Prof. Dr. Rainer Elsland - Fraunhofer ISI...NETZENTWICKLUNGSPLAN STROM - STROMNACHFRAGE,...
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NETZENTWICKLUNGSPLAN STROM
- S T R O M N A C H F R A G E , R E G I O N A L I S I E R U N G U N D I M P L I K AT I O N E N F Ü R D I E Ü B E R T R A G U N G S A U F G A B E I N D E U T S C H L A N D -
1 2 . E T P - K o n f e r e n z ( E U R O F O R U M )
P ro f . D r. R a i n e r E l s l a n dF r a u n h o f e r I n s t i t u t f ü r S y s t e m - u n d I n n o v a t i o n s f o r s c h u n g ( I S I )
D r. - I n g . R o l a n d B a u e r5 0 H e r t z T r a n s m i s s i o n G m b H5 0 H e r t z T r a n s m i s s i o n G m b H
S t u t t g a r t , 1 6 . / 1 7 . 1 0 . 2 0 1 7g ,
2
Agenda
Einbindung der Stromnachfrage-Analysen (Fraunhofer ISI) in den Netzentwicklungsplan Strom 2030
Abbild ng der Stromnachfrage nd Last Abbildung der Stromnachfrage und Last
Szenario-Definition und -Ergebnisse
Einbindung der Stromnachfrage-Analysen in die ÜNB-Netzmodellierung
Rele an der Sektorenkoppl ng Relevanz der Sektorenkopplung
Kleinspeicher und Eigenverbrauchsoptimierung
Implikationen für die Übertragungsaufgabe
3
E inb indung der St romnachfrage-Analysen in d N i k l l S 2030den Netzentwick lungsp lan St rom 2030
Übertragungsnetzbetreiber(St b t d N t )
Qualitative Vorgabedes Szenariorahmens
Quantitative Ausgestaltung des
Szenariorahmens
(Stromangebot und Netze)
(z.B. Relevanz neuer Anwendungen)
Szenariorahmens
(z.B. Stromnachfrage und Jahreshöchstlast)
Fraunhofer ISI(Stromnachfrage)
Ziel: Szenariorahmen und Modellergebnisse sind konsistent!
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Abbi ldung St romnachfrage und LastD i i d M d l l i- D imens ionen de r Mode l l i e rung
jährlich stündlich
500600
Wh] 80
100
]
national0
100200300400
2015 2020 2030Nettostrombe
darf [TW
GHD Haushalte Industrie Verkehr
0
20
40
60
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Typtag [h]
Last [G
W]
GHD Haushalte Industrie Verkehr yp g [ ]
regional
(Landkreis-Ebene)
Modellierungsansatz: Technologische und sektorale Nachfrage-Analyse
5
Szenar io-Def in i t ion
6
Szenar io-ErgebnisseS t h f K f ( B i j h 2013 )
70.00070.000
- S t romnach f r age p ro Kop f ( Ba s i s j ah r 2013 )
50 000
60.000
70.000
pf [kW
h]
50 000
60.000
70.000
pf [kW
h]
Stade (ca. 30% der Chemie-Industrie)
Validierung zeigt hohe statistische Güte!
30 000
40.000
50.000
hfrage
pro Ko
30 000
40.000
50.000
hfrage
pro Ko
Brandenburg, Stadt (ca. 13% der Stahlindustrie)
Altötting (ca. 5% der Chemie-Industrie)
Rhein-Kreis Neuss (ca. 9% der Chemie-Industrie und ca. 28% der NE-Metallindustrie)
10 000
20.000
30.000
Stromna
c
10 000
20.000
30.000
Stromna
c
Saalekreis (ca. 5% der Chemie-Industrie
Ludwigshafen (ca. 8% der Chemie-Industrie)
Leverkusen (ca. 7% der Chemie-Industrie)
0
10.000
0
10.000
7
Szenar io-ErgebnisseS t k t l l U t h i d d i l L t
Regionen mit hohem Anteil an Haushalts- / GHD-Nachfrage zeigen hohe
- S t ruk tu re l l e Un te r s ch i ede de r reg iona l en La s t en
Regionen mit hohem Anteil an Haushalts / GHD Nachfrage zeigen hohe Fluktuationen
Industrialisierte Regionen zeigen eine hohe Grundlast und niedrige Fluktuationen
Beispiele (Basisjahr 2013): Beispiele (Basisjahr 2013):
100
125
150
700800900
W]
W]
25
50
75
100
200300400500600
Last
[M
W
Last
[M
W
0
25
1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21
Summer Winter Summer Winter
0100
1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 7 10 13 16 19 22
Summer WinterSommer Sommer Sommer
Garmisch‐Partenkirchen Rendsburg‐Eckernförde Stade
Schienenverkehr
Haushalte (ohne Wärmepumpen)GHD (ohne Wärmepumpen)
Wärmepumpen
Industrie
Elektromobilität
8
Szenar io-ErgebnisseÄ d d S t h f S i t l t
Spitzenlast steigt stärker an als die jährliche Stromnachfrage (2013 vs 2035)
- Ände rung de r S t romnach f r age v s . Sp i t z en l a s t en
Spitzenlast steigt stärker an als die jährliche Stromnachfrage (2013 vs. 2035)
gpPeak Load2013 vs. 2035
Yearly Consumption2013 vs. 2035
Spitzenlast Stromnachfrage
Stade
Suhl
Laständerung
Stuttgart
< -15 %
< 15 %
1 % - 15 %
- 2 % - 1 %
-15 % - -2%
< -15 %
2013 vs 2030Laständerung
< 15 %
1 % - 15 %
- 2 % - 1 %
-15 % - -2%
Garmisch‐Partenkirchen
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E inb indung der St romnachfrage-Analysen in d i Ü d l l i ( /2 )d ie ÜNB-Netzmodel l ie rung (1 /2 )
Durchführung von Interpretation der
Szenarienbilder Quantitative Annahmen
Durchführung von Simulationen
Interpretation der Ergebnisse
Investitionskosten für Kraftwerkspark
Szenarienentwicklung
Kraftwerksausbau-simulation
Investitionskosten für Erzeugungstechnologien
Nachfrage (inkl. regionaler Allokation)
12.1
21.0
9.2 9.2 9.2 9.4 12.7
32.8
9.4 9.4 9.4 11.4
20.9
19.3
30.2 29.5 28.8 25.0
20.7
2.2
22.6 21.1 19.513.7
6.1
12.3
99
9
9 9
0
20
40
60
80
100
120
2015 Prosumer Energiewende Fortschreibung Energiewende Wettbewerbliche Energiewende Verzögerte Energiewende Unvollständige Energiewende
pProsumer-orientierteEnergiewende
Energiewende gemäßEEG-Pfad
Leistung an EE-Anlagen (inkl. regionaler Allokation)
DSM
Marktsimulation
94.4
157.6
64.34 61.08 58.18
63.3
89.4
168.3
62.13 58.69 55.5568.1
123.1
40.8
88.0676.31 70.36 36.6
25.9
46.8
173.3152.6
141.2
148.5125.5
100.0
200.0
300.0
400.0
500.0
600.0
700.0
Kraftwerkseinsatz
Wettbewerbliche Energiewende
DSM
Preise für Primärenergie und CO2
0.0Prosumer Energiewende Fortschreibung Energiewende Wettbewerbliche Energiewende Verzögerte Energiewende Unvollständige Energiewende
NetzausbauVerzögerte Energiewende
Unvollständige
Weitere AnnahmenNetzsimulationen
Unvollständige Energiewende
Konsistentes Set an Annahmen je Szenario
10
E inb indung der St romnachfrage-Analysen in d i Ü d l l i (2 /2 )
Mit dem NEP 2030 (Version 2017) wurde eine detaillierte Stromnachfrage-Analyse
d ie ÜNB-Netzmodel l ie rung (2 /2 )
Mit dem NEP 2030 (Version 2017) wurde eine detaillierte Stromnachfrage-Analyse durch das Fraunhofer ISI durchgeführt, um den Einfluss von Sektorkopplungsoptionen (Fokus: Elektromobilität und Wärmepumpen) und Energieeffizienz auf die Entwicklung der Nachfrage und die Höchstlastabzubilden.
Ziel und energiepolitische Maßgeblichkeit: 100% der Stromnachfrage in Deutschland ist abgebildet.g
Stromnachfrage hat Auswirkungen auf verschiedene energiepolitische Ziele: Anteil EE, Energieeffizienz, CO2-Limitierung in anderen Sektoren …
NICHT VERGESSEN Fü di E i h di V d K d NICHT VERGESSEN: Für die Energieversorger steht die Versorgung der Kunden im Mittelpunkt!
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Re levanz der SektorkopplungE i d d S k t S t Wä d V k h
Die politischen Ziele sehen eine nahezu vollständige Dekarbonisierung bis 2050 in
- E i n o rd n u n g d e r S e k t o re n S t ro m , Wä r m e u n d Ve r k e h r
Die politischen Ziele sehen eine nahezu vollständige Dekarbonisierung bis 2050 in Deutschland vor: die Treibhausgasemissionen sollen zwischen 80-95% bis 2050 (bezogen auf 1990) reduziert werden.
Diese Ziele können nur mit einer Elektrifizierung des Wärme- und Verkehrssektors,Diese Ziele können nur mit einer Elektrifizierung des Wärme und Verkehrssektors, Speichern und einem weiteren Ausbau an EE-Anlagen erreicht werden.
Strom Wärme Verkehr
∑ 986
54
458
183
92
162
16466
Strom Wärme Verkehr
ktor
en S
trom
, sc
hlan
d* [M
io. t
]
-15 %
-40 %
-60 %
-40 %
∑ 751
Wie kann dieses Ziel
172
458
275
183138
98 66
Emis
sion
en f
ür S
ek, V
erke
hrin
Deu
ts
-62 %
-90 %
-80 %
∑ 421erreicht werden?
366 312
140
104
36
183
4532
1990 2015 2030 2050
CO
2-E
Wär
me, -90 % ∑ 113
reale Entwicklung Klimaschutzplan 2050 Fortschreibung 2050
12
Re levanz der SektorkopplungÜ b i h t- Ü b e r s i c h t
Sektorenkopplung
= Energiesektor
= Verbrauchssektor
Direkte Nutzung von Strom
Umwandlung von Strom in andere Energieformen
Power-to-X
Power-to-Gas Power-to-Heat
Elektromobilität
Schienenverkehr
Power-to-Wasserstoff Power-to-Methan Industrie (u.a.
Prozesswärme)
Straßenverkehr
Straßen- und Schienenverkehr
Industrie (PtC PtL)
Power-to-Liquid/Fuel
Verkehr (bspw. Flüssig-Gas
Power-to-Chemicals
Verkehr (bspw. Methanol)
Straßenverkehr
Industrie
Haushalte (Raumwärme, Warmwasser)
GHD (Raumwärme, Warmwasser)
Industrie (PtC, PtL)
Haushalte/GHD (Wärme)
Industrie (bspw. Ammoniak)
Haushalte/GHD (Wärme)
13
Re levanz der SektorkopplungA t i l d S t h f E l k t f h
2015 2035 (ca. 10 Mio. E-Fahrzeuge)
- A n t e i l d e r S t ro m n a c h f r a g e v o n E l e k t ro f a h r z e u g e n
12 2 1 2915
( g )
∑ 524 TWh * ∑ 531 TWh **Einfluss der Sektorenkopplung
228132
223106
14Industry
Services
HouseholdsHaushalte (exkl. WP)
GHD (exkl. WP)
Industrie
149 144
Households
Others
Heat pumps
e-Mobility
Schienenverkehr
aus a e (e )
Wärmepumpen
Elektromobilität 144e ob ty
* Basierend auf Umweltbundesamt, exkl. Netzverlusten ** Basierend auf NEP 2035 (Szenario B), exkl. Netzverlusten
Hohe Unsicherheit bei der Anzahl an E-Fahrzeugen in 2035
Im Szenario B ist der Anteil der Stromnachfrage durch E-Fahrzeuge begrenzt
14
Re levanz der SektorkopplungB d S i t l t A t i
Spitzenlast 06 02 2035 und 07 02 2035 L d i *
- B e g re n z u n g d e s S p i t z e n l a s t - A n s t i e g s
70
80
90
Spitzenlast – 06.02.2035 und 07.02.2035
84 GW7 GW
Ladestrategie:*
flexibles / intelligentes Ladeverhalten: 20%
einfaches Ladeverhalten: 80%
30
40
50
60
Last
[G
W]
e-Mobility
Heat pumps
Others
Households
einfaches Ladeverhalten: 80%
Spitzenlast an einem Wochentag in der kältesten Winterwoche:
Schienenverkehr
Haushalte (exkl. WP)
Wärmepumpen
Elektromobilität
0
10
20
30
00 04 08 12 16 20 00 04 08 12 16 20
Services
Industry Gesamtlast: 84 GW
Anteil der E-Fahrzeuge: 7 GW
GHD (exkl. WP)
Industrie
Basierend auf NEP 2035 (Szenario B) mit einer skalierten Anzahl an E-Fahrzeugen, inkl. DSM* E-Fahrzeug-Lastkurve im NEP wurde von Fraunhofer ISI bereitgestellt
00 04 08 12 16 20 00 04 08 12 16 20
Flexibilität von E-Fahrzeugen und Wärmepumpen ermöglicht Reduzierung der Spitzenlast
Welche Relevanz hat die Verbreitung von E-Fahrzeugen auf die Spitzenlast?
15
K le inspe icher und E igenverbrauchs-i iopt imierung
14,000Prosumer orientierte Energiewende
Kleinspeicher werden zur Eigen-verbrauchsoptimierung eingesetzt
12,000
Prosumer-orientierte Energiewende
Energiewende gemäß EEG-Pfad
Wettbewerbliche Energiewende
Verzögerte Energiewende
[M
W]
100% Last
PV Ei i
8 000
10,000Unvollständige Energiewende
spei
cher
n
40%
60%
80%PV-Einspeisung
PV-Einspeisung mit Kleinspeicher
6,000
8,000
g v
on
Kle
in
2.100.00 Kleinspeicher in 2035 (2,5 kW, 8 kWh)
0%
20%
40%
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69
4,000
Leis
tun
g 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69
Anteil der PV-Anlagen (von Haushalten),
0
2,000
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
te de age ( o aus a te ),die mit Kleinspeichern kombiniert sind.
2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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Impl ikat ionen für d ie Übert ragungsaufgabe
Entwicklung der Stromnachfrage:
Wechselwirkung zwischen Stromnachfrage und Anteil an Erneuerbaren Energien in Deutschland (Zielkorridor im EEG2017)Deutschland (Zielkorridor im EEG2017)
Anstieg der Stromnachfrage durch neue Verbraucher (Sektorkopplung) kann wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung der Nachfragesektoren leisten
Entwicklung der Höchstlast:
Bestimmung der System-Adequacy / Deckung der Höchstlast je nach Grad der Last-est u g de Syste dequacy / ec u g de öc st ast je ac G ad de astseitigen Flexibilitäten
Regionalisierung der Lasten bestimmt Lastfluss
Detaillierte Analyse der Stromnachfrage und Lasten ist wesentlich für Marktmodellierung bzw. Preisniveau!
17
V ie len Dank für Ihre Aufmerksamkei t
P r o f . D r . R a i n e r E l s l a n dr a i n e r . e l s l a n d @ i s i . f r a u n h o f e r . d e
D r. R o l a n d B a u e rr o l a n d . b a u e r @ 5 0 h e r t z . d e
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -F r a u n h o f e r I S IB r e s l a u e r S t r a ß e 4 87 6 1 3 9 K a r l s r u h e
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5 0 H e r t z T r a n s m i s s i o n G m b HH e i d e s t r a ß e 21 0 5 5 7 B e r l i n