„Sektorkopplung“ – Zusammenspiel von Strom, Wärme … · > LKW > PKW Anwendungsfelder Quellen: Umweltbundesamt, Eigene Analysen innogy SE · Dezember 2017 ... Range Extender

„Sektorkopplung“ –Zusammenspiel von Strom, Wärme und Mobilität im Energiesystem der Zukunft innogy SE · Friedrich Schulte · 19 Dezember 2017

1 Wer ist innogy?

2 Energiewende

3 Entwicklungen im Energiesystem

4 Elektrifizierung und Sektorkopplung

Mit der innogy ist ein führendes europäisches Energieunternehmen entstanden

3innogy SE · Dezember 2017

innogy

• 46 Mrd. Euro Umsatz

• ~40.000 Mitarbeiter

RWE AG

Konventionelle Erzeugung

Supply & Trading

Erneuerbare Energien

Netz und Infrastruktur

Vertrieb

innogy SE

76,8% Anteil

~14.000 Mitarbeiter ~1.000 Mitarbeiter

innogy produziert, verteilt und liefert verlässlich und nachhaltig – und ist innovativ

4

Netz und Infrastruktur


Vertrieb

Nachhaltige Stromerzeugung

Effiziente Verteilung der Energie

Produkte und Dienstleistungen, die Bedürfnissen gerecht

werden

Innovation

innogy

innogy SE · Dezember 2017

Forschung&Entwicklung: Wir ermöglichen die europäische Energiewende durch technische Innovationen

5

Kennzahlen für Forschung & Entwicklung bei innogy1

1 Mittelwert, gerundete Werte | 2 erteilte und angemeldete Patente

Laufende Projekte 100

Ø Projektlaufzeit 3-4 Jahre

Extern finanzierte Projekte 10

Mitarbeiter (Voll- und Teilzeit) 250

757594

409353299215150

39

F&E in allen Segmenten prägt die Energieversorgung der Zukunft

Wir schauen voraus und bereiten uns auf die Zukunft vor

Netz&Infrastruktur

Vertrieb

Erneuerbare

2009 2016

Kumulierte Anzahl innogy-Patente2

Eine wachsende Anzahl von Patenten sichert unser Know-how ab

Verbesserung Planung, Betrieb und Steuer-

ung unserer Netze (Strom, Gas, Wasser)

Zusätzliche Dienstleistungen undLösungen für B2B und B2C (Energie+)

Verbesserung der Effizienz undNachhaltigkeit der Erzeugungsanlagen

1. Identifizierung, Bewertung & Entwicklung neuerTechnologien und systemischer Lösungen

2. Verbesserung bestehender Technologien und Prozesse

ÜbergreifendEntwicklung flexibler und wirtschaftlicherSysteme, z.B. Speicherlösungen

Foku

s

innogy


Deutschland hat herausfordernde Ziele für die Reduktion der CO2-Emissionen bis 2050

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Quelle: Faunhofer ISE 2015


Energiewende

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Hin- und RückflugFrankfurt – Los Angeles2

2 t CO2/Passagier

Jährlicher CO2-Ausstoßeines mittleren PKW1

2 t CO2/a

Die Herausforderungen einer CO2-Reduktionum 80% auf 2 t/Kopf sind enorm

Beheizung eines EFHmit vier Personen3

Herstellung von Güternim Wert von ca. 4.000 €4

Bei heutiger Energieversorgung: Ausschöpfung des „2-Tonnen-Limits“durch jede einzelne Maßnahme

1 EU-Norm Fahrzeuge ab 2012, 14.000 km/a à 140 g CO2/km | 2 9.300 km (einfach), 4 l Kerosin/100 km je Passagier im Jumbo, 18.600 km à 4 l/100 km = 750 l à 2,63 kg CO2/l | 3 3.000 l Heizöl/a = 29.782 kWh à 0,27 kg CO2/kWh ergeben 8 t CO2/a | 4 Bei rund ½ Tonne CO2 je 1.000 € Investition (netto) ergibt sich ein theoretischer Warenkorbwert von 4.000 €; hier z.B. TV, Fahrrad, Sportausrüstung und Kleidung je 500 €, Lebensmittel 2.000 €

2 t CO2

2 t CO2/a/Person

oder

Auto-mobil Wärme

Flug-reisen

Pro-dukte


Energiewende

Eine CO2-arme Energieversorgung ist machbar, wenn drei Hebel konsequent genutzt werden

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Hohe

Effizienz

Sektorkopplung

CO2-freie Strom-

erzeugung

Quelle: RWE Zukunftsstudie, 2009

Erzeugung Infrastruktur Nachfrage

�

�

� �

�

1

2

3


Energiewende

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Neue Entwicklungen in der Energiewende

Dezentrale Erzeugung

Speicher

E-Mobilität

Smarte Verteilnetze

Erneuerbare Erzeugung

E-Heizung

Grüne Kraftstoffe

CO2-freie Stromerzeugung


Energiewende

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Der Kostenverfall bei PV und Speichern ermöglicht dezentrale, erneuerbare Energiesysteme

• PV ist in einigen Regionen und Anwendungen bereits eine wettbewerbsfähige Technologie

• Die Kosten von Lithium-Ionen-Zellen sinken schneller als erwartet. Im Jahr 2020 erreichen sie 100 € / kWh

Die Kombination beider Technologien ermöglicht eine vorwiegende dezentrale Energieerzeugung und ist ein potentieller Game-Changer für die bestehende Energieversorgungsinfrastruktur

Kostenentwicklung von PV-Modulen Kostenentwicklung von Lithium-Ionen-Zellen

Source: Fischer et al, ISEA

Entwicklungen in der Energiewende


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Dezentraler Steuerung sorgt für effiziente Lösungen im Energiesystem der Zukunft


• Steuerung der Energieflüsse mittels IK-Technologie

• Die Energie wird in der lokalen Energiezelle verbraucht, wo sie erzeugt wird

• Wenn in einer Energiezelle ein Überangebot herrscht, soll die Energie an die überlagerte regionale Energiewabe weitergegeben werden


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Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung

Dezentrale Erzeugung

Speicher

E-Mobilität

Smarte Verteilnetze

Erneuerbare Erzeugung

E-Heizung

Grüne Kraftstoffe

Sektorkopplung



Bisher macht Strom nur ca. 20 % der Endenergie aus

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4,2 0,9

37,3

24,1

21,1

4,66,9

0,9

Steinkohle

Braunkohle

Mineralöle

Gas

Strom

Fernwärme


Sonst. Energieträger

Endenergieverbrauch nach Energieträgern 2015 in Prozent

Quelle: AG Energiebilanzen


Sektorkopplung 1: Elektromobilität

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In den kommenden Jahren werden elektrische Fahrzeuge konkurrenzfähig

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$0.0

$0.2

$0.4

$0.6

$0.8

$1.0

$1.2

$1.4

2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036

BEV 60 kWh

BEV 45 kWh

Midsize

Compact

Between 2020 and 2030, EVs will become cheaper to own than ICE cars on an unsubsidized basis

Quelle: Bloomberg New Energy Finance

„Total Cost of Ownership“ in $/Meile (unsubventioniert, globaler Durchschnitt)

Zwischen 2020 und 2030 fallen die „Total Costs of Ownership“ der Elektroautos unter

die der Autos mit Verbrennungsmotoren



Sektorkopplung 2: Wärmesektor

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Der Wärmemarkt kann ein großer, weiterer Absatzmarkt für Strom sein und bietet erhebliches Flexibilisierungspotenzial

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1 Haushalte: 80% Wärme wird über Wärmepumpe erzeugt, COP: 3,0 | GHD: 80% Raumwärme und Warmwasser werden über Wärmepumpe erzeugt | Industrie: FfE 2015: Industrielles Power-to-Heat Potenzial | Auf Basis Verbrauch in 20142 Haushalte: Installierte Leistung je Wohneinheit mit 2 kW bewertet | GHD: Analog zu Haushalten | Industrie: FfE 2015Quellen: BMWi 2015, Fraunhofer ISE 2015, FfE 2015, Dena 2012

Absatzmenge Power-to-Heat (TWh)1 Flexibilität Power-to-Heat (GW)2

180

135

40

50

27

Potenzial2014

76

365

9

GHD

Industrie

Haushalte

65

30

20

35

12

2014 Potenzial

115

4

GHD

Industrie

Haushalte



Technologien zur Nutzung von Strom im Wärmesektor sind bereits vorhanden

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Technologie Beschreibung Wärmenutzung

WaterStorage

Wärmepumpe

Elektrische

Direktheizung

Heizstab in

Warmwasser-

speicher

Kleinskalig

Großskalig

> Hier wird die über Strom erzeugte Wärme an Fernwärmenetze abgegeben, um schließlich dem Endverbraucher als Nutzwärme bereit zu stehen.

> Wärmepumpen (WP) stellen unter Einbindung von Umweltwärme ein Vielfaches des eingesetzten Stroms als Nutzwärme bereit (1kWhel ~ 4kWhth /JAZ=4).

> Bei dieser elektrischen Widerstandsheizung wird Strom über Heizdrähte in Wärme umgewandelt, welche dann meist mit Luft dem Raum zugeführt wird (WG ~100%).

Klima-/

Kühlgerät

> Klimageräte sind techn. gesehen WP. Sie entziehen unter Einsatz von Strom dem zu kühlenden Raum Wärme und geben diese an die Umgebung ab (vgl. Kühlschrank).

> Prinzip: elektrischen Widerstandsheizung. Der Strom erwärmt über Heizstäbe (Speicher-)Wasser, welches über ein wasserbasiertes Heizsystem die Nutzwärme zeitversetzt bereitstellt (WG ~100%).

Pel: ~4kW

Pel: 2~4kW

Pel: 1~3kW

Pel: 5~50MW

> In Speicherheizungen erwärmen die Heizdrähte zunächst den Wärmespeicher (Stein), um zeitversetzt Nutzwärme bereitzustellen

Speicherheizung

> Raumwärme, Warmwasser:Häuser, Nahwärmenetze, Objektwärmenetze

> Raumkühlung, Kaltwasser:Häuser, Gewerbe

> Raumwärme:Häuser

> Raumwärme, Warmwasser:Häuser, Nahwärmenetze, Objektwärmenetze

> Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme:Fernwärmenetze



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Sektorkopplung 3: Strombasierte Herstellung „grüner“ Energieträger


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Nur mit einem grünen Energieträger sind langfristig die CO2-Ziele in Deutschland erreichbar

Über die (laut UBA) unvermeidbaren CO2-Emissionen hinausgehende Anforderungen des Lang-streckenverkehrs sind kaum zu erfüllen, da dieser nur sehr schwer elektrifizierbar ist. Selbst wenn die übrigen Emissionen vollständig vermieden würden, wird insges. zu viel CO2 emittiert.

CO2-Emissionensreduktion von 95% ist nur durch Elektrifizierung nicht zu erreichen

CO2-Emissionen 2050Zulässige Menge:(95%-Ziel)63 Mio. t

CO2-Emissionen 2050

Unvermeidbar(Viehaltung, Stahl, Kalk und Zement, …)ca. 60 Mio. t

“Langstrecken-verkehr”(Flug, Schiff, LKW)ca. 150 Mio. t

Übrige Emissionen(PKW, Industrie, Chemie, Heim-wärme, …) ca. 750 Mio. t

Schwerelektrifizierbar

Möglicherweise voll-ständig vermeidbar

Angaben in Mio. t CO2-Äquivalent pro Jahr



Mit Power-to-Gas kann die vorhandene Gasinfrastruktur als Speicher genutzt werden

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Quelle: Systemlösung Power to Gas. Chancen, Herausforderungen und Stellschrauben auf dem Weg zur Marktreife (DENA/Strategieplattform Power to Gas)



Flüssige grüne Energieträger ermöglichen effizienten weltweiten Handel erneuerbarer Energie

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Marokkoaus Wind (Onshore): 15 ct/kWhth

MEOH

Islandaus Geothermie 16 ct/kWhth

Dubaiaus PV:18 ct/kWhth

Deutschlandaus Wind (Onshore):27 ct/kWhth

Haushalte mit hohen Umrüstkosten für Wärmepumpensysteme

Langzeitspeicher(>100 TWh)

Langstreckenmobilität> Schiff/Flugzeug> LKW > PKW

Anwendungsfelder

Quellen: Umweltbundesamt, Eigene Analysen



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Das F&E-Projekt Greenfuel untersucht die gesamte Wertschöpfungskette von Methanol

Baldeneysee

CO2

1 2

3c 3a 3b

Herstellung von Methanol aus Grünstrom und CO2

Speicherung und Transport von Methanol

E-Mobilität mit Range Extender

Innovative dezentrale Lösungen (z.B. elektrische Autarkie)

CO2-Reduktion in schwer elektrifi-zierbaren Bereichen, z.B. Schifffahrt

Verschiedene Anwendungsfelder

1

2

3a

3b

3c



Die Nutzung von Strom als präferiertem Energieträger erhöht den Strombedarf signifikant.

| Seite 24

820

3.120

1.320

795

648Stromerzeugung 2016

Fraunhofer ISE - 85%-Szenario

HTW - 100%-SzenarioMit Effizienzmaßnahmen

HTW - 100%-SzenarioOhne Effizienzmaßnahmen

Wuppertal Institut Erneuerbare Elektrifizierung

Source: Fraunhofer ISE, “Was kostet die Energiewende?”, HTW, “Sektorkopplung durch die Energiewende” Wuppertal Institut “Wege zu einer weitgehendenDekarbonisierung Deutschlands”, BMWi, HTW = Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes

Strombedarf [TWh]

Strombedarf in Deutschland gemäß verschiedener Sektorkopplungsszenarien



Wir machen Zukunft.innogy Forschung&Entwicklung

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