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  • 1. Die Weiterentwicklung der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis 2025 unter der Berücksichtigung derLiefer- und PreissicherheitSozialpartnerveranstaltung Chemie, 18.02.2013, StuttgartWolf Fichtner, Karl-Friedrich Ziegahn, Hans-Jörg BauerKIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-GemeinschaftNational Research Center of the Helmholtz Association www.kit.edu
  • 2. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht2
  • 3. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht3
  • 4. Stromversorgung Baden-Württembergs vor großen Herausforderungen Stromflussbild BW (2009) Politische Entwicklungen Beschleunigter Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie bis 2022 Abschaltung von zwei Kernreaktoren in Baden-Württemberg im Rahmen des Atommoratoriums 2011 Laufzeitende der beiden verbleibenden Reaktoren 2019 bzw. 2022 Verstärkter Ausbau der Erneuerbaren Energien auf Bundesebene Ziele der Landesregierung seit 2011 u.a. neue Ziele beim Ausbau der Erneuerbaren Energien in Baden- Württemberg (38 % der Bruttostrom- erzeugung bis 2020; 2010: 17 %)  Baden-Württemberg ist Netto-Stromimporteur (Erzeugung in BW < Verbrauch) und Transitland.4
  • 5. Entwicklung der Stromerzeugung in Baden-Württemberg zwischen 1975 und 20105 19.02.2013
  • 6. Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energieträgern in BW und D (2010)6 19.02.2013
  • 7. Installierte Leistung und Anteil an der geleisteten elektrischen Arbeit der Energieträger Installierte Anteil an der Leistung Stromerzeugung7 19.02.2013
  • 8. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht8
  • 9. Ziele der Energiewende auf Landesebene Ziel 2020 2030 2040 2050 Treibhausgas-Reduktion [% ggü. 1990] 30 46 62 80 Anteil EE am Bruttostromverbrauch [%] 17,3 85,5 Anteil EE/WE an Bruttostromerzeugung [%] 38/10 Reduktion Stromverbrauch [% ggü. 2007] 28 KWK-Anteil an der Stromerzeugung [%] 209 19.02.2013
  • 10. Potenziale für Erneuerbare Energien in BW Technisches Ziele der Ziele als Stromge- Technologie Potenzial Landesregierung Prozentsatz des stehungskosten (TWh/a) für 2020 (TWh/a) Potenzials (%) 2010 (Cent/kWh) Wind 35 6,4 (0,5*) ≈ 20 8-18 Photovoltaik, davon: 28 7,0 (2,1) ≈ 30 16-52 Freiflächen 3 16-18 Dachflächen 20 24-26 Fassadenflächen 5 46-52 Bioenergie, davon: 6 4,9 (3,4) ≈ 80 8-35 Biomasse HKW 3 8-18 Biogasanlagen 3 9-35 Geothermie, davon: 17 0,3 (0,0) ≈2 18-50 Heißwasseraquifere 1 18-… Kristalline Gesteine 16 30-50 Wasserkraft 5,5-6,0 5,5 (5,1) 5-20 *) Klammerwerte entsprechen der Erzeugung im Jahre 2010 Technische Potenziale der EE ausreichend um Ziele der Landesregierung zu erreichen10
  • 11. Potenziale der Energieeffizienz in Baden- Württemberg in 2025: Randbedingungen Definition der Varianten (basierend auf UBA 2009 u.a. vom FhG-ISI) Ohne Energieeffizienz: Referenzvariante Keine Energieeffizienzinstrumente sowie keine Effekte infolge von Strukturwandel Nur Wachstum der Sektoren unterstellt Mit Energieeffizienz: autonomer energietechnischer Fortschritt Die im Zeitraum 2000-2008 ergriffenen Instrumente werden berücksichtigt und bis 2025 weitergeführt; Strukturwandel unterstellt Potenziale sind betriebswirtschaftlich Hohe Energieeffizienz: autonomer energietechnischer Fortschritt Massive Einführung weiterer Energieeffizienzinstrumente sowie Subventionen; Strukturwandel unterstellt Potenziale sind volks- und (durch die Subventionen) betriebswirtschaftlich Wachstum in den Sektoren (2005-2025) Industrie: Bruttowertschöpfung +47 % GHD: Anzahl der Erwerbstätige -3 % Haushalte: Anzahle der Haushalte +10 %11
  • 12. Potenziale der Energieeffizienz in Baden- Württemberg in 2025: Industrie In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 3,4 TWh bzw. 6,4 TWh (hohe Energieeffizienz).12
  • 13. Potenziale der Energieeffizienz in Baden- Württemberg in 2025: GHD In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 1,1 TWh bzw. 5,5 TWh (hohe Energieeffizienz).13
  • 14. Potenziale der Energieeffizienz in Baden- Württemberg in 2025: Haushalte In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 3,6 TWh bzw. 5,4 TWh (hohe Energieeffizienz).14
  • 15. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht15
  • 16. Entwicklung des Stromverbrauchs bis 2025 Basisannahme in Anlehnung an die Ziele der früheren Landesregierung: bis 2020 konstant, dann leichter Rückgang (-5 %)16
  • 17. Potenziale der Energieeffizienz in Baden- Württemberg: Potenziale versus Bedarf Erforderliche Energieeffizienzpotenziale zur Realisierung der Basisannahme Notwendige Energieeffizienz- potenziale 2025 nach Sektor17
  • 18. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht18
  • 19. Rückgang der bestehenden Kraftwerksleistung in Baden-Württemberg bis 2025 Inbetriebnahme von Ausstieg aus der RDK 8 und GKM 9 Kernenergienutzung ca. 4,3 GW Entwicklung des aktuellen Kraftwerksparks einschließlich aktuell geplanter und sehr wahrscheinlich realisierter Projekte (z. B. RDK 8, GKM 9)19
  • 20. Möglicher Lastverlauf Januar 2025 max. Lücke von ca. 1,5 GW Pumpspeicher und 2010 maximal genutzte Importleistung vier neue GuD-KW und KWK-Anlagen zur Energiedeckung im Basisszenario Unterstellter Ausbau zur Energiedeckung nicht ausreichend zur Deckung von extremen Lastsituationen20
  • 21. Lastdeckung in einer Extremsituation 2025 mögliche Alternativen zur Deckung der [GW] Leistungslücke im Jahr 2025 (1) Deckung durch Importe verbleibende Importleistung ≈ 2,6 (2) Deckung durch neue Speicher Pumpspeicherkraftwerke (aktuell in ≈ 0,7 Planung: Atdorf, Forbach, Blautal) alternative Speicherlösungen (z. B. Druckluftspeicher) (3) Deckung durch neue Stromerzeugungsanlagen z. B. vier weitere GuD-Kraftwerke 1,6 (4) Zusätzliche Lastreduktion kurzfristige Lastverschiebung (DSM) ≈ 0,2 Extremsituation := maximale Last langfristige Lastreduktion durch weitere ./. minimale EE-Einspeisung Energieeinsparungen Maßnahmen zur Lastdeckung in Baden-Württemberg notwendig – verschiedene Optionen zur Verfügung21
  • 22. Gegenüberstellung der Szenarien zur Strombedarfsdeckung bis 2025 Rahmenbedingungen: Atomausstieg, Ausbau der Erneuerbaren Energien Basisszenarium Alternativszenarium trotz Reduktion des Stromverbrauchs EE nicht ausreichend zur BedarfsdeckungEnergiedeckung Konstante Importmenge gegenüber 2010 Verdopplung der Importe bis 2025  Zubau von Erzeugungsanlagen  netztechnisch theoretisch möglich (z. B. Klein-KWK, GuD)  ständige Verfügbarkeit zu sichern Investitionen: ca. 31 Mrd. Euro* Investitionen: ca. 19 Mrd. Euro*EELastdeckung Sicherstellung Lastdeckung in extremen Situationen durch weitere Maßnahmen: Erhöhung der Importe, neue Speicher, kurzfristige Lastverschiebung, Energieeffizienz, zusätzliche flexible ErzeugungsanlagenHindernisse Ausbaugeschwindigkeit der Windkraft Versorgungssicherheit in zu ambitioniert (Ausweisung von Stand- Extremsituationen sehr kritisch orten, Genehmigung, Planung, …) (Zubaupläne anderer Bundesländer!)* nach heutigem Stand der Technik22
  • 23. Betrachtung der Wirtschaftlichkeit Bestandteile des Strompreises Entwicklung der Brennstoff- und CO2-Preise sowie der Ausbau der EE und des Netzes werden Kosten für Beschaffung, Netznutzungsentgelte und EEG-Umlage beeinflussen23
  • 24. Beschaffung – Modell am KIT zur Analyse der gesamtdeutschen Entwicklung (PERSEUS) Abbildung des Elektrizitätssystems 441 Netzknotenpunkte (Einspeise- und Entnahmeorte)  Nodalpreise 560 Leitungen als Verbindung der Knotenpunkte Räumliche Systemgrenzen Deutschland Nachbarländer: Vorgabe der Leistungen und Flüsse (bzw. Modellkopplung) Modellergebnisse Entwicklung des Großhandelspreises Zonen mit verschiedenen Preisen …24
  • 25. Beschaffung – Modellergebnisse und Vergleich deutschlandweiter Großhandelspreis für Strom steigende Brennstoff- (Kohle, Gas) und CO2-Preise in den kommenden Jahren zu erwarten .Modellannahmen 2007 2025 Gas [Cent2007/kWhtherm] 2,18 4,02 Deutlicher Anstieg des CO2 [EUR2007/tCO2] 8,0 33,0 Großhandelspreises für Strom bis 202525
  • 26. Energiewirtschaftliche Entwicklungen 2003 - 2012 Quelle: Öko-Institut 2012: Energiewende-Kosten-Index26 19.02.2013
  • 27. EEG-Umlage – Entwicklung (Studienüberblick) 5,3 deutschlandweit einheitliche EEG-Umlage Vielzahl von Einflussfaktoren auf künftige Entwicklung: Ausbau der Erneuerbaren Energien, Entwicklung der Vergütungssätze, alternative Vermarktungsmöglichkeiten für EE-Strom, Großhandelspreis, Befreiung von Umlage (privilegierter Letztverbrauch), … Mittelfristig weiterer Anstieg der EEG-Umlage – langfristig Rückgang aufgrund sinkender Vergütungssätze und steigender Börsenpreise27
  • 28. Netznutzungsentgelte Regionale Unterschiede bei Netznutzungsentgelten (heute: Entgelte in BW geringfügig unter Bundesdurchschnitt) Künftiger Ausbaubedarf in Übertragungs- und Verteilnetzen führt zu steigenden Netznutzungsentgelte durch Umlage der notwendigen Investitionen mehrere Studien für Übertragungsnetze veröffentlicht (z. B. dena-Netzstudie II: Investitionsbedarf von rund 1,0-1,5 Mrd. Euro/a bis 2020) bisher kaum Untersuchungen hinsichtlich Ausbaubedarf in Verteilnetzen BDEW: Investition je nach EE-Ausbau rund 10-13 Mrd. Euro bzw. 21-27 Mrd. Euro bis 2020 dena-Verteilnetzstudie gerade in Erarbeitung keine gesonderten Analysen für Baden-Württemberg verschiedene Projekte am KIT zu Herausforderungen im Netzbereich (z. B. im Rahmen des MeRegio-Projekts) Steigende Netznutzungsentgelte zu erwarten – weiterer Untersuchungsbedarf28
  • 29. Zukünftiges Marktdesign Stärkere Einbindung Erneuerbarer Energien in den Markt Zur Sicherstellung der Systemzuverlässigkeit Erschließung nachfrage- seitiger Elastizitäten und (mittelfristig) Einführung eines Kapazitätsmarkts als „second best Solution“ Die Ausgestaltung eines Kapazitätsmarkts erfordert genaue Analysen, da dies einen weiteren Markteingriff darstellt. Bestätigen die Netzentwicklungspläne Bedarf an Kraftwerksleistungen in bestimmten Regionen sind regionale Allokationsanreize einzuführen. Keine Aufspaltung in mehrere Marktgebiete wegen geringerer Marktliquidität und Belastung von Verbrauchern in Hochpreiszonen Steuerung stark dezentraler Systeme mittels Anreizen komplexe Herausforderung Neue Mechanismen zur Aufteilung weiterhin bestehender Lasten (bspw. für Netzvorhaltung) in gerechter Art und Weise.29
  • 30. Ziel der Studie und Überblick Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025 AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf AP 4 Analyse der möglichen Strombedarfsdeckung bis 2025 AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht30
  • 31. Konsequenzen Steigerung der Energieeffizienz und damit eine Ausnutzung der Energieeinsparpotenziale ist Voraussetzung, um die Deckung des angenommenen Bedarfs im Jahr 2025 sicherzustellen Ausbau der EE-Anlagen erfolgt parallel zu den aus Redundanz weiterhin vorhandenen konventionellen Produktionskapazitäten Deren Produktivität wird durch kürzere Einsatzzeiten geplant reduziert  steigende Stromproduktionskosten vorhersehbar Modellrechnung des KIT: Anstieg des Stromgroßhandelspreises bis 2025 um ca. 70 % Dämpfende Wirkung des Merit-Order Prinzips auf Preise Marktanreize zur Kapazitätsvorhaltung fehlen derzeit31
  • 32. Konsequenzen Steigerung der Stromproduktivität Ausbau bzw. Ertüchtigung der Verteilnetze, in erster Linie in ländlichen Regionen; Kopplung mit den Übertragungsnetzen sowie deren intelligente Regelung Neue Technologien erforderlich: Stärkung von Forschung und Entwicklung (FuE) im Land32
  • 33. Konsequenzen: Nachfragesteuerung Begrenzung des Spitzenbedarfs zum Schutz der Netze mit Anreizen oder Verordnungen zur Lastverlagerung Nachfragesteuerung bedeutet die Anpassung des aktuellen Stromverbrauchs an eine schwankende Stromproduktion Es gibt Produktionsprozesse mit anpassbarem Energiebedarf Finanzielle Anreize sind essentielles Element der Nachfragesteuerung Lastabwurf-VO ist ein administrativer Eingriff und problematisch für energierelevante und zeitkritische Produktionsprozesse Wirtschaft braucht klare Rahmenbedingungen zur Nachfragesteuerung Baden-Württemberg braucht die Entwicklung von effizienten Instrumenten zur Nachfragesteuerung33
  • 34. Konsequenzen: Energieeffizienz Praktische Umsetzung der Effizienzziele entlang der ganzen Strecke bearbeiten: Effizienz der Energiewandlungsprozesse Effizienz der Verteilung und Speicherung Effizienz der Nutzung in industriellen Prozessen, im Konsum und im Bauwesen Industrielle Produktion, Gewerbe, Handel: Betrieb von Maschinen und Anlagen bedingt Erhitzen, Kühlen, Prozeßwärme, Antriebstechnik (E-Motoren), Medien (Druckluft) Technische Potenziale sind ausreichend vorhanden34
  • 35. Konsequenzen: Energieeffizienz Zunehmende Energieeffizienz und demographische Faktoren verringern Stromverbrauch Neue Anwendungen und Lebensformen steigern den Stromverbrauch: Zahl der Einzelhaushalte nimmt zu, Elektromobilität, (gewollter) Einsatz von Wärmepumpen, Klimatisierung, neue Geräte im IuK-Bereich Freiwillige Energie-Effizienzmaßnahmen wurden in der Wirtschaft dort erfolgreich eingeführt, wo sie einen offensichtlichen Return erbringen Druck auf Unternehmen und Verbraucher wächst, mehr zu tun: als Chancen begreifen und nutzen finanzielle Anreize beim Verbrauch unzureichend, gesetzliche Vorgaben zu erwarten35
  • 36. Konsequenzen: Die Chemische Industrie als Teil der Lösung Beiträge durch Innovationen, Beispiele mit hohem F&E Bezug: Energieeffizienz: Produkte, Prozesskette der Produktion Energiespeicher: Speicher für kurze und lange Zeitskalen Erneuerbare Energien: Biokraftstoffe KIC InnoEnergy: http://www.kic-innoenergy.com/colocations/cc-germany/36
  • 37. Konsequenzen: Die Chemische Industrie als Teil der Lösung Umsatzrendite vs. Kosteneinsparung durch Energieeffizienz Bei einer entspricht eine einer Umsatzrendite Reduzierung der Umsatzsteigerung von von … Energiekosten um … … 2% 100.000 €/a 5.000.000 €/a 5% 100.000 €/a 2.000.000 €/a 10 % 100.000 €/a 1.000.000 €/a Branchen Umsatzrendite Glas, Keramik, Kunststoffwaren 2–3% Fahrzeugbau, Elektrotechnik 5–6% Metallerzeugung, Maschinenbau 10 – 11 % Chemische Industrie 13 – 14 % Quelle: H. Bradtke, Fraunhofer ISI37
  • 38. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung Beispiel 1: Zementproduktion Anteil der weltweiten Portland Zement (OPC) CO2 Emissionen Kalkstein: 1200 kg Emission von * Sand: 100 kg 907 kg Ton: 190 kg Zement 6.5 Produktion von CO2 Produktion Eisenerz: 30 kg 1t Zement Chemische Industrie 5.3 Eisen und 5.2 Celitement Stahlindustrie Kalkstein: 380 kg Emission von * Sand: 690 kg weniger als 483 kg Luft- verkehr 2.2 Wasser: 100 kg CO2 → Energieverbrauch nahezu halbiert * Aus Rohmaterial, thermischer und elektrischer Energie, deutscher Energiemix38
  • 39. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung Beispiel 2: Langzeitspeicher – Power to Gas Asynchrone Fluktuation von Stromerzeugung und Bedarf Zeitskalen: Minuten/Stunden – Tage/Wochen Quelle: David Colomar, Methanisierung von regenerativ erzeugtem H2, Einspeisung in Ute Karl, EIfER Erdgasnetz als Langzeitspeicher Prozesseffizienz GuD 36 Kombi-KW 60% Strom39
  • 40. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung Beispiel 3: Biokraftstoffe - bioliq® bioSyncrude O2 (Steam) Gas cleaning and conditioning Biomass High pressure entrained flow gasification Filter Sorption Catalyst CO2 and water separation Pre-treatment Syngas Slag Synfuel Fast pyrolysis Fuel DME synthesis synthesis bioSyncrude De-central Centralized40
  • 41. Zusammenfassung Große Herausforderungen bei der Umsetzung der Ziele der Energiewende in Baden-Württemberg Risiken identifizieren und durch professionelles Risikomanagement einschränken Chancen, die sich für die Chemieindustrie in BW eröffnen erkennen und konsequent nutzen Schlüssel zum Erfolg: F&E gestützt durch wissenschaftlich fundierte Energiesystemanalyse41 19.02.2013
  • 42. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!KIT-ZENTRUM ENERGIEKIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

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