Energiewende Nordhessen
Technische und ökonomische Verknüpfung des
regionalen Strom- und Wärmemarktes
Stand 12. November 2...
Energiewende Nordhessen:
Strom – Wärme - Verkehr
• Ausgangspunkt der Studie ist die Fragestellung, ob eine
Energieversorgu...
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PROJEKTPARTNER
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Stadtwerke Union Nordhessen – SUN
• Die SUN-Partner versorgen
rund 290.000 Menschen
mit Energie.
• Die SUN-Partner
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Fraunhofer-Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik (IWES)
• Forschen für die Praxis ist die zentrale
Aufgabe ...
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Institut dezentrale
Energietechnologien (IdE)
• Das IdE ist ein
anwendungsorientiertes
Forschungsinstitut an der Univer...
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TEILSTUDIE STROMMARKT

Ausgewählte Ergebnisse
aus 2012
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Zentrale Fragestellungen
• Ist eine weitgehend dezentrale Stromversorgung aus
erneuerbaren Energien in Nordhessen mögli...
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EE-Potenziale für Strom aus Wind –
PV – Wasser - Bioenergie
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Jahresdauerlinien der Residuallasten
• Im Ausgangsszenario wurde
eine Versorgung der Region zu
80 % aus dezentralen EEA...
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Zusammenfassung
• Eine dezentrale Energiewende ist auch in einer Region
mit einem Oberzentrum mit industriell geprägter...
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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 vorhande...
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Bestandsanalyse
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Strukturdaten SUN-Region
• 730.000 Einwohner
• 4.000 km2 Fläche
• 3.700 GWh/a Strombedarf
• 7.000 GWh/a Wärmebedarf

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Wärmeerzeugungsstruktur 2011
nach Brennstoffen
• Ca. 10 % EE-Anteil an
der Wärmeversorgung
Nordhessens
• Größter Beitra...
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Wärmeerzeugungsstruktur 2011
nach Technologie
• Ca. 80 % der Wärme
wird in dezentralen
Feuerungsanlagen
(Gas, Öl, Bioma...
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Wärme- und Stromverbrauch
• Wärmebedarf gesamt
Nordhessen = 7.000 GWh
• Strombedarf gesamt
Nordhessen = 3.700 GWh

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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Potenzialanalyse
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Potenziale für Wärme in der
SUN-Region
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Potenziale für Wärme nach
Gebietskörperschaften
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Profilvergleich Strom und Wärme
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Kopplung Strom und Wärme
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Szenarien
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Drei Ausbauszenarien für die
Wärmeversorgung
1. Business as usual
2. Beschleunigter EE-Ausbau
3. Maximaler Ausbau von W...
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Business as usual
• Aktuelle Markttrends, technologische Entwicklungen und
Modernisierungsraten für Heizsysteme werden ...
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Business as usual
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.

• Der EE-Anteil an der
Wärmeversorgun...
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Beschleunigter EE-Ausbau
• Beschleunigte Modernisierung der Heiztechnologien
(5 % p. a.)

• Anteil regenerativer Energi...
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Beschleunigter EE-Ausbau
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.

• Der EE-Anteil an der
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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
• Deckung des Wärmebedarfs ausschließlich über
Wärmepumpen.

• Grundlage bildet die An...
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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 50 %.

• EE-Anteil an der

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Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
Auswirkung auf Residuallast:
• Spitzen von ÜberschussStrom verringern sich um
ca. 6 %....
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Vergleich der drei Ausbauszenarien
• Business as usual:
EE-Ausbau sehr langsam.
• Beschl. EE-Ausbau:
trotz Verdreifachu...
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TEILSTUDIE WÄRMEMARKT

Zusammenfassung
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Zusammenfassung (1/2)
• Sowohl der Strombedarf (bis zu 157 %) als auch der
Wärmebedarf * (bis zu 104 %) in Nordhessen k...
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Zusammenfassung (2/2)
• Zentraler Baustein der Energiewende im Wärmemarkt ist die
Energieeinsparung.

• Die Verknüpfung...
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AUSBLICK
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Ausblick
• Zusätzlich zum regionalen Strom- und Wärmemarkt soll auch die
Energieversorgung des Verkehrsmarktes untersuc...
Energiewende Nordhessen - technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom - und Wärmemarktes - SUN/Fraunhofer ...
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Energiewende Nordhessen - technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom - und Wärmemarktes - SUN/Fraunhofer IWES/IdE

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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.

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Energiewende Nordhessen - technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom - und Wärmemarktes - SUN/Fraunhofer IWES/IdE

  1. 1. Energiewende Nordhessen Technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes Stand 12. November 2013 Dr. Thorsten Ebert, Vorstand Städtische Werke AG
  2. 2. 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
  3. 3. 1 PROJEKTPARTNER
  4. 4. 1 Stadtwerke Union Nordhessen – SUN • Die SUN-Partner versorgen rund 290.000 Menschen mit Energie. • Die SUN-Partner beschäftigen ca. 1.300 Mitarbeiter.
  5. 5. 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.
  6. 6. 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.
  7. 7. 2 TEILSTUDIE STROMMARKT Ausgewählte Ergebnisse aus 2012
  8. 8. 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?
  9. 9. 2 EE-Potenziale für Strom aus Wind – PV – Wasser - Bioenergie
  10. 10. 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.
  11. 11. 2 Zusammenfassung • 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).
  12. 12. 3 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Technische und ökonomische Verknüpfung des regionalen Strom- und Wärmemarktes
  13. 13. 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?
  14. 14. 4 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Bestandsanalyse
  15. 15. 4 Strukturdaten SUN-Region • 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 *ohne industrielle Prozesswärme (ca. 2.500 GWh)
  16. 16. 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Brennstoffen • Ca. 10 % EE-Anteil an der Wärmeversorgung Nordhessens • Größter Beitrag der EEWärmeerzeugung durch Biomasse
  17. 17. 4 Wärmeerzeugungsstruktur 2011 nach Technologie • Ca. 80 % der Wärme wird in dezentralen Feuerungsanlagen (Gas, Öl, Biomasse) erzeugt.
  18. 18. 4 Wärme- und Stromverbrauch • Wärmebedarf gesamt Nordhessen = 7.000 GWh • Strombedarf gesamt Nordhessen = 3.700 GWh • Die Lastgänge unterscheiden sich erheblich.
  19. 19. 5 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Potenzialanalyse
  20. 20. 5 Potenziale für Wärme in der SUN-Region
  21. 21. 5 Potenziale für Wärme nach Gebietskörperschaften
  22. 22. 5 Profilvergleich Strom und Wärme
  23. 23. 5 Kopplung Strom und Wärme
  24. 24. 6 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Szenarien
  25. 25. 6 Drei Ausbauszenarien für die Wärmeversorgung 1. Business as usual 2. Beschleunigter EE-Ausbau 3. Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. 6 Beschleunigter EE-Ausbau • Beschleunigte Modernisierung 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
  29. 29. 6 Beschleunigter EE-Ausbau • 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 %.
  30. 30. 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen • 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).
  31. 31. 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen • 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
  32. 32. 6 Maximaler Ausbau von Wärmepumpen 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.
  33. 33. 6 Vergleich der drei Ausbauszenarien • 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.
  34. 34. 7 TEILSTUDIE WÄRMEMARKT Zusammenfassung
  35. 35. 7 Zusammenfassung (1/2) • 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
  36. 36. 7 Zusammenfassung (2/2) • 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.
  37. 37. 8 AUSBLICK
  38. 38. 8 Ausblick • 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

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