Wege eines Klimaschutzbeitrags in der Wärmeversorgung · STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 4 Ziele der Energiewende • Wirtschaftlichkeit

STRise-Fachtagung „2. Stuttgarter Energiedialog“ 09. November 2018, Bosch-Haus Heidehof Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek

Wege eines Klimaschutzbeitrags in der Wärmeversorgung

STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 2

Agenda

• Ziele der Energiewende

• Wo stehen wir?

• Pfade zur Dekarbonisierung im Wärmesektor

• Zusammenfassung

Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018

Energiewende

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Klimaschutz

Bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergienutzung

Ziele der Energiewende


Ziele der Energiewende

• Wirtschaftlichkeit treibt Wandel im Energiesystem

• z. B. Raumwärmebereitstellung

• 1960 – 1980 Heizöl verdrängt Kohle

• 1970 – 2000 Erdgas verdrängt Heizöl

• Politische Ziele beginnen Energiesystem zu wandeln

• 1972 Studie Club of Rome „Grenzen des Wachstums“1

• 1973/79 Ölpreiskrisen: Kernenergie und Erdgas ersetzen Öl

• 1977 Amory Lovins (USA) entwickelt Vision eines Energiesystem auf Basis erneuerbarer Energien (EE)2

• 1980 Öko-Institut verwendet erstmals Begriff „Energiewende“ für Studie zur Abkehr von Erdöl und Uran3

• BReg „Energiewende“: Energiekonzept 20104


Historie

1 Meadows, D.H. et al.: The Limits to Growth. Universe Books, New York, 1972 2 Lovins, A.B.: Soft Energy Paths: Towards a Durable Peace. Harper & Row, New York, 1977 3 Krause, F. et al.: Energie-Wende: Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran. S. Fischer, Frankfurt a. M., 1980; nach Zeit Online: Sprachforschung: The Energiewende. abgerufen unter

https://www.zeit.de/2012/47/Energiewende-Deutsche-Begriffe-Englisch am 20.7.2018 4 BMWi: Eine Zielarchitektur für die Energiewende. abgerufen unter https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/zielarchitektur.html am 19.7.2018.

https://www.zeit.de/2012/47/Energiewende-Deutsche-Begriffe-Englisch







https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/zielarchitektur.html


Ziele des Klimaschutzplans der Bundesregierung Zielerreichung ist anspruchsvoll


• Für 2030 sind erhebliche Minderungen vor

allem im Bereich der Energiewirtschaft,

Gebäude und Verkehr zu erreichen

• Wird Verkehr langsamer als geplant

reduziert, müssen Gebäude und

Energiewirtschaft höhere Ziele erreichen

(wäre kosteneffizient)

• Ziele 2050 sind bislang nicht sektoral aufgelöst:

• Emissionen in Landwirtschaft und Industrie

sind sehr aufwendig zu reduzieren, so dass

hieraus eine (nahezu) vollständige

Dekarbonisierung der anderen Sektoren

folgt

Quelle: Projekt E-Navi, gefördert durch BMBF

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Ziele der Energiewende EU, national, BW


Klimagasreduktion Erneuerbare Energien Energieeffizienz

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2020: 20%PE, Ref. Szenario

2030: 27%PE, Ref. Szenario

2050: 41%PE, 2005

Deutschland2

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2020: 20%PE, 2008

2030: 30%PE, 2008

2050: 50%PE, 2008

Baden-Württemberg3

2020: -25%

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2050: -90%

2020: 25%

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2020: 16%EndE, 2010

2030: 32%EndE, 2010

2050: 50%EndE, 2010

1) EU Klima- und Energiepaket 2030, Oktober 2014; Energiefahrplan 2050, 12/2011 2) Integriertes Energie- und Klimaschutzprogramm, 08/2007; Energiekonzept 2011; Klimaschutzplan 2050, 11/2016 3) Klimaschutzgesetz BW, Juli 2013/Integriertes Energie- und Klimaschutzkonzept BW (IEKK), Juli 2014 PE – Primärenergie, EndE – Endenergie

Wo stehen wir?


Klimaschutz und Emissionshandel Deutschland in EU integriert

Treibhausgasemissionen: EU-28 und D


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1990 1995 2000 2005 2010 2015

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Verifizierte Emissionen nonETSVerifizierte Emissionen ETSLinearer MinderungspfadAllokation ETS ohne Backloading

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verfügbare Zertifikate

Verifizierte Emissionen ETSAllokation ETSAllokation ETS ohne Backloading

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verfügbare Zertifikate

Verifizierte Emissionen ETS

Allokation ETS

Allokation ETS ohne Backloading

Datenquellen: UNFCCC, EU EEA

STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW

Klimagasreduktionen

• Wärmesektor ist aktuell führend

• Bei gleichen Emissionsminderungszielen für alle Sektoren (-40%):

• Wärme hat Ziel nahezu erreicht, stagniert aber

• Energieversorgung hat ca. Hälfte erreicht

• Verkehr keine nennenswerten Reduktionen

• Zu erwarten, dass Ziele 2020 nicht mehr erreicht werden können

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch

• Bei Anteil EE ist Stromversorgung führend

• Stromversorgung liegt lt. BMWi „im Plan“

• Wärme und Verkehr haben vor allem langfristig noch erhebliche Strukturveränderungen zu erreichen

9

Status quo Deutschland Klimagasreduktionen und Anteile erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch


-40%

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1990

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EnergieversorgungWärmeVerkehr

Datenquelle: UNFCCC Report 2016

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BruttostromverbrauchEndenergieverbrauch für Wärme und KälteEndenergieverbrauch Verkehr

Datenquelle: AGEE-stat


Erreichung der Minderungsziele (2030) durch Dekarbonisierung der Stromerzeugung in BW

Emissionen gesamt:

• 89,2 Mt. (1990)

• 78,4 Mt. (2016)

- 12,1%

Ziele nach KSG-BW:

Gesamtsumme Treibhausgasemissionen

• -25% (2020)

• -90% (2050)

Reduktionspfade:

• Linear

• Konstante relative Minderung


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Prozesse, Land-, Abfallwirtschaft IndustrieVerkehr Haushalte und GHDWärmekraftwerke (öfftl. Vers.) Zielvorgabe (konstante Anstrengung)

Datenquelle IST-Daten: Statistisches Landesamt Baden-Württemberg


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Mt/

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Prozesse, Land-, Abfallwirtschaft IndustrieVerkehr Haushalte und GHDWärmekraftwerke (öfftl. Vers.) Zielvorgabe (konstante Anstrengung)

11

Erreichung der Minderungsziele (2030) durch Dekarbonisierung der Stromerzeugung in BW

Annahmen: • Vollständige Dekarbonisierung der

Stromerzeugung bis 2030

• Übrige Sektoren unverändert auf Niveau 2016

Ziele nach KSG-BW: • -45% (2030) IEKK

(nur energetische)

• -47% (2030) linearer Pfad

Resultat in 2030: • Verfehlung des Ziels (IEKK) um rund 12 Mt CO2e

bzw. 13 Prozentpunkte

Fazit:

• Umsetzung der Energiewende in allen

Sektoren notwendig!


Zeitraum bis 2020 Zeitraum bis 2050

-25%

-90%

Datenquelle IST-Daten: Statistisches Landesamt Baden-Württemberg

Wärmesektor spielt aufgrund eines breit genutzten Technologieportfolios und bestehender Lock-in-Effekte eine entscheidende Rolle bei Erreichung der Klimaschutzziele

Pfade zur Zielerreichung im Wärmesektor


Pfad zur Einhaltung der Ziele des Klimaschutzplans (2050 90%) Kostenoptimale Sektorverteilung führt 2050 zu höheren Zielen im Wärmesektor

• Ziel des Wärmesektors trifft mittelfristig

(2030) kostenoptimales Ziel gut

• Langfristig (2050) muss bei kostenoptimaler

Verteilung Wärmesektor stärker mindern

• Gleichzeitig hat Energiewirtschaft bei

kostenoptimaler Verteilung erheblich höhere

Minderungsziele zu erreichen


Hebel“ im Wärmesektor sind: • Steigerung der Energieeffizienz • Erhöhung des Anteils Erneuerbare (EE) 0

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Verkehr Industrie LandwirtschaftKli

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2050

"KSP 90" "Optimiert 90"

Quelle: Projekt E-Navi, gefördert durch BMBF

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Wärme Energie-wirtschaft

Verkehr Industrie Landwirtschaft

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2030

"KSP 90" "Optimiert 90"


Steigerung der Energieeffizienz im Gebäudesektor

• Neubau erfolgt mit hohem bis höchstem

energetischem Standard, so dass

Nutzwärmebedarf Neubau kaum Einfluss auf

Gesamtbedarf hat

• Bestandsgebäude dominieren auch langfristig

Nutzwärmebedarf

• Energetische Sanierung sollte Nutzwärmebedarf

für Wohngebäude bis 2040 um rd. 50% senken


Fortschritt wird verzögert, wenn Sanierungszyklen verzögert werden können, da kosteneffizient nur im Zyklus

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JahrMFH Neubau MFH 2002 -2015 MFH 1979-2001 MFH vor 1979 EFH Neubau

EFH 2002 -2015 EFH 1979-2001 EFH vor 1979 Datenreihen9

Quelle: Projekt TGZ InEnergy für MVV Energie AG

Neubau und Bestand


Veränderung der Rolle von Heizungstechnologien Mittelfristige Veränderungen des spezifischen Primärenergiebedarfs

• Energetische Standards für Neubau lassen sich im

Bestand kaum erreichen

• Ohne energetische Sanierung ist Dekarbonisierung im

Wärmesektor nicht möglich

• Kennwerte von fossiler KWK verschlechtern sich mit

zunehmend dekarbonisiertem Strommix

• Wärmeerzeugung auf Strombasis erreicht bei

zunehmend dekarbonisiertem Strommix erheblich

verbesserte Kennwerte


• Zukünftige Umweltwirkungen der Technologien sollten berücksichtigt werden

• Relevante Zielgröße instrumentieren, um wettbewerbliche Balance Effizienz/Einsatz zu erreichen Quelle: Projekt TGZ InEnergy für MVV Energie AG

Spez. Nicht-EE Primärenergiebedarf pro m2 für Mehrfamilienhaus im Bestand

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Brennwert Gas

Mikro-KWK

Luft-WP Gas

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E-KesselNiedrigstenergie-Haus

EnEV 2016

EnEV 2000

Ordnungsrahmen für Neubau (Status Quo)


Kosteneffizienter Pfad zur Zielerreichung in Baden-Württemberg Erdgaseinsatz rückläufig

• Zunächst erhebliche Anstrengungen im

Bereich der Energieeffizienz der Gebäude

• Im Rahmen von Sanierungszyklen und

Neubau kostengünstig

• Teilweise Voraussetzung für

Heizsystemwechsel zu Wärmepumpe,

LowEx-Fernwärme


• Massive Reduktion des Erdgasabsatzes im Verteilnetz

• Zukünftige Rolle als Netz für H2 / synthetisches Methan?

Quelle: Projekt EnSyS BaWü, gefördert durch UM BW


Kosteneffizienter Pfad zur Zielerreichung in Baden-Württemberg Entwicklung Fernwärme: Durch „Vergrünung“ nimmt Bedeutung langfristig zu

• „Vergrünung“ Fernwärme erfordert

mittelfristig erhebliche Umstellungen

• Umstellung auf Großwärmepumpen (PtH)

und Geothermie

• Einsatz von Großwärmepumpen bzw.

Abwärmenutzung erfordert LowEx-Netze

• „Grüne“ Fernwärme bietet langfristig

erhebliche Chancen, da „gleitende“

Umstellung Abnehmer möglich


Quelle: Projekt EnSyS BaWü, gefördert durch UM BW

• Wärmenetze spielen langfristig wichtige Rolle, mittelfristig sind aber Umstellungskosten bei zunächst nur stabilem Absatz Herausforderung


• Vielzahl von Nutzern (Eigentümer, Mieter, Gemeinschaft) und Entscheidungsträger

• Hohe Lock-in-Effekte bzw. Pfadabhängigkeiten

• Zeitliche Abfolge einzelner Maßnahmen und Lebenszyklus der Bauteile im Bestand

entscheiden in erheblichem Maße mögliche Pfade

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Umbau der Wärmeversorgung birgt noch Herausforderungen Komplexität: Pfadabhängigkeiten


Brennw. Kessel

Elektr. WP

Erdgas BHKW

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1. Entscheidung 3. 2.

Zusammenfassung


Spezielle Situation im Wärmesektor

• Wärmesektor muss bereits bis 2030 erhebliche Anteile zur Erreichung der Klimaziele beitragen

• Balance zwischen Energieeffizienz und erneuerbarer Erzeugung im Wärmesektor gebäudespezifisch und komplex

Wichtige Fragen bei Gestaltung der Transformationspfade im Wärmesektor

• Bislang keine stringente Anreizstruktur für Klimaschutz vorhanden

• Chancen der Sektorintegration müssen nutzbar sein

• Direkte Wirkung auf Treibhausgasemissionen könnte sektorintegrierenden, zielgerichteten Ansatz darstellen

• Aufgrund unmittelbarer, individueller Wirkung auf jeden Haushalt sind Verteilungseffekte und soziale

Gerechtigkeit unbedingt zu beachten

• Betrieb von Netzen für leitungsgebundene Energieträger (Gas und Fernwärme) wird zumindest mittelfristig

aufgrund sinkenden Wärmebedarfs wirtschaftlich unter Druck kommen: zukünftige Nutzungen sinnvoll?

20

Zusammenfassung Umbau der Wärmeversorgung birgt noch erhebliche Herausforderungen


Vielen Dank!

Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek

[email protected]

+49 (0) 711 685 – 878 01

Universität Stuttgart

Institut für Energiewirtschaft und

Rationelle Energieanwendung (IER)

Heßbrühlstraße 49a

70565 Stuttgart

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