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Erneuerbare Gase ‐ ein Systemupdate der Energiewende

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  • Ines
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Die enervis‐Studie „Erneuerbare Gase – ein Systemupdate der Energiewende“ skizziert den Weg zu einem treibhausgasneutralen Energiesystem bis zum Jahr 2050. Die Studie wurde vom Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) und der Initiative Erdgasspeicher e.V. (INES) beauftragt. Ein Politischer Beirat hat die Studie begleitet.

Möglichkeiten

Möglichkeiten der Dekarbonisierung Die Modellierung der verwendeten Wärmeerzeugungstechnologien setzt auf der Modellierung des Nettowärmbedarfes auf, vgl. vorheriger Abschnitt. Im Rahmen dieser Studie wird für beide Szenarien die gleiche Entwicklung des Nettowärmebedarfes unterstellt. Hinsichtlich der Technologieauswahl und der zum Einsatz kommenden Energieträger, findet eine Differenzierung nach Szenario statt. Da der Endenergiebedarf abhängig von der gewählten Technologie ist, unterscheidet sich dieser in der Folge auch zwischen den Szenarien. Bei den Szenarien Maximale Elektrifizierung und Optimales System handelt es sich um Zielszenarien, d.h. es existieren modellexogene Vorgaben, um die im Rahmen dieser Studie angestrebte Dekarbonisierung des Wärmemarktes bis 2050 zu erreichen. Hier dienen die in Abbildung 3 dargestellten sektorspezifischen CO2-Minderungsziele für den Wärmemarkt als Leitgröße. Beiden Szenarien sind gemeinsam, dass die Erfüllung der Minderungsziele durch eine schrittweise Bevorzugung CO2-freier Technologien, wie z.B. Wärmepumpen, Biomasse oder Direktheizern, sichergestellt wird. Im Szenario Maximale Elektrifizierung kommen Erneuerbare Gase nicht oder nicht in nennenswertem Umfang zum Einsatz und alle derzeit fossilen Technologien werden schrittweise vollständig elektrifiziert. Als primäre Technologieoptionen zur Dekarbonisierung verbleiben Strom-Wärmepumpen, Biomasse, Fernwärme und Elektroheizer. Im Szenario Optimales System werden hingegen zusätzliche Sektorenkopplungstechnologien zugelassen. Dies geschieht unter der Voraussetzung, dass gasbasierte Systeme in Bereichen eingesetzt werden, in denen volkswirtschaftliche Kostenvorteile zu erwarten sind. Dies sind insbesondere Anwendungen im Prozessbereich, die ein Temperaturniveau benötigen, das durch Strom-Wärmepumpen nicht mehr erreicht werden kann und im Szenario Maximale Elektrifizierung daher durch Direktheizer bedient wird. Weiterhin ist insbesondere bei alten, schlecht gedämmten Gebäuden im Raumwärmebereich ein Rückgang der Effizienz von Wärmepumpen zu beobachten, der ihren Einsatz als nicht mehr wirtschaftlich erscheinen lassen kann. Auch hier kommen daher gasbasierte Systeme zum Einsatz. Die benötigten Gasmengen in diesem Szenario werden durch den Einsatz von Power-to-Gas-Technologien bereitgestellt, um die Erfüllung der Dekarbonisierungsziele weiterhin zu gewährleisten. Es wird also Erneuerbares Gas aus Erneuerbarem Strom synthetisiert. Abbildung 21 fasst die beschriebene Vorgehensweise für die Szenarien zusammen. TECHNOLO GIEERSATZ MAXIMALE ELEKTRIFIZIERUNG • Zielszenario zu strombetriebenen Technologien • Vollständige Elektrifzierung aller derzeit fossilen Technologien OPTIMALES SYSTEM • Zielszenario Kombination von Sektorkopplungstechnologien • Nutzung von Gas in Bereichen, die einen volkswirtschaftlichen Kostenvorteil erzielen Abbildung 21: Szenarienausgestaltung des Wärmemarktes Hinsichtlich der Modellierung der Wärmeerzeugungstechnologien, ist innerhalb des Wärmemarktmodells eine regionalisierte Verteilung der zur Anwendung kommenden Technologien und verwandten Energieträger im Status Quo hinterlegt (z.B. Gas, Öl, Fernwärme, Strom- Wärmepumpen etc.). Für jede Gemeinde bzw. jeden Kreis ist der Anteil, den die einzelnen INES Initiative Erdgasspeicher e.V. / BWE Bundesverband Windenergie e.V. Erneuerbare Gase - ein Systemupdate der Energiewende 12. Dezember 2017 Seite 40

Technologien an der Wärmebereitstellung haben, als Aufsatzpunkt der Modellierung vorhanden. Im Haushaltssegment wird dazu nach Gebäudetyp und Baujahr differenziert 31 . Im Status Quo kommen am häufigsten gas-, öl-, oder fernwärmebasierte Systeme vor. Systeme mit einer geringeren Häufigkeit (z.B. Nachtspeicher, Pellets, Wärmepumpen, Kohle) werden ebenfalls berücksichtigt, ebenso wie Kombinationen mit sekundären Technologien (z.B. Solarthermie). Weiterhin wird – wo nötig – eine Differenzierung nach Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung vorgenommen. Die Herleitung dieser initialen Verteilung basiert auf einer umfangreichen Literaturrecherche, der Verwendung durch die statistischen Ämter erhobenen Daten sowie Informationen hinsichtlich der Verfügbarkeit eines Gasnetzanschlusses 32 . Weiterhin wurde für alle Bestandssysteme zur Ermittlung des Endenergiebedarfes ein mittlerer thermischer Wirkungsgrad bestimmt 33 . In den Segmenten GHD und Industrie ist die Datenbasis im Vergleich zum Haushaltssegment eingeschränkt. Zur regionalisierten Technologieverteilung im Status Quo wird daher auf Informationen hinsichtlich der verwendeten Brennstoffe (und damit indirekt Technologie) je Wirtschaftszweig 34 zurückgegriffen. Diese Informationen werden durch die regionale Verfügbarkeit von Fernwärme- 35 und Gasnetzen 36 ergänzt. Im Segment Industrie sind zusätzlich länderspezifische industrielle Energiebilanzen 37 sowie der kreisscharfe industrielle Energieverbrauch 38 als Datenbasis vorhanden. Diese Informationen werden in geeigneter Weise kombiniert, um eine initiale Technologieverteilung in den Segmenten GHD und Industrie je Kreis und Wirtschaftszweig abzuleiten. Ausgehend von diesem Aufsatzpunkt im Status Quo, wird die Entwicklung des Technologieparks bis 2050 modelliert. Dazu werden alle im Status Quo vorhandenen Technologien mit einer Lebensdauer zwischen 15 und 20 Jahren versehen und gleichmäßig im Zeitraum von 2017 bis 2036 ausgetauscht und durch neue Systeme ersetzt. Der Einsatz neuer Systeme erfolgt ebenfalls bei Neubau eines Gebäudes im Haushaltssegment oder einer Betriebsgründung in den Segmenten GHD und Industrie. Bei der Entscheidung, welches neue System einzubauen ist, wird im Rahmen des Modells eine Vollkostenentscheidung aus Endkundensicht getroffen. Dazu wurden zunächst segmentbezogene Technologiedefinitionen mit zugehörigen Investitionskosten und der Entwicklung der Wärmeeffizienz (‚thermischer Nutzungsgrad‘) getroffen, siehe Abschnitte 5.1.2.1 und 5.1.2.2. Weiterhin werden Annahmen hinsichtlich der Endkunden-Brennstoffpreise getroffen, siehe Tabelle 3. 31 Es wird jedem Gebäude eine bestimmte Technologie zugeordnet. 32 Die Technologieverteilung auf regionaler Ebene wurde aus der Kombination verschiedener Datenquellen abgeleitet. Neben den detaillierten Daten des Zensus 2011 [https://www.zensus2011.de] wurden regionalisierte Daten aus Mikrozensus- Zusatzerhebungen verwandt [Statistisches Bundesamt, Mikrozensus - Zusatzerhebung 2010/2014 Bestand und Struktur der Wohneinheiten - Wohnsituation der Haushalte]. Weiterhin wurden Daten hinsichtlich der Verfügbarkeit eines Gasnetzes sowie länderspezifische Energiebilanzen berücksichtigt [LAK, Energiebilanzen der Bundesländer, http://www.lak-energiebilanzen.de/]. 33 Zu den Wirkungsgraden siehe z.B. [IWU, 2002, Energetische Kenngrößen für Heizungsanlagen im Bestand]; [FHTE, 2005, Die Modernisierung von Heizung und Trinkwassererwärmung]; [Herstellerangaben für moderne Systeme]. Weiterhin wurde auf Daten hinsichtlich des Alters und des Typs verschiedener Systeme zurückgegriffen, siehe z.B. [Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerks, Erhebungen des Schornsteinfegerhandwerks für verschiedene Jahre] und [BDH, Gesamtbestand Wärmeerzeuger 2014] 34 Fraunhofer ISI, 2016, Erstellung von Anwendungsbilanzen für die Jahre 2013 bis 2015 mit Aktualisierungen der Anwendungsbilanzen der Jahre 2009 bis 2012 35 Abschätzung mittels [Statistische Ämter des Bundes und der Länder, Zensus 2011, https://www.zensus2011.de] 36 Aus käuflich erworbenen postleitzahlenscharfen Daten. 37 LAK, Energiebilanzen der Bundesländer, http://www.lak-energiebilanzen.de/ 38 Statistisches Bundesamt, Statistik zu Energieverwendung in der Industrie INES Initiative Erdgasspeicher e.V. / BWE Bundesverband Windenergie e.V. Erneuerbare Gase - ein Systemupdate der Energiewende 12. Dezember 2017 Seite 41

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