energiewende nordhessen - technische und ökonomische verknüpfung des regionalen strom - und...
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Analog zum Strombedarf kann auch der Wärmebedarf in Nordhessen aus dezentralen und erneuerbaren Energien gedeckt werden. Das Potenzial ist groß genug.TRANSCRIPT
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Energiewende Nordhessen Technische und ökonomische Verknüpfung des
regionalen Strom- und Wärmemarktes
Stand 12. November 2013
Dr. Thorsten Ebert,
Vorstand Städtische Werke AG
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Energiewende Nordhessen: Strom – Wärme - Verkehr
• Ausgangspunkt der Studie ist die Fragestellung, ob eine
Energieversorgung der Strom-, Wärme- und Verkehrsmärkte
in Nordhessen mit dezentralen und erneuerbaren
Energien möglich und sinnvoll ist.
• 2012: Analyse des Strommarktes Nordhessens
• 2013: Untersuchung des regionalen Wärmemarktes und
dessen technische und ökonomische Verknüpfungen zum
Strommarkt
• Geplant für 2014: Analyse des Verkehrsmarktes
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PROJEKTPARTNER
1
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Stadtwerke Union Nordhessen – SUN
• Die SUN-Partner versorgen
rund 290.000 Menschen
mit Energie.
• Die SUN-Partner
beschäftigen
ca. 1.300 Mitarbeiter.
1
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Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES)
• Forschen für die Praxis ist die zentrale
Aufgabe der 66 Institute und
selbständigen Forschungseinrichtungen
der Fraunhofer-Gesellschaft.
• Das Fraunhofer IWES beschäftigt sich
mit der Energiesystemtechnik für
alle Formen der erneuerbaren
Energien.
• Am Fraunhofer IWES arbeiten rund
480 Personen.
1
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Institut dezentrale Energietechnologien (IdE)
1 • Das IdE ist ein
anwendungsorientiertes
Forschungsinstitut an der Universität
Kassel.
• Der inhaltliche Schwerpunkt des
Instituts liegt auf einer
ganzheitlichen Betrachtung der
Energiebedarfsfelder Strom und
Wärme, einschließlich der
Elektroenergieversorgung für die
Mobilität.
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TEILSTUDIE STROMMARKT
Ausgewählte Ergebnisse
aus 2012
2
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Zentrale Fragestellungen
• Ist eine weitgehend dezentrale Stromversorgung aus
erneuerbaren Energien in Nordhessen möglich und sinnvoll?
• Wie hoch ist der EE-Anteil bereits und sind ausreichend weitere
Potenziale vorhanden?
• Welcher Energiemix ist anzustreben?
• Wie können die Bürger mit einbezogen und die Region
gestärkt werden?
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EE-Potenziale für Strom aus Wind – PV – Wasser - Bioenergie
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Jahresdauerlinien der Residuallasten 2 • Im Ausgangsszenario wurde
eine Versorgung der Region zu
80 % aus dezentralen EE-
Anlagen zugrunde gelegt.
Dabei entstehen rechnerisch
während ca. 3 Monaten
Erzeugungsüberschüsse.
• Mehr als 400 MW Unterdeckung
entstehen nur für ca. 10 Tage.
• Im EEMax-Szenario (157 %
EE-Erzeugung) entstehen
Überschüsse für mehr als die
Hälfte des Jahres.
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Zusammenfassung 2 • Eine dezentrale Energiewende ist auch in einer Region
mit einem Oberzentrum mit industriell geprägter Struktur
möglich.
• Auch in einem dezentralen Szenario ist ein überregionaler
Netzausbau notwendig.
• Die regionalen Wertschöpfungspotenziale sind erheblich,
können aber nur generiert werden, wenn die Anlagen auch
im Eigentum regionaler Akteure sind (Kommunen,
Bürgergenossenschaften, Stadtwerke, regionale Banken).
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Technische und ökonomische
Verknüpfung des regionalen
Strom- und Wärmemarktes
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Zentrale Fragestellungen
• Wie entwickelt sich der Wärmemarkt in der SUN-Region?
• Sind ausreichend Potenziale vorhanden, um 100 % des
Wärmebedarfs regenerativ zu decken?
• Welche Auswirkungen haben verschiedene Technologien zur
Wärmeerzeugung auf den Wärme- und Strommarkt?
3
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Bestandsanalyse
4
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• 730.000 Einwohner
• 4.000 km2 Fläche
• 3.700 GWh/a Strombedarf
• 7.000 GWh/a Wärmebedarf *
• 590 MW Spitzenlast Strom
• 2540 MW Spitzenlast Wärme
Strukturdaten SUN-Region 4
*ohne industrielle Prozesswärme (ca. 2.500 GWh)
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Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Brennstoffen
• Ca. 10 % EE-Anteil an
der Wärmeversorgung
Nordhessens
• Größter Beitrag der EE-
Wärmeerzeugung durch
Biomasse
4
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Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Technologie
• Ca. 80 % der Wärme
wird in dezentralen
Feuerungsanlagen
(Gas, Öl, Biomasse)
erzeugt.
4
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Wärme- und Stromverbrauch 4 • Wärmebedarf gesamt
Nordhessen = 7.000 GWh
• Strombedarf gesamt
Nordhessen = 3.700 GWh
• Die Lastgänge
unterscheiden sich
erheblich.
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Potenzialanalyse
5
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Potenziale für Wärme in der SUN-Region
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Potenziale für Wärme nach Gebietskörperschaften
5
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Profilvergleich Strom und Wärme 5
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Kopplung Strom und Wärme 5
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6 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Szenarien
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Drei Ausbauszenarien für die Wärmeversorgung
6 1.Business as usual
2.Beschleunigter EE-Ausbau
3.Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)
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Business as usual 6 • Aktuelle Markttrends, technologische Entwicklungen und
Modernisierungsraten für Heizsysteme werden für die
zukünftige Entwicklung fortgeschrieben
• 3 % p. a. Modernisierungsrate der Wärmeerzeuger,
davon
—ca. 2,9 % Biomasse
—ca. 9 % Wärmepumpe
—ca. 3400 kWth p. a. Solarthermie in Kombination mit anderen Wärmeerzeugern
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Business as usual 6 • Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.
• Der EE-Anteil an der
Wärmeversorgung
Nordhessens erhöht sich
von ca. 10 % auf ca. 17 %.
• Selbstversorgungsanteil
kann von ca. 12 % auf ca.
20 % gesteigert werden
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Beschleunigter EE-Ausbau 6 • Beschleunigte Modernisierung der Heiztechnologien
(5 % p. a.)
• Anteil regenerativer Energieträger an Neuinstallationen im
Vergleich zum Business-as-usual-Szenario wird verdoppelt:
—ca. 6 % Biomasse
—ca. 18 % Wärmepumpe
• Daraus resultiert: Absolute EE-Zubauzahlen
verdreifachen sich.
• ca. 11.300 kWth p.a. Solarthermie in Kombination mit
anderen Wärmeerzeugern
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Beschleunigter EE-Ausbau 6 • Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.
• Der EE-Anteil an der
Wärmeversorgung
Nordhessens erhöht sich von
ca. 10 % auf ca. 28 %.
• Selbstversorgungsanteil
erhöht sich von ca. 12 %
auf ca. 30 %.
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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen 6 • Deckung des Wärmebedarfs ausschließlich über
Wärmepumpen.
• Grundlage bildet die Annahme, dass zu einem unbestimmten
Zeitpunkt der gesamte Gebäudebestand wärmegedämmt
ist.
• Kopplung mit Stromerzeugung aus EEmax-Szenario
aus der Teilstudie Strommarkt (alle Potenziale zur
Stromerzeugung aus EE werden genutzt).
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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen 6 • Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 50 %.
• EE-Anteil an der
Wärmeerzeugung: 77 %
• Herkunft des Stroms
für Wärmepumpen:
— 38 % EE-Überschussstrom aus der Region
— 62 % Stromimport
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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen 6 Auswirkung auf Residuallast:
• Spitzen von Überschuss-
Strom verringern sich um
ca. 6 %.
• Maximale Stromlücke
(Spitzenlast) verdoppelt
sich von ca. 500 MWel auf
ca. 1.000 MWel.
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Vergleich der drei Ausbauszenarien 6 • Business as usual:
EE-Ausbau sehr langsam.
• Beschl. EE-Ausbau:
trotz Verdreifachung des
Zubaus kein
wesentlicher Beitrag
zur Energiewende.
• Max. Ausbau von
Wärmepumpen:
hoher EE-Anteil, aber
deutlich erhöhte
Spitzenlast.
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7 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Zusammenfassung
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Zusammenfassung (1/2) 7 • Sowohl der Strombedarf (bis zu 157 %) als auch der
Wärmebedarf * (bis zu 104 %) in Nordhessen kann aus
dezentralen erneuerbaren Energien gedeckt werden.
• Bei einer Fortschreibung der aktuellen
Heizungsaustauschraten und der dabei bevorzugten
Technologien wird eine zügige Transformation zu einer
überwiegend erneuerbaren Energieversorgung nicht
gelingen.
* ohne industriellen Prozesswärmebedarf
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Zusammenfassung (2/2) 7 • Zentraler Baustein der Energiewende im Wärmemarkt ist die
Energieeinsparung.
• Die Verknüpfung von Strom und Wärme kann einen
relevanten Beitrag zur zügigen Transformation des
Energiesystems leisten. Sie erhöht aber auch die
Komplexität der Aufgabe.
• Die Beschränkung auf eine Technologie zur
Wärmeversorgung wie der Wärmepumpe ist aufgrund der
negativen Auswirkungen auf den Stromsektor (Erhöhung der
Spitzenlast) nicht sinnvoll.
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8 AUSBLICK
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Ausblick 8 • Zusätzlich zum regionalen Strom- und Wärmemarkt soll auch die
Energieversorgung des Verkehrsmarktes untersucht werden.
• Weitere Untersuchungsgegenstände Modellregion Nordhessen:
— Virtuelle Kraftwerke (VK) als zentrales Instrument der Energiewende
— Vermarktungsoptionen für erneuerbare Energien
— Ausbau und Betrieb der zukünftigen Netzinfrastruktur
— Anforderungen aus der Kopplung Wärme-/Strommarkt an die Wärmeversorgung (sinnvoller Technologiemix)
— Einbeziehung des industriellen Prozesswärmebedarfs
— Verwendung von Energiespeichern zur optimierten Nutzung von Erzeugungsüberschüssen Strom/Wärme