"Energieziel 2050 - 100 Prozent Strom aus Erneuerbaren Quellen"
(im Cache)
Thomas Klaus, Carla Vollmer, Kathrin Werner, Harry Lehmann, Klaus Müschen
Umweltbundesamt, Juli 2010


Primer - zusammengestellt von Joachim Gruber


Einleitung

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Mit den heute vorhandenen Techniken zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kann man drei archetypische Szenarien einer erneuerbaren Stromversorgung identifizieren. Damit wollen wir einen Lösungsraum aufzeigen, wie eine hundertprozentige Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen im Jahr 2050 zu erreichen ist.

Rahmendaten für die Modellierung: Dazu gehören zum Beispiel Daten zur demografischen und wirtschaftlichen Situation im Jahr 2050.


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Wir beschreiben


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Ein Umbau der Stromerzeugung auf 100% erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050 ist sehr ambitioniert. Der Anteil erneuerbarer Energien lag noch vor 15 Jahren unter 5%, ist aber 2009 schon auf 16% angestiegen. Wenn wir in Deutschland unseren Strom im Jahr 2050 vollständig aus erneuerbaren Energien erzeugen wollen, gibt es noch sehr viel zu tun: Es ist nicht nur notwendig, den Ausbau der erneuerbaren Energien weiter voranzutreiben, sondern auch, das bestehende Energiesystem umzubauen und für die Umstellung auf erneuerbare Energien tauglich zu machen. Entsprechende Handlungsempfehlungen und Leitlinien für diesen Weg werden in Kapitel 8 (mit pdf-Reader-Suchmaske nach "Handlungsempfehlungen" suchen) beschrieben.


1 Stromspeicher

Erneuerbare-Energien-Methan-Anlage

Abbildung: Rolle der Stromspeicher im EE-System (Quelle: Welt der Physik, "Erneuerbares Methan: ein möglicher Langzeitspeicher")


Der steigende Anteil fluktuierender, erneuerbarer Energien erfordert mittel- bis langfristig den Einsatz großer zusätzlicher Stromspeicher. Es werden sowohl Kurzzeitspeicher als auch Langzeitspeicher benötigt.



Ausgehend von der derzeit besten am Markt verfügbaren Technik beschränken wir uns in dieser Studie bei Kurzzeitspeichern auf Pumpspeicherwerke (71).


Zusätzlich betrachten wir die chemischen Speichersysteme auf Basis von mit erneuerbaren Energien hergestelltem


Diese Speichersysteme sind heute grundsätzlich in allen Komponenten verfügbar.


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(71) Adiabate Druckluftspeicherkraftwerke (d.h. Druckluftspeicherung ohne Temperaturverlust der Druckluft) befinden sich noch in der Entwicklung.

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Seite 59:

2. Lastmanagement

Lastmanagement zur Anpassung des Stromangebots an die Last



Wärmebedarf: Nach unseren Annahmen zur Gebäudedämmung und zum Warmwasserbedarf verbrauchen Wärmepumpen in Haushalten, Gewerbe/Handwerk/Dienstleistungen (GHD) und Industrie im Jahr 2050 zusammen etwa 44 TWh Strom. Ein Großteil dieses Stromverbrauchs kann für das Lastmanagement genutzt werden [unter Ausnutzunge der Speicherkapazität des Wärmespeichers und der der Gebäudemasse].


Bei dem in unserem Szenario angenommen Jahresstromverbrauch von 28 TWh im Jahr 2050 für die Klimatisierung ist das Lastmanagementpotential erheblich. Ein Großteil dieses Stromverbrauchs kann [aus denselben Gründen wie bei Wärmebedarf + Verwendung von Eis zum Kühlen, wie in Kalifornien bereits erprobt] für das Lastmanagement genutzt werden.


Die Zunahme der Elektromobilität bei PKW wird zukünftig zu einem Anstieg des Strombedarfs im Verkehr führen. Zugleich ermöglichen die Batteriespeicher einen Spielraum in Bezug auf den Ladezeitpunkt. Mit geeigneten Ladesteuerungen können Elektrofahrzeuge somit zu einer Lastglättung und einem Ausgleich der schwankenden Stromeinspeisung von erneuerbaren Energieträgern beitragen(Netzintegration der Elektrofahrzeuge mit entsprechenden Tarifstrukturen). Die technisch ebenfalls mögliche Einspeisung von Strom aus Elektrofahrzeugen (Vehicle-to-Grid) berücksichtigen wir hier nicht. Diese Option setzt eine deutliche Erhöhung der Anzahl der Akkuladezyklen voraus. ...Insgesamt kann ein Großteil des Stromverbrauchs für Elektro-PKW von rund 50 TWh in unserem Szenario für Lastmanagement genutzt werden.


Für das Lastmanagement geeignete industrielle Prozesse sind beispielsweise Elektrolyseanwendungen in der Chlor- und Metallindustrie, die Stahlerzeugung, die Zementindustrie oder Querschnittstechnologien wie Prozesswärme oder Drucklufterzeugung. Der Stromverbrauch dieser Anwendungen beträgt zusammen rund 50 TWh pro Jahr, davon kann jedoch nur ein Teil tatsächlich für das Lastmanagement genutzt werden. ...


In unserem Szenario können große industrielle Verbraucher ganzjährig 1,5 GW (= 13 TWh) Tertiäregelleistung bereitstellen - das entspricht der Hälfte der heutigen Potentiale. Weitere Optionen des industriellen Lastmanagements berücksichtigen wir nicht.




Seite 151:

Bei der stundenweisen Simulation wurde die Last in angebotsarmen Situationen auch mit einem geringen Anteil von Importen (von bis zu 7 GW) gedeckt. Daher ist der Bedarf an Reservekraftwerken entsprechend höher, wenn die Versorgungssicherheit ausschließlich mit nationalen Kraftwerkskapazitäten gewährleistet werden soll. Der Ansatz der nationalen Lastdeckung widerspricht jedoch der heutigen und auch der zukünftigen Praxis des europäischen Strommarktes und führt somit systematisch zu einem zu hohen Bedarf an Erzeugungskapazität.


Seiten 152 - 4, 7:

Lastoptimierung über die gesamten vier Jahre simuliert, wobei das Lastmanagement für E-Mobilität, Wärmepumpen und Klimatisierung diesmal für eine Minimierung der Lastspitzen bei gleichem Stromverbrauch sorgt. Alle weiteren Nachfrageelastizitäten werden jedoch vernachlässigt.


3. Potential Erneuerbarer Energien

.. Dieser entspricht (bei konservativer Näherung) dem heutigen Gesamtbedarf an positiver Regelleistung in Höhe von 7,5 GW. ... Zugleich können mindestens 1,5 GW des Regelleistungsbedarfs mit regelbaren Lasten gedeckt werden. Sie können wie thermische Kraftwerke positive Regelleistung, insbesondere Minutenreserveleistung, bereitstellen und deren erforderliche Kapazität auf diese Weise ersetzen.


Somit muss der Kraftwerkspark zum Zeitpunkt der Jahreshöchstlast eine gesicherte Leistung von 87,5 GW bereitstellen können, um das Kriterium der nationalen Versorgungssicherheit - mit dem eingangs vorgestellten Konzept der gesicherten Leistung - erfüllen zu können.


(Bei der Beurteilung der Versorgungssicherheit mit dem Konzept der gesicherten Leistung eines Kraftwerksparks (insbesondere bei rein nationaler Betrachtung) ergibt sich für die Windenergie nur ein Zugewinn an gesicherter Leistung in Höhe von wenigen Prozenten der installierten Leistung.)


Für den Kraftwerkspark, der nach der stundenweisen Modellierung (mit der Wetter- und Lastcharakteristik der Beispieljahre 2006 bis 2009) zur Lastdeckung und zur Bereitstellung von Regelleistung ausreichend ist, ergibt sich insgesamt eine verfügbare gesicherte Leistung von 73,5 GW. Davon resultieren


Zusammenfassung
Um den Bedarf an gesicherter Leistung von 87,5 GW nach dem theoretischen Konzept zur gesicherten Leistung zu decken, sind weitere 14 GW an gesicherter Leistung bzw. zusätzliche Backup-Gasturbinenkraftwerke mit einer installierten Leistung von 14,7 GW erforderlich.

EE-Kraftwerkspark


Mit diesem Kraftwerkspark ist es möglich, die Last jederzeit auf einem Niveau der Versorgungssicherheit von 99% mit nationalen Kapazitäten zu decken.


Nach dem Konzept der gesicherten Leistung sind zusätzlich Backup-Kraftwerke mit 14 GW gesicherter Leistung erforderlich, die jedoch in der stundenweisen Simulation während der betrachteten vier Jahre nie eingesetzt werden.


Version: 5.1.2015
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