren Energien in das Stromnetz – Veränderungen auf der Einspeiseebene. Veränderung der Erzeugungsstruktur:

Bisher: Stromproduktion in großen konventionellen Kraftwerken und Einspeisung auf der Übertragungsnetzebene.

Zukünftig: Stetig steigender Anteil der EE. Diese speisen fast ausschließlich auf Verteilnetzebene ein.

Systemintegration EE:

Ausgleich der fluktuierenden Erzeugung EE ist aus Gründen der Netzstabilität notwendig.

Die Verteilnetzebene muss neue Aufgaben übernehmen, zunehmender Ausbaubedarf.

Analysebedarf, ob die geltende Anreizregulie-rungsverordnung (ARegV) Ausbauinvestitionen in auskömmlicher Weise ermöglicht.

Quelle: BNetza - Monitoringbericht (2009/2010).

Solar Biomasse Wind

100,0% 99,6% 95,6%

93%

94%

95%

96%

97%

98%

99%

100%

Ante

il der

auf V

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schlos

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dena-Verteilnetzstudie: zentrale Zielsetzungen.

Analyse der aktuellen Netzsituation auf Verteilnetzebene unter Berücksichtigung von realen Netzdaten und EE-Ausbauplanungen.

Bestimmungen des notwendigen Netzaus- und Netzumbaus auf Verteilnetz-ebene in Folge des Umbaus des Stromversorgungssystems für 2015, 2020 und Ausblick 2030:

Analyse realer Teilnetze in ausgewählten Untersuchungsregionen.Bestimmung des Anpassungsbedarfs für ganz Deutschland.Untersuchung der Auswirkungen von innovativen Netzkonzepten auf den Netzausbau- und Netzumbaubedarf.

Abschätzung des Investitionsbedarfs auf Verteilnetzebene und Abgleich mit bestehenden energiewirtschaftlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen.

Diskussion der zukünftigen Rolle der Verteilnetze:im Rahmen der Systemführung.zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen.

Veröffentlichung der Studie Ende 2012.


Potenzial von Flexibilisierungsoptionen.

Wirkung einer zukünftig verbesserten Prognosegüte der Windstromeinspeisung.

Demand-Side-Management (DSM): Potenziale und ihre Marktintegration.

Marktgetriebener Einsatz von Speichern zur Netzentlastung.


Demand-Side-Management (DSM).

Zeitliche Steuerung der Nachfrage (Lastverschiebung, Lastreduktion/ Lasterhöhung).

Ziel: Anpassung der Nachfrage an die Erzeugung aus erneuerbaren Energien.

Nutzen:

Glättung der Residuallastkurve im Tagesverlauf (gleichmäßige Kraftwerksauslastung).

Bereitstellung von Regelenergie, Bilanzkreisausgleich (Netzstabilisierung).

Reduzierung der Jahreshöchstlast (dadurch geringere gesicherte Leistung nötig).


Energiespeicher im Energieversorgungssystem.

Ausgleichsfunktion im Stromerzeugungssystem.

Stromspeicherung zu Schwachlastzeiten.

Ausspeicherung der Energie während Hochlastzeiten (Verbrauchsspitzen).

Bereitstellung von Systemdienstleistungen.

Regel- und Reserveenergie zum kurzfristigen Ausgleich von Abweichungen zwischen Stromerzeugung und Last.

ggf. Bereitstellung von Blindleistung.

ggf. Ausgleich von Netzengpässen (Redispatch).

Lastverlagerung / Reduzierung von Verbrauchsspitzen.

Nutzung nachfrageseitiger Energiespeicher.

z.B. im Bereich der Kälte-, Druckluft- und Wärmeversorgung.


Arten und Potenziale von Speichertechnologien.Technologien:

Chemische Speicher:z. B. Wasserstoff.

Elektrochemische Speicher: z. B. Akkumulatoren.

Elektrische Speicher:z. B. Supraleitende Spulen.

Thermische Speicher:z. B. Warmwasserspeicher.

Kinetische Energiespeicher: z. B. Schwungräder.

Pumpspeicherkraftwerke.

Druckluftspeicher mit/ohne Kompressionswärmenutzung.

Potentiale in Deutschland:

Speicherseen für ca. 76 GWh vorhanden, Zubau begrenzt möglich (aktuell ca. 22 GWh).

Untergrundspeicher für Druckluft-/ Wasserstoffspeicherung ca. 19 Mrd. m3, Speicherkataster ab 2011 geplant.

1 Mio. Elektrofahrzeuge (2020) / theoretischer Batteriespeicher für die Kurzzeitspeicherung reduziert sich unter Einbezug von Einschränkungen von 20-30 GWh auf 2-4 GWh. Erweiterung abhängig von der Entwicklung der Elektromobilität.

Weitere Energiespeicher-kapazitäten werden benötigt.


Wind

Solar

Biomasse

Gasspeicher

Biomethan

H2

Elektrolyse

GuD-/BH-Kraftwerke

Verbraucher

Stromnetz Erdgasnetz

CH4

Power to Gas: Schnittstellen und Interaktion zwischen Elektrizitäts- und Erdgasnetz.

Quellen: vgl. Sterner (2010), Specht et. al. (2010)


Fazit.


Herausforderung für zukunftsfähige Energiesysteme: Systemtransformation und Systemoptimierung.

Die Steigerung der Energieeffizienz in allen Bereichen ist die zentrale Grundlage für eine nachhaltige Energieversorgung.

Herausforderung: effiziente Integration erneuerbarer Energien

Flexibilisierung: Einsatz von Lastmanagement und Energiespeichern.

Modernisierung und Ausbau der Kapazitäten auf Übertragungs- und Verteilnetzebene sowie Ausbau der Grenzkuppelkapazitäten.

Kombination zentraler und dezentraler Erzeugung:

Bereitstellung ausreichender gesicherter Leistung durch fossile Kraftwerke.

Effiziente Verzahnung dezentraler KWK und Stromerzeugung aus EE.

Schaffung intelligenter Netze („Smart Grids“) zur effizienten Kommunikation von Erzeugern und Nachfragern.

Integrierte Betrachtung von Übertragungsnetzen und Strommärkten für eine optimierte Integration der erneuerbaren Energien.


Effizienz entscheidet.

Vielen Dank.

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