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Impulspapier-Strom 2030

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in diesem Impulspapier hat das Bundeswirtschaftsministerium auf Grundlage aktueller Studien zwölf langfristige Trends für den Stromsektor skizziert. Die Trends beschrieben, wie Photovoltaik und Windkraft zunehmend das Energiesystem prägten.

22 Trend 7: Moderne

22 Trend 7: Moderne KWK-Anlagen produ zieren den residualen Strom und tragen zur Wärmewende bei ●● Emissionsarme, effiziente und flexible KWK-Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen) ändern ihre Rolle im Zeitverlauf. KWK-Anlagen sind im Vergleich zu ungekoppelter Erzeugung besonders effizient, weil sie neben Strom auch Wärme produzieren. Bis 2030 bauen wir KWK weiter aus und ersetzen damit ungekoppelte Erzeugung. Auch nach 2030 bleibt die KWK ein wichtiger Baustein: Im Stromsektor decken KWK-Anlagen einen wesentlichen Anteil des residualen Strombedarfs. Im Wärmesektor produzieren KWK-Anlagen vor allem Wärme für Industrieprozesse und Raumwärme für schwer sanierbare Gebäude. Allerdings geht die Bedeutung der KWK nach 2030 zurück. Denn einerseits sind immer mehr Gebäude so gebaut oder energetisch gut saniert, dass der Wärmebedarf sinkt. Andererseits übernehmen erneuerbare Energien zunehmend die Stromversorgung und – direkt (z. B. durch Solarthermie) oder in Kombination mit Wärmepumpen – auch die Versorgung mit Raumwärme und Warmwasser. Langfristig können KWK-Anlagen nur dann eine Rolle spielen, wenn sie mit erneuerbaren Brennstoffen betrieben werden. ●● KWK-Anlagen werden Teil moderner Strom-Wärme- Systeme. Um emissionsarm, effizient und flexibel zu sein, passen die Betreiber einerseits den Betrieb der KWK- Anlagen an. Im Ergebnis reagieren KWK-Anlagen flexibel auf Strompreise und auf den jeweiligen Wärmebedarf. Andererseits binden die Betreiber verstärkt andere Techniken ein: Flexible Ausgleichstechniken wie Wärmespeicher können kostengünstig in wenigen Stunden des Jahres auf besonders hohe oder niedrige Strompreise und einen besonders hohen Wärmebedarf flexibel reagieren. Allerdings sind sie weniger energieeffizient. Daher stellen zusätzlich hocheffiziente Wärmepumpen Flexibilität bereit. Wärmepumpen verbinden als hocheffiziente Strom-Wärme-Technik den Strom- und Wärmesektor – genau wie KWK-Anlagen. Im Gegensatz zu mit Brennstoffen betriebenen KWK-Anlagen verbrauchen sie jedoch Strom, anstatt ihn zu produzieren (vgl. Trend 6). Erneuerbare Wärmetechniken wie Solarthermie-Anlagen unterstützen eine emissionsarme Wärmeproduktion. ● ● Insbesondere an Orten mit relativ dichter Bebauung unterstützen Wärmenetze diese Modernisierung. Ist Wärmenachfrage vorhanden, können Nah- und Fernwärmenetze verschiedene Techniken leicht zusammenbringen. Dazu gehören die flexiblen Ausgleichstechniken ebenso wie die Strom-Wärme-Techniken und die erneuerbaren Wärmetechniken. Sie können auch zusätzliche Wärmequellen wie Abwärme aus Industrieprozessen nutz bar machen. Damit kann sichergestellt werden, dass immer die kostengünstigsten Techniken den Strom und die Wärme produzieren – je nachdem, wie sich der Wärmebedarf oder die Stromproduktion von Wind- und PV-Anlagen entwickelt. Dadurch können Wärmenetze Schwankungen abfedern. Zum Beispiel können sie problemlos einen Wärmespeicher einbinden, wenn der Flexibilitätsbedarf ansteigt. Aufgabe: Anreize für moderne Strom- Wärme-Systeme setzen ●● Investitionsanreize für eine emissionsarme, effiziente und flexible KWK erhalten. Das KWKG 2016 macht es vor: Es fördert CO 2 -arme, gasbasierte Stromerzeugung, verbessert die Förderung für Wärmespeicher und legt den Schwerpunkt auf KWK-Anlagen in der öffentlichen Versorgung. Darauf sollten wir aufsetzen. Wir sollten zunehmend EE-Wärmetechnologien und flexible Ausgleichstechnologien einbinden sowie KWK-Anlagen weiter flexibilisieren. ●● Zukunftsfähige Infrastrukturen wie Wärmenetze fördern. Es gibt verschiedene Wärmenetze: Nahwärmenetze können als Quartierslösungen einzelne Wohnblocks versorgen oder in Industriearealen Wärme für Industrieprozesse bereitstellen. Fernwärmenetze versorgen vor allem dicht besiedelte Gebiete und können Wärme über lange Strecken transportieren. Alle Wärmenetze eint: Sie erfordern langfristige Investitionen. Ihre Lebensdauer beträgt 40 Jahre und mehr. Wo sinnvoll, sollten wir daher Wärmenetze frühzeitig fördern sowie neue und bestehende Wär menetze an die langfristigen Anforderungen anpassen. ●● Langfristige Entwicklung mitdenken. Bei der KWK-Förderung prägen unsere heutigen Entscheidungen das Energiesystem der Zukunft. Denn KWK-Anlagen laufen häufig mehr als 20 Jahre und Wärmenetze haben in der Regel eine Lebensdauer von mehr als 40 Jahren. Daher müssen wir schon heute mitdenken, wie sie langfristig zu einem nachhaltigen und volkswirtschaftlich effizienten Energiesystem passen. Leitfragen 1. Welche Rolle spielen unterschiedliche Typen von KWK- An lagen für einen effizienten Entwicklungspfad der KWK? Welche Rolle spielen jeweils zentrale Anlagen in der öffentlichen Versorgung und dezentrale Anlagen? Wie entwickelt sich die Rolle der industriellen KWK- Anlagen bei der zunehmenden Dekarbonisierung des Industriesektors? Welche Abwärmepotenziale können wie genutzt werden? 2. Wie sieht eine zukunftsfähige Infrastruktur aus?

STROM 2030: LANGFRISTIGE TRENDS – AUFGABEN FÜR DIE KOMMENDEN JAHRE 23 3. Bereits heute unterliegen KWK-Anlagen dem ETS. Wie können wir darüber hinaus Investitionsanreize für eine flexible, emissionsarme und energieeffiziente KWK erhalten? Wie können wir sicherstellen, dass diese Anlagen auch effizient eingesetzt werden? Wie können wir den Ausbau einer zukunftsfähigen Infrastruktur sicherstellen? 4. Wie können wir sicherstellen, dass die heutigen Investitionen zur langfristigen Entwicklung passen? Welche KWK- An lagen mit welchen Lebensdauern können wir bis wann bauen? Welche Eigenschaften müssen Wärmenetze langfristig haben? Abbildung 7: Modernes wärmenetzbasiertes Strom-Wärme-System (schematische Darstellung) Flexible Ausgleichstechniken Spitzenlastkessel (Bio, Gas, Strom) Wärmespeicher Wärmepumpen (EE, Strom) Geothermie Wärmenetze KWK (Bio, Gas, Müll) Solarthermie Strom-Wärme-Technologien EE-Wärme-Technologien Quelle: Eigene Darstellung Auswahl aktueller Studien Prognos et al. (2014): Potenzial- und Kosten-Nutzen-Analyse zu den Einsatzmöglichkeiten von Kraft-Wärme-Kop p lung (Umsetzung der EU-Energie effizienz richtlinie) sowie Evaluierung des KWKG im Jahr 2014; Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung; Institut für Ressourcen effizienz und Energiestrategien, BHKW-Consult, Prognos AG im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Fraunhofer IWES et al. (2015): Interaktion EE-Strom, Wärme und Verkehr; Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, Stiftung Umweltenergierecht im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie Fraunhofer ISI, Consentec et al. (2016): Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Consentec GmbH, Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH im Auftrag des Bundes ministeriums für Wirtschaft und Energie (Veröffentlichung voraussichtlich im vierten Quartal 2016) Ifeu et al. (2013): Transformationsstrategien von fossiler zentraler Fernwärmeversorgung zu Netzen mit einem höheren Anteil erneuerbarer Energien; Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg, GEF Ingenieur AG, AGFW im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Fraunhofer ISE et al. (2013): Erarbeitung einer integrierten Wärme- und Kältestrategie (Phase 2) – Zielsysteme für den Gebäudebereich im Jahr 2050; Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Fraunhofer-Institut für Systemund Innovationsforschung, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Öko-Institut, TU Wien im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

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