Analog zum Strombedarf kann auch der Wärmebedarf in Nordhessen aus dezentralen und erneuerbaren Energien gedeckt werden. Das Potenzial ist groß genug.

1. Energiewende Nordhessen
Technische und ökonomische Verknüpfung des
regionalen Strom- und Wärmemarktes
Stand 12. November 2013
Dr. Thorsten Ebert,
Vorstand Städtische Werke AG

3. Energiewende Nordhessen:
Strom – Wärme - Verkehr
• Ausgangspunkt der Studie ist die Fragestellung, ob eine
Energieversorgung der Strom-, Wärme- und Verkehrsmärkte
in Nordhessen mit dezentralen und erneuerbaren
Energien möglich und sinnvoll ist.
• 2012: Analyse des Strommarktes Nordhessens
• 2013: Untersuchung des regionalen Wärmemarktes und
dessen technische und ökonomische Verknüpfungen zum
Strommarkt
• Geplant für 2014: Analyse des Verkehrsmarktes

4. 1
PROJEKTPARTNER

5. 1
Stadtwerke Union Nordhessen – SUN
• Die SUN-Partner versorgen
rund 290.000 Menschen
mit Energie.
• Die SUN-Partner
beschäftigen
ca. 1.300 Mitarbeiter.

6. 1
Fraunhofer-Institut für Windenergie
und Energiesystemtechnik (IWES)
• Forschen für die Praxis ist die zentrale
Aufgabe der 66 Institute und
selbständigen Forschungseinrichtungen
der Fraunhofer-Gesellschaft.
• Das Fraunhofer IWES beschäftigt sich
mit der Energiesystemtechnik für
alle Formen der erneuerbaren
Energien.
• Am Fraunhofer IWES arbeiten rund
480 Personen.

7. 1
Institut dezentrale
Energietechnologien (IdE)
• Das IdE ist ein
anwendungsorientiertes
Forschungsinstitut an der Universität
Kassel.
• Der inhaltliche Schwerpunkt des
Instituts liegt auf einer
ganzheitlichen Betrachtung der
Energiebedarfsfelder Strom und
Wärme, einschließlich der
Elektroenergieversorgung für die
Mobilität.

8. 2
TEILSTUDIE STROMMARKT
Ausgewählte Ergebnisse
aus 2012

9. 2
Zentrale Fragestellungen
• Ist eine weitgehend dezentrale Stromversorgung aus
erneuerbaren Energien in Nordhessen möglich und sinnvoll?
• Wie hoch ist der EE-Anteil bereits und sind ausreichend weitere
Potenziale vorhanden?
• Welcher Energiemix ist anzustreben?
• Wie können die Bürger mit einbezogen und die Region
gestärkt werden?

10. 2
EE-Potenziale für Strom aus Wind –
PV – Wasser - Bioenergie

11. 2
Jahresdauerlinien der Residuallasten
• Im Ausgangsszenario wurde
eine Versorgung der Region zu
80 % aus dezentralen EEAnlagen zugrunde gelegt.
Dabei entstehen rechnerisch
während ca. 3 Monaten
Erzeugungsüberschüsse.
• Mehr als 400 MW Unterdeckung
entstehen nur für ca. 10 Tage.
• Im EEMax-Szenario (157 %
EE-Erzeugung) entstehen
Überschüsse für mehr als die
Hälfte des Jahres.

12. 2
Zusammenfassung
• Eine dezentrale Energiewende ist auch in einer Region
mit einem Oberzentrum mit industriell geprägter Struktur
möglich.
• Auch in einem dezentralen Szenario ist ein überregionaler
Netzausbau notwendig.
• Die regionalen Wertschöpfungspotenziale sind erheblich,
können aber nur generiert werden, wenn die Anlagen auch
im Eigentum regionaler Akteure sind (Kommunen,
Bürgergenossenschaften, Stadtwerke, regionale Banken).

13. 3
TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Technische und ökonomische
Verknüpfung des regionalen
Strom- und Wärmemarktes

14. 3
Zentrale Fragestellungen
• Wie entwickelt sich der Wärmemarkt in der SUN-Region?
• Sind ausreichend Potenziale vorhanden, um 100 % des
Wärmebedarfs regenerativ zu decken?
• Welche Auswirkungen haben verschiedene Technologien zur
Wärmeerzeugung auf den Wärme- und Strommarkt?

15. 4
TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Bestandsanalyse

16. 4
Strukturdaten SUN-Region
• 730.000 Einwohner
• 4.000 km2 Fläche
• 3.700 GWh/a Strombedarf
• 7.000 GWh/a Wärmebedarf
*
• 590 MW Spitzenlast Strom
• 2540 MW Spitzenlast Wärme
*ohne industrielle Prozesswärme
(ca. 2.500 GWh)

17. 4
Wärmeerzeugungsstruktur 2011
nach Brennstoffen
• Ca. 10 % EE-Anteil an
der Wärmeversorgung
Nordhessens
• Größter Beitrag der EEWärmeerzeugung durch
Biomasse

18. 4
Wärmeerzeugungsstruktur 2011
nach Technologie
• Ca. 80 % der Wärme
wird in dezentralen
Feuerungsanlagen
(Gas, Öl, Biomasse)
erzeugt.

19. 4
Wärme- und Stromverbrauch
• Wärmebedarf gesamt
Nordhessen = 7.000 GWh
• Strombedarf gesamt
Nordhessen = 3.700 GWh
• Die Lastgänge
unterscheiden sich
erheblich.

20. 5
TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Potenzialanalyse

21. 5
Potenziale für Wärme in der
SUN-Region

22. 5
Potenziale für Wärme nach
Gebietskörperschaften

23. 5
Profilvergleich Strom und Wärme

24. 5
Kopplung Strom und Wärme

25. 6
TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Szenarien

26. 6
Drei Ausbauszenarien für die
Wärmeversorgung
1. Business as usual
2. Beschleunigter EE-Ausbau
3. Maximaler Ausbau von Wärmepumpen (WPmax)

27. 6
Business as usual
• Aktuelle Markttrends, technologische Entwicklungen und
Modernisierungsraten für Heizsysteme werden für die
zukünftige Entwicklung fortgeschrieben
• 3 % p. a. Modernisierungsrate der Wärmeerzeuger,
davon
— ca. 2,9 % Biomasse
— ca. 9 % Wärmepumpe
— ca. 3400 kWth p. a. Solarthermie in Kombination mit anderen
Wärmeerzeugern

28. 6
Business as usual
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.
• Der EE-Anteil an der
Wärmeversorgung
Nordhessens erhöht sich
von ca. 10 % auf ca. 17 %.
• Selbstversorgungsanteil
kann von ca. 12 % auf ca.
20 % gesteigert werden

29. 6
Beschleunigter EE-Ausbau
• Beschleunigte Modernisierung der Heiztechnologien
(5 % p. a.)
• Anteil regenerativer Energieträger an Neuinstallationen im
Vergleich zum Business-as-usual-Szenario wird verdoppelt:
— ca. 6 %
— ca. 18 %
Biomasse
Wärmepumpe
• Daraus resultiert: Absolute EE-Zubauzahlen
verdreifachen sich.
• ca. 11.300 kWth p.a. Solarthermie in Kombination mit
anderen Wärmeerzeugern

30. 6
Beschleunigter EE-Ausbau
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 21 %.
• Der EE-Anteil an der
Wärmeversorgung
Nordhessens erhöht sich von
ca. 10 % auf ca. 28 %.
• Selbstversorgungsanteil
erhöht sich von ca. 12 %
auf ca. 30 %.

31. 6
Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
• Deckung des Wärmebedarfs ausschließlich über
Wärmepumpen.
• Grundlage bildet die Annahme, dass zu einem unbestimmten
Zeitpunkt der gesamte Gebäudebestand wärmegedämmt
ist.
• Kopplung mit Stromerzeugung aus EEmax-Szenario
aus der Teilstudie Strommarkt (alle Potenziale zur
Stromerzeugung aus EE werden genutzt).

32. 6
Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
• Durch Effizienzsteigerung
sinkt der Wärmebedarf um
ca. 50 %.
• EE-Anteil an der
Wärmeerzeugung: 77 %
• Herkunft des Stroms
für Wärmepumpen:
— 38 % EE-Überschussstrom
aus der Region
— 62 % Stromimport

33. 6
Maximaler Ausbau von Wärmepumpen
Auswirkung auf Residuallast:
• Spitzen von ÜberschussStrom verringern sich um
ca. 6 %.
• Maximale Stromlücke
(Spitzenlast) verdoppelt
sich von ca. 500 MWel auf
ca. 1.000 MWel.

34. 6
Vergleich der drei Ausbauszenarien
• Business as usual:
EE-Ausbau sehr langsam.
• Beschl. EE-Ausbau:
trotz Verdreifachung des
Zubaus kein
wesentlicher Beitrag
zur Energiewende.
• Max. Ausbau von
Wärmepumpen:
hoher EE-Anteil, aber
deutlich erhöhte
Spitzenlast.

35. 7
TEILSTUDIE WÄRMEMARKT
Zusammenfassung

36. 7
Zusammenfassung (1/2)
• Sowohl der Strombedarf (bis zu 157 %) als auch der
Wärmebedarf * (bis zu 104 %) in Nordhessen kann aus
dezentralen erneuerbaren Energien gedeckt werden.
• Bei einer Fortschreibung der aktuellen
Heizungsaustauschraten und der dabei bevorzugten
Technologien wird eine zügige Transformation zu einer
überwiegend erneuerbaren Energieversorgung nicht
gelingen.
*
ohne industriellen Prozesswärmebedarf

37. 7
Zusammenfassung (2/2)
• Zentraler Baustein der Energiewende im Wärmemarkt ist die
Energieeinsparung.
• Die Verknüpfung von Strom und Wärme kann einen
relevanten Beitrag zur zügigen Transformation des
Energiesystems leisten. Sie erhöht aber auch die
Komplexität der Aufgabe.
• Die Beschränkung auf eine Technologie zur
Wärmeversorgung wie der Wärmepumpe ist aufgrund der
negativen Auswirkungen auf den Stromsektor (Erhöhung der
Spitzenlast) nicht sinnvoll.

38. 8
AUSBLICK

39. 8
Ausblick
• Zusätzlich zum regionalen Strom- und Wärmemarkt soll auch die
Energieversorgung des Verkehrsmarktes untersucht werden.
• Weitere Untersuchungsgegenstände Modellregion Nordhessen:
— Virtuelle Kraftwerke (VK) als zentrales Instrument der
Energiewende
— Vermarktungsoptionen für erneuerbare Energien
— Ausbau und Betrieb der zukünftigen Netzinfrastruktur
— Anforderungen aus der Kopplung Wärme-/Strommarkt an die
Wärmeversorgung (sinnvoller Technologiemix)
— Einbeziehung des industriellen Prozesswärmebedarfs
— Verwendung von Energiespeichern zur optimierten Nutzung von
Erzeugungsüberschüssen Strom/Wärme