Energiewende Nordhessen Technische und ökonomische Verknüpfung des

regionalen Strom- und Wärmemarktes

Stand 12. November 2013

Dr. Thorsten Ebert,

Vorstand Städtische Werke AG

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

PROJEKTPARTNER

1

Stadtwerke Union Nordhessen – SUN

• Die SUN-Partner versorgen

rund 290.000 Menschen

mit Energie.

• Die SUN-Partner

beschäftigen

ca. 1.300 Mitarbeiter.

1

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

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.

TEILSTUDIE STROMMARKT

Ausgewählte Ergebnisse

aus 2012

2

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?

2

EE-Potenziale für Strom aus Wind – PV – Wasser - Bioenergie

2

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.

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).

TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Technische und ökonomische

Verknüpfung des regionalen

Strom- und Wärmemarktes

3

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

TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Bestandsanalyse

4

• 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)

Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Brennstoffen

• Ca. 10 % EE-Anteil an

der Wärmeversorgung

Nordhessens

• Größter Beitrag der EE-

Wärmeerzeugung durch

Biomasse

4

Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Technologie

• Ca. 80 % der Wärme

wird in dezentralen

Feuerungsanlagen

(Gas, Öl, Biomasse)

erzeugt.

4

Wärme- und Stromverbrauch 4 • Wärmebedarf gesamt

Nordhessen = 7.000 GWh

• Strombedarf gesamt

Nordhessen = 3.700 GWh

• Die Lastgänge

unterscheiden sich

erheblich.

TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Potenzialanalyse

5

Potenziale für Wärme in der SUN-Region

5

Potenziale für Wärme nach Gebietskörperschaften

5

Profilvergleich Strom und Wärme 5

Kopplung Strom und Wärme 5

6 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Szenarien

Drei Ausbauszenarien für die Wärmeversorgung

6 1.Business as usual

2.Beschleunigter EE-Ausbau

3.Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)

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

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

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

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 %.

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).

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

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.

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.

7 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Zusammenfassung

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

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.

8 AUSBLICK

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