Post on 18-Sep-2018
„Sektorkopplung“ –Zusammenspiel von Strom, Wärme und Mobilität im Energiesystem der Zukunft innogy SE · Friedrich Schulte · 19 Dezember 2017
1 Wer ist innogy?
2 Energiewende
3 Entwicklungen im Energiesystem
4 Elektrifizierung und Sektorkopplung
Mit der innogy ist ein führendes europäisches Energieunternehmen entstanden
3innogy SE · Dezember 2017
innogy
• 46 Mrd. Euro Umsatz
• ~40.000 Mitarbeiter
RWE AG
Konventionelle Erzeugung
Supply & Trading
Erneuerbare Energien
Netz und Infrastruktur
Vertrieb
innogy SE
76,8% Anteil
~14.000 Mitarbeiter ~1.000 Mitarbeiter
innogy produziert, verteilt und liefert verlässlich und nachhaltig – und ist innovativ
4
Netz und Infrastruktur
Erneuerbare Energien
Vertrieb
Nachhaltige Stromerzeugung
Effiziente Verteilung der Energie
Produkte und Dienstleistungen, die Bedürfnissen gerecht
werden
Innovation
innogy
innogy SE · Dezember 2017
Forschung&Entwicklung: Wir ermöglichen die europäische Energiewende durch technische Innovationen
5
Kennzahlen für Forschung & Entwicklung bei innogy1
1 Mittelwert, gerundete Werte | 2 erteilte und angemeldete Patente
Laufende Projekte 100
Ø Projektlaufzeit 3-4 Jahre
Extern finanzierte Projekte 10
Mitarbeiter (Voll- und Teilzeit) 250
757594
409353299215150
39
F&E in allen Segmenten prägt die Energieversorgung der Zukunft
Wir schauen voraus und bereiten uns auf die Zukunft vor
Netz&Infrastruktur
Vertrieb
Erneuerbare
2009 2016
Kumulierte Anzahl innogy-Patente2
Eine wachsende Anzahl von Patenten sichert unser Know-how ab
Verbesserung Planung, Betrieb und Steuer-
ung unserer Netze (Strom, Gas, Wasser)
Zusätzliche Dienstleistungen undLösungen für B2B und B2C (Energie+)
Verbesserung der Effizienz undNachhaltigkeit der Erzeugungsanlagen
1. Identifizierung, Bewertung & Entwicklung neuerTechnologien und systemischer Lösungen
2. Verbesserung bestehender Technologien und Prozesse
ÜbergreifendEntwicklung flexibler und wirtschaftlicherSysteme, z.B. Speicherlösungen
Foku
s
innogy
innogy SE · Dezember 2017
Deutschland hat herausfordernde Ziele für die Reduktion der CO2-Emissionen bis 2050
| Seite 6
Quelle: Faunhofer ISE 2015
innogy SE · Dezember 2017
Energiewende
| Seite 7
Hin- und RückflugFrankfurt – Los Angeles2
2 t CO2/Passagier
Jährlicher CO2-Ausstoßeines mittleren PKW1
2 t CO2/a
Die Herausforderungen einer CO2-Reduktionum 80% auf 2 t/Kopf sind enorm
Beheizung eines EFHmit vier Personen3
Herstellung von Güternim Wert von ca. 4.000 €4
Bei heutiger Energieversorgung: Ausschöpfung des „2-Tonnen-Limits“durch jede einzelne Maßnahme
1 EU-Norm Fahrzeuge ab 2012, 14.000 km/a à 140 g CO2/km | 2 9.300 km (einfach), 4 l Kerosin/100 km je Passagier im Jumbo, 18.600 km à 4 l/100 km = 750 l à 2,63 kg CO2/l | 3 3.000 l Heizöl/a = 29.782 kWh à 0,27 kg CO2/kWh ergeben 8 t CO2/a | 4 Bei rund ½ Tonne CO2 je 1.000 € Investition (netto) ergibt sich ein theoretischer Warenkorbwert von 4.000 €; hier z.B. TV, Fahrrad, Sportausrüstung und Kleidung je 500 €, Lebensmittel 2.000 €
2 t CO2
2 t CO2/a/Person
oder
Auto-mobil Wärme
Flug-reisen
Pro-dukte
innogy SE · Dezember 2017
Energiewende
Eine CO2-arme Energieversorgung ist machbar, wenn drei Hebel konsequent genutzt werden
| Seite 8
Hohe
Effizienz
Sektorkopplung
CO2-freie Strom-
erzeugung
Quelle: RWE Zukunftsstudie, 2009
Erzeugung Infrastruktur Nachfrage
�
�
� �
�
1
2
3
innogy SE · Dezember 2017
Energiewende
| Seite 9
Neue Entwicklungen in der Energiewende
Dezentrale Erzeugung
Speicher
E-Mobilität
Smarte Verteilnetze
Erneuerbare Erzeugung
E-Heizung
Grüne Kraftstoffe
CO2-freie Stromerzeugung
innogy SE · Dezember 2017
Energiewende
| Seite 10
Der Kostenverfall bei PV und Speichern ermöglicht dezentrale, erneuerbare Energiesysteme
• PV ist in einigen Regionen und Anwendungen bereits eine wettbewerbsfähige Technologie
• Die Kosten von Lithium-Ionen-Zellen sinken schneller als erwartet. Im Jahr 2020 erreichen sie 100 € / kWh
Die Kombination beider Technologien ermöglicht eine vorwiegende dezentrale Energieerzeugung und ist ein potentieller Game-Changer für die bestehende Energieversorgungsinfrastruktur
Kostenentwicklung von PV-Modulen Kostenentwicklung von Lithium-Ionen-Zellen
Source: Fischer et al, ISEA
Entwicklungen in der Energiewende
innogy SE · Dezember 2017
| Seite 11
Dezentraler Steuerung sorgt für effiziente Lösungen im Energiesystem der Zukunft
Entwicklungen in der Energiewende
• Steuerung der Energieflüsse mittels IK-Technologie
• Die Energie wird in der lokalen Energiezelle verbraucht, wo sie erzeugt wird
• Wenn in einer Energiezelle ein Überangebot herrscht, soll die Energie an die überlagerte regionale Energiewabe weitergegeben werden
innogy SE · Dezember 2017
| Seite 12
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
Dezentrale Erzeugung
Speicher
E-Mobilität
Smarte Verteilnetze
Erneuerbare Erzeugung
E-Heizung
Grüne Kraftstoffe
Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
Entwicklungen in der Energiewende
Bisher macht Strom nur ca. 20 % der Endenergie aus
| Seite 13
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
4,2 0,9
37,3
24,1
21,1
4,66,9
0,9
Steinkohle
Braunkohle
Mineralöle
Gas
Strom
Fernwärme
Erneuerbare Energien
Sonst. Energieträger
Endenergieverbrauch nach Energieträgern 2015 in Prozent
Quelle: AG Energiebilanzen
innogy SE · Dezember 2017
Sektorkopplung 1: Elektromobilität
| Seite 14
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
In den kommenden Jahren werden elektrische Fahrzeuge konkurrenzfähig
| Seite 15
$0.0
$0.2
$0.4
$0.6
$0.8
$1.0
$1.2
$1.4
2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 2032 2034 2036
BEV 60 kWh
BEV 45 kWh
Midsize
Compact
Between 2020 and 2030, EVs will become cheaper to own than ICE cars on an unsubsidized basis
Quelle: Bloomberg New Energy Finance
„Total Cost of Ownership“ in $/Meile (unsubventioniert, globaler Durchschnitt)
Zwischen 2020 und 2030 fallen die „Total Costs of Ownership“ der Elektroautos unter
die der Autos mit Verbrennungsmotoren
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
Sektorkopplung 2: Wärmesektor
| Seite 16
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
Der Wärmemarkt kann ein großer, weiterer Absatzmarkt für Strom sein und bietet erhebliches Flexibilisierungspotenzial
| Seite 17
1 Haushalte: 80% Wärme wird über Wärmepumpe erzeugt, COP: 3,0 | GHD: 80% Raumwärme und Warmwasser werden über Wärmepumpe erzeugt | Industrie: FfE 2015: Industrielles Power-to-Heat Potenzial | Auf Basis Verbrauch in 20142 Haushalte: Installierte Leistung je Wohneinheit mit 2 kW bewertet | GHD: Analog zu Haushalten | Industrie: FfE 2015Quellen: BMWi 2015, Fraunhofer ISE 2015, FfE 2015, Dena 2012
Absatzmenge Power-to-Heat (TWh)1 Flexibilität Power-to-Heat (GW)2
180
135
40
50
27
Potenzial2014
76
365
9
GHD
Industrie
Haushalte
65
30
20
35
12
2014 Potenzial
115
4
GHD
Industrie
Haushalte
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
Technologien zur Nutzung von Strom im Wärmesektor sind bereits vorhanden
| Seite 18
Technologie Beschreibung Wärmenutzung
WaterStorage
Wärmepumpe
Elektrische
Direktheizung
Heizstab in
Warmwasser-
speicher
Kleinskalig
Großskalig
> Hier wird die über Strom erzeugte Wärme an Fernwärmenetze abgegeben, um schließlich dem Endverbraucher als Nutzwärme bereit zu stehen.
> Wärmepumpen (WP) stellen unter Einbindung von Umweltwärme ein Vielfaches des eingesetzten Stroms als Nutzwärme bereit (1kWhel ~ 4kWhth /JAZ=4).
> Bei dieser elektrischen Widerstandsheizung wird Strom über Heizdrähte in Wärme umgewandelt, welche dann meist mit Luft dem Raum zugeführt wird (WG ~100%).
Klima-/
Kühlgerät
> Klimageräte sind techn. gesehen WP. Sie entziehen unter Einsatz von Strom dem zu kühlenden Raum Wärme und geben diese an die Umgebung ab (vgl. Kühlschrank).
> Prinzip: elektrischen Widerstandsheizung. Der Strom erwärmt über Heizstäbe (Speicher-)Wasser, welches über ein wasserbasiertes Heizsystem die Nutzwärme zeitversetzt bereitstellt (WG ~100%).
Pel: ~4kW
Pel: 2~4kW
Pel: 1~3kW
Pel: 5~50MW
> In Speicherheizungen erwärmen die Heizdrähte zunächst den Wärmespeicher (Stein), um zeitversetzt Nutzwärme bereitzustellen
Speicherheizung
> Raumwärme, Warmwasser:Häuser, Nahwärmenetze, Objektwärmenetze
> Raumkühlung, Kaltwasser:Häuser, Gewerbe
> Raumwärme:Häuser
> Raumwärme, Warmwasser:Häuser, Nahwärmenetze, Objektwärmenetze
> Raumwärme, Warmwasser, Prozesswärme:Fernwärmenetze
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
innogy SE · Dezember 2017
| Seite 19innogy SE · Dezember 2017
Sektorkopplung 3: Strombasierte Herstellung „grüner“ Energieträger
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
| Seite 20
Nur mit einem grünen Energieträger sind langfristig die CO2-Ziele in Deutschland erreichbar
Über die (laut UBA) unvermeidbaren CO2-Emissionen hinausgehende Anforderungen des Lang-streckenverkehrs sind kaum zu erfüllen, da dieser nur sehr schwer elektrifizierbar ist. Selbst wenn die übrigen Emissionen vollständig vermieden würden, wird insges. zu viel CO2 emittiert.
CO2-Emissionensreduktion von 95% ist nur durch Elektrifizierung nicht zu erreichen
CO2-Emissionen 2050Zulässige Menge:(95%-Ziel)63 Mio. t
CO2-Emissionen 2050
Unvermeidbar(Viehaltung, Stahl, Kalk und Zement, …)ca. 60 Mio. t
“Langstrecken-verkehr”(Flug, Schiff, LKW)ca. 150 Mio. t
Übrige Emissionen(PKW, Industrie, Chemie, Heim-wärme, …) ca. 750 Mio. t
Schwerelektrifizierbar
Möglicherweise voll-ständig vermeidbar
Angaben in Mio. t CO2-Äquivalent pro Jahr
innogy SE · Dezember 2017
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
Mit Power-to-Gas kann die vorhandene Gasinfrastruktur als Speicher genutzt werden
| Seite 21
Quelle: Systemlösung Power to Gas. Chancen, Herausforderungen und Stellschrauben auf dem Weg zur Marktreife (DENA/Strategieplattform Power to Gas)
innogy SE · Dezember 2017
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
Flüssige grüne Energieträger ermöglichen effizienten weltweiten Handel erneuerbarer Energie
| Seite 22
Marokkoaus Wind (Onshore): 15 ct/kWhth
MEOH
Islandaus Geothermie 16 ct/kWhth
Dubaiaus PV:18 ct/kWhth
Deutschlandaus Wind (Onshore):27 ct/kWhth
Haushalte mit hohen Umrüstkosten für Wärmepumpensysteme
Langzeitspeicher(>100 TWh)
Langstreckenmobilität> Schiff/Flugzeug> LKW > PKW
Anwendungsfelder
Quellen: Umweltbundesamt, Eigene Analysen
innogy SE · Dezember 2017
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
| Seite 23
Das F&E-Projekt Greenfuel untersucht die gesamte Wertschöpfungskette von Methanol
Baldeneysee
CO2
1 2
3c 3a 3b
Herstellung von Methanol aus Grünstrom und CO2
Speicherung und Transport von Methanol
E-Mobilität mit Range Extender
Innovative dezentrale Lösungen (z.B. elektrische Autarkie)
CO2-Reduktion in schwer elektrifi-zierbaren Bereichen, z.B. Schifffahrt
Verschiedene Anwendungsfelder
1
2
3a
3b
3c
innogy SE · Dezember 2017
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
Die Nutzung von Strom als präferiertem Energieträger erhöht den Strombedarf signifikant.
| Seite 24
820
3.120
1.320
795
648Stromerzeugung 2016
Fraunhofer ISE - 85%-Szenario
HTW - 100%-SzenarioMit Effizienzmaßnahmen
HTW - 100%-SzenarioOhne Effizienzmaßnahmen
Wuppertal Institut Erneuerbare Elektrifizierung
Source: Fraunhofer ISE, “Was kostet die Energiewende?”, HTW, “Sektorkopplung durch die Energiewende” Wuppertal Institut “Wege zu einer weitgehendenDekarbonisierung Deutschlands”, BMWi, HTW = Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes
Strombedarf [TWh]
Strombedarf in Deutschland gemäß verschiedener Sektorkopplungsszenarien
innogy SE · Dezember 2017
Elektrifizierung und Möglichkeiten zur Sektorkopplung
Wir machen Zukunft.innogy Forschung&Entwicklung