Wärmewende. Energieeffizienz, Dekarbonisierung, Kraft-Wärme-Kopplung und die leitungsgebundene Wärmeversorgung
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Wärmewende. Energieeffizienz, Dekarbonisierung, Kraft-Wärme-Kopplung und die leitungsgebundene Wärmeversorgung Veranstaltung des Stadtverbands der Münchner Grünen, der Stadtratsfraktion der Grünen/Rosa Liste sowie die der Grünen Fraktion im Bayerischen Landtag » Wärme ohne Kohle – Wege zur Energieversorgung von morgen « Dr. Felix Chr. Matthes München, 22. Juli 2016
Disclaimer • Das Öko-Institut bearbeitet derzeit im Auftrag der Stadt München und der Stadtwerke München unterschiedliche Fragestellungen, die auch die in dieser Präsentation diskutierten Fragestellungen betreffen • Kein Teil dieser Präsentation sowie der zugrundeliegenden Daten und Informationen beruht auf Informationen, die im Rahmen der o.g. Arbeiten der Vertraulichkeit unterliegen
Warum die Energiewende (global) nötig ist Gravierende Folgen ungebremsten Klimawandels
Energiewende in Deutschland Vorreiter (auch) wegen historischer Verantwortung 1.400 CO2 aus anderen Brennstoffen CO2 aus Gasen Wiederaufbau 1.200 CO2 aus Mineralölprodukten Deutsche Vereinigung CO2 aus festen Brennstoffen 1.000 2. Weltkrieg Finanz- und Wirtschaftskrise Weltwirtschaftskrise 800 Mio. t CO2 Energiewende- 1. Weltkrieg Ziele 600 Industrialisierung 400 Daten beinhalten die Deutsche Demokratische 200 Republik (DDR) von 1948-1990 0 1800 1825 1850 1875 1900 1925 1950 1975 2000 2025 2050 2075 2100 CDIAC, UBA, Öko-Institut
Startpunkt der Analysen Emissionsbudgets auf Grundlage des IPCC-AR5 6.000 Budget 2015-2050 5.000 Emissionen 2011-2014 Emissionen 1860-2011 4.000 Gt CO2 3.000 2.000 1.000 0 66% 50% 33% 66% 50% 33% 66% 50% 33%
Langfristige Energiewende- & Klimaschutzziele Zentrale Rahmensetzungen für Politik Treibhaus- Erneuerbare Energien Minderung Energiebedarf Kern- gas- Brutto- Strom- Primär- Gebäude- End- Strom- energie Emissionen Endenergie erzeugung energie Wärme energie verbrauch Verkehr 2011 -41% 2015 -47% 2917 -54% 2019 -60% 2020 -40% 18% 35% -20% -20% -10% -10% 2021 -80% 2022 -100% 2030 -55% 30% 50% 2040 -70% 45% 65% -80 bis 2050 60% 80% -50% -80% -40% -25% -95% Basis 1990 - - 2008 2008 2005 2008 2010 BReg (2010/2011), Öko-Institut
Treibhausgasemissionen in Deutschland Perspektivische Einordnung der Energie-Sektoren Prozesswärme • Energieeffizienz • neue Technologien Stromerzeugung Emissionsanteile • Elektrifizierung (& Gas?) der Raumwärme- Heizwerke • Zukunft der KWK? & Warmwasser- erzeugung • Wärme-Infrastrukturen Sonstige Energiewirtschaft Industrie Gewerbe, Handel, Dienstleistungen Verkehr 18% der gesamten • Energieeffizienz Haushalte Treibhausgasemissionen (2012: ca. 170 Mio. t CO2-Äqu.) • Strom vs. Biokraftstoffe vs. entstehen aus der Raumwärme- Verkehr Wasserstoff – Antriebs- & Warmwassererzeugung Monokultur als Auslaufmodell? Flüchtige Emissionen aus Energiesektoren • wichtige Infrastruktur-Pfad- entscheidungen Industrieprozesse Produktverwendung Strom Raumwärme Landwirtschaft • Energieeffizienz & neue An- • Energieeffizienz wendungen (hoher Bedarf?) • Ablösung des Öl-Segments Abfallwirtschaft • Wind- und PV-geprägt • große Vielfalt CO2-freier • hoher Integrationsbedarf Versorgungsoptionen • neue ökonomische Kalküle • Wärme-Infrastrukturen als • Infrastruktur-Um- & Ausbau UBA, AG Energiebilanzen, wichtige Öko-Institut Integrationsoption
Stromerzeugung und ihre CO2-Emissionen Divergente Entwicklungen 700 700 Import-Saldo 600 2015: 600 Sonstige 30% REG-Anteil 2025: 500 >>40% REG-Anteil 500 Erneuerbare CO2-arme 400 Stromerzeugung 400 Pumpspeicher rückläufig Mio. t CO2 THG-Emissions- Mineralöl TWh 300 minderung nicht 300 auf einer lang- fristig konsistenten Erdgas 200 Trajektorie 200 Steinkohle 100 100 Braunkohle 0 0 Kernenergie CO2-intensive Stromexporte CO2-Emissionen -100 100 1990 2000 2010 2020 Öko-Institut 2016
Stromerzeugung in Deutschland im Kontext eines 95%-THG-Minderungspfads 800 Geothermie Biomasse-Kondensationskraftwerke 700 Biomasse-KWK-Anlagen 600 Solarenergie Windkraft 500 Wasserkraft Andere fossile Kondensationskraftwerke 400 Andere fossile KWK-Anlagen TWh Erdgas-Kondensationskraftwerke 300 Erdgas-KWK-Anlagen 200 Steinkohle-Kondensationskraftwerke Steinkohle-KWK-Anlagen 100 Braunkohle-Kondensationskraftwerke Braunkohle-KWK-Anlagen 0 Kernenergie Stromimport-Saldo -100 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Öko-Institut 2016
Stromerzeugung in Deutschland im Kontext eines 80%-THG-Minderungspfads 800 Geothermie Biomasse-Kondensationskraftwerke 700 Biomasse-KWK-Anlagen 600 Solarenergie Windkraft 500 Wasserkraft Andere fossile Kondensationskraftwerke 400 Andere fossile KWK-Anlagen TWh Erdgas-Kondensationskraftwerke 300 Erdgas-KWK-Anlagen 200 Steinkohle-Kondensationskraftwerke Steinkohle-KWK-Anlagen 100 Braunkohle-Kondensationskraftwerke Braunkohle-KWK-Anlagen 0 Kernenergie Stromimport-Saldo -100 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Öko-Institut 2016
Ambitionierte Klimaschutz-Pfade Raumwärme & Warmwasser (Haushalte & GHD) 3.500 Solarthermie 3.000 Umweltwärme 2.500 biogene Brennstoffe 2.000 Kohle PJ 1.500 Heizöl Fern-und Nahwärme 1.000 Erdgas 500 Strom 0 KS80 KS80 KS95 KS80 KS95 KS80 KS95 KS80 KS95 2008 2020 2030 2040 2050 Öko-Institut, FhG-ISI, Dr. Ziesing
Wärmewende (hier ohne Prozesswärme) Unterschiedliche Dimensionen (1) • Ein Höchstmaß an Energieeffizienz im Gebäudesektor ist strategisch notwendig und (längerfristig) ökonomisch effizient Neubau-Standards (ohne kontraproduktive Anreize der EnEV) Altbausanierung in großer Breite und Tiefe • Was sind die CO2-freien Energieträger zur Abdeckung des (verbleibenden) Wärmebedarfs Fossile Brennstoffe: Substitution von Öl durch Erdgas als Übergangslösung, längerfristige Perspektiven sehr begrenzt KWK (auf Basis CO2-armer Brennstoffe!), v.a. bis 2030 Biomasse: nachhaltiges Potenzial begrenzt (und mit zukünftig starker und Preis treibender Nachfrage aus anderen Sektoren konfrontiert) Solare Wärmeerzeugung: in Kombinationslösungen Geothermie: nach regionalen Gegebenheiten (regenerativer) Strom: als Direkt- und Wärmepumpenanwendung strombasierte Brennstoffe: (auch zukünftig) teuer und begrenzt
Wärmewende (hier ohne Prozesswärme) Unterschiedliche Dimensionen (2) • Leitungsgebundene Wärmeversorgung „Weiter so“ (mit der Hoffnung auf einen „einfachen“ Energieträgeraustausch) ist keine nachhaltige Entwicklungsoption Was ist längerfristig die CO2-freie Basis der Fern- und Nahwärmeversorgung? • regionale und angepasste Lösungen und Konzepte sind unabdingbar Welche Rolle können KWK sowie Fern- und Nahwärme zur infrastrukturellen Sicherung größerer Wärmesenken spielen? • Klare Transformationsstrategien für die unterschiedlichen Entwicklungsvarianten, auch der Infrastruktur müssen entwickelt werden Erzeugung Infrastrukturausbau, -umbau und -anpassung Stromabnahme-Flexibilität und Wärmespeicherung als spezielle Chancen und Herausforderungen
Die Rolle der KWK in der Energiewende Differenzierter Blick auf die Phasen • KWK auf Basis CO2-intensiver Brennstoffe wird keine Rolle mehr spielen können • KWK auf der Basis von Erdgas kann eine mittelfristige Rolle spielen sicher für die Perspektive bis 2030, systemdienlicher Betrieb als zentrale Voraussetzung Sicherung des niedrig-CO2-intensiven Stromerzeugungssegments – vor allem bei Entwicklungen im Kontext starker THG-Emissions- minderungsziele Sicherung infrastrukturell erschlossener Wärmesenken Wirtschaftlichkeit für größere (und langlebige) Anlagen fraglich
KWK-Stromerzeugung in Deutschland Ökonomische Situation der (stromgeführten) KWK 40 COGIXgas 35 COGIXcoal 30 25 20 EUR / MWh(el) 15 10 5 0 -5 -10 01.2003 01.2005 01.2007 01.2009 01.2011 01.2013 01.2015 01.2017 Öko-Institut 2016
Die Rolle der KWK in der Energiewende Differenzierter Blick auf die Phasen • KWK auf der Basis von Erdgas kann eine mittelfristige Rolle spielen andere Anlagenkonzepte werden notwendig • mittlere Anlagen, geringe Mindestleistung • modular aufgebaute Motorenanlagen wirtschaftliche Rahmenbedingungen müssen gestärkt werden • CO2-Preis (reparaturbedürftiges EU-Emissionshandelssystem) • Heizstoffbesteuerung • Marktdesign/Investitionsfinanzierung Flexibilitätspotenzial von KWK, FW/NW muss erschlossen werden • Längerfristige Perspektive von KWK auf Basis CO2-freier Energie- träger ist zumindest fraglich signifikante Rolle auf Basis Biomasse nicht zu erwarten (begrenzte Verfügbarkeit nachhaltiger Biomasse & Sektor-Konkurrenz) Power-to-Gas-KWK als Option mit sehr hohen Brennstoff, d.h. Grenz- kosten: Nischenanwendung zur Ausbalancierung des Stromsystems
Die Rolle der leitungsgebundenen Wärme- versorgung in der Energiewende • Schlüsselfragen der Energiewende im Wärmemarkt welches Maß an Energieeffizienz ist möglich (Energieeffizienz First!)? CO2-freie Wärmeversorgung wird nicht aus einer einzigen Quelle erfolgen können (Abwärme, thermische Solarenergie, Wärmepumpen, Geothermie, Power-to-Heat etc.) – Sammler-Infrastrukturen (mit den entsprechenden technischen/thermodynamischen Parametern sowie mit dem entsprechenden Zugang) werden notwendig infrastrukturell erschlossene Wärmesenken als Flexibilitätsoption für den Stromsektor • Transformation der leitungsgebundenen Wärmeversorgungs- Netzinfrastrukturen notwendig KWK als Option zur mittelfristigen Sicherung bestehender Wärmenetzinfrastrukturen klare Übergangsstrategien für bestehende Wärmenetze werden notwendig Sammlerfunktion der Wärmenetze sollte (auch für die Übergangs- phasen) aktiv adressiert werden
Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Felix Chr. Matthes Energy & Climate Division Büro Berlin Schicklerstraße 5-7 D-10179 Berlin f.matthes@oeko.de www.oeko.de twitter.com/FelixMatthes
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