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Energiewende Nordhessen - technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom - und Wärmemarktes - SUN/Fraunhofer IWES/IdE
- 1. Energiewende Nordhessen Technische undökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes Stand 12. November 2013 Dr. Thorsten Ebert, Vorstand Städtische Werke AG
- 3. 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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- 5. 1 Stadtwerke Union Nordhessen– SUN • Die SUN-Partner versorgen rund 290.000 Menschen mit Energie. • Die SUN-Partner beschäftigen ca. 1.300 Mitarbeiter.
- 6. 1 Fraunhofer-Institut für Windenergie undEnergiesystemtechnik (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.
- 7. 1 Institut dezentrale Energietechnologien (IdE) •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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- 9. 2 Zentrale Fragestellungen • Isteine 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?
- 10. 2 EE-Potenziale für Stromaus Wind – PV – Wasser - Bioenergie
- 11. 2 Jahresdauerlinien der Residuallasten •Im Ausgangsszenario wurde eine Versorgung der Region zu 80 % aus dezentralen EEAnlagen 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.
- 12. 2 Zusammenfassung • Eine dezentraleEnergiewende 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).
- 13. 3 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Technische undökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes
- 14. 3 Zentrale Fragestellungen • Wieentwickelt 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?
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- 16. 4 Strukturdaten SUN-Region • 730.000Einwohner • 4.000 km2 Fläche • 3.700 GWh/a Strombedarf • 7.000 GWh/a Wärmebedarf * • 590 MW Spitzenlast Strom • 2540 MW Spitzenlast Wärme *ohne industrielle Prozesswärme (ca. 2.500 GWh)
- 17. 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Brennstoffen •Ca. 10 % EE-Anteil an der Wärmeversorgung Nordhessens • Größter Beitrag der EEWärmeerzeugung durch Biomasse
- 18. 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Technologie •Ca. 80 % der Wärme wird in dezentralen Feuerungsanlagen (Gas, Öl, Biomasse) erzeugt.
- 19. 4 Wärme- und Stromverbrauch •Wärmebedarf gesamt Nordhessen = 7.000 GWh • Strombedarf gesamt Nordhessen = 3.700 GWh • Die Lastgänge unterscheiden sich erheblich.
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- 21. 5 Potenziale für Wärmein der SUN-Region
- 22. 5 Potenziale für Wärmenach Gebietskörperschaften
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- 24. 5 Kopplung Strom undWärme
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- 26. 6 Drei Ausbauszenarien fürdie Wärmeversorgung 1. Business as usual 2. Beschleunigter EE-Ausbau 3. Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)
- 27. 6 Business as usual •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
- 28. 6 Business as usual •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
- 29. 6 Beschleunigter EE-Ausbau • BeschleunigteModernisierung der Heiztechnologien (5 % p. a.) • Anteil regenerativer Energieträger an Neuinstallationen im Vergleich zum Business-as-usual-Szenario wird verdoppelt: — ca. 6 % — ca. 18 % Biomasse Wärmepumpe • Daraus resultiert: Absolute EE-Zubauzahlen verdreifachen sich. • ca. 11.300 kWth p.a. Solarthermie in Kombination mit anderen Wärmeerzeugern
- 30. 6 Beschleunigter EE-Ausbau • DurchEffizienzsteigerung 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 %.
- 31. 6 Maximaler Ausbau vonWärmepumpen • 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).
- 32. 6 Maximaler Ausbau vonWärmepumpen • 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
- 33. 6 Maximaler Ausbau vonWärmepumpen Auswirkung auf Residuallast: • Spitzen von ÜberschussStrom verringern sich um ca. 6 %. • Maximale Stromlücke (Spitzenlast) verdoppelt sich von ca. 500 MWel auf ca. 1.000 MWel.
- 34. 6 Vergleich der dreiAusbauszenarien • 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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- 36. 7 Zusammenfassung (1/2) • Sowohlder 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
- 37. 7 Zusammenfassung (2/2) • ZentralerBaustein 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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- 39. 8 Ausblick • Zusätzlich zumregionalen 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