„aus heutiger Sicht“ - dena.de · Ist Power-to-Gas notwendig aus wissenschaftlicher Sicht?...

Ist Power-to-Gas notwendig aus wissenschaftlicher Sicht? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus?

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al.Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher FENES, OTH Regensburg

dena JahreskonferenzPower-to-Gas

Berlin,20.06.2017

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2

Disclaimer

„aus heutiger Sicht“

Ist Power-to-Gas notwendig aus wissenschaftlicher Sicht? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus?

Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al.Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher FENES, OTH Regensburg

dena JahreskonferenzPower-to-Gas

Berlin,20.06.2017


Disclaimer

„aus heutiger Sicht“


Inhalt

1) Paris umgesetzt?

2) Strom

3) Wärme

4) Mobilität

5) Grundstoffchemie / Industrie

6) Konsequenzen?

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4Quelle: IPCC, WG III, AR5, SPM, p. 12, 2014.

Paris

1,5 °C


Inhalt

1) Paris umgesetzt?

2) Strom

3) Wärme

4) Mobilität

5) Grundstoffchemie / Industrie

6) Konsequenzen?


Paris

1,5 °C


Klimaschutz jetzt!

2030 ist zu spät.

Deutschlands Glaubwürdigkeit?


1,5 °C nur mit vollständiger Dekarbonisierungund „negativen Emissionen“

à 85 % EE-Studien hinfälligà CO2 aus der Luft wird Standard


Klimaschutz jetzt!

2030 ist zu spät.

Deutschlands Glaubwürdigkeit?


1,5 °C nur mit vollständiger Dekarbonisierungund „negativen Emissionen“

à 85 % EE-Studien hinfälligà CO2 aus der Luft wird Standard


SK-Metastudie für denaUmfassende Studie zur Sektorenkopplung fehlt

Für Analyse ausgewählte Einzelstudien

Quelle: eigene Darstellung nach [2-5]

Quelle: Sterner, Bauer, Eckert, Hofrichter, 2016 – Metastudie für dena


Studien mit Sektorenkopplung


à Mehrere Infrastrukturen notwendig(Strom, Gas, Wärme, Kraftstoffe)


SK-Metastudie für denaUmfassende Studie zur Sektorenkopplung fehlt

Für Analyse ausgewählte Einzelstudien

Quelle: eigene Darstellung nach [2-5]



Studien mit Sektorenkopplung


à Mehrere Infrastrukturen notwendig(Strom, Gas, Wärme, Kraftstoffe)


In den meisten Studien sind nicht enthalten ...

- Paris 1,5 °C

- Erdverkabelung 15 Mrd. €

- vollständige Sektorenkopplung

- Aktuelle Preisentwicklung Speicher


Klimaschutzplan 2050

Quelle: Klimaschutzplan 2050

Ist Power-to-Gas notwendig?

Sektor Ziel 2030vs. 1990 Ja Nein

Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %

Landwirtschaft - 34 %


In den meisten Studien sind nicht enthalten ...

- Paris 1,5 °C

- Erdverkabelung 15 Mrd. €

- vollständige Sektorenkopplung

- Aktuelle Preisentwicklung Speicher






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %


Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11Quelle: Sterner et al, FENES OTH Regensburg, 2016

Power-to-Gas: Kopplung von Strom- und Gassektor


Netzausbau hat größten Einfluss auf SpeicherbedarfÜberschüsse in verschiedenen Studien

01020304050607080

20% 40% 60% 80% 100%

[TWh]

AnteilerneuerbarerEnergien[%]

Überschüsse,Abregelungen

1Europa

2aEuropa/Deutschland

2bEuropa/Deutschland

3Deutschland

1. Kupferplatte Europa mit idealer EE-Verteilung2. Idealer Markt mit planmäßigem (2a) bzw. verzögertem Netzausbau

(2b)3. Kupferplatte Deutschland – ohne EU-Koordination

Quelle: VDI, 2017


Power-to-Gas: Kopplung von Strom- und Gassektor


Netzausbau hat größten Einfluss auf SpeicherbedarfÜberschüsse in verschiedenen Studien

01020304050607080

20% 40% 60% 80% 100%

[TWh]

AnteilerneuerbarerEnergien[%]

Überschüsse,Abregelungen

1Europa

2aEuropa/Deutschland

2bEuropa/Deutschland

3Deutschland

1. Kupferplatte Europa mit idealer EE-Verteilung2. Idealer Markt mit planmäßigem (2a) bzw. verzögertem Netzausbau

(2b)3. Kupferplatte Deutschland – ohne EU-Koordination

Quelle: VDI, 2017


Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher AusgleichEntwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE

Quelle: Sterner, Stadler, 2014

Nur über Speicher machbarMit Speicher günstiger

als ohne!

Räumlicher Ausgleich (Netzausbau)

Zeitl

iche

r Aus

glei

ch


Gegenüberstellung des geplanten Netzausbaus und der bis dato umgesetzten Trassenkilometer

Quelle: Sterner et al – FENES BMBF CCU, 2016; Datenbasis: BNetzA Monitoringberichte

Erdverkabelung + 15 Mrd. EUR

technologieneutraler Wettbewerb

der Flexibilitätsoptionen


Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher AusgleichEntwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE


Nur über Speicher machbarMit Speicher günstiger

als ohne!

Räumlicher Ausgleich (Netzausbau)

Zeitl

iche

r Aus

glei

ch


Gegenüberstellung des geplanten Netzausbaus und der bis dato umgesetzten Trassenkilometer


Erdverkabelung + 15 Mrd. EUR

technologieneutraler Wettbewerb

der Flexibilitätsoptionen


Stark ansteigende Netzengpasskosten (Redispatch, EinsMan)à Sektorenkopplung als Redundanz angehen

+ zzgl. Kosten für negative Strompreise / Import und Export etc.

à Speicher im Redispatchin Netzausbaugebieten zulassen


> 50 % EE in vielen nördlichen Ländern schon heute!

„Wegwerfen“ von EE-Strom = Bedarf v. ca. 1,3 Mio. Haushalten


6-16 GW PtG als Stromspeicher wirtschaftlich (85 % Szen.)Netzausbau nicht ersetzen durch PtG, sondern ergänzen

Quelle: Jentsch, Dissertation 2014

Norden / Nord-WestDeutschland


Stark ansteigende Netzengpasskosten (Redispatch, EinsMan)à Sektorenkopplung als Redundanz angehen

+ zzgl. Kosten für negative Strompreise / Import und Export etc.

à Speicher im Redispatchin Netzausbaugebieten zulassen


> 50 % EE in vielen nördlichen Ländern schon heute!

„Wegwerfen“ von EE-Strom = Bedarf v. ca. 1,3 Mio. Haushalten


6-16 GW PtG als Stromspeicher wirtschaftlich (85 % Szen.)Netzausbau nicht ersetzen durch PtG, sondern ergänzen

Quelle: Jentsch, Dissertation 2014

Norden / Nord-WestDeutschland

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17Quelle: Sterner, Stadler, 2017 und VDI, 2017

Definition EnergiespeicherSpeicherdauer entscheidend für Effizienz & Wirkungsgrad

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18Quelle: Thema, Sterner, Greenpeace Energy, 2015

Power-to-Gas trotz Wirkungsgradverlustekostengünstigster LangzeitspeicherVergleich der Speicherkosten (für 1 kWh nach Zyklendauer)

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17Quelle: Sterner, Stadler, 2017 und VDI, 2017

Definition EnergiespeicherSpeicherdauer entscheidend für Effizienz & Wirkungsgrad

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18Quelle: Thema, Sterner, Greenpeace Energy, 2015

Power-to-Gas trotz Wirkungsgradverlustekostengünstigster LangzeitspeicherVergleich der Speicherkosten (für 1 kWh nach Zyklendauer)


Stromsystem mit Power-to-Gas kostengünstiger als ohne

Erdgas vs. Windgas - Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 €/t CO2

Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015


Power-to-Gas ist die - effizienteste Lösung- kostengünstigste Lösung

Dunkelflaute?

Sommer à Winter?


Stromsystem mit Power-to-Gas kostengünstiger als ohne

Erdgas vs. Windgas - Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 €/t CO2

Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015


Power-to-Gas ist die - effizienteste Lösung- kostengünstigste Lösung

Dunkelflaute?

Sommer à Winter?






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



Definition Sektorenkopplung & EnergiespeicherKeine Sektorenkopplung ohne Energiespeicher






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



Definition Sektorenkopplung & EnergiespeicherKeine Sektorenkopplung ohne Energiespeicher


Speicherausbau in Deutschland - Status QuoPower-to-Heat und Hausbatterien boomen dank passender Rahmenbedingungen

Quelle: Sterner et al – FENES Working Paper, 2016; Datenbasis: FENES-Datenbank

© FENES, 2016


Power-to-Heat (Wärmepumpen, Heizstäbe) ausreichend?

Saisonale Verfügbarkeit von Wärmesenken?

à PtG sinnvolle Ergänzung mit KWK v. a. in hochverdichteten Räumen & Bestand

Wärmetransport über weite Strecken?

WP / Temp.absenkung im Gebäudebestand?

bis zu 50 Jahre Abschreibung Gas / Fernwärme50 % Gebäudebestand mit Gasanschluss


Speicherausbau in Deutschland - Status QuoPower-to-Heat und Hausbatterien boomen dank passender Rahmenbedingungen

Quelle: Sterner et al – FENES Working Paper, 2016; Datenbasis: FENES-Datenbank

© FENES, 2016


Power-to-Heat (Wärmepumpen, Heizstäbe) ausreichend?

Saisonale Verfügbarkeit von Wärmesenken?

à PtG sinnvolle Ergänzung mit KWK v. a. in hochverdichteten Räumen & Bestand

Wärmetransport über weite Strecken?

WP / Temp.absenkung im Gebäudebestand?

bis zu 50 Jahre Abschreibung Gas / Fernwärme50 % Gebäudebestand mit Gasanschluss






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %


Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26Quelle: Trost, 2016

PHEV: Plug-in HybridelektrofahrzeugREEV: Elektrofahrzeug mit Range-ExtenderFCEV: Brennstoffzellenfahrzeug

ICE: thermischer VerbrennungsmotorHEV: HybridekeltrofahrzeugBEV: batterieelektrisches Fahrzeug

Gasmobilität mit Fuel Switch zu PtG wesentlicher TeilStromkraftstoff-Szenario –kostenoptimiert inkl. Infrastruktur & Strommarktsimulation 2013-2050






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %


Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26Quelle: Trost, 2016

PHEV: Plug-in HybridelektrofahrzeugREEV: Elektrofahrzeug mit Range-ExtenderFCEV: Brennstoffzellenfahrzeug

ICE: thermischer VerbrennungsmotorHEV: HybridekeltrofahrzeugBEV: batterieelektrisches Fahrzeug

Gasmobilität mit Fuel Switch zu PtG wesentlicher TeilStromkraftstoff-Szenario –kostenoptimiert inkl. Infrastruktur & Strommarktsimulation 2013-2050

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27Quelle: Kaltschmitt, 2017

Power-to-Liquid in einer AG des BMVIKraftstoffanteile im straßengebundenen Schwer- und Fernlastverkehr

à Marktvorbereitung und Hochlauf in den nächsten Jahren


E-mobilität und Biokraftstoffe ausreichend?

Reichweite? Infrastruktur? Kosten?

à PtG/L sinnvoll für Flug / Schiff / Langstrecke Arbeitsmaschinen

Tank-Teller? Nachhaltigkeit? Potenziale?

Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27Quelle: Kaltschmitt, 2017

Power-to-Liquid in einer AG des BMVIKraftstoffanteile im straßengebundenen Schwer- und Fernlastverkehr

à Marktvorbereitung und Hochlauf in den nächsten Jahren


E-mobilität und Biokraftstoffe ausreichend?

Reichweite? Infrastruktur? Kosten?

à PtG/L sinnvoll für Flug / Schiff / Langstrecke Arbeitsmaschinen

Tank-Teller? Nachhaltigkeit? Potenziale?


PtX in MobilitätErster Schritt: PtX in Raffinerien

RED2 Anforderungen technologieneutral ?„Physikalische Anbindung nötig für Nachweis „grüner Kraftstoff““?

Power-to-GasE-mobilität?Wärmepumpen?

à EE-Nachweis in Echtzeit über Blockchain etc.






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



PtX in MobilitätErster Schritt: PtX in Raffinerien

RED2 Anforderungen technologieneutral ?„Physikalische Anbindung nötig für Nachweis „grüner Kraftstoff““?

Power-to-GasE-mobilität?Wärmepumpen?

à EE-Nachweis in Echtzeit über Blockchain etc.






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



Power-to-X zentral für die Grundstoffchemie+ Dekarbonisierung „nicht-energetischer fossilen Verbrauch “

Quelle: Sterner, Bauer et al, 2016; Bild: Wikipedia


Dekarbonisierung v. a. von Mobilität & Chemie erfordert Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

min max min max min max

2023 2033 2050

Verkehr

Chemie

Strom

Abschätzung zukünftiger Märkte für PtGin GW

Durchschn. Stromnachfrage (Leistung) heute

Quelle: Sterner et al, 2014 - Agora Speicherstudie


Power-to-X zentral für die Grundstoffchemie+ Dekarbonisierung „nicht-energetischer fossilen Verbrauch “

Quelle: Sterner, Bauer et al, 2016; Bild: Wikipedia


Dekarbonisierung v. a. von Mobilität & Chemie erfordert Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals)

0

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min max min max min max

2023 2033 2050

Verkehr

Chemie

Strom

Abschätzung zukünftiger Märkte für PtGin GW

Durchschn. Stromnachfrage (Leistung) heute

Quelle: Sterner et al, 2014 - Agora Speicherstudie






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



Konsequenzen?






Strom - 62 %

Wärme - 67 %

Mobilität - 42 %

Industrie - 51 %



Konsequenzen?


Kohle/Atomausstieg à PtG/Speichereinstieg



Konsequenzen?

Reine Stromwelt (Netzausbau etc.) nicht zielführend

à Barrieren zwischen den Sektoren beseitigen

Redundanzen (Speicher, SK) jetzt angehen

PtG/SK elementar für Gesamt-Dekarbonisierung


Kohle/Atomausstieg à PtG/Speichereinstieg



Konsequenzen?

Reine Stromwelt (Netzausbau etc.) nicht zielführend

à Barrieren zwischen den Sektoren beseitigen

Redundanzen (Speicher, SK) jetzt angehen

PtG/SK elementar für Gesamt-Dekarbonisierung


Gegenargumente?


Zahlenupdate!Entwicklung: Effizienz rauf, Kosten runterà Nötig: Starthilfe, damit sich ein Heimatmarkt etablieren kann

Quelle: Sterner et al, 2015 - Windgas 2.0 Studie für Greenpeace Energy

Lernrate: 13 %


Gegenargumente?


Zahlenupdate!Entwicklung: Effizienz rauf, Kosten runterà Nötig: Starthilfe, damit sich ein Heimatmarkt etablieren kann

Quelle: Sterner et al, 2015 - Windgas 2.0 Studie für Greenpeace Energy

Lernrate: 13 %


Woher sollen die Strommengen für all das herkommen?

Ausland / Meer



7 531 000 0006 000 000

Nicht mal 1 Promille entscheidet über die Zukunft des Planeten?

81 000 00070 000


Woher sollen die Strommengen für all das herkommen?

Ausland / Meer



7 531 000 0006 000 000

Nicht mal 1 Promille entscheidet über die Zukunft des Planeten?

81 000 00070 000


Paris global umsetzenà Sektorenkopplung = PtX wird zum Weltmarkt

Electricity Heat

PtH

PtGE-

MobPtG

PtL

Transport

PtX

Chemical Ind. 92 45141157

Source: Bauer, Sterner, 2016, WBGU Dekarbonisierungsszenario 2050 – ohne Biomasse & CCS


Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Michael SternerForschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES)Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

+ 49 – (0) 941 – 943 9888michael.sterner a oth-regensburg.de

www.othr.de/michael.sternerwww.power-to-gas.de

Vielen Dank

2. Auflage860 S.

Inkl. SektorenkopplungJuli 2017


Paris global umsetzenà Sektorenkopplung = PtX wird zum Weltmarkt

Electricity Heat

PtH

PtGE-

MobPtG

PtL

Transport

PtX

Chemical Ind. 92 45141157

Source: Bauer, Sterner, 2016, WBGU Dekarbonisierungsszenario 2050 – ohne Biomasse & CCS


Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Michael SternerForschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES)Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

+ 49 – (0) 941 – 943 9888michael.sterner a oth-regensburg.de

www.othr.de/michael.sternerwww.power-to-gas.de

Vielen Dank

2. Auflage860 S.

Inkl. SektorenkopplungJuli 2017

Date post:	17-Aug-2019
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