In der RED II sind Kriterien zum Strombezug von strombasierten Energieträgern definiert. Diese adressieren nur im begrenzten Maße die Herausforderungen der Nachhaltigkeit und systemischen Klimabetrachtung. Die systemischen Herausforderungen im Strommarkt werden zwar stärker adressiert, sind aber im Konkreten unklar. Existierende Analysen und Szenarien zur Entwicklung und Produktion strombasierter Energieträger implizieren potenzielle Konfliktfelder für eine nachhaltige ökologische und sozioökonomische Entwicklung. Mit der bereits absehbaren Importabhängigkeit von Europa bei strombasierten Energieträgern sind Chancen und Herausforderung im Hinblick auf eine nachhaltige Bereitstellung in möglichen Herstellungsregionen mit einem hohen Produktionspotenzial verbunden. Das Vorhaben dient zur Unterstützung und Beratung für die Bewertung, Ausarbeitung und mögliche Umsetzung klimagerechter und nachhaltiger Kriterien/Anforderungen an strombasierte erneuerbare Energieträger in Europa und für den Import nach Europa.
Direkte Folgen der Sektorkopplung sind zukünftig stark steigende Stromnachfragemengen sowie veränderte Nachfrageprofile durch neue Stromanwendungen. Diese Stromnachfrage muss von einer zunehmend durch Windkraft und Photovoltaik geprägten und damit hochvolatilen Stromerzeugung gedeckt werden. Somit ergeben sich substantielle Herausforderungen, das aktuelle Niveau der Versorgungssicherheit aufrecht zu erhalten oder sogar weiter zu erhöhen. Aus diesem Grund werden verschiedene Maßnahmen und Technologien erforderlich sein, die nur in ihrer Gesamtheit ausreichend sein werden, um Angebot und Nachfrage jederzeit und effizient in Einklang zu bringen und die Versorgungssicherheit zu garantieren. Dies beinhaltet den regionalen und grenzüberschreitenden Ausgleich von erneuerbaren Energien innerhalb von Marktgebieten und zwischen Marktgebieten, den zeitlichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage durch flexible Lasten oder Speichertechnologien sowie flexible Erzeugungseinheiten. Das genannte Maßnahmenbündel und die Auswirkungen der Einzelmaßnahmen auf die Versorgungssicherheit wird innerhalb des Forschungsvorhabens durch die Weiterentwicklung etablierter Energiesystemmodelle, die Entwicklung eines neuen Modells sowie die Kopplung dieser Modelle untersucht und bewertet.
Direkte Folgen der Sektorkopplung sind zukünftig stark steigende Stromnachfragemengen sowie veränderte Nachfrageprofile durch neue Stromanwendungen. Diese Stromnachfrage muss von einer zunehmend durch Windkraft und Photovoltaik geprägten und damit hochvolatilen Stromerzeugung gedeckt werden. Somit ergeben sich substantielle Herausforderungen, das aktuelle Niveau der Versorgungssicherheit aufrecht zu erhalten oder sogar weiter zu erhöhen. Aus diesem Grund werden verschiedene Maßnahmen und Technologien erforderlich sein, die nur in ihrer Gesamtheit ausreichend sein werden, um Angebot und Nachfrage jederzeit und effizient in Einklang zu bringen und die Versorgungssicherheit zu garantieren. Dies beinhaltet den regionalen und grenzüberschreitenden Ausgleich von erneuerbaren Energien innerhalb von Marktgebieten und zwischen Marktgebieten, den zeitlichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage durch flexible Lasten oder Speichertechnologien sowie flexible Erzeugungseinheiten. Das genannte Maßnahmenbündel und die Auswirkungen der Einzelmaßnahmen auf die Versorgungssicherheit wird innerhalb des Forschungsvorhabens durch die Weiterentwicklung etablierter Energiesystemmodelle, die Entwicklung eines neuen Modells sowie die Kopplung dieser Modelle untersucht und bewertet.
Direkte Folgen der Sektorkopplung sind zukünftig stark steigende Stromnachfragemengen sowie veränderte Nachfrageprofile durch neue Stromanwendungen. Diese Stromnachfrage muss von einer zunehmend durch Windkraft und Photovoltaik geprägten und damit hochvolatilen Stromerzeugung gedeckt werden. Somit ergeben sich substantielle Herausforderungen, das aktuelle Niveau der Versorgungssicherheit aufrecht zu erhalten oder sogar weiter zu erhöhen. Aus diesem Grund werden verschiedene Maßnahmen und Technologien erforderlich sein, die nur in ihrer Gesamtheit ausreichend sein werden, um Angebot und Nachfrage jederzeit und effizient in Einklang zu bringen und die Versorgungssicherheit zu garantieren. Dies beinhaltet den regionalen und grenzüberschreitenden Ausgleich von erneuerbaren Energien innerhalb von Marktgebieten und zwischen Marktgebieten, den zeitlichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage durch flexible Lasten oder Speichertechnologien sowie flexible Erzeugungseinheiten. Das genannte Maßnahmenbündel und die Auswirkungen der Einzelmaßnahmen auf die Versorgungssicherheit wird innerhalb des Forschungsvorhabens durch die Weiterentwicklung etablierter Energiesystemmodelle, die Entwicklung eines neuen Modells sowie die Kopplung dieser Modelle untersucht und bewertet.
Direkte Folgen der Sektorkopplung sind zukünftig stark steigende Stromnachfragemengen sowie veränderte Nachfrageprofile durch neue Stromanwendungen. Diese Stromnachfrage muss von einer zunehmend durch Windkraft und Photovoltaik geprägten und damit hochvolatilen Stromerzeugung gedeckt werden. Somit ergeben sich substantielle Herausforderungen, das aktuelle Niveau der Versorgungssicherheit aufrecht zu erhalten oder sogar weiter zu erhöhen. Aus diesem Grund werden verschiedene Maßnahmen und Technologien erforderlich sein, die nur in ihrer Gesamtheit ausreichend sein werden, um Angebot und Nachfrage jederzeit und effizient in Einklang zu bringen und die Versorgungssicherheit zu garantieren. Dies beinhaltet den regionalen und grenzüberschreitenden Ausgleich von erneuerbaren Energien innerhalb von Marktgebieten und zwischen Marktgebieten, den zeitlichen Ausgleich von Angebot und Nachfrage durch flexible Lasten oder Speichertechnologien sowie flexible Erzeugungseinheiten. Das genannte Maßnahmenbündel und die Auswirkungen der Einzelmaßnahmen auf die Versorgungssicherheit wird innerhalb des Forschungsvorhabens durch die Weiterentwicklung etablierter Energiesystemmodelle, die Entwicklung eines neuen Modells sowie die Kopplung dieser Modelle untersucht und bewertet.
Die Energiewende in Deutschland ist bisher durch den Ausbau von Onshore-Windkraft und PV-Anlagen geprägt. Durch den vermehrten Zubau von Offshore-Windkraft kommt es zu einer zentraleren Einspeisung fluktuierender Windenergie im Norden Deutschlands. Langfristig könnten sich allerdings ebenso dezentrale Erzeugungsstrukturen durchsetzen, z.B. in Form von der angestrebten, verstärkten Sektorenkopplung zur Steigerung der Flexibilität des Energiesystems und Reduktion fossiler Brennstoffbedarf im Wärme- und Transportsektor. Entsprechend werden sowohl zentrale als auch dezentrale Technologien und deren gezielte Zusammenführung zum Gelingen der Energiewende beitragen müssen. Aktuell bestehen hierbei allerdings zahlreiche Herausforderungen, welche ein verbessertes Verständnis der Koordination zwischen Technologieoptionen, sowie die Abstimmung verfügbarer Steuerungsinstrumente, auch über Sektorengrenzen hinweg, erfordern. Daher ist eine Analyse zukünftiger Energieszenarien und der sich daraus ergebenden technologischen Wechselwirkungen aus einer übergreifenden systemorientierten Perspektive notwendig, sowie die wissenschaftliche Methodenentwicklung. Das Ziel des Projekts ist es deshalb, die Bedingungen für eine bestmögliche Koordination (de-)zentraler Technologieoptionen zu erforschen und dadurch zu einer effizienten Umsetzung der Energiewende beizutragen. Dies erfordert ein verbessertes Verständnis der Systemintegration und Vernetzungsmöglichkeiten aller Technologieoptionen. Dabei sollen sektorinterne und -übergreifende Lösungsansätze analysiert und bewertet werden. Basierend auf diesen technologiefokussierten Analysen sollen ökonomische Ansätze zum Marktdesign sowie Steuerungsinstrumente zur adäquaten Anreizsetzung im Systemkontext untersucht werden. Dabei ist das Ziel zu analysieren, welche Anteile von zentralen und dezentralen Erzeugungs- und Sektorenkopplungselementen aus Systemsicht wünschenswert wären, was ein Untersuchen und Abwägen von Zielkonflikten erfordert.
Die Energiewende in Deutschland ist bisher durch den Ausbau von Onshore-Windkraft und PV-Anlagen geprägt. Durch den vermehrten Zubau von Offshore-Windkraft kommt es zu einer zentraleren Einspeisung fluktuierender Windenergie im Norden Deutschlands. Langfristig könnten sich allerdings ebenso dezentrale Erzeugungsstrukturen durchsetzen, z.B. in Form von der angestrebten, verstärkten Sektorenkopplung zur Steigerung der Flexibilität des Energiesystems und Reduktion fossiler Brennstoffbedarf im Wärme- und Transportsektor. Entsprechend werden sowohl zentrale als auch dezentrale Technologien und deren gezielte Zusammenführung zum Gelingen der Energiewende beitragen müssen. Aktuell bestehen hierbei allerdings zahlreiche Herausforderungen, welche ein verbessertes Verständnis der Koordination zwischen Technologieoptionen, sowie die Abstimmung verfügbarer Steuerungsinstrumente, auch über Sektorengrenzen hinweg, erfordern. Daher ist eine Analyse zukünftiger Energieszenarien und der sich daraus ergebenden technologischen Wechselwirkungen aus einer übergreifenden systemorientierten Perspektive notwendig, sowie die wissenschaftliche Methodenentwicklung. Das Ziel des Projekts ist es deshalb, die Bedingungen für eine bestmögliche Koordination (de-)zentraler Technologieoptionen zu erforschen und dadurch zu einer effizienten Umsetzung der Energiewende beizutragen. Dies erfordert ein verbessertes Verständnis der Systemintegration und Vernetzungsmöglichkeiten aller Technologieoptionen. Dabei sollen sektorinterne und -übergreifende Lösungsansätze analysiert und bewertet werden. Basierend auf diesen technologiefokussierten Analysen sollen ökonomische Ansätze zum Marktdesign sowie Steuerungsinstrumente zur adäquaten Anreizsetzung im Systemkontext untersucht werden. Dabei ist das Ziel zu analysieren, welche Anteile von zentralen und dezentralen Erzeugungs- und Sektorenkopplungselementen aus Systemsicht wünschenswert wären, was ein Untersuchen und Abwägen von Zielkonflikten erfordert.
Die Energiewende in Deutschland ist bisher durch den Ausbau von Onshore-Windkraft und PV-Anlagen geprägt. Durch den vermehrten Zubau von Offshore-Windkraft kommt es zu einer zentraleren Einspeisung fluktuierender Windenergie im Norden Deutschlands. Langfristig könnten sich allerdings ebenso dezentrale Erzeugungsstrukturen durchsetzen, z.B. in Form von der angestrebten, verstärkten Sektorenkopplung zur Steigerung der Flexibilität des Energiesystems und Reduktion fossiler Brennstoffbedarf im Wärme- und Transportsektor. Entsprechend werden sowohl zentrale als auch dezentrale Technologien und deren gezielte Zusammenführung zum Gelingen der Energiewende beitragen müssen. Aktuell bestehen hierbei allerdings zahlreiche Herausforderungen, welche ein verbessertes Verständnis der Koordination zwischen Technologieoptionen, sowie die Abstimmung verfügbarer Steuerungsinstrumente, auch über Sektorengrenzen hinweg, erfordern. Daher ist eine Analyse zukünftiger Energieszenarien und der sich daraus ergebenden technologischen Wechselwirkungen aus einer übergreifenden systemorientierten Perspektive notwendig, sowie die wissenschaftliche Methodenentwicklung. Das Ziel des Projekts ist es deshalb, die Bedingungen für eine bestmögliche Koordination (de-)zentraler Technologieoptionen zu erforschen und dadurch zu einer effizienten Umsetzung der Energiewende beizutragen. Dies erfordert ein verbessertes Verständnis der Systemintegration und Vernetzungsmöglichkeiten aller Technologieoptionen. Dabei sollen sektorinterne und -übergreifende Lösungsansätze analysiert und bewertet werden. Basierend auf diesen technologiefokussierten Analysen sollen ökonomische Ansätze zum Marktdesign sowie Steuerungsinstrumente zur adäquaten Anreizsetzung im Systemkontext untersucht werden. Dabei ist das Ziel zu analysieren, welche Anteile von zentralen und dezentralen Erzeugungs- und Sektorenkopplungselementen aus Systemsicht wünschenswert wären, was ein Untersuchen und Abwägen von Zielkonflikten erfordert.
Ziel des vorliegenden Berichts ist es, das Potenzial und die Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien im Gasnetz durch die Elektrifizierung von Betriebsmitteln vor dem Hintergrund der Erreichung der langfristigen Klimaschutzziele und der Energiewende zu betrachten. Betriebsmittel im Gasnetz sind technische Komponenten, die dem Gastransport und der Gasspeicherung dienen. Diese Betriebsmittel werden bislang unabhängig vom Stromnetz mit dem zu transportierenden Erdgas betrieben. Diese Untersuchung wurde im Rahmen der Studie "Integration erneuerbarer Energien durch Sektorenkopplung, Teilvorhaben 2: Analyse zu technischen Sektorkopplungsoptionen" durchgeführt, die die Subsituierung fossiler Energieträger durch Einsatz sog. Sektorkopplungsoptionen (SKO) für Deutschland bis 2050 in verschiedenen Anwendungsbereichen identifiziert und den möglichen Beitrag zu den energie- und klimapolitischen Zielen analysiert (Wietschel 2017). Die Möglichkeiten des Gasnetzes werden in dem vorliegenden Bericht untersucht. Zur Beurteilung der zukünftige Entwicklung der Sektorkopplungsoptionen bis 2050 wurden zwei Szenarien AMS und KS95 (Beschreibung s. Wietschel 2017) betrachtet: Im Aktuelle-Maßnahmen-Szenario (AMS) schreibt den aktuellen Stand der energie- und klimaschutzpolitischen Rahmenbedingungen bis zum Jahre 2050 fort. Die energie- und klimaschutzpolitischen Ziele der Bundesregierung werden in diesem Szenario weitgehend verfehlt. Im Klimaschutzszenario 95 (KS95) werden bis zum Jahr 2050 die Treibhausgasemissionen um 95 % gegenüber 1990 gemindert durch Erreichen von ambitionierten Zielen für Treibhausgasemissionen, Energieeffizienz und erneuerbare Energien. Für die vorliegenden Betrachtungen zum Gastransport wurden die Szenarien erweitert und die Funktion Deutschlands als Transitland von Gas im europäischen Kontext berücksichtigt. Grundlegend ist jedoch festzuhalten, dass die Szenarien zur langfristigen Entwicklung eine deutliche Reduzierung des Primärenergieverbrauchs von Gas in Deutschland bis 2050 aufzeigen. Die durchgeführte Studie betrachtet die Elektrifizierung der technischen Komponenten des deutschen Gasferntransportnetzes inklusive der dort angeschlossenen Untertageerdgasspeicher sowie deren flexiblen Betrieb in einem fluktuierenden erneuerbaren Energiesystem. Die Transportverdichter in den ca. 70 Stationen des Fernleitungsnetzes, die Druckverluste durch Reibung ausgleichen, sowie die Verdichter zum Einspeichern von Gasmengen in die Untertageerdgasspeicher eignen sich im Rahmen der Sektorenkopplung zu Elektrifizieren, da ihr Antrieb grundsätzlich gasbasiert und strombasiert erfolgen kann. Ebenso kann die Vorwärmung des Gases vor dem Entspannen des Gases aus den Speichern oder dem Ferntransportnetz in ein nachgelagertes Netz mit erneuerbarem Strom realisiert werden (Power to Heat). Die infrastrukturellen Auswirkungen der zusätzlichen Stromnachfrage aus dem Gasnetz für das Stromnetz wurden nicht mitbetrachtet. Für die Elektrifizierung der Betriebsmittel im Gasnetz lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: - Technisches Potential im Gasnetz vorhanden. - Für die Verdichtung und Vorwärmung von Gas im Gastransport (Fernleitungsnetz) und im Speicherbetrieb ergibt sich momentan ein technisches Potential zur Integration von Strom von ca. 3,8 TWh im Jahr. Durch den erwarteten Rückgang der transportierten Gasmenge und damit Verringerung der benötigten Verdichterleistung und Energieaufwendungen für die Vorwärmung verringert sich dieses Potential bis 2050 signifikant (ca. 2,5 TWh im AMS und ca. 1,6 TWh im KS95). - Bivalente Systeme sind Vorteilhaft, jedoch kostenintensiver. - Die Anwendungen im Gasnetz sind relativ unflexibel und können nur begrenzt in einem fluktuierenden Energiesystem agieren. Ein höherer Flexibilitätsbeitrag kann bei bivalenter Auslegung der technischen Kom-ponenten geleistet werden. Eine bivalente Anlage hält zwei unterschiedlichen Anlagentechnologien vor (sowohl gasbasierter als auch elektrischer Betrieb möglich), was zunächst höhere Investitionen verursacht als nur eine Anlage. Gleichfalls sind auch in der Wartung höhere Kosten zu erwarten, aufgrund z.B. der zusätzlichen Belastungen durch häufiges An- und Abfahren der Anlagen. Deshalb ist diese Anlagenkonfiguration betriebswirtschaftlich momentan häufig nicht darstellbar und zukünftig nur bei entsprechend hohen Flexibilitätsanreizen im Strommarkt. - Die Elektrifizierung der Betriebsmittel führt zu geringen Treibhausgasemissionen, kann jedoch nur einen geringen Beitrag zu den Minderungszielen insgesamt leisten. - Die Treibhausgas (THG) -Emissionen der Sektorkopplungsoptionen hängen vor allem von dem Mix der eingesetzten Kraftwerkstypen zur Stromproduktion ab. Wird der stündliche Eintrag von erneuerbarem Strom in Strommix des Aktuelle-Maßname-Szenario (AMS) unterstellt, kann bis ins Jahr 2050 durch die SKO im Gasnetz im Vergleich zu anderen Maßnahmen kaum CO2 eingespart werden. Durch die inflexible Fahrweise des Gasnetzes wird auch in Zeiten mit hohem Anteil an fossil erzeugtem Strom bezogen. Eine vollständig auf erneuerbarer Energie basierende Stromversorgung, aber auch eine Umstellung des Brenngases auf regenerative Gase würde eine deutlichere THG-Minderung bewirken. - Der Primär- und Endenergiebedarf sinkt beim Einsatz von Elektromotoren zur Gasver-dichtung. - Die Einsparungen liegen bei etwa 3,5 TWh in beiden Szenarien. - Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist im Jahr 2050 die strombasierte Verdichtung der gasbasierten vorzuziehen. - Eine volkswirtschaftliche Betrachtung zeigt, dass strombasierten Verdichter leicht günstigere Faktorkosten (Investition, Energiekosten incl. Zertifikatspreise, Betriebskosten) aufweisen als die gasbetriebene Referenztechnik. Dabei handelt es sich jedoch um mittlere Werte, die je nach Standort variieren können. Beispielsweise kann die Lage einer Verdichterstation zur nächsten geeigneten Transformator-Station des Stromnetzes Einfluss auf die Investitionen haben. Außerdem werden in dem vorliegenden Bilanzraum mögliche Mehrkosten für eine zusätzliche Infrastruktur auf Stromseite nicht berücksichtigt. - Die Elektrifizierung der Betriebsmittel führt zu geringeren Umweltkosten. - Die Umweltkosten reduzieren sich beim Einsatz der strombasierten Verdichter im Wesentlichen aufgrund des geringeren Primärenergieeinsatzes beim Gastransport. Hier sind Einsparungen bis zu 255 Mio. âą im Jahr 2050 möglich (KS95). Bei der Gasvorwärmung sind die Beiträge zu energie- und klimapolitischen Zielen wesentlich geringer. Die Elektrifizierung der Betriebsmittel im Gasnetz ist unter der Annahme einer "Kupferplatte" im Stromnetz langfristig sinnvoll, um die Primärenergieeinsparpotentiale und Treibhausgasminderungspotentiale verbunden mit den volkswirtschaftlichen Minderkosten sowie den geringeren Umweltkosten gegenüber der heutigen Nutzung von Gas als Betriebsmittel zu heben. Der Ersatz von Erdgas durch regenerative Gase würde zwar zu ähnlichen Treibhausgasminderungspotentiale führen, aber höhere volkswirtschaftliche Kosten verursachen. Auch in der Übergangszeit und vor dem Hintergrund der Integration der erneuerbaren fluktuierenden Erzeugung sowie der Gewährleistung der Versorgungssicherheit im Gasnetz erscheint der bivalente Betrieb von Betriebseinheiten im Gasnetz aus energetischer Sicht zweckmäßig. Eine relativ rasche Marktdurchdringung bei den elektrisch betriebenen Verdichtern sollte mit einem entsprechenden Anreizprogramm für Energieunternehmen möglich sein. Quelle: Forschungsbericht
Ziel der Studie ist es, die Potentiale wichtiger neuer Anwendungen für Strom zur Subsituierung fossiler Energieträger (sogenannte Sektorkopplungsoptionen (SKO)) für Deutschland bis 2050 zu identifizieren und den möglichen Beitrag dieser Anwendungen zu den energie- und klimapolitischen Zielen zu analysieren. Für die untersuchten SKO lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen. Viele der SKO haben ein hohes Treibhausgas(THG)-Minderungspotential. Wichtig für den THG-Minderungsbeitrag der SKO ist, dass ausschließlich oder überwiegend erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt. Eine relevante Anzahl der SKO weist zudem ein hohes Flexibilitätspotential auf und trägt zur Systemintegration von Erneuerbaren bei. Je stärker das Flexibilitätspotential der SKO genutzt wird, desto weniger bedarf es an Technologien, die ausschließlich zur Flexibilitätsbereitstellung eingesetzt werden wie z. B. Speicher. Einige der Sektorkopplungsoptionen können auch einen signifikanten Beitrag zur Energieeffi-zienzsteigerung leisten. Bei der Wirtschaftlichkeit unter Einbezug der Umweltkosten schneiden insbesondere die untersuchten SKO im Verkehr, längerfristig auch in der Wärme gut ab. Viele der SKO in der Industrie stehen diesbezüglich jedoch vor großen Herausforderungen. Unter Wirtschaftlichkeits- und Umweltaspekten sollte möglichst der Strom direkt genutzt werden und auf die Umwandlung zu gasförmigen- oder flüssigen Brenn- und Kraftstoffen verzichtet werden. Dies ist allerdings nicht in allen Anwendungsbereichen möglich bzw. sinnvoll, beispielsweise im internationalen Flug- oder Schiffsverkehr. Wenn Strom umgewandelt wird, ist besonders auf die Stromherkunft zu achten sowie das vorhandene große Flexibilitätspotential dieser SKO zu nutzen. Die Elektrolyse sowie die Gewinnung von CO2 aus Abscheidungsprozessen sind dabei die Schlüsseltechnologien für einen künftigen Markterfolg. Für den mittel- und langfristigen Markterfolg ist aufgrund der langen Vorlaufzeiten ein frühzeitiger Einstieg in die SKO bedeutsam. Quelle: Forschungsbericht
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 20 |
| Wissenschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 8 |
| unbekannt | 12 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 12 |
| Offen | 8 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 20 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 13 |
| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 7 |
| Lebewesen und Lebensräume | 11 |
| Luft | 11 |
| Mensch und Umwelt | 20 |
| Wasser | 3 |
| Weitere | 20 |