Wärmewende 2030 Schlüsseltechnologien zur Erreichung der mittel- und langfristigen Klimaschutzziele im Gebäudesektor - Klimaschutz- und ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Wärmewende 2030 Schlüsseltechnologien zur Erreichung der mittel- und langfristigen Klimaschutzziele im Gebäudesektor Matthias Deutsch HANNOVER, 23. AUGUST 2017
Agora Energiewende – Wer wir sind
Think Tank mit etwa 30 Mitarbeitern
unabhängig und überparteilich
Projektdauer 2012 - 2021
Gesellschafter und Haupt-Finanziers:
Stiftung Mercator & ECF
Aufgabe: Die Energiewende in
Deutschland und weltweit zur
Erfolgsgeschichte machen
Methoden: Analysen, Studien,
Expertenaustausch, Dialog der
Entscheidungsträger, Rat der Agora
2
Wärmewende 2030
Auftragnehmer: Fraunhofer IWES und IBP
Übergeordnete Frage:
Wie können wir das 2030er-Klimaziel (-55% THG-Emissionen) im
Wärmesektor erreichen?
Welche Pfade schließen -95% THG-Emissionen bis 2050 nicht aus?
Methodischer Ansatz:
Szenarienvergleich 2030/2050
▪ Trend: Energiereferenzprognose, Projektionsbericht, Branche
▪ Ziel: Klimaschutzszenarien, Szenarien v. Fh-IWES und Fh-ISE
Sensitivitätsrechnungen 2030 mit Optimierungsmodell
▪ Wichtige Nebenbedingungen: -55% THG; -38% Nicht-ETS
3
Szenarienvergleich
2030/2050
4
Die drei Säulen zur Dekarbonisierung der Gebäudewärme sind:
(1) Energieeffizienz, (2) objektnahe erneuerbare Wärme und
(3) dekarbonisierte Wärmenetze.
Beispiel einer 40 %-Verringerung des Endenergieverbrauchs in TWh/Jahr
Endenergie-Einsparung: 40 bis 60% bis
2050 nach Energieeffizienzstrategie
Gebäude des BMWi
Objektnahe erneuerbare Wärme hat
Restriktionen bei Umweltwärme, Biomasse,
Solarthermie
Dekarbonisierte Wärmenetze haben
Restriktionen bei Wärmedichte, Geothermie,
Freiflächensolarthermie, Wärmepumpen.
Fh-IWES/IBP (2017)
5
1. Säule – Energieeffizienz!
Szenarienvergleich: Gebäudewärmeverbrauch Endenergie in TWh/Jahr
Gap-Analyse: große Hemmnisse in
Trendszenarien; Zielszenarien weisen
Bandbreiten von -40% bis -66%
2008 2011 2012 2030 2050 gegenüber 2008 auf
Trend Klimaziel * Trend Klimaziel *
TWh/Jahr
-80% -95% -80% -95%
1000 Geringer Anteil des Neubaus
857
795 788
800 706
(Wirkung EnEV ->
683
565
Primärenergieeinsparung)
547
600 632
521 im Vergleich zu Bestandsgebäuden
547 385
400 487
353
200 291 Die Trendentwicklung bei
Gebäudewärmeeffizienz ist
0
unzureichend
Fh-IWES/IBP (2017) * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85%
6
2. Säule – dekarbonisierte Wärmenetze!
Szenarienvergleich: Anteil von Wärmenetzen am Endenergiebedarf der Gebäude
Potenzial zum Ausbau der Wärmnetze
von heute 10% auf 23% in 2050
Anteil 2012 2013 2014 2030 2050
Wärmenetze EE-Wärme in Netzen:
Trend Klimaziel * Trend Klimaziel *
[%]
-80% -95% -80% -95% Rolle der KWK, Elektrodenkessel vs.
30% Groß-Wärmepumpe, Groß-Solarthermie,
20,7%
23,0% Tiefengeothermie
20% 15,8% 20,5%
15,0% 15,4%
9,6% 9,8% 10,1% 11,1%
14,0% Temperaturabsenkung notwendig
12,8% 13,0%
10%
9,2%
Die Trendentwicklung bei
0%
Wärmenetzen ist unzureichend,
insbesondere für einen -95%-THG-Pfad
Fh-IWES/IBP (2017) * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85% bis 2050.
7
3. Säule – objektnahe Wärmeversorgung:
Die größten Potenziale objektnaher erneuerbarer Wärme liegen
bei Wärmepumpen
Beispiel einer 40 %-Verringerung des Endenergieverbrauchs und objektnahe Erneuerbaren-Potenziale in TWh/Jahr
Solarthermie und Biomasse
haben geringere Potenziale als
Wärmepumpen
Daten stammen aus:
Energieeffizienzstrategie
Gebäude des BMWi.
für Erdwärmepumpen (186 TWh)
aus Beuth/ifeu (2017): Ableitung
eines Korridors für den Ausbau
der erneuerbaren Wärme im
Gebäudebereich
Hinzu kommt das Potenzial von
Luftwärmepumpen.
Fh-IWES/IBP (2017)
8
Wärmepumpe als Schlüsseltechnologie zur Erreichung des
Klimaziels im Wärmesektor ist konsistent über alle
ausgewerteten Szenarien
Anzahl der Wärmepumpen im Szenarienvergleich und Wärmepumpenlücke
Wärmepumpen bieten kosteneffizienten
Klimaschutz wegen ihrer hohen Effizienz bei
der Erzeugung von Wärme.
In den Ziel-Szenarien sind im Jahr 2030
3,6 bis 8,1 Millionen Wärmepumpen
installiert.
Wärmepumpenabsatz pro Jahr steigt in
den Trendszenarien um rund 60 Prozent,
müsste sich jedoch verfünffachen.
Wärmepumpenlücke:
ca. 4 Mio. Wärmepumpen fehlen in 2030
Ein Teil der Wärmepumpen in Einzelobjekten kann auch
Fh-IWES/IBP (2017) in Form von Nahwärmenetzen zusammengefasst werden.
9
Die Klimaschutzziele sind nur erreichbar bei einer hohen
Durchdringung von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden
Anzahl der Wärmepumpen im Szenarienvergleich (ab 2030: Altbau vor 2010)
Im Trend werden für 2030 rund 1 bis 2 Mio.
Wärmepumpen im Altbau erwartet
Wärme- (d.h. Baujahr vor 2010).
pumpen
[Mio.] 2013 2014 2015 2030 2050
Trend Klimaziel * Trend Klimaziel *
Für den -80%-Pfad bis 2050 werden
-80% -95% -80% -95%
16 im Jahr 2030 aber rund 3 bis 6 Millionen
14,2
Wärmepumpen im Altbau benötigt
12,3
12
11,0
6,8
Für den -95%-Pfad bis 2050 werden
8 6,2
7,3 2030 rund 5 bis 7 Mio. Wärmepumpen im
4 4,8 2,5
Altbau benötigt.
1,8
0,5 0,6 0,7 2,6
0 0,7
Die größte Herausforderung für Wärme-
pumpen besteht in der Notwendigkeit einer
hinreichenden Gebäudeeffizienz.
Fh-IWES/IBP (2017) – Datenanhang * Klimaziel -80% umfasst -80% bis -85%
10Sensitivitäts-
rechnungen 2030
11Ein klimagerechter Gebäudewärmemix für 2030
Gebäudewärme-Mix 2015 und 2030 mit zwei verschiedenen Ambitionsniveaus für Wärmepumpen als Anteile am Wärmeverbrauch in %
Der klimagerechte
Gebäudewärmemix im Jahr
2030 besteht aus rund 40 %
Gas, 25 % Wärmepumpen
und 20 % Wärmenetzen –
aber kaum noch Öl.
Um ein 95 %-Ziel im Jahr
2050 nicht auszuschließen,
bedarf es weiterer
Anstrengungen.
.
Fh-IWES/IBP (2017)Zum Erreichen der Klimaziele muss sich der Absatz von
Wärmeerzeugern erheblich wandeln – vor allem hin zu
mehr Wärmepumpen.
Absatz von Wärmeerzeugern (Struktur in Prozent und Summe in Tausend pro Jahr) am Beispiel des Zielszenarios ISWV-83
740 492 500 947 871 953 966 771 712 624 733 523 448 800 681 580
100%
7%
13%
10% 25% 26%
36% 32% 35%
80% 39% 42% 44% 41% 44%
23% 49% 47% 50% Wärmepumpen
2%
18% 10% 64%
13% 3%
60% Öl-Kessel
13% 9% 10% 0%
15% 12% 10% 8%
29% 8% 1%
73% 23% 12% 14% 9%
24% Gas-Kessel
40% 15% 14% 12%
26% 18% 52% 0%
14% 38% 7%
37%
24% 29% Sonstige (Biomasse-Kessel,
20% 26% 21% 24% 28% 18%
18% 23% 26% BHKW, Strom direkt)
13% 17%
5% 11% 10% 10% 9%
14% 11% 11% 11% 11% Fernwärme
4% 8% 8% 9% 8% 9% 7%
0%
2015 2020 2025 2030
Hinweis: Annahme Kesselaustausch nach 25 Jahren. Die Absatzzahlen kommen aus dem Szenario ISWV-83 von Fraunhofer-IWES
mit 4,9 Mio. Wärmepumpen in 2030 und einer Treibhausgasminderung bis 2050 von minus 83 % ggü. 1990.Die Energieträger zusammen denken:
Öl-/Gas-Hybrid-Luft-Wärmepumpen bieten die Möglichkeit,
Klimaschutz, Flexibilität und Effizienz zusammenzubringen
Zusammensetzung der Wärmeerzeugung (Haushalte und Gewerbe) in TWh/Jahr 2030 durch hohe Anteile fluktuierender EE
350 hoher Flexibilitätsbedarf – auch bei Abbau aller
Müll sonstigen Hemmnisse
Wärme- 300
verbrauch in
Biomasse (mit/ohne KWK) Hybride bzw. bivalente Systeme ermöglichen
TWh/ Jahr Flexibilität und ein effizientes Gesamtsystem
250 Ölkessel - Bestand
• Industrie-KWK + Elektrodenkessel
Gaskessel - Bestand
200
• Fernwärme-KWK +
Gaskessel - Zubau
Elektrodenkessel/Groß-WP
150
Erdwärmepumpe
• hybride/bivalente Wärmepumpen
100 monovalente Luft-
Wärmepumpe Unflexible Wärmepumpen können
50 bivalente Luft-Wärmepumpe nicht mehr gut ins System integriert werden
Fernwärme-KWK mit • Wärmespeicher
0 Solarthermie
KWK Wärme-
Basis KK Sonstige KWK-Bestand • Variable Stromtarife
pumpen Systeme
• Flexibilität ist eine entscheidende
Fh-IWES/IBP (2017) Voraussetzung
14Für 2030 brauchen wir ein Erneuerbaren-Ziel von mindestens
60% am Bruttostromverbrauch.
Erneuerbare-Energien-Anteil
am Bruttostromverbrauch [%]
80%
kostenoptimaler
Erneuerbare-Energien-
Für 2030 brauchen wir Anteil zur
ein Erneuerbaren-Ziel 60%
60% Klimazielerreichung
von mindestens 60% am
Bruttostromverbrauch. 2030 *
45% 55%
Ziele
Zieleder
Bundesregierung
40% gemäß EEG 2017
gemäß EEG 2017
40%
32%
20% EE-Anteil am
Bruttostrom-verbrauch
0%
2010 2020 2030 2040 * -55 % Treibhausgasemissionen
insgesamt gegenüber 1990 und -38 %
im Nicht-ETS-Bereich gegenüber 2005
Fh-IWES/IBP (2017)Ergebnisse auf einen Blick
Der Wärmesektor braucht den Ölausstieg: Der klimagerechte
und kosteneffiziente Gebäudewärmemix im Jahr 2030 enthält rund
1
40 Prozent Gas, 25 Prozent Wärmepumpen und 20 Prozent
Wärmenetze – aber fast kein Öl.
Effizienz entscheidet: Der klimagerechte Gebäudewärmeverbrauch
2
im Jahr 2030 ist um ein Viertel kleiner als 2015. Die Trendentwicklung
bei der energetischen Sanierung ist unzureichend. Eine hinreichende
Gebäudeeffizienz ist insbesondere notwendig für Wärmepumpen.
Die Wärmepumpenlücke: In Trendszenarien werden bis 2030 rund
3 zwei Millionen Wärmepumpen installiert – gebraucht werden aber
bis dahin fünf bis sechs Millionen, darunter auch bivalente Systeme.
Erneuerbarer Strom für die Wärmepumpen: Für 2030 brauchen
4 wir ein Erneuerbare-Energien-Ziel von mindestens 60 Prozent am
Bruttostromverbrauch.
16Dezentral-zentrales Wärmeversorgungskonzept für 130 neue
Gebäude ohne fossile Energie: Kassel „Zum Feldlager“
Wärmeversorgung „Zum Feldlager“ Siedlung: KfW-70-Standard,
Gesamt-Heizwärmebedarf 1.750 MWh/a
Partner: Fh-IBP, Uni Kassel,
SW Kassel, AGFW, documenta Stadt
Ziel der Studie: Variantenvergleich mit
dem Stand der Technik (Gas-BW + Solarthermie)
Trinkwarmwasser: ~45°C EFH / ~60°C MFH
dezentral mit Solarthermie und elektrischer
Nachheizung im Winter
Raumwärme: Nahwärmenetz ~40°C mit
zentraler Wärmepumpe und solarthermischer
Regeneration des Erdwärmefeldes im Sommer
Heute schon ca. 5% günstiger als Gas-
Brennwertkessel
Übertragbar auf (fast alle) Neubausiedlungen,
Schmidt (2017): Wärmewende 2030, Präsentation vom 15.02.2017 auch geeignet für die Umsetzung im Bestand.
https://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2016/Sektoruebergreifende_EW/01b_Schmidt_Foliensatz_15022017.pdf
http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2015/th2015_05_04.pdfAgora Energiewende T +49 (0)30 700 1435 - 000 Abonnieren sie unseren Newsletter unter
Anna-Louisa-Karsch-Str.2 F +49 (0)30 700 1435 - 129 www.agora-energiewende.de
10178 Berlin www.agora-energiewende.de
www.twitter.com/AgoraEW
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Haben Sie noch Fragen oder Kommentare? Kontaktieren
Sie mich gerne:
matthias.deutsch@agora-energiewende.de
>> download
Agora Energiewende ist eine gemeinsame Initiative der
Stiftung Mercator und der European Climate Foundation.Backup
Methodik: Szenarienvergleich und Sensitivitätsrechnungen
. Fh-IWES/IBP (2017)
20Robuste Pfade – um ein ambitioniertes 2050er-Ziel nicht
auszuschließen
Entwicklung des Wärmepumpenbestands in Millionen Beispiel aus der Studie ISWV von Fh-IWES:
hohe Restriktionen durch Altersstruktur da
Nur ein hohes
viele Heizkessel älter als 25/30-Jahre sind
20 Wärmepumpen-
Installierte Niveau 2030 hält Die gestrichelten Entwicklungspfade
Wärme- die Option offen,
auch 2050 ein
unterstellen, dass Heizungssysteme nicht vor
pumpen 15 Ende ihrer eigentlichen technischen
hohes Niveau
[Mio.] erreichen zu Lebensdauer ersetzt werden. Diese beträgt bei
können. fossilen Kesseln 25 Jahre.
10 Das entsprechende hohe Niveau in den
Historisch
Klimaschutzszenarien (KSz 95, Öko-Institut
et al. 2015) liegt bei rund 6 Mio.
5 Klimaziel -95% - Wärmepumpen (2030), um bis 2050 dann rund
ISWV-95 14 Mio. zu erreichen.
Klimaziel -80% -
Daher werden 2030 mindestens 6 Mio.
ISWV-83
0 Wärmepumpen benötigt, um das
2010 2020 2030 2040 2050 ambitionierte 2050er-Ziel nicht auszuschließen.
Fh-IWES/IBP (2017)
21Der Szenarienvergleich beinhaltet Stromverbrauch durch
Wärmeanwendungen in Haushalten, Wärmenetzen und
in der Industrie.
Stromverbrauch durch Wärmeanwendungen in TWh/Jahr Die hier betrachteten Zielszenarien* beinhalten:
teilweise dezentrale Heizstäbe in Kesseln oder
Mini-BHKW,
teilweise netzgebundene Großwärmepumpen,
langfristig einheitlich Power-to-Heat
(Elektrodenkessel) netzgebunden,
teilweise Power-to-Heat in der Industrie,
Industrie-Großwärmepumpen als
Schlüsseltechnologie,
im Fall der 95-%-Szenarien neue elektrische
Verfahren zum Ersatz fossiler Prozesswärme,
Fh-IWES/IBP (2017)
die aber sehr uneinheitlich bewertet werden.
Für 2030 unterscheidet sich die Bedeutung der
Stromanwendungen stark darin, wie frühzeitig
potenzielle Windkraft- und Photovoltaik-
Fh-IWES/IBP (2017) Abregelung relevant wird..
* Zum Vergleich: Im Basisszenario der Langfristszenarien beträgt der dezen-
22
trale Wärmepumpenstrom 2030 etwa 19 TWh und 2050 rund 28 TWh.Robuste Pfade – um ein 2030er-Ziel sicher zu erreichen, bei
Defiziten in einzelnen Maßnahmen
Anzahl installierter Wärmepumpen im Jahr 2030 in Millionen Die Dekarbonisierung mithilfe von
Wärmepumpen kann helfen, Defizite bei
Gebäudedämmung und Elektromobilität bis
6 2030 zu kompensieren
Anzahl 5,0
Wärme- 5 4,3
pumpen 4 3,9
3,6 Mindestens 5 Mio. Wärmepumpen sind in
[Mio.] 2,9
3 2030 notwendig (Untergrenze)
2
1 Hohe Bedeutung der Bestandsgebäude
0
Basis KK Basis Dämm- Emob- Flex-
KK+Gas
Bestand Neubau
Fh-IWES/IBP (2017)
23Kommt es durch Wärmepumpen zu einer Erhöhung der
Strom-Spitzenlast?
Installierte Kraftwerksleistung (GW) und annuitätische Kosten (€/kWel/a) Beispiel 2030 (Rückkopplung Gesamtsystem,
außentemperaturabhängige COP, ein
Wetterjahr)
• Szenario Dämm(-): ineffizientere WP, die
mehr Wärme bereitstellen
• Szenario E-Mob(-): mehr Wärmepumpen
• Szenario Flex(-): weniger, aber unflexible
WP
Im Modell werden Erd- und Hybrid-
Wärmepumpen und wenig monovalente Luft-
WP ausgeprägt -> Forschungsbedarf
Kosten für zusätzliche Gasturbinen sind
gering; durch Rückgang von Nachtspeicher-
Heizungen kaum Anstieg der Höchstlast
Fh-IWES/IBP (2017)
24Effizienz von Wärmepumpen in Bestand und Neubau (EFH)
Wärmebedarf Heizwärmebedarf Warmwasserbedarf JAZ COP (-5°C) RW COP (-5°C) TWW
[kWh/m²*a] JAZ / COP
250 6,0
200 5,0 5,0
4,5
4,21 4,0
150 3,81
3,4 3,6
3,0
100 2,3 2,3
2,12 2,2 2,0
1,7 1,7
50 1,0
0 0,0
Unsaniert Fenster+Dach Fenster+Dach Saniert nach EnEV 2009 EnEV 2009
saniert saniert EnEV
2009
Heizkörper Niedertemperatur-Radiator Niedertemp. Fußboden
-Radiator -heizung
Luft-Wärmepumpe Erd-Wärmepumpe
Bestandsgebäude vor 1978 Neubau
Fh-IWES/IBP (2017)
25Gebäudeklassen in der Modellierung
Fh-IWES/IBP (2017)
26Sie können auch lesen
