LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende Klaus Görner Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Universität Duisburg-Essen und Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 1 Gas- und Wärme-Institut e.V. Essen Energiegespräch 2015 Von der Energiewende heute zur Stadt der Zukunft 19. März 2015 Römermuseum, Haltern am See Energieversorgung – gestern, heute, morgen LUAT Übergeordnete Anforderungen Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klimaschutz Klaus Görner Energieversorgung Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 2 Wirtschaftlichkeit Gesellschaft Versorgungssicherheit Stromerzeugungsportfolio vor der Energiewende LUAT Stromerzeugung nach Primärenergieträgern Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Steinkohle Strom Sonst. Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 3 Braunkohle Gas EE Kernenergie Stromerzeugungsportfolio vor der Energiewende LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Stromerzeugung nach Primärenergieträgern in D und NRW 2005 Deutschland NRW Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Erneuerbare 5% Klaus Görner Quelle: BMWi, Energiedaten, 2014 Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 4 Stromerzeugung D [%] Kernenergie Braunkohle Steinkohle Gas Erneuerbare Sonst. 2005 26,2 24,7 21,5 11,7 10,6 5,2 Quelle: EnergieAgentur.NRW, Energie.Daten NRW 2010 Stromerzeugung NRW [%] Kernenergie Braunkohle Steinkohle Gas Erneuerbare Sonst. 2005 0 43,3 32,4 13,7 4,8 5,8 Energieversorgungsstruktur der Zukunft LUAT Energieversorgung muss ganzheitlich gesehen werden Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Erzeugungs-Portfolio • keine Kernenergie • weniger Fossile • mehr Erneuerbare Strom Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 5 Wärme Energiewende und ihre Auswirkungen LUAT Stromerzeugung nach Primärenergieträgern – Ziel für Energiewende Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Steinkohle Strom Sonst. Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 6 Braunkohle Gas EE Kernenergie Energiewende und ihre Auswirkungen LUAT Fluktuierende Strom-Einspeisung aus Erneuerbaren Energien Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik BMU-Leitszenarien: Basis-Szenario 2050 mit 85 % Erneuerbaren Klaus Görner Leistung [GW] Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Mittl. Netzlast 60 GW Fluktuation: 48 GW 48 GW Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 7 Quelle: BMU-Leit-Szenarien 2010 Energiewende und ihre Auswirkungen Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Stromerzeugung nach Jahresarbeit Leistung [GW] LUAT ÜberschussStrom Verschiebung durch Speicherung Flexible Erzeugung Residuallast Anzahl an Stunden [-] Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 8 Flexibilisierung von bestehenden Kraftwerken Kraftwerke sind mit ausreichender Leistung vorhanden, aber derzeit nicht wirtschaftlich Auf- und Ausbau von Speicherkapazitäten Speicherkapazität nicht vorhanden und Investition in Speicher derzeit nicht wirtschaftlich Energiewende und ihre Auswirkungen LUAT Strommarkteinflüsse Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 9 Preis (EUR / MWh) Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Preis (EUR / MWh) Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik 250 200 150 100 50 0 -50 0 -100 -150 -200 -250 250 200 150 100 50 0 -50 0 -100 -150 -200 -250 Jahr 2011 • Keine Residuallasten unter 20 GW 20000 40000 60000 80000 • Vereinzelt negative Preise Residuallast (MW) Kleiner werdende Residuallasten 20000 Jahr 2012 • Residuallasten bis 9 GW 40000 60000 Negative Preise 80000 • Deutlich mehr und stärker negative Preise Residuallast (MW) Quelle: ewi, 2014 Energiewende und ihre Auswirkungen LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Speicherkapazitäten Speicheroptionen 10,000 Methan Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner 1,000 Pumpspeicher 100 Druckluftspeicher 10 Power-to-Gas Wasserstoff Batterien 1 0.1 0.01 Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 10 0.001 Schwungrad 1 10 kWh Notwendige Speicherkapazität zur Gesamtnetzstabilisierung Vorhandene Pumpspeicherkapazität 100 1 10 MWh 100 1 10 GWh 100 1 10 TWh 100 Speicherkapazität Megatrends der Energiewende LUAT Alle Bereiche sind betroffen Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Strom- Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. speicher Klaus Görner P2G Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 11 EE Strom Wärme Gas- Wärme- speicher speicher KWK Megatrends der Energiewende LUAT Verkehrs-Sektor Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Strom- Strom- speicher speicher Verkehr Strom Gasspeicher Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 12 Wärme Gas- Wärme- speicher speicher Megatrends der Energiewende LUAT Industrie-/Gewerbe-Sektor Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Strom- Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. speicher Klaus Görner Strom Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 13 Wärme Gas- Wärme- speicher speicher Industrie Gewerbe Wärmespeicher Megatrends der Energiewende LUAT Haushaltssektor-Sektor Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Strom- Strom- speicher speicher Strom Haushalte Wärmespeicher Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 14 Wärme Gas- Wärme- speicher speicher Virtuelle Institute in NRW LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 15 Veränderungen in allen Bereichen Virtuelle Institute in NRW LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 16 Zusammenspiel verschiedener Einrichtungen bzw. Institutionen Virtuelles P2G-Institut – Strom zu Gas und Wärme LUAT Flexibilitätsoptionen durch P2G, P2F, P2C, P2H und DSM Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Zeitliche Verschiebung Erneuerbare Energien Strom DSM P2C P2F P2H P2G Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 17 Chemische Speicherung Thermische Speicherung Virtuelles P2G-Institut – Strom zu Gas und Wärme LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 18 Flexibilitätsoptionen durch P2G, P2F, P2C, P2H und DSM Virtuelles P2G-Institut – Strom zu Gas und Wärme LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Nutzung des Gasnetzes zur Entlastung des Stromnetzes Transportkapazität des Elektrischen Netzes in Deutschland: Transportkapazität des Gasnetzes in Deutschland: 600 TWh 1.000 TWh Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Power-to-Gas Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 19 Source: VDE, BDEW, TenneT, Amprion, 50Hz, EnBW, EnLAG Gas-to-Power Virtuelles P2G-Institut – Strom zu Gas und Wärme LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 20 Elektrolyse produziert Wasserstoff Virtuelles P2G-Institut – Strom zu Gas und Wärme LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 21 Prozesskettenvergleich nach Wirkungsgrad Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Beispiel InnovationCity Bottrop Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 22 Quelle: Gas- und Wärme-Institut e.V., Essen Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Beispiel InnovationCity Bottrop Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 23 Quelle: Gas- und Wärme-Institut e.V., Essen Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Beispiel InnovationCity Bottrop Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 24 Quelle: Gas- und Wärme-Institut e.V., Essen Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Potenzialstudie NRW – Siedlungs- und industrielle KWK Potenziale für das Land NRW, Städte und Industrie Eine Erhöhung des Anteils der KWK-Stromerzeugung auf über 25 % in NRW ist realisierbar. In Siedlungs-KWK gibt es ein FernwärmePotenzial von rund 36 % des landesweiten Nutzwärmebedarfs. Rund 2/3 des wirtschaftlichen Potenzials entfällt auf Städte mit über 150.000 Einwohnern. Industrielle KWK: Durch Modernisierung und Erschließung von weiteren Wärmesenken kann die KWK-Stromerzeugung mehr als vervierfacht werden (von 6,2 TWh (2008) auf 27 TWh). Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 25 Quelle: EnergieAgentur.NRW Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Fernwärmeausbau Machbarkeitsstudie Ausbau und Verdichtung der Fernwärmenetze Ausbau bestehender Netze und Zusammenführung (Verdichtung) bestehender Netze. Quelle: STEAG Fernwärme, 2013 Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 26 unter Einbindung von Wärmequellen in vorhandenen und neu geplanten Heizkraftwerken, Müllheizkraftwerken u.a., regenerativen Wärmequellen und Abwärmeanlagen. Virtuelles KWK-Institut – Kraft-Wärme-Kopplung LUAT Fernwärmeausbau Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Versorgungsgebiete im Ruhrgebiet - möglicher Ausbau und Verdichtung Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 27 Quelle: Wichert: Potenzial und Ausbaumöglichkeiten der Kraft-Wärme-Kopplung und Fernwärmeversorgung. Öffentlicher Workshop der Zukunft durch Industrie e.V., 25.01.2013, Düsseldorf Stromerzeugungsportfolio mit Erreichung der Energiewende LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Wünsche vs. Ziele vs. Realitäten Grenz-Szenario - EE niedrig Grenz-Szenario - EE hoch Sonstige 3% Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 28 Stromerzeugung Kernenergie Braunkohle Steinkohle Gas Erneuerbare Sonst. 2050 0 15 15 15 50 5 Stromerzeugung Kernenergie Braunkohle Steinkohle Gas Erneuerbare Sonst. 2050 0 0 0 12 85 3 Zusammenfassung LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Schwerpunkthemen im Zusammenhang mit der Energiewende Flexibilität Flexibilität ist zentrales Thema • • Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 29 bei der Erzeugung – zentral und dezentral beim Verbrauch – Haushalte, Gewerbe, Industrie Kraftwerke Optimierung und Flexibilisierung von Kraftwerken • • Speicher KWK technisch und wirtschaftlich systemische Einbindung Alle Optionen müssen genutzt werden • • • • Virtuelles P2G-Institut (Strom zu Gas und Wärme) Stromspeicher Chemische Speicher Umwandlungstechnologien (Strom Gas Strom) Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung • • • KWK-Impulsprogramm der Landes NRW Virtuelles KWK-Institut KWK.NRW-Kampagne Energiewende ist ein langwieriger, komplexer und investitionsintensiver Prozess, der auch Veränderungen in den Köpfen verlangt LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 30 Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Universität Duisburg-Essen Leimkugelstraße 10 45141 Essen 10 klaus.goerner@uni-due-de LUAT Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Görner Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Klaus Görner Flexibilitätsoptionen für ein Gelingen der Energiewende 19.03.2015 Haltern am See Folie 31 Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik Universität Duisburg-Essen Leimkugelstraße 10 45141 Essen E-Mail: [email protected]
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