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 unterliegenWarum 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-InstitutStartpunkt 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-InstitutTreibhausgasemissionen 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
IntegrationsoptionStromerzeugung 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 2016Stromerzeugung 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 2016Stromerzeugung 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 2016Ambitionierte 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. ZiesingWärmewende (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 begrenztWärmewende (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 HerausforderungenDie 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 fraglichKWK-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 2016Die 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 StromsystemsDie 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 werdenBesten 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
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