Aufrufe
vor 4 Monaten

05 | 2019

  • Text
  • Deutschland
  • Beispielsweise
  • Betrieb
  • Prozesse
  • Einsatz
  • Entwicklung
  • Meter
  • Energie
  • Stadtwerke
  • Unternehmen

EnergieForum 2040 sinkt

EnergieForum 2040 sinkt die Wärmerzeugung aus KWK- Anlagen im Trend- und Zielszenario. In ERP-Z ist ein deutlich stärkerer Abfall als in ERP-T zu beobachten. Der anfangs starke Anstieg ist auf die zunehmende Bedeutung der gekoppelten Wärmeerzeugung in der Industrie zurückzuführen (Bild 1). Aufgrund steigender CO 2 -Preise werden reine Kondensationskraftwerke durch effizientere KWK-Anlagen ersetzt. Infolgedessen können Emissionen eingespart und Kosten gesenkt werden. Zunehmender Wettbewerb mit Brennwertkesseln, Wärmepumpen oder Solarthermie im Niedertemperaturbereich reduziert die Bedeutung von KWK-Anlagen in der Fernwärme. Der Raumwärmebedarf von Gebäuden wird in [3] aufgrund verbesserter Wärmedämmung als insgesamt rückläufig eingeschätzt. In der Objektversorgung hingegen wird von einem starken Anstieg der Wärmeerzeugung aus KWK-Anlagen ausgegangen. Bestehende, ungekoppelte Systeme werden ebenfalls vermehrt durch KWK-Anlagen ersetzt. Bild 3 Power-to-Heat im Jahr 2050. Entwicklung indirekter Indikatoren Durch die Entwicklung des KWK-Anteils am Wärmebedarf und des Wärmebedarfs selbst, können Schlussfolgerungen zum künftigen KWK-Bedarf gezogen werden. Da knapp ein Drittel der KWK-Anlagen in Deutschland in der Industrie verortet sind und dort eine wesentliche Bedeutung zur Bereitstellung von Strom und Wärme einnehmen [14], wird die Entwicklung der Wärmenachfrage in der Industrie analysiert. In den energie- und klimapolitischen Szenarien ist ein Rückgang des Wärmebedarfs bis 2050 zu beobachten [3]. Diese Entwicklung ist maßgeblich auf den sinkenden Raumwärme- und Warmwasserbedarf infolge verbesserter Gebäudedämmung zurückzuführen, der Prozesswärmebedarf sinkt hingegen kaum [1; 13]. Gleichfalls steigt die Bedeutung von KWK-Anlagen zur Wärmebereitstellung in ERP-T und ERP-Z80 an [3]. Bis 2040 nimmt der Anteil von KWK-Anlagen an der Wärmeerzeugung stark zu und fällt bis 2050 nur leicht ab [3] (Bild 2). Mit steigendem Klimaschutzambitionsniveau sinkt in den Studien auch die Wärme - nachfrage in der Industrie [3; 8; 13]. Eine deutliche Reduktion des Raumwärmeund Warmwasserbedarfs infolge verbesserter Gebäudedämmung, Hallenbeheizung und Gebäudeautomation verringert den Wärmebedarf [3; 8; 9; 12; 13]. Der KWK-Anteil an der Industriewärme steigt im Vergleich zum KWK-Anteil an der Gesamtwärme noch stärker an. Im Jahr 2050 ist über ein Viertel der industriellen Wärmeerzeugung auf KWK-Anlagen zurückzuführen. In den Technologiemixszenarien [13] ersetzen Gas und Wasserstoff schrittweise Kohle und Öl in der Industrie (verstärkt in IEW-TM95). Die Wärmeerzeugung aus KWK-Analgen wird in keiner der analysierten Studien hinsichtlich des Temperaturniveaus unterschieden. Power-to-Heat zur Bereitstellung von Wärme PtH wird in den energie- und klima - politischen Szenarien bei weitgehend CO 2 -freier Stromerzeugung zur THG- Verminderung eingesetzt [2; 12; 13]. Zudem erhöht PtH die Flexibilität, um erneuerbare Energien zu integrieren und Lastspitzen zu vermeiden [2; 8; 9]. Bei PtH in der Industrie und in Fern - wärmenetzen werden meist fossile Erzeugungstechnologien durch Elektrodenheizkessel und Wärmepumpen im Niedertemperaturbereich ersetzt [2; 8] (Bild 3). In THG-Z95 wird zudem ein Teil der fossilen Prozesswärme im Industriesektor in einem Wärmeband von unter 100 °C bis über 1 500 °C durch PtH- Anlagen bereitgestellt [12]. Die zunehmende Elektrifizierung erhöht den Anteil des Stromverbrauchs am Endenergieverbrauch (EEV). Dieser steigt beispielsweise in IEW-Z80-EL auf bis zu 63 % an. In [13] verdoppelt sich die Stromnachfrage in IEW-Z95 bis 2050 auf etwa 1 150 TWh. Neben der Elektrifizierung im Verkehrssektor ist PtH in privaten Haushalten und in der Industrie maßgeblicher Treiber dieser Entwicklung. In den Technologiemixszenarien hingegen bleibt der Stromanteil am EEV über den Betrachtungszeitraum nahezu konstant [13]. Durch den Import synthetischer Brennstoffe wird der zusätzliche Stromverbrauch ins Ausland verschoben. Fazit und Ausblick In der Analyse energie- und klimapolitischen Szenarien wird deutlich, dass KWK- Anlagen bei der Transformation des Energiesystems mittelfristig eine wichtige Rolle einnehmen. Sowohl in den Trend- als in den Zielszenarien steigt die Netto - 48 BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5

EnergieForum stromerzeugung bis zum Jahr 2030 an. In LFS-Z80 ist zur Erreichung der Klimaschutzziele sogar eine höhere Netto - stromerzeugung aus KWK-Anlagen vorgesehen als im Trendszenario. Auch in Szenarien mit hohem Klimaschutzambitionsniveau stellen KWK-Anlagen somit mittelfristig eine tragende Säule des Energiesystems dar. Selbst ohne die Berücksichtigung von Biomasse-KWK-Anlagen, nehmen KWK-Anlagen weit über das Jahr 2030 in nahezu allen Szenarien eine wichtige Rolle ein [2; 3; 8; 9; 11 bis 13]. Je nach Klimaschutzambitionsniveau und Szenario werden KWK-Anlagen ab 2030 stark (Zielszenarien) bis weniger stark (Trendszenarien) durch PtH verdrängt. Der Anteil der Wärmeerzeugung durch KWK-Anlagen bis 2050 nimmt sowohl in der Industrie als auch sektorenübergreifend deutlich zu (teilweise über 25 %) [3]. Folgende wichtige Einflussfaktoren zur künftige Bedeutung von KWK-Anlagen konnten bei der Analyse identifiziert werden: > Die Rolle von KWK-Anlagen hängt stark von der für die Systemstabilität benötigten gesicherten Leistung ab [8]. Können andere Energieerzeuger die Leistungsbereitstellung flexibel gewährleisten, ist von einer abnehmenden Bedeutung von KWK-Anlagen auszugehen. Nach [2; 3; 8; 9] wird dieser Flexibilitätsbedarf jedoch zukünftig maßgeblich durch KWK-Anlagen gedeckt. Basiert das Energiesystem der Zukunft ferner auf dem Einsatz synthetischer Brennstoffe [13], können KWK-Anlagen weiter genutzt werden. > In der Industrie spielt die Wärmenachfrage eine entscheidende Rolle. Die notwendige Wärmebereitstellung durch Industrie-KWK hängt vom temporären Prozesswärmebedarf der jeweiligen Produktionsprozesse ab. Industrie-KWK werden demgemäß häufig wärmegeführt betrieben [15]. Kann die prozessspezifische Wärmebereitstellung zukünftig zu jedem Zeitpunkt durch PtH gewährleistet werden, ist von einer abnehmenden Bedeutung von KWK-Anlagen auszugehen. > Neben dem Flexibilitätsbedarf ist die zukünftige Rolle von KWK-Anlagen im Energiesystem weiterhin stark von der Entwicklung des CO 2 -Preises abhängig. Ein moderater CO 2 -Preis macht die Verwendung fossil befeuerter KWK-Anlagen ökonomisch attraktiv. Auf diese Weise Literatur [1] Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In: https://www. umweltbundesamt.de/daten/energie/kraft-waermekopplung-kwk#textpart-6. (Abruf am 2.9.2018); (Archived by WebCite at http://www.webcitation.org/6x66kRVgl); Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt (UBA), 2018. [2] Pfluger, B. et al.: Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland. Karlsruhe: Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Fraunhofer ISI), 2017. [3] Schlesinger, M; Lindenberger, D.; Lutz, Ch.: Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose – Projekt Nr. 57/12 – Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), 2014. [4] Veitengruber, F. et al.: Potenzialanalyse zur Hybridisierung von Prozessen in der Grundstoffindustrie. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, 2019. [5] Ruhnau, O. et al.: Direct or indirect electrification? A review of heat generation and road transport decarbonisation scenarios for Germany 2050. Energy, 2018. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.114 [6] Klein, S. et al.: Erneuerbare Gase – ein Systemupdate der Energiewende. Berlin: enervis energy advisors GmbH, 2017. [7] Fischedick, M.: Climate Change 2014 Mitigation of Climate Change – Industry. New York, United Kingdom: Cambridge University, 2014. [8] Gebert, Ph. et al.: Klimapfade für Deutschland. München: The Boston Consulting Group (BCG), prognos, 2018. [9] Repenning, J.; Emele, L.; Blanck, R. et al.: Klimaschutzszenario 2050 – 2. Endbericht. Berlin: Öko-Institut e. V., 2015 [10] Hübner, T. et al.: Die Rolle synthetischer Brennstoffe wird der Einsatz von Kohle und Gas kaum pönalisiert. Die Nutzung fossiler Ressourcen für die Energieproduktion bleibt somit wirtschaftlich. > Zudem ist die Rolle der KWK-Anlagen stark von der lokalen Konkurrenz durch alternative Wärmeerzeuger abhängig [2]. Kann beispielsweise Niedertemperaturwärme in Fernwärmenetzen zukünftig durch erneuerbare Wärmeerzeuger generiert werden (zum Beispiel Geothermie), werden KWK-Anlagen in diesem Bereich nicht mehr eingesetzt. Die Analyse der untersuchten energieund klimapolitischen Szenarien der Studien zeigt, dass in kostenminimierenden Szenarien KWK-Anlagen als Brückentechnologie bis zum Jahr 2050 eingesetzt werden [2; 3; 9]. Selbst in den optimistischsten Szenarien steigt der Stromverbrauch auf lediglich etwa 60 % des gesamten EEV im Energiesystem an [13]. Mit der auf erneuerbaren Energien beruhenden Elektrifizierung werden folglich maximal 60 % des gesamten Energiesystems defossilisiert. KWK-Technologien könnten dahingehend auch weit über 2050 durch den Einsatz synthetischer Brennstoffe eine wichtige Strom- und Wärmeerzeugungstechnologie sein [16], die mit der Defossilisierung des Energiesystems einhergeht. Da KWK-Anlagen aufgrund des Ausbaus erneuerbarer Energie- und Wärmeerzeuger jedoch zunehmend unter Konkurrenzdruck stehen, sind innovative Konzepte erforderlich. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass KWK-Anlagen zukünftig mehr Flexibilität bereitstellen und demgemäß stärker an den Strommarkt gekoppelt werden [17; 18]. Innovative KWK- Systeme könnten durch die flexible Kombination von steuerbarer Leistung (KWK- Anlage) und erneuerbaren Energiequellen (erneuerbare beziehungsweise elektrische Wärmeerzeuger) zur Integration erneuerbarer Energien beitragen. zur Erreichung der klimapolitischen Ziele – Bedeutung im Jahr 2050. In: BWK – Das Energie-Fachmagazin 10/2018. Düsseldorf: Springer-VDI-Verlag GmbH & Co. KG, 2018. [11] Capros, P. et al.: EU Reference Scenario 2016 – Energy, transport and GHG emissions Trends to 2050. Brüssel: Europäische Kommission, 2016. [12] Günther, J. et al.: Den Weg zu einem treibhausgasneutralen Deutschland ressourcenschonend gestalten. Berlin: Umweltbundesamt, 2017. [13] Kruse, J. et al.: dena-Leitstudie Integrierte Energiewende – Teil B. Köln: ewi Energy Research & Scenarios gGmbH, 2018. [14] Gores, S. et al.: Aktueller Stand der KWK-Erzeugung (Dezember 2015). Freiburg: Öko-Institut e. V., 2016. [15] Müller, K.: KWK industriell besser nutzen. In: https://www.industr.com/de/kwk-industriell-bessernutzen-2295636. (Abruf am 11.3.2019); (Archived by WebCite at http://www.webcitation.org/76n6xPTKA); München: publish-industry Verlag GmbH, 2017. [16] Hübner, T. et al.: Modellgestützte Analyse synthetischer Brennstoffe in der Industrie bei ambitioniertem Klimaschutz. München: Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft (FfE), 2019. [17] von Roon, S. et al.: Relevance and chances for industrial self-generation of electricity for high market shares of renewable energies. München: Forschungs - gesellschaft für Energiewirtschaft mbH, 2019. [18] Kraft-Wärme-Kopplung. In: https://www.bmwi.de/Re daktion/DE/Artikel/Energie/modernekraftwerkstechnologien.html. (Abruf am 1.8.2018); (Archived by WebCite at http://www.webcitation.org/ 6wK1XGZS3); Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), 2018. BWK Bd. 71 (2019) Nr. 5 49

Ausgabenübersicht