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STRise-Fachtagung „2. Stuttgarter Energiedialog“ 09. November 2018, Bosch-Haus Heidehof Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek
Wege eines Klimaschutzbeitrags in der Wärmeversorgung
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 2
Agenda
• Ziele der Energiewende
• Wo stehen wir?
• Pfade zur Dekarbonisierung im Wärmesektor
• Zusammenfassung
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Energiewende
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Klimaschutz
Bei gleichzeitigem Ausstieg aus der Kernenergienutzung
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Ziele der Energiewende
• Wirtschaftlichkeit treibt Wandel im Energiesystem
• z. B. Raumwärmebereitstellung
• 1960 – 1980 Heizöl verdrängt Kohle
• 1970 – 2000 Erdgas verdrängt Heizöl
• Politische Ziele beginnen Energiesystem zu wandeln
• 1972 Studie Club of Rome „Grenzen des Wachstums“1
• 1973/79 Ölpreiskrisen: Kernenergie und Erdgas ersetzen Öl
• 1977 Amory Lovins (USA) entwickelt Vision eines Energiesystem auf Basis erneuerbarer Energien (EE)2
• 1980 Öko-Institut verwendet erstmals Begriff „Energiewende“ für Studie zur Abkehr von Erdöl und Uran3
• BReg „Energiewende“: Energiekonzept 20104
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Historie
1 Meadows, D.H. et al.: The Limits to Growth. Universe Books, New York, 1972 2 Lovins, A.B.: Soft Energy Paths: Towards a Durable Peace. Harper & Row, New York, 1977 3 Krause, F. et al.: Energie-Wende: Wachstum und Wohlstand ohne Erdöl und Uran. S. Fischer, Frankfurt a. M., 1980; nach Zeit Online: Sprachforschung: The Energiewende. abgerufen unter
https://www.zeit.de/2012/47/Energiewende-Deutsche-Begriffe-Englisch am 20.7.2018 4 BMWi: Eine Zielarchitektur für die Energiewende. abgerufen unter https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/zielarchitektur.html am 19.7.2018.
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 5
Ziele des Klimaschutzplans der Bundesregierung Zielerreichung ist anspruchsvoll
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
• Für 2030 sind erhebliche Minderungen vor
allem im Bereich der Energiewirtschaft,
Gebäude und Verkehr zu erreichen
• Wird Verkehr langsamer als geplant
reduziert, müssen Gebäude und
Energiewirtschaft höhere Ziele erreichen
(wäre kosteneffizient)
• Ziele 2050 sind bislang nicht sektoral aufgelöst:
• Emissionen in Landwirtschaft und Industrie
sind sehr aufwendig zu reduzieren, so dass
hieraus eine (nahezu) vollständige
Dekarbonisierung der anderen Sektoren
folgt
Quelle: Projekt E-Navi, gefördert durch BMBF
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Sonstige Landwirtschaft IndustrieVerkehr Gebäude EnergiewirtschaftGesamtsumme Spannbreite
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Ziele der Energiewende EU, national, BW
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Klimagasreduktion Erneuerbare Energien Energieeffizienz
EU1
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2020: 20%PE, Ref. Szenario
2030: 27%PE, Ref. Szenario
2050: 41%PE, 2005
Deutschland2
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2030: -55%
2050: -80/95%
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2020: 20%PE, 2008
2030: 30%PE, 2008
2050: 50%PE, 2008
Baden-Württemberg3
2020: -25%
2030: -45%
2050: -90%
2020: 25%
2030: 43%
2050: 80%
2020: 16%EndE, 2010
2030: 32%EndE, 2010
2050: 50%EndE, 2010
1) EU Klima- und Energiepaket 2030, Oktober 2014; Energiefahrplan 2050, 12/2011 2) Integriertes Energie- und Klimaschutzprogramm, 08/2007; Energiekonzept 2011; Klimaschutzplan 2050, 11/2016 3) Klimaschutzgesetz BW, Juli 2013/Integriertes Energie- und Klimaschutzkonzept BW (IEKK), Juli 2014 PE – Primärenergie, EndE – Endenergie
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 8
Klimaschutz und Emissionshandel Deutschland in EU integriert
Treibhausgasemissionen: EU-28 und D
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Verifizierte Emissionen nonETSVerifizierte Emissionen ETSLinearer MinderungspfadAllokation ETS ohne Backloading
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verfügbare Zertifikate
Verifizierte Emissionen ETSAllokation ETSAllokation ETS ohne Backloading
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verfügbare Zertifikate
Verifizierte Emissionen ETS
Allokation ETS
Allokation ETS ohne Backloading
Datenquellen: UNFCCC, EU EEA
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW
Klimagasreduktionen
• Wärmesektor ist aktuell führend
• Bei gleichen Emissionsminderungszielen für alle Sektoren (-40%):
• Wärme hat Ziel nahezu erreicht, stagniert aber
• Energieversorgung hat ca. Hälfte erreicht
• Verkehr keine nennenswerten Reduktionen
• Zu erwarten, dass Ziele 2020 nicht mehr erreicht werden können
Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch
• Bei Anteil EE ist Stromversorgung führend
• Stromversorgung liegt lt. BMWi „im Plan“
• Wärme und Verkehr haben vor allem langfristig noch erhebliche Strukturveränderungen zu erreichen
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Status quo Deutschland Klimagasreduktionen und Anteile erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch
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EnergieversorgungWärmeVerkehr
Datenquelle: UNFCCC Report 2016
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%
BruttostromverbrauchEndenergieverbrauch für Wärme und KälteEndenergieverbrauch Verkehr
Datenquelle: AGEE-stat
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 10
Erreichung der Minderungsziele (2030) durch Dekarbonisierung der Stromerzeugung in BW
Emissionen gesamt:
• 89,2 Mt. (1990)
• 78,4 Mt. (2016)
- 12,1%
Ziele nach KSG-BW:
Gesamtsumme Treibhausgasemissionen
• -25% (2020)
• -90% (2050)
Reduktionspfade:
• Linear
• Konstante relative Minderung
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Prozesse, Land-, Abfallwirtschaft IndustrieVerkehr Haushalte und GHDWärmekraftwerke (öfftl. Vers.) Zielvorgabe (konstante Anstrengung)
Datenquelle IST-Daten: Statistisches Landesamt Baden-Württemberg
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Prozesse, Land-, Abfallwirtschaft IndustrieVerkehr Haushalte und GHDWärmekraftwerke (öfftl. Vers.) Zielvorgabe (konstante Anstrengung)
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Erreichung der Minderungsziele (2030) durch Dekarbonisierung der Stromerzeugung in BW
Annahmen: • Vollständige Dekarbonisierung der
Stromerzeugung bis 2030
• Übrige Sektoren unverändert auf Niveau 2016
Ziele nach KSG-BW: • -45% (2030) IEKK
(nur energetische)
• -47% (2030) linearer Pfad
Resultat in 2030: • Verfehlung des Ziels (IEKK) um rund 12 Mt CO2e
bzw. 13 Prozentpunkte
Fazit:
• Umsetzung der Energiewende in allen
Sektoren notwendig!
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Zeitraum bis 2020 Zeitraum bis 2050
-25%
-90%
Datenquelle IST-Daten: Statistisches Landesamt Baden-Württemberg
Wärmesektor spielt aufgrund eines breit genutzten Technologieportfolios und bestehender Lock-in-Effekte eine entscheidende Rolle bei Erreichung der Klimaschutzziele
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 13
Pfad zur Einhaltung der Ziele des Klimaschutzplans (2050 90%) Kostenoptimale Sektorverteilung führt 2050 zu höheren Zielen im Wärmesektor
• Ziel des Wärmesektors trifft mittelfristig
(2030) kostenoptimales Ziel gut
• Langfristig (2050) muss bei kostenoptimaler
Verteilung Wärmesektor stärker mindern
• Gleichzeitig hat Energiewirtschaft bei
kostenoptimaler Verteilung erheblich höhere
Minderungsziele zu erreichen
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Hebel“ im Wärmesektor sind: • Steigerung der Energieeffizienz • Erhöhung des Anteils Erneuerbare (EE) 0
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Wärme Energie-wirtschaft
Verkehr Industrie LandwirtschaftKli
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"KSP 90" "Optimiert 90"
Quelle: Projekt E-Navi, gefördert durch BMBF
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2030
"KSP 90" "Optimiert 90"
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 14
Steigerung der Energieeffizienz im Gebäudesektor
• Neubau erfolgt mit hohem bis höchstem
energetischem Standard, so dass
Nutzwärmebedarf Neubau kaum Einfluss auf
Gesamtbedarf hat
• Bestandsgebäude dominieren auch langfristig
Nutzwärmebedarf
• Energetische Sanierung sollte Nutzwärmebedarf
für Wohngebäude bis 2040 um rd. 50% senken
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Fortschritt wird verzögert, wenn Sanierungszyklen verzögert werden können, da kosteneffizient nur im Zyklus
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JahrMFH Neubau MFH 2002 -2015 MFH 1979-2001 MFH vor 1979 EFH Neubau
EFH 2002 -2015 EFH 1979-2001 EFH vor 1979 Datenreihen9
Quelle: Projekt TGZ InEnergy für MVV Energie AG
Neubau und Bestand
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 15
Veränderung der Rolle von Heizungstechnologien Mittelfristige Veränderungen des spezifischen Primärenergiebedarfs
• Energetische Standards für Neubau lassen sich im
Bestand kaum erreichen
• Ohne energetische Sanierung ist Dekarbonisierung im
Wärmesektor nicht möglich
• Kennwerte von fossiler KWK verschlechtern sich mit
zunehmend dekarbonisiertem Strommix
• Wärmeerzeugung auf Strombasis erreicht bei
zunehmend dekarbonisiertem Strommix erheblich
verbesserte Kennwerte
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
• Zukünftige Umweltwirkungen der Technologien sollten berücksichtigt werden
• Relevante Zielgröße instrumentieren, um wettbewerbliche Balance Effizienz/Einsatz zu erreichen Quelle: Projekt TGZ InEnergy für MVV Energie AG
Spez. Nicht-EE Primärenergiebedarf pro m2 für Mehrfamilienhaus im Bestand
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Brennwert Gas
Mikro-KWK
Luft-WP Gas
Luft-WP el.
Erd-WP el.
E-KesselNiedrigstenergie-Haus
EnEV 2016
EnEV 2000
Ordnungsrahmen für Neubau (Status Quo)
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 16
Kosteneffizienter Pfad zur Zielerreichung in Baden-Württemberg Erdgaseinsatz rückläufig
• Zunächst erhebliche Anstrengungen im
Bereich der Energieeffizienz der Gebäude
• Im Rahmen von Sanierungszyklen und
Neubau kostengünstig
• Teilweise Voraussetzung für
Heizsystemwechsel zu Wärmepumpe,
LowEx-Fernwärme
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
• Massive Reduktion des Erdgasabsatzes im Verteilnetz
• Zukünftige Rolle als Netz für H2 / synthetisches Methan?
Quelle: Projekt EnSyS BaWü, gefördert durch UM BW
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW 17
Kosteneffizienter Pfad zur Zielerreichung in Baden-Württemberg Entwicklung Fernwärme: Durch „Vergrünung“ nimmt Bedeutung langfristig zu
• „Vergrünung“ Fernwärme erfordert
mittelfristig erhebliche Umstellungen
• Umstellung auf Großwärmepumpen (PtH)
und Geothermie
• Einsatz von Großwärmepumpen bzw.
Abwärmenutzung erfordert LowEx-Netze
• „Grüne“ Fernwärme bietet langfristig
erhebliche Chancen, da „gleitende“
Umstellung Abnehmer möglich
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Quelle: Projekt EnSyS BaWü, gefördert durch UM BW
• Wärmenetze spielen langfristig wichtige Rolle, mittelfristig sind aber Umstellungskosten bei zunächst nur stabilem Absatz Herausforderung
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW
• Vielzahl von Nutzern (Eigentümer, Mieter, Gemeinschaft) und Entscheidungsträger
• Hohe Lock-in-Effekte bzw. Pfadabhängigkeiten
• Zeitliche Abfolge einzelner Maßnahmen und Lebenszyklus der Bauteile im Bestand
entscheiden in erheblichem Maße mögliche Pfade
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Umbau der Wärmeversorgung birgt noch Herausforderungen Komplexität: Pfadabhängigkeiten
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Brennw. Kessel
Elektr. WP
Erdgas BHKW
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Zeit
Bestands-gebäude
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- 50% - 85%
1. Entscheidung 3. 2.
STRise – Ein Forschungsverbund von DLR, Universität Stuttgart und ZSW
Spezielle Situation im Wärmesektor
• Wärmesektor muss bereits bis 2030 erhebliche Anteile zur Erreichung der Klimaziele beitragen
• Balance zwischen Energieeffizienz und erneuerbarer Erzeugung im Wärmesektor gebäudespezifisch und komplex
Wichtige Fragen bei Gestaltung der Transformationspfade im Wärmesektor
• Bislang keine stringente Anreizstruktur für Klimaschutz vorhanden
• Chancen der Sektorintegration müssen nutzbar sein
• Direkte Wirkung auf Treibhausgasemissionen könnte sektorintegrierenden, zielgerichteten Ansatz darstellen
• Aufgrund unmittelbarer, individueller Wirkung auf jeden Haushalt sind Verteilungseffekte und soziale
Gerechtigkeit unbedingt zu beachten
• Betrieb von Netzen für leitungsgebundene Energieträger (Gas und Fernwärme) wird zumindest mittelfristig
aufgrund sinkenden Wärmebedarfs wirtschaftlich unter Druck kommen: zukünftige Nutzungen sinnvoll?
20
Zusammenfassung Umbau der Wärmeversorgung birgt noch erhebliche Herausforderungen
Hufendiek – 2. Stuttgarter Energiedialog 2018
Vielen Dank!
Prof. Dr.-Ing. Kai Hufendiek
+49 (0) 711 685 – 878 01
Universität Stuttgart
Institut für Energiewirtschaft und
Rationelle Energieanwendung (IER)
Heßbrühlstraße 49a
70565 Stuttgart