Kurzanalyse der Kraftwerks und Netzplanung in bis 2020 ... 2008... · AtAnnegret-Cl A i lCl....

A t Cl A i lAnnegret-Cl. Agricola

Kurzanalyse der Kraftwerks‐ und Netzplanung in Deutschland bis 2020 (mit Ausblick auf 2030).

Technische Universität Berlin, VeranstaltungBerlin, 10.11.2008

E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .

Übersicht zum Inhalt.

1. Kurzvorstellung:Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)Deutsche Energie Agentur GmbH (dena)

2. dena-Kurzanalyse der Kraftwerks- und Netzplanungin Deutschland bis 2020in Deutschland bis 2020

3. Schlussfolgerungen und Fazit

2E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .

Deutsche Energie‐Agentur (dena).


Die Gesellschafter der Deutschen Energie‐Agentur.

dena

Vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und

Bundesrepublik Deutschland KfW Bankengruppe

Alli SE

50% 26%

8%Technologie

im Einvernehmen mit:

Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaftund Verbraucherschutz

Allianz SE

Deutsche Bank AG

8%

8%

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung DZ BANK AG 8%

Stephan Kohler – VorsitzenderAndrea Weinert

Geschäftsführung


Andrea Weinert

Der Aufsichtsrat der dena.

Vorsitzender:Glos, Michael, Bundesminister für Wirtschaft und Technologie

Dr. Duhnkrack, Thomas, Vorstandsmitglied der DZ BANK AG

Dr. von Heydebreck, Tessen, Vorstandsvorsitzender der Deutschen Bank Stiftung

Gabriel, Sigmar, Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und ReaktorsicherheitReaktorsicherheit

Jung, Karl Ralf, Vorsitzender der Geschäftsführung der Allianz Alternative Assets Holding GmbH

K h W lf V t d it li d d KfW B kKroh, Wolfgang, Vorstandsmitglied der KfW Bankengruppe

Tiefensee, Wolfgang, Bundesminister für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung


Die Kompetenz‐ und Handlungsfelder der dena.


Zusammenfassende Darstellung:Kurzanalyse der Kraftwerks und Netzplanung„Kurzanalyse der Kraftwerks‐ und Netzplanung

in Deutschland bis 2020 (mit Ausblick auf 2030)“.


Einführung in die Kurzanalyse.

Die Kurzanalyse der Kraftwerks- und Netzplanung in Deutschland bis 2020 (mit Ausblick auf 2030) beinhaltet folgende Untersuchungsgegenstände:

Ist-Situation und Entwicklung des Kraftwerksbestandes in Deutschland

Abschätzung der Entwicklung der Stromnachfrage in Deutschland

Gegenüberstellung der erwarteten Stromnachfrage und der EntwicklungGegenüberstellung der erwarteten Stromnachfrage und der Entwicklung des Kraftwerksbestandes (Sterbelinie) 2020, Ausblick 2030

Recherche, Abschätzung der Realisierungswahrscheinlichkeit und Analyse bestehender Kraftwerksplanungen in DeutschlandAnalyse bestehender Kraftwerksplanungen in Deutschland

Europäische und nationale Rahmenbedingungen für Kraftwerks- und Verbundnetzprojekte in Deutschland

Recherche und Analyse von Planungen zum Ausbau des Verbundnetzes und der Grenzkuppelstellen in Deutschland

Schlussfolgerungen und Fazit


Untersuchungsgegenstand bzgl. Entwicklung des Kraftwerksparks (Teil 1 der dena‐Studie).

Entwicklung der Jahreshöchstlast (infolge der Stromnachfrage) und der V fü t h d i h t L i t d Stzur Verfügung stehenden gesicherten Leistung der Stromerzeugung

für den Zeithorizont 2020 unter Berücksichtigung von:

Entwicklung der Stromnachfrage

Entwicklung des bestehenden Kraftwerksparks

Ausbauziele der Bundesregierung für Erneuerbare Energien

A b i l d B d i fü KWKAusbauziele der Bundesregierung für KWK

Planungen für fossile Kraftwerke, für die eine hohe Realisierungswahrscheinlichkeit besteht

Das heißt, die dena-Kurzanalyse bilanziert Leistungen (Stromangebot / Stromnachfrage), nicht die elektrische Arbeit infolge der Stromerzeugung und –nachfrage.


dena‐Kurzanalyse: betrachtete Varianten.

Szenario „Energieprogramm der Bundesregierung“ (d.h. inkl. A i A b d A il d E b E i f 30% dAtomausstieg, Ausbau des Anteils der Erneuerbaren Energien auf 30% und Steigerung des Anteils aus KWK auf 25% an der Stromerzeugung bis 2020)

S i L f it lä K k ft k “ (d h L f itSzenario „Laufzeitverlängerung Kernkraftwerke“ (d.h. Laufzeit-verlängerung und Ausbau des Anteils der Erneuerbaren Energien auf 30% sowie des KWK-Anteils auf 25% an der Stromerzeugung bis 2020)

Fü b id V i t d d U t h t d (Für beide Varianten wurde der Untersuchungsgegenstand (zur Verfügung stehende gesicherte Leistung zur Deckung der nachfrage-seitigen Jahreshöchstlast) für drei verschiedene Verläufe der Stromnachfrage analysiert:Stromnachfrage analysiert:

Senkung der Stromnachfrage um 0,5% pro Jahr bis 2020

Konstante Stromnachfrage bis 2020


Steigende Stromnachfrage um 0,4% pro Jahr bis 2020

Stromnetz Deutschland: gesamte Netzlast am 07.11.2007.

11E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .Quelle: UCTE 2008, eigene Darstellung

Stromnetz Deutschland: gesamte Netzlast in 2007.

12E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .Quelle: UCTE 2008, eigene Darstellung

Deckung der Netzlast ‐ Tag mit Starklast 2020.


Kraftwerksbestand in Deutschland Gesicherte Leistung unterschiedlicher Kraftwerksarten.

Kraftwerkstechnologie Verfügbarkeit Gesicherte Leistung desKraftwerkstechnologie Verfügbarkeit Gesicherte Leistung desKraftwerksblocks

Steinkohlekraftwerk 91,2 % 86 %

Braunkohlekraftwerk 95,3 % 92 %

K k ft k 95 5 % 93 %Kernkraftwerk 95,5 % 93 %

Kombi-Anlage (Gas, Öl) 91,4 % 86 %

Gasturbinen 56,1 % 42 %


Quelle: TU München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik, 2008

Gesicherte Leistung von Kraftwerken auf Basis regenerativer Energiequellen und Pumpspeicher.Kraftwerkstechnologie Verfügbarkeit Gesicherte Leistung des

KraftwerksblocksKraftwerksblocks

Laufwasserkraftwerke ca. 40 % 40 %

Bi 90 % 88 %Biomasse 90 % 88 %

Windenergie ca. 95 % 5-10 %

Fotovoltaik k.A. 1 %

Geothermie 90 % 90 %Geothermie 90 % 90 %

Pumpspeicher ca. 97% 90%Quellen: TU München Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik 2008


Quellen: TU München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik, 2008Für Windenergie: dena-Netzstudie I, 2005Für Fotovoltaik: eigene SchätzungFür Pumpspeicher: eigene Schätzung auf Basis von Angaben der dena-Netzstudie I

Regel‐ und Reserveleistung.Windenergie ist größer als Prognose

4000

4500

5000Windenergie ist größer als Prognose

negative Reserveleistung notwendig

OnlinePrevious day‘s forecast

3000

3500

4000

Windenergie ist kleiner als Prognose

Previous day s forecast4-hour forecast

2000

2500

3000positive Reserveenergie notwendig

Pow

er in

MW

1000

1500

P

0

500

09.01 02 10.01 02 11.01 02 12.01 02 13.01 02 14.01 02

16E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .Source: ISET, 2003, supplemented

Time

09.01 02 10.01 02 11.01 02 12.01 02 13.01 02 14.01 02

Zusätzlicher Bedarf an Minutenreserve1) durch Ausbau d Wi d i b i i A il d ider Windenergie bei einem Anteil der regenerativen Energien von 20% in 2015.

D A b d Wi d i t llt ät li h A f dDer Ausbau der Windenergie stellt zusätzliche Anforderungen an Regel- und Reserveleistung. Der Bedarf hängt von der Prognose-genauigkeit der Windenergie ab. Die zusätzlich benötigte Regel- und Reserveleistung wird durch bestehenden Kraftwerkspark bereitgestelltReserveleistung wird durch bestehenden Kraftwerkspark bereitgestellt.

Annahmen: 0,0025% Defizitwahrscheinlichkeit, Kontraktierung day ahead, Minutenreserve

positive Minutenreserve

negative Minutenreserve

2003 840 MW 600 MW2003 840 MW ca. 600 MW

2015 3.200 MW ca. 2.100 MW


1) Stundenreserve ist bereits in gesicherter Leistung berücksichtigt, deshalb hier nicht explizit ausgewiesen

Quelle: dena-Netzstudie I, Berlin, 2005.

Energieeffizienzziele der deutschen Bundesregierung.

Reduktion des Treibhausgasausstoßes um 40% unter den Stand von 1990 bis 2020

Verdopplung der Energieproduktivität (Wirtschaftsleistung pro Primärenergieeinsatz) in Deutschland von 1990 bis 2020

Steigerung des Anteils der Erneuerbaren Energien an derSteigerung des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf 25-30% bis 2020

Steigerung der Erneuerbaren Energien im Wärmesektor auf 14% bis 2020

Steigerung des Anteils der Biokraftstoffe bei den Kraftstoffen auf 17% (energetisch) bis 2020auf 17% (energetisch) bis 2020

Steigerung des Anteils von Strom aus KWK an der Stromerzeugung auf 25% bis 2020


Entwicklung der Stromnachfrage1) in Deutschland.

1) Bruttostromnachfrage inkl. Kraftwerkseigenverbrauch und Netzverluste


Quellen: Szenario „Steigende Stromnachfrage“: ewi / Prognos Energieszenarien für den Energiegipfel 2007, Variante mit 2% Steigerung der Energieproduktivität pro JahrSzenario „Energieprogramm Bundesregierung“: ewi / Prognos Energieszenarien für den Energiegipfel 2007, Szenario EE (bis 2020) und BMU-Leitstudie 2007 (ab 2020)Szenario „Konstante Stromnachfrage“: ewi / Prognos: Energiereport IV 2005, Ölpreisvariante

Entwicklung der Jahreshöchstlast und der benötigten gesicherten Leistung in den Stromnachfrage Szenariengesicherten Leistung in den Stromnachfrage‐Szenarien.

Jahreshöchstlast und benötigte gesicherte Leistung im Szenario "Konstante Stromnachfrage"

Jahreshöchstlast und benötigte gesicherte Leistung im Szenario "Energieprogramm Bundesregierung"

40.000

60.000

80.000

MW

Benötigte gesicherte Leistung

Jahreshöchstlast40.000

60.000

80.000

MW


Jahreshöchstlast

0

20.000

2005 2010 2020 2030

‐

20.000

2005 2010 2020 2030

Jahreshöchstlast

80.000

Jahreshöchstlast und benötigte gesicherte Leistung im Szenario "Steigende Stromnachfrage"

Benötigte

20.000

40.000

60.000

MW


Jahreshöchstlast

20E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .Quellen: VDN – Jahreshöchstlast und vorhandene gesicherte Leistung 2005,eigene Berechnungen

0

2005 2010 2020 2030

Eingangsdaten: Ausbau regenerativer Energien in Deutschland bis 2030 aus BMU‐Leitstudie (2007) und dena‐Netzstudie I2030 aus BMU Leitstudie (2007) und dena Netzstudie I.

250,0

8090

Wh/

a

W

Entspricht rund 30% Anteil regenerativer Strom

150,0

200,0

50607080

zeug

ung

TW

eist

ung

in G

50,0

100,0

10203040

rutto

stro

mer

nsta

llier

te L

e

2005 2010 2015 2020 2030

Geothermie 0 0,1 0,25 0,5 1,3Photovoltaik 1,8 4,9 7,4 10 13,7

0,0010 B

rIn

1,8 4,9 7,4 10 13,7Biomasse 2,6 4,5 5,1 6,5 7,9Offshore Wind 0 0,55 9,8 20,4 23Onshore Wind 18,4 25,5 26,2 27,3 28Wasser (ohne Pumpspeicher) 4,7 4,9 5 5,1 5,1

21E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .Quelle: BMU 2007 und dena 2005

Bruttostromerzeugung in TWh 63,5 92,2 139,7 188,7 223,5

Entwicklung der Stromerzeugung und installierte Lei tu au KWK A la e e äß 25% Ziel i S e a ioLeistung aus KWK‐Anlagen gemäß 25%‐Ziel im Szenario „Energieprogramm Bundesregierung“.

25.000

30.000

Wel

120

140

en [T

Wh]

15.000

20.000

te Leistun

g in M

W

Neue KWK‐Anlagen (fossile Brennstoffe)

Bi KWK60

80

100

g mit KWK‐Anlage

Strom aus neuen KWK‐Anlagen

5.000

10.000

installiert Biomasse‐KWK

Installierte Leistung bestehende KWK‐Anlagen

0

20

40

60

Stromerzeugun

g

Strom aus bestehenden KWK‐Anlagen

0

2005 2010 2015 2020 2025 2030

g0

2005 2010 2015 2020 2025 2030


Eigene Berechnungen auf Basis Kraftwerksdaten der TU München, Lehrstuhl Energiewirtschaft und Anwendungstechnik und dem 25%-Ziel der Bundesregierung zum KWK-Ausbau.Annahme zu durchschnittlichen jährlichen Volllaststunden der KWK-Anlagen: 2010: 5.000 h/a; ab 2015: 5.500 h/a

Annahmen zu Laufzeiten fossil befeuerter Kraftwerke.

Kraftwerkstechnologie Laufzeit1)

GuD-Kraftwerke 40 Jahre

Gasbefeuerte 40 JahreDampfkraftwerke 40 Jahre

Steinkohlekraftwerke 45 Jahre

Braunkohlekraftwerke 45 Jahre

Ölkraftwerke 40 Jahre

Gasturbinen 50 Jahre


1) Die hier angenommenen Laufzeiten entsprechen Durchschnittswerten aus der Praxis und liegen deshalb z.T. höher als üblicherweise angegebene technische Lebensdauern

Wirkungsgrade fossil befeuerter Kraftwerke.

Durchschnitt im dt. K ft k k1)

Neue Kraftwerke2)

Kraftwerkspark1)

2005Braunkohlekraftwerke 37% bis 47%

Steinkohlekraftwerke 38% bis 51%

Erdgaskraftwerke 40% bis 61%


1) Quelle: Roth, Brückl, Held: Windenergiebedingte CO2-Emissionen konventioneller Kraftwerke, IfE-Schriftenreihe Heft 50, Herrsching 2005

2) Quelle: ewi / Prognos: Energiereport IV, Köln, Basel / Berlin, 2005

Kriterien und Kategorien zur Realisierungs‐1)wahrscheinlichkeit von Kraftwerksplanungen1).

Kategorie A – Kraftwerke derzeit im Bau oder nach 2005 in B t i bBetrieb gegangen

Kategorie B - hohe Realisierungswahrscheinlichkeit: Genehmigungen bereits erteilt oder absehbar, Anlagentechnik bestellt, Baubeginn steht unmittelbar bevor

Kategorie C – Realisierung derzeit nicht absehbar:

Projektideen oder erste Planungen liegen vor, Genehmigungsverfahren ggf begonnen ProjektrealisierungGenehmigungsverfahren ggf. begonnen, Projektrealisierung ungewiss;

Projektplanungen zurückgestellt, verschoben oder eingestellt

25E F F I Z I E N Z E N T S C H E I D E T .1) Für fossil befeuerte Kraftwerke

Verbleibende Leistung konventioneller Kraftwerke1))ohne Zubau2) – Atomausstieg.

140.000

100.000

120.000

tung

[MW

] FotovoltaikBiomasse

60.000

80.000

Engp

assl

eist

rksb

esta

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Windenergie OnshorePumpspeicherWasserHeizöl

40.000

60.000

Net

to–

EK

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er HeizölErdgasSteinkohleBraunkohle

0

20.000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

Kernenergie


1) Inkl. industrielle Kraftwerke2) Zur Darstellung des Ist-Zustandes 2005 wird zusätzlich nur für 2005 die installierte Leistung der Kraftwerke auf Basis regenerativer Energien gemäß AG Erneuerbare Energien Statistik abgebildet.

Entwicklung des Kraftwerksparks bis 2030 –Energieprogramm Bundesregierung mit Atomausstieg.

90.000

70.000

80.000

W]

Noch benötigte gesicherte Leistung

Gesicherte Leistung durch

11.664 MW

40 000

50.000

60.000

e Le

istu

ng [M

W zusätzlichen KWK-Ausbau (25%-Ziel)

Gesicherte Leistung durch regenerative Energien (inkl. Biomasse-KWK, ohne Wasserkraft)

20 000

30.000

40.000

Ges

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Gesicherte Leistung durch geplante Kraftwerke Kategorie B (inkl. KWK)

Gesicherte Leistung durch Kraftwerke K t i A (i kl KWK)

0

10.000

20.000 Kategorie A (inkl. KWK)

Gesicherte Leistung bestehende konventionelle Kraftwerke (inkl. Wasserkraft und Pumpspeicher)


02005 2010 2015 2020 2025 2030

Entwicklung der gesicherten Leistung aus KWK im „Szenario Energieprogramm der Bundesregierung“.

KWK 2005 2010 2015 2020

Installierte Leistung aus KWK [Mwel]

17.134 20.082 21.711 25.396

Gesicherte Leistung aus KWK [Mwel]

14.735 17.271 18.672 21.841

Zugrunde gelegter Kapazitätskredit KWK: 86%.


Geplanter Netzausbau gemäß Vorrangiger Verbundplan und dena‐Netzstudie I.

Vorrangiger Verbundplan (2013) und dena-Netzstudie I (2015)

1. Hamburg/Nord-Dollern 45 km

1 4

6

2. Halle-Schweinfurt 220 km

3. Neuenhagen-Bertikow/Vierraden 110 km

Nur Vorrangiger Verbundplan

4 B tik /Vi d K j ik (PL) 15 k

13

5 4

810

7 4. Bertikow/Vierraden-Krajnik (PL) 15 km

5. Hamburg/Krümmel–Schwerin 90 km

6. Kasso (DK)-Hamburg/Nord 170 km

7: Preilack (DE) Baczyna (PL) 65 km2

89

7

7: Preilack (DE) –Baczyna (PL) 65 km

Nur dena-Netzstudie I

8. Diele-Niederrhein 200 km

9. Wahle-Mecklar 190 km9. Wahle Mecklar 190 km

10. Ganderkesee-Wehrendorf 80 km

_____

Neubau Trassen gesamt 1.185 km


g

Quelle: BNetzA 2008 und dena 2005

Entwicklung der gesamteuropäischen Stromerzeugungskapazitäten.

Die aktuelle UCTE-Studie “System Adequacy Forecast 2008 – 2020” kommt zu dem Ergebnis dass zusätzliche Investitionen inkommt zu dem Ergebnis, dass zusätzliche Investitionen in Stromerzeugungskapazitäten im europäischen Kraftwerkspark notwendig sind, um das heutige Niveau der Versorgungssicherheit nach 2015 gewährleisten zu können. g

Die Studie zeigt, dass bis 2020 europaweit 50.000 MW an zusätzlichen Kraftwerkskapazitäten gegenüber heute benötigt werden, deren Errichtung noch nicht als gesichert angesehen werden kann.

In der Studie wurden zwei Vereinfachungen getroffen, weil dazu noch keine detaillierteren Untersuchungen vorgenommen wurden:

Gleichzeitiges Auftreten der Höchstlast in allen UCTE LändernGleichzeitiges Auftreten der Höchstlast in allen UCTE-Ländern.

Keine Beschränkung der Übertragungskapazitäten zwischen den Ländern zu diesem Zeitpunkt.


dena‐Kurzanalyse: Schlussfolgerungen und Fazit.Der Neubau fossiler Kraftwerke am Standort Deutschland ist zur Deckung der Jahreshöchstlast der Stromnachfrage in 2020 erforderlich:

um eine Effizienzlücke infolge des Weiterbetriebs alter, ineffizienter Kraftwerke mit e e g ,hohen CO2-Emissionen zu vermeiden und Innovation zu befördern.

um einen Anstieg der Strompreise zu verhindern, der aus einer Verknappung des Stromangebots resultiert.

um den Industriestandort Deutschland nicht zu gefährden und zu erhalten.

Zugleich ist eine beschleunigte Realisierung des derzeit geplanten Ausbaus des Verbundnetzes und der Grenzkuppelstellen sicherzustellen:pp

um den Ausbau der regenerativen Stromerzeugung zu ermöglichen und durch intelligente Netze (Smart Systems) in die Stromversorgung zu integrieren

um den europäischen Stromhandel zur Intensivierung des Wettbewerbsum den europäischen Stromhandel zur Intensivierung des Wettbewerbs auszuweiten

Eine entscheidende Rolle kommt der effizienten Stromnutzung zu, mit der ein Beitrag zur Versorgungssicherheit, zur Kostenentlastung aller


e e ag u e so gu gss c e e t, u oste e t astu g a eVerbrauchergruppen sowie zur Umwelt- und Ressourcenschonung geleistet wird.

Optimierung der Integration zentraler und dezentraler Stromerzeugungseinheiten.


Effizienz entscheidet.


Zugewinn an gesicherter Leistung Windenergie.

25%

30%

ng

spez. Verteilung WEA-Einspeisung 2003

20%

25%

WEA

-Lei

stun spez. Verteilung WEA-Einspeisung 2020

15%

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1000

4000

7000

1000

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2800

031

000

3400

037

000

4000

043

000

4600

049

000


E F F I Z I E N Z1 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 4

Installierte WEA-Leistung in MWQuelle: dena-Netzstudie (2005)

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