Die Sonne und das Netz - Herausforderungen der Energiewende - Koordinierungsstelle Erneuerbare Energien
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Die Sonne und das Netz - Herausforderungen der Energiewende Koordinierungsstelle Erneuerbare Energien LYON, 04.12.2012
Agora Energiewende
Anbindung an Europa Markus Steigenberger
Nachfrage Infrastruktur Erzeugung
(Effizienz & (Netze und (EE & resid.
Lastmgmt.) Speicher) KW)
Marktdesign Patrick Graichen
Alexandra
Langenheld Lars Waldmann Heiko Stubner
Gesamthafte Optimierung
Daniel Fürstenwerth
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 2
Energie- und Klimapolitische
Ziele der Bundesregierung
• Minderung THG um 40% bis 2020,
55% bis 2030 (Basis 1990)
• Senkung Primärenergieverbrauch
20% bis 2020
• Atomausstieg bis 2022 (12,1 GW
Leistung in 2011) Energiekonzept September 2010
und Energiewende Juni 2011
• Anteil EE an der Bruttostromnachfrage
35% bis 2020, 50% bis 2030,
80% bis 2050
• Minderung Stromverbrauch 10% bis 2020,
25% bis 2050 (Basis 2008)
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 3
Das deutsche Stromversorgungssystem wird zukünftig Um d
gemäß den Zielen der Bundesregierung weitgehend der St
durch Erneuerbare Energien (EE) geprägt. Obwohl es Energ
bereits einzelne andere Staaten gibt, die ihre Strom- energ
versorgung komplett oder zu sehr hohen Anteilen mit die EE
Erneuerbaren Energien sicherstellen, steht Deutsch- diese
land einer weltweit neuartigen Situation gegenüber. Energ
Die künftige Energieerzeugung Denn bisher stützen sich die anderen Länder vorwie- agent
gend auf regelbare Erneuerbare Energieträger, bei- progn
spielsweise in Form von Staudamm-Kraftwerken. dingu
Diese
Trans
> Energieversorgung weitgehend giesy
Herau
durch neue EE geprägt giewe
> Wetterbedingt fluktuierende
Die Er
Einspeisung im Jah
die St
> Räumliches und zeitliches komp
Zieht
Auseinanderfallen von Erzeugung öffen
In Deutschland werden hingegen die wetterabhän-
und Bedarf gigen Energieträger Windkraft und Photovoltaik die
ziele
Stund
Hauptsäulen der Stromproduktion darstellen. Dies
aller S
> Chance: Wenn sie hier gelingt, ist bedeutet neue Herausforderungen, um die Sicherheit
Strom
der Stromversorgung dauerhaft zu gewährleisten,
Ande
eine Energiewende grundsätzlich denn steigende Anteile Erneuerbarer Energien bedeu-
aller S
ten ein zunehmendes zeitliches Auseinanderfallen von
überall auf der Welt möglich Stromproduktion und -verbrauch. Gleichzeitig liegt
Zeiten
darin aber auch eine große Chance: Wenn es Deutsch-
land als viertgrößter Volkswirtschaft der Welt gelingt,
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann eine sichere und bezahlbare Stromversorgung auf der 4
Basis fluktuierender Erneuerbarer Energieträger auf-
ten Szenariorahmens, der die Basis für den aktuellen Zum
Entwurf des Netzentwicklungsplans (NEP) ist. Die dass
AnnahmenEnergien
Erneuerbare hinsichtlich des EE-Ausbaus und des täts
Strombedarfs
Szenario sind in der folgendenStrom
B Netzentwicklungsplan Tabelle 2012
zusam- ein
mengefasst: ihre
Mög
Installierte Leistung 2010 2022
für 2
Wasserkraft 4,4 GW 4,7 GW
Wind (Onshore) 27,1 GW 47,5 GW
Wind (Offshore) 0,1 GW 13,0 GW
→ Für
Photovoltaik 17,3 GW 54,0 GW eine
Biomasse 6,3 GW 8,4 GW Schw
Andere EE 0,0 GW 2,2 GW schu
Summe EE 55,3 GW 129,8 GW
Nettostrombedarf 535,4 TWh 535,4 TWh Die ve
Jahreshöchstlast 84,0 GW 84,0 GW stellt a
sung u
Quelle: Bundesnetzagentur, Genehmigung Szenariorahmen, Az. 8121-
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 5
chend
en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und
Leistung (G
50
Biomasse). Auch in diesen Zeiten muss die Versor- 40
gungssicherheit gewährleistet sein. 30
Beispiel 1: EE-Einspeisung und Nachfrage 20
bei Durchzug
Aus dieser eines
Analyse
Erneuerbare ErzeugungWindgebiets
leiten sich zentrale Herausforde-(Anfang
und Strombedarf, 2020, Meteo-Jahr
100
Februar)
2011, 6. Kalenderwoche 10
rungen90ab, vor denen die Energiewende in Deutsch-
0
Mo Di
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 2022, Meteo-Jahr 2011, 5. Kalenderwoche
100 land in80den nächsten Jahren stehen wird, wie zum
Biomasse
Biomasse Grundlast
Grundlast
90
Beispiel:
100 Wie
Erneuerbare
70
sieht der residuale Kraftwerkspark mit
Erzeugung und Strombedarf, 2022, Meteo-Jahr 2011, 2. Kalenderwoche Biomasse
Biomasse wärmegeführt
wärmegeführt
Biogas flexibel
Biomasse Grundlast
Biogas flexibel
Leistung (GW)
konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen-
60 Biomethanwärmegeführt
flexibel
Biomasse
90 Biomethan flexibel
Wasserkraft
80 Biogas flexibel
50 Wasserkraft
Onshore-Wind
den80 Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst?
Biomethan flexibel
Offshore-Wind
Onshore-Wind
Wasserkraft
Photovoltaik
70 40
Offshore-Wind
Mit welchem Marktdesign schaffen wir den erfor-
Onshore-Wind
70 konv. Kraftwerke
Offshore-Wind
Photovoltaik
Strombedarf
30
60 Photovoltaik
Leistung (GW)
konv. Kraftwerke
derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral
ohne Bahnstrom und Arealnetze
60
Leistung (GW)
konv. Kraftwerke
20 Strombedarf
Strombedarf
kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt
50 50 ohne
ohne Bahnstrom
Bahnstrom und und Areal
Arealnetze
10
40
werden
40 0 und in welchem Umfang brauchen wir groß-
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Wochentag Erneuerbare Erzeugung und S
30 räumige
30
Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener-
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
gie, wenn die wetterabhängige Einspeisung großer
20 90
20 Im Auftrag von
10 80 Im Auftrag von
10 Mengen Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer
0 70
0 öfter übersteigt?
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Wie sieht
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das optimale
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Leistung (GW)
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Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA Fr Sa So 60
spiel von Erzeugung, Übertragung,
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Wochentag Speicherung und 50
Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit,
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann
40
6
Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 30
en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und
Leistung (
50
Biomasse). Auch in diesen Zeiten muss die Versor- 40
gungssicherheit gewährleistet sein. 30
Beispiel 2: EE-Einspeisung und Nachfrage 20
in einer sonnigen
Aus dieser Analyse leitenFrühlingswoche
Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 2020, Meteo-Jahr(Anfang
sich zentrale Herausforde-
100 April)
2011, 6. Kalenderwoche 10
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Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
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Erneuerbare in80den nächsten Jahren
und Strombedarf, stehen
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Beispiel:
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Wie
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Erzeugung der
und residuale Kraftwerkspark
Strombedarf, 2022, mit
Meteo-Jahr 2011, 2. Kalenderwoche Biomasse wärmegeführt
Biomasse wärmegeführt
Biogas flexibel
Biomasse Grundlast
Leistung (GW)
Biogas flexibel
konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen-
60 Biomethan flexibel
Biomasse wärmegeführt
90 Biomethan flexibel
Wasserkraft
80 50 Biogas flexibel
Onshore-Wind
den80 Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst?
Wasserkraft
Biomethan flexibel
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Onshore-Wind
Wasserkraft
40 Photovoltaik
70
Mit70 welchem Marktdesign schaffen wir den erfor-
30
Offshore-Wind
Onshore-Wind
konv. Kraftwerke
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Strombedarf
derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral
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Leistung (GW)
ohne
konv.Bahnstrom und Arealnetze
Kraftwerke
60
Leistung (GW)
20 konv. Kraftwerke
Strombedarf
Strombedarf
50
kann
50 und
10 sollte Versorgungssicherheit hergestellt ohne
ohne Bahnstrom
Bahnstrom und und Arealn
Arealnetze
40 werden
40 0 und in welchem Umfang brauchen wir groß-
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Wochentag Erneuerbare Erzeugung und S
30 räumige
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Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener-
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
20 gie,
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wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 90
Im Auftrag von
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Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer
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öfter übersteigt? Wie sieht das optimale Zusammen-
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Leistung (GW)
Wochentag 60
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spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Wochentag 50
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, 40
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 7
Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 30
en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und
Leistung (
50
Biomasse). Auch in diesen Zeiten muss die Versor- 40
gungssicherheit gewährleistet sein. 30
Beispiel 3: EE-Einspeisung und Nachfrage 20
in einer Hochsommerwoche
Aus dieser Analyse leiten sich zentrale (Mitte
Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 2020,
100
Meteo-JahrAugust)
Herausforde-
2011, 6. Kalenderwoche 10
rungen90ab, vor denen die Energiewende in Deutsch-
0
Mo Di
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
land Erzeugung
Erneuerbare in80den nächsten Jahren
und Strombedarf, stehen
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Beispiel:
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Wie
Erneuerbare sieht
Erzeugung der
und residuale Kraftwerkspark
Strombedarf, 2022, mit
Meteo-Jahr 2011, 2. Kalenderwoche Biomasse wärmegeführt
Biomasse wärmegeführt
Biogas flexibel
Biomasse Grundlast
Leistung (GW)
Biogas flexibel
konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen-
60 Biomethan flexibel
Biomasse wärmegeführt
90 Biomethan flexibel
Wasserkraft
80 50 Biogas flexibel
Onshore-Wind
den80 Anteilen Erneuerbarer Energien zusammenpasst?
Wasserkraft
Biomethan flexibel
Offshore-Wind
Onshore-Wind
Wasserkraft
40 Photovoltaik
70
Mit70 welchem Marktdesign schaffen wir den erfor-
30
Offshore-Wind
Onshore-Wind
konv. Kraftwerke
Offshore-Wind
Photovoltaik
Strombedarf
derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral
60 Photovoltaik
Leistung (GW)
ohne
konv.Bahnstrom und Arealnetze
Kraftwerke
60
Leistung (GW)
20 konv. Kraftwerke
Strombedarf
Strombedarf
50
kann
50 und
10 sollte Versorgungssicherheit hergestellt ohne
ohne Bahnstrom
Bahnstrom und Areal
und Arealnetze
40 werden
40 0 und in welchem Umfang brauchen wir groß-
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Wochentag Erneuerbare Erzeugung und S
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Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
20 gie,
20
wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 90
Im Auftrag von
80 Im Auftrag von
10 Mengen
10
Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer
70
öfter übersteigt? Wie sieht das optimale Zusammen-
0
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Leistung (GW)
0 Wochentag 60
Mo Di Mi Do Fr Sa So
spiel von Erzeugung, Übertragung, Speicherung und
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Wochentag 50
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, 40
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 8
Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 30
en zur Verfügung (weitgehend aus Wasserkraft und
Leistung (
50
Biomasse). Auch in diesen Zeiten muss die Versor- 40
gungssicherheit gewährleistet sein. 30
Beispiel 4: EE-Einspeisung und Nachfrage 20
bei anhaltender
Aus dieser Analyse Windflaute
leiten sich zentrale (Ende November)
Herausforde-
Erneuerbare Erzeugung und Strombedarf, 2020, Meteo-Jahr 2011, 6. Kalenderwoche
100
10
rungen90ab, vor denen die Energiewende in Deutsch-
0
Mo Di
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
land Erzeugung
Erneuerbare in80den nächsten Jahren
und Strombedarf, stehen
2022, wird,2011,
Meteo-Jahr wie46.zumKalenderwoche
Biomasse Grundlast
Beispiel:
100
70
WieErzeugung
Erneuerbare sieht der und residuale Kraftwerkspark
Strombedarf, 2022, mit
Meteo-Jahr 2011, 2. Kalenderwoche
Biomasse Grundlast
Biomasse wärmegeführt
Biomasse
Biogas flexibelwärmegeführt
90
Leistung (GW)
konventionellen Energieträgern aus, der mit wachsen-
60 Biomasse Grundlast
Biogas flexibel
Biomethan flexibel
Biomasse
Wasserkraftwärmegeführt
90 Biomethan flexibel
80 50 Biogas flexibel
Onshore-Wind
den80 Anteilen
40
Erneuerbarer Energien zusammenpasst? Wasserkraft
Biomethan flexibel
Offshore-Wind
Onshore-Wind
Wasserkraft
Photovoltaik
70
Mit70 welchem
30
Marktdesign schaffen wir den erfor- Offshore-Wind
konv. Kraftwerke
Onshore-Wind
Strombedarf
Offshore-Wind
Photovoltaik
derlichen Umbau des Energiesystems? Wie dezentral
ohne Bahnstrom und Arealnetze
Photovoltaik
60
Leistung (GW)
konv. Kraftwerke
60
Leistung (GW)
20 konv. Kraftwerke
Strombedarf
kann und sollte Versorgungssicherheit hergestellt
Strombedarf
50 50 10 ohne
ohne Bahnstrom
Bahnstrom und Areal
und Arealnetze
40 werden
40 0 und in welchem Umfang brauchen wir groß-
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Wochentag Erneuerbare Erzeugung und S
30 räumige
30 Verbünde? Wie speichern wir künftig Ener-
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
100
20 gie,
20
wenn die wetterabhängige Einspeisung großer 90
Im Auftrag von
80
10
Mengen Wind- und Solarstrom die Nachfrage immer
10 Im Auftrag von
70
öfter übersteigt?
0
Mo Di Wie sieht Mi das DooptimaleFr Zusammen- Sa So
Leistung (GW)
0 Wochentag 60
Mo
spiel von Erzeugung, Übertragung,
Di Mi Do
Speicherung und
Fr Sa So
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Wochentag 50
Datenquellen: ENTSO-E, DWD, SODA
Lastmanagement mit Blick auf Klimafreundlichkeit, 40
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 9
Versorgungssicherheit und Gesamtkosten aus? Und 30Räumliche Verteilung
von Last und Erzeugung im Stromnetz
-500 9000 -500 9000
Leistungsbilanz 2012 (MW) Leistungsbilanz 2022 (MW)
Leistungsbilanz zum Zeitpunkt höchster Netzbelastung in MW
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 10Herausforderung Stromnetze
• Einheitliche Gridcodes und Kommandos
• Anforderungsprofil für VN Betreiber
• Übertragungsnetze (ÜN) und Verteilnetze
(VN) aufeinander abstimmen
• Betriebsmittelüberwachung
• Netze intelligenter machen
• Automatische Steuerung
• Standardlastprofile anpassen
• Prognosefehler minimieren
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 11Versorgungssicherheit
Anzahl der „Eingreif- und Gefährdungs“ – Tage mit Maßnahmen gemäß EnWG
175 197 160 213 159
Quelle: 50 Hertz August 2012
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 12Installed PV Capacity in Germany
§ Currently installed volume: 31 GW
§ Expected by 2015: 45 – 50 GW
PV Kapazität in GW (kummuliert)
50
40
30
20
10
0
Dec-09 Dec-10 Dec-11 Dec-12 Dec-13e Dec-14e Dec-15e
Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 13Kostensenkung durch:
• Skaleneffekte
• Neue Technologien für
Komponenten und
Produktion
Investitionen für:
• F&E
• Produktionstechnik
Quelle: Adapted from National Renewable Energy Laboratory
Berlin, Dezember 2012 | Lars WaldmannGlobales Wachstum des PV-Marktes Quelle: EPIA / Global market outlook for photovoltaics until 2014 / Policy-driven scenario Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann
Ausgleichsoptionen für fluktuierende Erzeugung aus Wind und Sonne • Lastmanagement • Einspeisemanagement • Flexibilisierung residualer Karftwerkspark • Leitungsbau • Sektoraler Ausgleich • Import / Export • Speicher Berlin, Dezember 2012 | Lars Waldmann 16
Agora Energiewende
Rosenstraße 2 | 10178 Berlin
T +49. (0)30. 284 49 01-00
F +49. (0)30. 284 49 01-29
agora-energiewende.de
info@agora-energiewende.de
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