W e b i n a r S z e n a r i o v a r i a n t e n TN- S t r o m

(1)

W e b i n a r S z e n a r i o v a r i a n t e n T N - S t r o m 0 2 . 1 2 . 2 0 2 1

L A N G F R I S T S Z E N A R I E N F Ü R D I E T R A N S F O R M AT I O N D E S E N E R G I E S Y S T E M S I N D E U T S C H L A N D

Autoren:

Sensfuß, Frank; Lux, Benjamin; Bernath, Christiane; Kiefer,

Christoph; Deac, Gerda; Kleinschmitt, Christoph; Franke, Katja;

Fragoso-Garcia, Joshua; Brugger, Heike; Fleiter, Tobias; Rehfeldt, Matthias; Herbst, Andrea; Neuwirth, Marius; Wietschel, Martin;

Gnann, Till; Speth, Daniel; Krail, Michael; Mellwig, Peter; Blömer,

Sebastian; Tersteegen, Bernd; Maurer, Christoph; Ladermann,

Alexander; Dröscher, Tom; Willemsen, Sebastian

(2)

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot

 Stromnetze

 Gesamtperspektive & Fazit

 Diskussion

A g e n d a

(3)

Seite 3

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot

 Stromnetze

 Gesamtperspektive & Fazit

 Diskussion

A g e n d a

(4)

M e t h o d i k & S z e n a r i o d e s i g n E r k e n n t n i s g e w i n n d u r c h Vergleic h s t at t einz elnem „Leit s z enario “



Zentrale Fragestellung:

•

Welche techno-ökonomischen Wirkungen haben bestimmte Pfade zur Dekarbonisierung des Energiesystems?

•

Vorgehensweise:

•

Vergleich der Dekarbonisierung des Energiesystems durch

•

sehr starken Stromeinsatz (Szenario TN-Strom)

•

sehr starken Einsatz von Wasserstoff (Szenario TN-H₂)

•

sehr starken Einsatz von synthetischen Kohlenwasserstoffen (Szenario TN-PtG/PtL)



Modellierung der Transformationspfade bis 2050 mit detaillierten bottom-up Modellen



Mission der Langfristszenarien:



Durch ständige methodische Weiterentwicklung und eine Vielzahl von Szenarien den Lösungsraum für ein

(5)

Seite 5

N a c h f r a g e n a c h E n e r g i e t r ä g e r n d e r N a c h f r a g e s e k t o r e n i m Z e i t v e r l a u f ( i n k l . s t o f f l i c h e N u t z u n g )

TN-H

₂

-G TN-PtG/PtL

Ergebnisse

Starke Ausprägung der jeweiligen Hauptenergieträger in den entsprechenden Szenarien Einordnung

Hier ist nur die Nachfrageseite dargestellt, zusätzlicher Strombedarf z.B. für H

₂

-Herstellung ist nicht erfasst

TN-Strom

(6)

N a c h f r a g e n a c h E n e r g i e t r ä g e r n d e r N a c h f r a g e s e k t o r e n i m Z e i t v e r l a u f ( i n k l . s t o f f l i c h e N u t z u n g )

Beschreibung TN-Strom

• Sehr starke Stromnutzung

• Ca. 16 Mio. Wärmepumpen (2050)

• Ca. 31 Mio. Batteriefahrzeuge (2050)

• Starke Stromnutzung in der Prozesswärme

• Deutliche Steigerung der Energieeffizienz in allen Sektoren

• Starker Ausbau der Erneuerbaren insbesondere der Windenergie an Land

• Starker Ausbau der Stromnetze

Einordnung

• Im Szenariovergleich war TN-Strom das günstigste Szenario

• Die Klimaziele 2030 und 2040 werden erreicht

• Zur Erreichung des 2045 Ziels wäre eine Beschleunigung

TN-Strom

(7)

Seite 7

 Was passiert bei geringerer Effizienz ?

 Was passiert bei weniger Wind an Land ?

 Was passiert bei weniger Übertragungsnetz ?

 Was passiert bei einer Kombination geringer Effizienz, weniger Wind an Land und weniger Übertragungsnetz?

 Kann das Verteilnetz sinnvoll entlastet werden ?

 Was passiert bei weniger Wärmenetzen ?

F r a g e n a n die „St romwelt “

(8)

M e t h o d i k & S z e n a r i o d e s i g n

S t r o m w e l t T N - S t r o m w i r d s t ä r k e r a u s g e l e u c h t e t



Zentrale Fragestellung:

• Welche techno-ökonomischen Wirkungen haben

bestimmte Veränderungen und Einschränkungen in der Szenariowelt TN-Strom?

•

Vorgehensweise:

• Neurechnung TN-Strom mit folgenden Modifikationen

1. Weniger Effizienz (TN-RedEff)

2. Weniger Wind an Land (TN-RedWindOn)

3. Weniger Übertragungsnetze (TN-RedÜN)

4. Weniger (Kombi 1-3) (TN-WorseCaseI)

5. Weniger Wärmenetze (TN-RedWN)

6. Weniger Verteilnetze (TN-RedVNetz)

(9)

Seite 9

M o d e l l s y s t e m

G e k o p p e l t e M o d e l l e e r l a u b e n h o c h a u f g e l ö s t e A n a l y s e n

Verkehr (Aladin/Astra)

Gebäude (Gemod)

Industrie (Forecast)

GHD/Geräte (Forecast)

Angebotsmodellierung (Enertile ® )

Stromnetze (EXOGON et al.)

Gasnetze (SIMONE et al.)

Rahmendaten



Vorgehensweise

 Detaillierte Modelle berechnen Energienachfrage

 Energienachfrage wird regionalisiert

 Potentiale Erneuerbarer Energien werden in hoher räumlicher und zeitlicher (stundenscharf) Auflösung berechnet

 Bereitstellung der Energie wird optimiert und mit Netzmodellen iteriert

 Auslegung der Netze wird berechnet



Einordnung

 Sehr hohe Auflösung des Energiesystems

 Beispiel Enertile (Optimierung Angebot)

 > 130 Millionen Erzeugungsvariablen

 Größe des Gleichungssystems > 4,4 Mio.

Schreibmaschinenseiten

 Modellkette sehr rechenintensiv und aufwändig

(10)

P r o z e s s e i m P r o j e k t L a n g f r i s t s z e n a r i e n

Vorabentwicklung

Berechnungen

Auswertung & Foliendokumentation Veröffentlichung Daten

Berichte

Hauptszenarien Stromvarianten 2045 Welten

(11)

Seite 11

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot

 Stromnetze

 Gesamtperspektive & Fazit

 Diskussion

A g e n d a

(12)

T N - R e d E f f - E n e r g i e n a c h f r a g e G e b ä u d e



Zentrale Annahmen

•

Im Vergleich zu TN-Strom geringere Gebäudeeffizienz (-33% statt -47%), Mehrverbrauch in 2050: 96 TWh

•

Deckung des zusätzlichen Wärmeverbrauchs überwiegend mit Wärmepumpen und Wärmenetzen



Zentrale Ergebnisse



Höherer Verbrauch höhere Vorlauftemperaturen  geringere Effizienz der Wärmepumpen



Stromverbrauch 2050 steigt von 89 (TN-Strom) auf 114 TWh



Wärmenetzbedarf 2050 steigt von 109 (TN-Strom) auf 129 TWh



Schlussfolgerungen



Zusätzlicher Stromverbrauch von 25 TWh erscheint realisierbar

(13)

Seite 13

T N - R e d E f f - E n e r g i e n a c h f r a g e I n d u s t r i e



Architektur des Szenarios TN-Red-Eff

•

Grundlage: Szenario TN-Strom

•

Änderungen bei Energieeffizienz, Materialeffizienz und Kreislaufwirtschaft entsprechend Referenzszenario

•

^TN-RedEff = Referenzszenario, „Fortschritt, heutiger Trend“

•

TN-Strom = „Beschleunigter Fortschritt“



Zentrale Ergebnisse TN-RedEff in 2050



Summe Energieverbrauch 138 TWh höher als TN-Strom



Energieträgermix ähnlich wie in TN-Strom



Deutlicher Mehrbedarf an Wasserstoff (+77 TWh) und Strom (+65 TWh) ggü. TN-Strom



Deutliche Bandbreite beim Effizienzfortschritt, aber kein vollständig anderes Bild



Viele Anlagen wechseln ohnehin auf “beste verfügbare Technik“

durch den Wechsel auf neue Verfahren



Großer Beitrag von Materialstrategien



Deutlich höhere Energie- und Materialkosten

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

TN-RedEff TN-Strom

[ TWh]

Endenergie und stoffliche Verwendung

Fossil

Synthetisches Methan (stofflich)

Wasserstoff (stofflich) Synthetisches Methan Biomasse

Wasserstoff Umgebungswärme Strom

Fernwärme

2050 Energie +

Stofflich

Davon Strom

Davon Wasserstoff

TN-RedEff 789 469 233

TN-Strom 652 404 156

Diff 138 65 77

(14)

T N - R e d E f f - E n e r g i e n a c h f r a g e G H D & G e r ä t e

 Zentrale Annahmen für beide Sektoren

• Alle Anwendungen, bei denen dies möglich ist, werden elektrifiziert

• Die Effizienzannahmen entsprechen hierbei den derzeitigen Entwicklungen ohne verstärkte Maßnahmen

 Zentrale Ergebnisse

 Der Strombedarf des GHD-Sektors im Szenario TN-RedEff liegt im Jahr 2050 13% (15 TWh) über dem Strombedarf im Szenario TN-Strom

 Der Gesamtenergiebedarf liegt im GHD-Sektor im Szenariovergleich 16%

(20TWh) höher

 Größere Differenzen entstehen insbesondere durch den verstärkten Einsatz nicht hocheffizienter Elektromotoren sowie durch die

Elektrifizierung der Prozesswärme ohne verstärkte Effizienzmaßnahmen

 Der Strombedarf für Haushaltsgeräte liegt im Szenario TN-RedEff im Jahr 2050 26% (19 TWh) über dem Strombedarf im Szenario TN-Strom

 Schlussfolgerungen

 Erhebliche Effizienzpotentiale, die durch die Elektrifizierung entstehen, werden im Szenario TN-RedEff nicht genutzt



(15)

Seite 15

T N - R e d E f f - E n e r g i e n a c h f r a g e Ve r k e h r E n d e n e r g i e b e d a r f s t e i g t u m 1 2 %



•

Unterstellte Effizienzsteigerung des Szenarios TN-Strom wird für alle Antriebsalternativen halbiert



Anstieg Energiebedarf 2050 ggü. TN-Strom: +12 % (47 TWh)



Anstieg Strombedarf 2050 ggü. TN-Strom: +8 %(13 TWh)



Endenergiebedarf für Pkw steigt um 10 %, Nfz um 8 %, andere Verkehrsmittel um 17 %



Geringer Einfluss bei straßengebundenen Verkehr, da elektrische Lösungen weiterhin dominieren und nur in geringem Umfang mehr FCEV (niedrigere Effizienz bei Batterie-Fz. führt zu geringerer Reichweite)



Deutlicher Anstieg des Energiebedarfs bei internationaler Schiff- und Flugfahrt aufgrund



hoher unterstellter Effizienzsteigerungen im Szenario TN- Strom sowie



fehlender elektrischer oder wasserstoffbasierter Antriebsalternativen

(16)

E n d e n e r g i e n a c h f r a g e

D e u t l i c h e A u s w i r k u n g d e r g e r i n g e r e n E f f i z i e n z



Endenergiebedarf steigt gegenüber TN-Strom deutlich an



Endenergie 2050 (Ca. +300 TWh)



Strom 2050 (Ca. +140 TWh)



Wasserstoff 2050 (ca. + 40 TWh)



Fernwärme (Ca. +25 TWh)



Kohlenwasserstoffe (Ca. + 70 TWh)



Andere (Ca. + 25 TWh)



Es kommt zu einem deutlichen Anstieg der

Endenergienachfrage. Potentiale für Biomasse reichen nicht mehr aus.

+Ca. 300 TWh

(17)

Seite 17

T N - R e d W N - E n e r g i e n a c h f r a g e G e b ä u d e



•

Im Vergleich zu TN-Strom geringerer Wärmenetzausbau, Wärmemenge bleibt wie in 2020 (2050: 61 statt 109 TWh)

•

Wärmepumpen können den zusätzlichen Wärmebedarf nicht vollständig decken (Restriktionen)



Der zusätzliche Wärmebedarf wird fast zur Hälfte mit direktelektrischen Heizungen gedeckt



Gesamter Stromverbrauch steigt von 89 (TN-Strom) auf 118 TWh



Wenn die Potenziale von Wärmepumpen und Biomasse- heizungen ausgeschöpft sind, können Wärmenetze nur durch ineffiziente Technologien ersetzt werden

(18)

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot

 Stromnetze

 Gesamtbilanzen

 Diskussion

A g e n d a

(19)

Seite 19

E n e r t i l e – Überblic k Modellierung

Stromsystem

Leistungszubau & Einsatz der

• Stromerzeugungstechnologien

• Stromspeicher

• Übertragungsnetze

Wärmesystem

• Wärmeerzeugungstechnologien

• Wärmespeicher

H₂-System

• Elektrolyseurstechnologien

• Wasserstoffspeicher

• Europäisches H₂-Netz

Exogen vorgegebener Rahmen

Stromnachfragen

Wärmenachfragen H₂-Nachfragen

Enertile

EE Potentiale

Stündliche Wetterdaten Verfügbare Flächen

Technoökonomische Annahmen

CO₂Preis Bestand Kraftwerke

& Infrastrukturen

Politische Vorgaben

 Ziel:



Kosteneffiziente Deckung

vorgegebener Energienachfragen in jeder betrachteten Stunde und Region.

 Lösungsansatz:



Simultane Kostenoptimierung des Zubaus und Einsatzes von

Kraftwerken, KWK, erneuerbaren Energien, Kuppelkapazitäten, Speichern, Wärmepumpen, Elektrolyseuren, etc.



Abbildung von Europa für 2030, 2040 und 2050 in stündlicher Auflösung.



Abbildung der MENA-Region für den Import strombasierter

Energieträger.

(20)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g

We l c h e E f f e k t e b e e i n f l u s s e n d a s S t r o m s y s t e m ?

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot



^Strom



Wasserstoff



Wärmenetze

 ^Stromnetze

 Gesamtbilanzen

 ^Diskussion

(21)

Seite 21

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050 A u s g a n g s p u n k t T N - S t r o m

 Stromerzeugung im Zieljahr 2050



ca. 950 TWh



vollständig durch erneuerbare Energien: unmittelbar und mittelbar durch grünen Wasserstoff

 Erneuerbare Energien



dominieren den Strommix ab 2030



Potentiale für Wind an Land und PV Freifläche werden vollständig gehoben



Installierte Leistungen 2050



^PV ^{289 GW}



Wind an Land 155 GW



Wind auf See 45 GW

 Stark reduzierte Rolle der KWK

 Steigende Stromimporte ab 2030

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

TN-Strom TN-RedVNetz TN-RedEff TN-RedWN TN-RedWindOn TN-RedÜNetz TN-WorseCaseI

2050

Stromerzeugung in TWh

Nettoimport Andere EE Biomasse Wasserkraft CSP

Photovoltaik Wind offshore Wind onshore

Andere Konv. & Speicher Wasserstoff KWK

Wasserstoff Gas KWK Gas Kohle KWK Steinkohle Braunkohle Kernenergie

Interne Ids: TN-Strom 39847; TN-RedWindOn 40490;TN-RedÜNetz 40235; TN- RedVNetz 40391; TN-RedEff 40275;TN-RedWN 40493; TN-WorseCaseI 40484

(22)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

E r h ö h t e S t r o m n a c h f r a g e n e r h ö h e n d i e I m p o r t e

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.



Erhöhte Stromnachfragen werden durch Importe ausgeregelt.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

Wasserstoff Gas KWK Gas Kohle KWK Steinkohle Braunkohle

Zentrale Annahmen TN-RedEff

 Erhöhte Energienachfrage in Deutschland + 140 TWh Strom

+ 25 TWh Wärme in Wärmenetzen

+ 85 TWh Wasserstoff (inkl. stoffliche Nutzung)

 Energienachfrage außerhalb Deutschlands unverändert.

Zentrale Annahmen TN-RedWN

 Wärmenachfrage in Wärmenetzen sinkt um 50 TWh_thund wird hauptsächlich durch elektrische Heizverfahren (+30 TWh_el) ersetzt.

(23)

Seite 23

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

E r h ö h t e S t r o m n a c h f r a g e n e r h ö h e n d i e I m p o r t e

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.



Erhöhte Stromnachfragen werden durch Importe ausgeregelt.



Die Mindesterzeugung aus erneuerbaren Energien von 900 TWh in Deutschland wird in keinem Szenario übertroffen.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

2050

900 TWh

(24)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Europa 2050 (ohne Deut s c hland) E r h ö h t e S t r o m e r z e u g u n g d u r c h d t . N a c h f r a g e e r h ö h u n g

 Einordnung: Erhöhter Energiebedarf durch geringere Effizienz lediglich in Deutschland.

 Zusätzliche deutsche Energienachfrage erhöht die europäische erneuerbare

Stromerzeugung außerhalb Deutschlands in 2050:

 ^PV ^{+ 72 TWh}

 Wind an Land + 215 TWh

 Wind auf See - 33 TWh

567 567 449 449 376 375

1,038316 1,034301 2,032 2,106 2,849 3,064

404 389

435 402

402 412

634 670

1,090 1,162

511 511

0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000

TN-Strom TN-RedEff TN-Strom TN-RedEff TN-Strom TN-RedEff

Andere EE Biomasse Wasserkraft CSP

(25)

Seite 25

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Europa 2050

E r h ö h t e r S t r o m h a n d e l d u r c h d t . N a c h f r a g e e r h ö h u n g

TN-Strom TN-RedEff

(26)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

W i n d a n L a n d i s t d i e w i c h t i g s t e E r z e u g u n g s t e c h n o l o g i e

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste Technologie in Deutschland.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

Zentrale Annahme TN-RedWindOn



Erzeugungspotentiale der Windenergie an Land fast halbiert.

Zentrale Annahme TN-RedVNetz

(27)

Seite 27

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

W i n d a n L a n d i s t d i e w i c h t i g s t e E r z e u g u n g s t e c h n o l o g i e

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste Technologie in Deutschland. Ausbauhemmnisse führen zur Ausschöpfung der verbleibenden erneuerbaren Potentiale.



PV 359 GW (+70 GW)



Wind an Land 92 GW (-63 GW)



Wind auf See 72 GW (+27 GW)

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

2050

Zentrale Annahmen TN-RedWindOn



Erzeugungspotentiale der Windenergie an Land fast halbiert.

(28)

Pot ent iale Windenergie an Land „Weniger Wind“

T N - R e d W i n d O n



 Halbierung aller Landnutzungen (außer Grasland)

 Bei Grasland Reduzierung auf von 30% auf 10%, um die Potentiale in UK zu senken

 Verdichtung des Anlagenbesatzes bei höheren Parkverlusten



 Erzeugungspotentiale der Windenergie an Land in

Deutschland fast halbiert.

(29)

Seite 29

P o t e n t i a l a u s n u t z u n g W i n d 2 0 5 0

TN-Strom TN-RedWindOn

ID 40490 ID 39847

TN-Strom

(30)

P o t e n t i a l a u s n u t z u n g P V F r e i f l ä c h e 2 0 5 0

TN-Strom TN-RedWindOn

(31)

Seite 31

P o t e n t i a l a u s n u t z u n g P V D a c h a n l a g e n 2 0 5 0

ID 39847

TN-Strom TN-RedWindOn

ID 40490

(32)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

Ü b e r t r a g u n g s n e t z w i c h t i g e F l e x i b i l i t ä t s o p t i o n

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste Technologie in Deutschland. Ausbauhemmnisse führen zur Ausschöpfung der verbleibenden erneuerbaren Potentiale.

 Das ausgebaute Übertragungsnetz ist ein wichtiger Flexibilitätsgeber.



Beschränkter Übertragungsnetzausbau führt zu reduziertem Nettostromimport ab 2040.



Flexibilitätsbedarf steigt deutlich an. In 2050:



Batteriespeicher + 7 GW



Elektrolyse + 20 GW



Wasserstoffkraftwerke + 15 GW

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

Zentrale Annahmen TN-RedÜNetz



Geplante Netzausbauprojekte werden mit

Verzögerung umgesetzt und exogen in Enertile gesetzt.



Kein modellendogener Übertragungsnetzausbau in

Enertile.

(33)

Seite 33

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Flex ibilit ät s bereit s t ellung H2 D i s p a t c h 2 0 5 0 K W 5

-150 -100 -50 0 50 100 150 200 250

Mo Di Mi Do Fr Sa So

Erzeugung und Nachfrage (GW)

Batteriespeicher Entladen Gichtgas

Pumpspeicher H2 Turbine Import / Export Biomasse Wind auf See Wind an Land Photovoltaik H2 KWK Wasserkraft

Batteriespeicher Laden Heizung / Kühlung Elekrokessel Abregelung H2 Elektrolyse Power-to-Heat Laden E-Mobility Haus-WP Wärmenetz-WP Sonstige Last

TN-Strom TN-RedÜNetz

-150 -100 -50 0 50 100 150 200 250

(34)

-100 -50 0 50 100 150 200 250

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Flex ibilit ät s bereit s t ellung H2 D i s p a t c h 2 0 5 0 K W 2 4

TN-Strom

-100 -50 0 50 100 150 200 250

TN-RedÜNetz

(35)

Seite 35

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

U p d a t e Te c h n o l o g i e d a t e n s a t z e r n e u e r b a r e E n e r g i e n

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste

Stromerzeugungstechnologie in Deutschland.

Ausbauhemmnisse führen zur Ausschöpfung der verbleibenden erneuerbaren Potentiale.

 Das ausgebaute Übertragungsnetz ist ein wichtiger Flexibilitätsgeber.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

2050

Technologiedatensatz A Technologiedatensatz B

Zentrale Annahme TN-RedWindOn



Erzeugungspotentiale der Windenergie an Land in Deutschland fast halbiert.

Zentrale Annahmen TN-RedVNetz



Anhebung der Spitzenkappung bei Wind an Land und PV auf 9%.



Begrenzung der Aufdach-PV in 2050 auf die Leistungen im TN-Strom.

(36)

P o t e n t i a l e W i n d e n e r g i e a u f S e e m i t f e s t e r G r ü n d u n g D e u t s c h l a n d 2 0 4 1 - 2 0 5 0

Neuerungen in 144:

• Kostenaufschlag 4€/kW pro km Distanz zur Küste

• Kostenaufschlag 12 €/kW pro m Wassertiefe

+6 €/MWh

(37)

Seite 37

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

K o m b i n a t i o n u n t e r s c h i e d l i c h e r H e m m n i s s e v e r m e i d e n

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste

Stromerzeugungstechnologie in Deutschland.

Ausbauhemmnisse führen zur Ausschöpfung der verbleibenden erneuerbaren Potentiale.

 Das ausgebaute Übertragungsnetz ist ein wichtiger Flexibilitätsgeber.

 Die Kombination unterschiedlicher Hemmnisse sollte vermieden werden.



Sehr hohe Strombereitstellung in 2050.



In Deutschland kommen alle erneuerbaren Technologien an ihre Ausbaugrenzen.



Deutlich erhöhter Flexibilitätsbedarf im Stromsektor.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

2050

Zentrale Annahme TN-WorseCaseI



Kombination aus



Höhere Energienachfragen (TN-RedEff)



Weniger Wind an Land (TN-RedWindOn)



Weniger Übertragungsnetzausbau (TN- RedÜNetz)

(38)

S t r o m b e r e i t s t e l l u n g – Deut s c hland 2050

We l c h e E f f e k t e b e e i n f l u s s e n d a s S t r o m s y s t e m ?

 Die europäische Kooperation in der Strombereitstellung ist wichtig.

 Wind an Land ist die wichtigste

Stromerzeugungstechnologie in Deutschland.

Ausbauhemmnisse führen zur Ausschöpfung der verbleibenden erneuerbaren Potentiale.

 Das ausgebaute Übertragungsnetz ist ein wichtiger Flexibilitätsgeber.

 Die Kombination unterschiedlicher Hemmnisse sollte vermieden werden.

413 386 413 413

236

415 238

197 242 172 172

313

172 310

268 250 292 293 329

291 132 137 229 148 142 67 331

118

0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400

(39)

Seite 39

Wa s s e r s t o f f

We l c h e E f f e k t e b e e i n f l u s s e n d a s Wa s s e r s t o f f s y s t e m ?

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot



^Strom



Wasserstoff



Wärmenetze

 ^Stromnetze

 Gesamtbilanzen

 ^Diskussion

(40)

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050 A u s g a n g s p u n k t T N - S t r o m

 Wasserstoffnachfrage

 in 2050 etwa 260 TWh

 geprägt durch H

₂

-Bedarfe in der Industrie und im Umwandlungssektor

 Wasserstofferzeugung

 ca. 92 TWh in Deutschland im Jahr 2050

 Elektrolyseleistung 2050: 41 GW

_el

 Speichervolumen 2050: 73 TWh

_H2

 hohe europäische Importe

 kein modellendogener Import aus MENA

92 100 93 95 66 124 137 170 162 161 166 304 313

564

-156 -156 -156 -156 -233 -156 -233 -87 -87 -79 -87

-109 -262

-440

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

TN-Strom edWindOn TN-RedVNetz TN-RedWN TN-RedEff TN-RedÜNetz orseCaseI

Wasserstofferzeugung und -nachfrage in TWhH2

Umwandlung GHD & HH Verkehr Industrie Import Inländische Elektrolyse

(41)

Seite 41

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050

 Weniger Wind an Land, weniger Wärmenetze, und eine Entlastung der Verteilnetze haben alleine

bilanziell keinen substantiellen Einfluss auf das Wasserstoffsystem in Deutschland. Aber...

 ...falls das Wind an Land Potential beschränkt ist, kippt die europäische Wasserstoffversorgung

zugunsten der Iberischen Halbinsel.

92 100 93 95 66 124 137 170 162 161 166 304 313

564

-156 -156 -156 -156 -233 -156 -233 -87 -87 -79 -87

-109 -262

-440

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

TN-Strom TN-RedWindOn TN-RedVNetz TN-RedWN TN-RedEff TN-RedÜNetz TN-WorseCaseI

2050 Wasserstofferzeugung und -nachfrage in TWhH2

Umwandlung GHD & HH Verkehr Industrie Import

Inländische Elektrolyse

(42)

Wa s s e r s t o f f – Wind an Land v s . PV Wa s s e r s t o f f h a n d e l 2 0 5 0

TN-Strom TN-RedWindOn

(43)

Seite 43

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050

E r h ö h t e Wa s s e r s t o f f n a c h f r a g e n e r h ö h e n d i e I m p o r t e

 Weniger Wind an Land, weniger Wärmenetze und eine Entlastung der Verteilnetze haben alleine bilanziell keinen substantiellen Einfluss auf das Wasserstoffsystem in Deutschland. Aber...

 ...falls das Wind an Land Potential beschränkt ist, kippt die europäische Wasserstoffversorgung

zugunsten der Iberischen Halbinsel.

 Höhere Energienachfragen erhöhen den

Wasserstoffimport und -einsatz im Industrie- und Umwandlungssektor.

92 100 93 95 66 124 137 170 162 161 166 304 313

564

-156 -156 -156 -156 -233 -156 -233 -87 -87 -79 -87

-109 -262

-440

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

(44)

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050

E u r o p ä i s c h e E n e r g i e i m p o r t e r o b u s t

 Weniger Wind an Land, weniger Wärmenetze, und eine Entlastung der Verteilnetze haben alleine

bilanziell keinen substantiellen Einfluss auf das Wasserstoffsystem in Deutschland. Aber...

 ...falls das Wind an Land Potential beschränkt ist, kippt die europäische Wasserstoffversorgung

zugunsten der Iberischen Halbinsel.

 Höhere Energienachfragen erhöhen den

Wasserstoffimport und –einsatz im Industrie- und Umwandlungssektor.

 Weniger Übertragungsnetzausbau führt zu einer Verlagerung der Importe von Strom auf

Wasserstoff und erhöht die

Flexibilitätsbereitstellung aus Wasserstoff im

92 100 93 95 66 124 137 170 162 161 166 304 313

564

-156 -156 -156 -156 -233 -156 -233 -87 -87 -79 -87

-109 -262

-440

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

TN-Strom edWindOn TN-RedVNetz TN-RedWN TN-RedEff TN-RedÜNetz orseCaseI

Wasserstofferzeugung und -nachfrage in TWhH2

Umwandlung GHD & HH Verkehr Industrie Import Inländische Elektrolyse

(45)

Seite 45

Wa s s e r s t o f f – I mport abt aus c h St rom/ H2 S t r o m h a n d e l 2 0 5 0

TN-Strom TN-RedÜNetz

(46)

Wa s s e r s t o f f – I mport abt aus c h St rom/ H2 Wa s s e r s t o f f h a n d e l 2 0 5 0

TN-Strom TN-RedÜNetz

(47)

Seite 47

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050

We l c h e E f f e k t e b e e i n f l u s s e n d a s Wa s s e r s t o f f s y s t e m ?

 Weniger Wind an Land, weniger Wärmenetze und eine Entlastung der Verteilnetze haben alleine bilanziell keinen substantiellen Einfluss auf das Wasserstoffsystem in Deutschland. Aber...

 ...falls das Wind an Land Potential beschränkt ist, kippt die europäische Wasserstoffversorgung

zugunsten der Iberischen Halbinsel.

 Höhere Energienachfragen erhöhen den Wasserstoffimport und –einsatz im

Umwandlungssektor.

 Weniger Übertragungsnetzausbau führt zu einer Verlagerung der Importe von Strom auf

Wasserstoff und erhöht die

Flexibilitätsbereitstellung aus Wasserstoff im Umwandlungssektor.

 Kein modellendogener H

₂

-Import aus der MENA.

92 100 93 95 66 124 137 170 162 161 166 304 313

564

-156 -156 -156 -156 -233 -156 -233 -87 -87 -79 -87

-109 -262

-440

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

(48)

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050 Wa s s e r s t o f f s p e i c h e r

 Saisonales Speicherprofil mit Ausspeicherung im Winter und Einspeicherung im Frühling und

Herbst.

 Speicherbedarf erhöht bei



weniger Wind an Land und weniger Effizienz (+)



weniger Übertragungsnetzausbau (++)



Kombination weniger Wind an Land, weniger Effizienz und weniger Übertragungsnetzausbau (+++)

- 20 40 60 80 100 120 140 160

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Füllstand Wasserstoffspeicher (TWhH2)

Stunde des Jahres (h)

TN-RedÜNetz TN-RedEff TN-RedVNetz

(49)

Seite 49

Wa s s e r s t o f f – Deut s c hland 2050 E l e k t r o l y s e & Ve r s t r o m u n g

 Wasserstoffverstromungsleistungen erhöht bei



weniger Übertragungsnetzausbau (++), durch die Flexibilitätsbereitstellung und den Importabtausch Strom/Wasserstoff



weniger Effizienz in den Nachfragesektoren (++) und weniger Wärmenetzen (+), durch insgesamt höhere Stromnachfragen



Überlagerung von weniger Effizienz, weniger Wind an Land und weniger Übertragungsnetzausbau (+++)

 Elektrolyseleistung reduziert durch



geringere „freie erneuerbare Stromerzeugung“ bei höherer Stromnachfrage durch geringere Effizienz.

Wasserstofffehlmengen werden importiert.

 Elektrolyseleistung erhöht bei



weniger Übertragungsnetzausbau, zur EE-Integration



weniger Wind an Land, zur Integration der erhöhten PV- Spitzenleistung



Überlagerung von weniger Effizienz, weniger Wind an Land und weniger Übertragungsnetzausbau

0 20 40 60 80 100 120

Installierte Leistung (GWel)

H2-KWK H2-Turbine Elektrolyse

(50)

W ä r m e n e t z e

 Begrüßung durch BMWi

 Überblick Langfristszenarien

 Energienachfrage

 Energieangebot



^Strom



Wasserstoff



Wärmenetze

 ^Stromnetze

 Gesamtbilanzen

 ^Diskussion

(51)

Seite 51

W ä r m e n e t z e – Deut s c hland 2050

We l c h e E f f e k t e b e e i n f l u s s e n d i e W ä r m e n e t z e ?

 Der Einsatz von Großwärmepumpen in Wärmenetzen ist robust.

117 114 80

134

76 119

81 13 21

46

19

76 13

10

17 17 17

20 20

17

12

17 17 17

20 20

17

12

0 50 100 150 200 250

TN-Strom TN-RedWindOn TN-RedÜNetz TN-RedEff TN-WorseCaseI TN-RedVNetz TN-RedWN

2050

Wärmeerzeugung in TWh

Solarthermie Geothermie Wasserstoff KWK Wasserstoff Kessel Wärmepumpe Elektrokessel Abfall

Biomasse KWK Biomasse Heizkessel Gas KWK

Gas Heizkessel Andere fossile KWK