0 | 29.09.2017SEITE

Christoph Maurer, Bernd Tersteegen (Consentec), Ben Pfluger (Fraunhofer ISI),

Bernd Franke (ifeu)

FGE-Tagung

29. September 2017

Von der Stromwende zur Energiewende: Langfristszenarien für

das deutsche Energiesystem

1 | 29.09.2017SEITE

Szenarioarchitektur

> Szenarien für ein Energiesystem, das die energie- und klimapolitischen Ziele

des Energiekonzepts der Bundesregierung umsetzen Horizont 2050

> Modellierung des gesamten Energiesystems (Strom, Wärme, Verkehr,

Industrie) und der Wechselwirkungen zwischen den Sektoren Fokus und

höchste Modellierungsgenauigkeit Strom (Erzeugung und Netze)

> Optimierungsansatz: Minimierung der Systemkosten unter Nebenbedingungen

(Versorgungssicherheit, Energiekonzept-Ziele), szenarioabhängige Variation

sonstiger Freiheitsgrade und Nebenbedingungen

Untersuchungsgegenstand und Ziel der Studie

Studie „Langfrist– und Klimaszenarien“ im Auftrag des BMWi

Projekt Langfristszenarien (CO2 -80%) Projekt Klimaszenarien

Referenzszenario

Basisszenario

Geringerer Ausbau Ü-Netze

Regionale EE-Verteilung

Restriktionsarmes Szenario

Alternativer EE-Mix

Ausbautempo EE-Strom

Extreme Wettersituationen

95%-Szenarien (u.a. PtG)

Dezentrales System

Geringeres Biomassepotenzial

Geringere europäische Ambitionen

2 | 29.09.2017SEITE

> Langfristszenarien sind weder Prognose über den Ablauf der

Energiewende, noch normative Leitszenarien

> Szenarien beschreiben aus heutiger Sicht kostengünstige Wege zur

Zielerreichung und zeigen Zusammenhänge auf

» Unsicherheiten und Innovationen können aber im Zeitablauf erhebliche

Veränderungen begründen

> Kostengünstige Umsetzung zwar für Erfolg der Energiewende wichtig, aber

nicht allein entscheidend andere Kriterien wie Akzeptanz, Industriepolitik etc.

Langfristszenarien sind kein Energiewendeplan

> Erkenntnisse v. a. auch aus Szenarienvergleich

> Ziel der Szenarienberechnung war die Optimierung von Systemkosten unter

unterschiedlichen Freiheitsgraden und Randbedingungen

» möglichst objektives Kriterium

» gleichzeitig Tendenz zu extremen Ergebnissen (z. B. Technologiemix)

> Wichtige Informationsgrundlage, um Kostenwirkungen politischer

Handlungsoptionen transparent bewerten zu können

Kostenoptimierungsansatz

Studie „Langfrist– und Klimaszenarien“ im Auftrag des BMWi

3 | 29.09.2017SEITE

Modellierungsansatz

Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland

Modellierung der stündlichen Lastgänge und des Lastmanagements

Modellierung der jährlichen Nachfrage

Aufbereitung der räumlich und zeitlich hochaufgelösten Potentiale

Optimierung des Zubaus an konventionellen Kraftwerken,

Erneuerbaren Energien, Stromspeichern und

Übertragungskapazitäten zwischen den Regionen

Kraftwerks-Einsatzmodellierung basierend auf stundenscharfer Markt-

simulation

Ermittlung des erforderlichen

Ausbaubedarfs basierend auf

Lastfluss- und

Netzsicherheitsanalysen

(Übertragungsnetz) und

Modellnetzanalysen (Verteilungsnetz)

Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland

Forecast(Nachfragemodellierung)

INVERT(Wärmebedarf im

Gebäudesektor

ASTRA(Nachfragemodellierung im

Verkehrssektor)

eLoad(Lastgangmodellierung)

Enertile(Optimierung des Zubaus an konventionellen Kraftwerken, Erneuerbaren Energien,

Stromspeichern und Übertragungskapazitäten zwischen den Regionen)

Lastflussanalysen /

Modellnetzanalysen

Enertile(EE Potentialmodellierung)

HauptinputLegende

Feedback

OptEK – Einsatzsimulation

Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland

Modellierung der stündlichen Lastgänge und des Lastmanagements

Modellierung der jährlichen Nachfrage

Aufbereitung der räumlich und zeitlich hochaufgelösten Potentiale

Optimierung des Zubaus an konventionellen Kraftwerken,

Erneuerbaren Energien, Stromspeichern und

Übertragungskapazitäten zwischen den Regionen

Kraftwerks-Einsatzmodellierung basierend auf stundenscharfer Markt-

simulation

Ermittlung des erforderlichen

Ausbaubedarfs basierend auf

Lastfluss- und

Netzsicherheitsanalysen

(Übertragungsnetz) und

Modellnetzanalysen (Verteilungsnetz)

Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland

Forecast(Nachfragemodellierung)

INVERT(Wärmebedarf im

Gebäudesektor

ASTRA(Nachfragemodellierung im

Verkehrssektor)

eLoad(Lastgangmodellierung)

Enertile(Optimierung des Zubaus an konventionellen Kraftwerken, Erneuerbaren Energien,

Stromspeichern und Übertragungskapazitäten zwischen den Regionen)

Lastflussanalysen /

Modellnetzanalysen

Enertile(EE Potentialmodellierung)

HauptinputLegende

Feedback

OptEK – Einsatzsimulation

4 | 29.09.2017SEITE

> Starker Anstieg der thermischen Sanierungsrate (bis auf über 3%/a)

> Starker Anstieg von Wärmepumpen und Solarthermie

> Biomassepotenziale werden in anderen Sektoren genutzt

> Energieeffizienzsteigerung bei allen Verkehrsträgern

> Senkung Verkehrsleistung d. verkehrs- und steuerpolit. Maßnahmen

> Starke Nutzung von Strom, fokussierte Nutzung von Biokraftstoffen

Endenergieverbrauch in Deutschland

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Entwicklung des Endenergieverbrauchs

Verkehr

Gebäude

(Wärme/Kälte)

0 200 400 600 800

2050

2010

[TWh]

Benzin Bio-Ethanol

Diesel Bio-Diesel

LPG CNG

Bio-Gas LNG

Bio-LNG Strom

Kerosin Biokerosin

0 200 400 600 800 1000

2050

2010

[TWh]

Kohle Heizöl

Erdgas Strom-WP

Strom-Hilfsen Strom-direkt

Fernwärme Nahwärme

Biomasse Umweltwärme

Solarthermie

-46%

-58%

5 | 29.09.2017SEITE

> Starker Anstieg der thermischen Sanierungsrate (bis auf über 3%/a)

> Starker Anstieg von Wärmepumpen und Solarthermie

> Biomassepotenziale werden in anderen Sektoren genutzt

> Energieeffizienzsteigerung bei allen Verkehrsträgern

> Senkung Verkehrsleistung d. verkehrs- und steuerpolit. Maßnahmen

> Starke Nutzung von Strom, fokussierte Nutzung von Biokraftstoffen

Endenergieverbrauch in Deutschland

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Entwicklung des Endenergieverbrauchs

Verkehr

Gebäude

(Wärme/Kälte)

> Wesentliche Beiträge: Energieeffizienz + Umstellung auf biogene

Brennstoffe

> Rückgang Endenergienachfrage um 25%

» trotz kontinuierlichem Wachstum des Industriesektors

> Bereits sehr ambitionierter Pfad, bestimmte Prozesse schwer zu

dekarbonisieren CCS-Einsatz

> Rückgang der THG Emissionen um 75%

» dafür aber CO2-Abscheidung von 35Mt/a notwendig

» entspricht ca. 50% der Brutto-Emissionen

Industrie

6 | 29.09.2017SEITE

> Energieeffizienz und Stromdirektnutzung begrenzen Stromnachfrage

> Gesamtnachfrage zunächst sinkend, dann wieder steigend

Entwicklung der Stromnachfrage in Deutschland

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Erzeugung und Nachfrage

0

100

200

300

400

500

600

700

2010 2020 2030 2040 2050

Bru

ttostr

om

nverb

rauch [

TW

h] Kraftwerkseigenverbrauch*

Netzverluste*

Speicherverluste*

CCS: Industrie

Power-to-Heat Nah-/ Fernwärme*

Power-to-Heat Industrie*

Wärmepumpen

Oberleitungs-LKW

Elektromobilität

Klass. Nettostromverbrauch

7 | 29.09.2017SEITE

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

2013 2020 2030 2040 2050

Nett

os

tro

me

rze

ug

un

g in

TW

h

Ex-/Importe

Andere EE

Biomasse

Solarthermie

Photovoltaik

Wind-Offshore

Wind-Onshore

Biomasse KWK

Gas KWK

Kohle KWK

Andere Konventionelle

Erdgas

Steinkohle

Braunkohle

Kernenergie

> fast vollständiger Phase-Out fossiler Stromerzeugung KWK als

Brückentechnologie

> Wind Onshore als dominierende Technologie

> Ausbau von Photovoltaik v. a. durch Aufnahmefähigkeit System begrenzt

Stromerzeugung in Europa und Deutschland

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Erzeugung und Nachfrage

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

2013 2020 2030 2040 2050

Nett

os

tro

me

rze

ug

un

g in

TW

h

Europa Deutschland

CO2-Preis 2050

100 EUR/t

8 | 29.09.2017SEITE

Beispielhafter Flexibilitätseinsatz Sommerwoche 2050

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Erzeugung und Nachfrage

9 | 29.09.2017SEITE

> Signifikanter Anstieg an allen Grenzen

> Kosteneffiziente Dekarbonisierung in Europa führt u. a. zu

» Nettoimporten Deutschlands wegen günstigerer Potenziale im Ausland

» Transiten günstigen EE-Stroms u.a. aus Skandinavien über DE

Entwicklung des Stromaußenhandels 2020 und 2050

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Stromaußenhandel

10 | 29.09.2017SEITE

> Insbesondere in Nord-Süd-Richtung erhebliche Überlastungen, die

weiteren Netzausbau erfordern

Belastungssituation Übertragungsnetz (nach Realisierung EnLAG und

BBPlG)

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Netze

2030 2040 2050

11 | 29.09.2017SEITE

Netzausbau Verteilernetz

Netzausbau (Zubau/Verstärkung) Übertragungsnetz

Basisszenario (80% THG-Minderung)

Stromsystem: Netze

0

4.000

8.000

12.000

16.000

Str

om

kre

is-

kil

om

ete

r

endogener NA

exogener NA

bis

2020

2020-

2030

2030-

2040

2040-

2050

Investitionsvolumen insges.

67 Mrd. EUR

(Vollverkabelung DC,

20% Verkabelung AC)

Anstieg der annuitätischen

Netzkosten um ca. 3,5 Mrd

EUR/a

90%

100%

110%

120%

130%

140%

2013 2020 2030 2040 2050

An

nu

itäti

sch

e

Netz

ko

ste

n Anstieg der

annuitätischen

Netzkosten um

ca. 5 Mrd EUR/a

12 | 29.09.2017SEITE

Änderungen im Erzeugungssystem gegenüber Basisszenario erheblich

> Dennoch erheblicher Netzausbau angenommen

» In Deutschland EnLAG und BBPlG

» Im Ausland TYNDP-Projekte mit hoher Realisierungswahrscheinlichkeit

> Darüber hinaus weitgehender Verzicht auf Übertragungsnetzausbau

» lokale Verstärkungsmaßnahmen bleiben zugelassen

Ist Zielerreichung auch bei deutlich geringerem

Übertragungsnetzausbau möglich und zu welchem Preis?

Szenario „geringerer ÜbertragungsNetzAusbau“

-150

-100

-50

0

50

100

150

2020 2030 2040 2050

Änderu

ng S

trom

erz

eugung

geN

A -

Basis

[T

Wh]

Ex-/Importe

Photovoltaik

Wind-Onshore

Gas KWK

Erdgas

CO2-Preis 2050

150 EUR/t

13 | 29.09.2017SEITE

> Insgesamt deutlich mehr installierte EE-Leistung

> Verschiebung von Wind nach Süden, PV nach Norden

Regionale Verteilung Erzeugung

Systemeffekte

Szenario „geringerer Übertragungsnetzausbau“

Basisszenario - 2050 geNA-Szenario - 2050 PV

Wind an Land

Wind auf See

≙ 3,5 GW

≙ 1 GW

14 | 29.09.2017SEITE

> Signifikante Reduktion v. a. der Nord-Süd-Belastung

Belastung im Übertragungsnetz vor endogenen

Netzausbaumaßnahmen

Effekte im Übertragungsnetz

Szenario „geringerer Übertragungsnetzausbau“

15 | 29.09.2017SEITE

> Rückgang Übertragungsnetzkosten wird durch höhere

Verteilernetzkosten für Anschluss zus. EE nahezu kompensiert

> Gleichzeitig deutlicher Anstieg sonstiger Systemkosten

Vergleich mit Kosten des Basisszenarios

Systemkosten

Szenario „geringerer Übertragungsnetzausbau“

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

2020 2030 2040 2050

ann.

Koste

n d

er

Str

om

vers

org

ung

geN

A −

Basis

[M

rd.

EU

R/a

]

Endenergienachfrage [TWh]

Verteilungsnetz

Übertragungsnetz

Speicher

Biomasse

Photovoltaik

Wind-Onshore

Erdgas

Braunkohle

Steinkohle

Kernenergie

16 | 29.09.2017SEITE

> Nicht nur in Deutschland, sondern in Europa für kosteneffiziente Umsetzung hohes Maß an

Koordination und Kooperation notwendig

> Vernetzung (im Stromsystem, aber z. B. auch P2H) effizienteste Flexibilitätsoption

» Management von Dargebotsschwankungen insb. über europ. Austausch zumindest bei

80%-Ziel effizienter als neue Speicher o.ä.

» schließt Notwendigkeit von Backup für Extremsituationen nicht aus

> Fossile KWK (v. a. Erdgas) kann eine Rolle als Brückentechnologie haben

> Starker Ausbau insbesondere von Onshore-Wind zur Zielerreichung kosteneffizient

» dabei gute Standorte + Netzausbau effizienter als Standortverlagerung

> Effizienter Ü-Netzausbau geht deutlich über BBPlG hinaus

» erheblicher Netzausbau auch im Ausland

» Ziele allerdings auch mit dem gegenüber geringerem Ausbau erreichbar aber deutliche

Effekte für Stromsystem und deutlich höhere Systemkosten

> Investitionsvolumen in V-Netzen sogar höher als in Ü-Netzen, dort aber wg. Akzeptanz und

Systemrückwirkungen größere Herausforderungen

Stromsystem

> Bereits 80%-Ziel sehr ambitioniert koordiniertes Zusammenwirken von Gesellschaft und

Wirtschaft erforderlich

> Energieeffizienz wichtiger Beitrag zur Zielerreichung

> Gerade in Industrie grundlegender Wandel (und ggf. CCS-Einsatz) erforderlich

Gesamtes Energiesystem

Erste Schlussfolgerungen

17 | 29.09.2017SEITE

Consentec GmbH

Grüner Weg 1

52070 Aachen

Deutschland

Tel. +49. 241. 93836-0

Fax +49. 241. 93836-15

info@consentec.de

www.consentec.de