1. Die Weiterentwicklung der Energiewirtschaft in Baden-
Württemberg bis 2025 unter der Berücksichtigung der
Liefer- und Preissicherheit
Sozialpartnerveranstaltung Chemie, 18.02.2013, Stuttgart
Wolf Fichtner, Karl-Friedrich Ziegahn, Hans-Jörg Bauer
KIT – University of the State of Baden-Wuerttemberg and
Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft
National Research Center of the Helmholtz Association www.kit.edu

2. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
2

3. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
3

4. Stromversorgung Baden-Württembergs vor
großen Herausforderungen
Stromflussbild BW (2009) Politische Entwicklungen
Beschleunigter Ausstieg aus der
Nutzung der Kernenergie bis 2022
Abschaltung von zwei Kernreaktoren in
Baden-Württemberg im Rahmen des
Atommoratoriums 2011
Laufzeitende der beiden verbleibenden
Reaktoren 2019 bzw. 2022
Verstärkter Ausbau der
Erneuerbaren Energien auf
Bundesebene
Ziele der Landesregierung seit 2011
u.a. neue Ziele beim Ausbau der
Erneuerbaren Energien in Baden-
Württemberg (38 % der Bruttostrom-
erzeugung bis 2020; 2010: 17 %)
 Baden-Württemberg ist Netto-Stromimporteur
(Erzeugung in BW < Verbrauch) und Transitland.
4

5. Entwicklung der Stromerzeugung in
Baden-Württemberg zwischen 1975 und 2010
5 19.02.2013

6. Stromerzeugung aus Erneuerbaren
Energieträgern in BW und D (2010)
6 19.02.2013

7. Installierte Leistung und Anteil an der geleisteten
elektrischen Arbeit der Energieträger
Installierte Anteil an der
Leistung Stromerzeugung
7 19.02.2013

8. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
8

9. Ziele der Energiewende auf Landesebene
Ziel 2020 2030 2040 2050
Treibhausgas-Reduktion [% ggü. 1990] 30 46 62 80
Anteil EE am Bruttostromverbrauch [%] 17,3 85,5
Anteil EE/WE an Bruttostromerzeugung [%] 38/10
Reduktion Stromverbrauch [% ggü. 2007] 28
KWK-Anteil an der Stromerzeugung [%] 20
9 19.02.2013

10. Potenziale für Erneuerbare Energien in BW
Technisches Ziele der Ziele als Stromge-
Technologie Potenzial Landesregierung Prozentsatz des stehungskosten
(TWh/a) für 2020 (TWh/a) Potenzials (%) 2010 (Cent/kWh)
Wind 35 6,4 (0,5*) ≈ 20 8-18
Photovoltaik, davon: 28 7,0 (2,1) ≈ 30 16-52
Freiflächen 3 16-18
Dachflächen 20 24-26
Fassadenflächen 5 46-52
Bioenergie, davon: 6 4,9 (3,4) ≈ 80 8-35
Biomasse HKW 3 8-18
Biogasanlagen 3 9-35
Geothermie, davon: 17 0,3 (0,0) ≈2 18-50
Heißwasseraquifere 1 18-…
Kristalline Gesteine 16 30-50
Wasserkraft 5,5-6,0 5,5 (5,1) 5-20
*) Klammerwerte entsprechen der Erzeugung im Jahre 2010
Technische Potenziale der EE ausreichend um Ziele der
Landesregierung zu erreichen
10

11. Potenziale der Energieeffizienz in Baden-
Württemberg in 2025: Randbedingungen
Definition der Varianten (basierend auf UBA 2009 u.a. vom FhG-ISI)
Ohne Energieeffizienz: Referenzvariante
Keine Energieeffizienzinstrumente sowie keine Effekte infolge von Strukturwandel
Nur Wachstum der Sektoren unterstellt
Mit Energieeffizienz: autonomer energietechnischer Fortschritt
Die im Zeitraum 2000-2008 ergriffenen Instrumente werden berücksichtigt und bis 2025
weitergeführt; Strukturwandel unterstellt
Potenziale sind betriebswirtschaftlich
Hohe Energieeffizienz: autonomer energietechnischer Fortschritt
Massive Einführung weiterer Energieeffizienzinstrumente sowie Subventionen;
Strukturwandel unterstellt
Potenziale sind volks- und (durch die Subventionen) betriebswirtschaftlich
Wachstum in den Sektoren (2005-2025)
Industrie: Bruttowertschöpfung +47 %
GHD: Anzahl der Erwerbstätige -3 %
Haushalte: Anzahle der Haushalte +10 %
11

12. Potenziale der Energieeffizienz in Baden-
Württemberg in 2025: Industrie
In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 3,4 TWh bzw. 6,4 TWh (hohe Energieeffizienz).
12

13. Potenziale der Energieeffizienz in Baden-
Württemberg in 2025: GHD
In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 1,1 TWh bzw. 5,5 TWh (hohe Energieeffizienz).
13

14. Potenziale der Energieeffizienz in Baden-
Württemberg in 2025: Haushalte
In Summe in 2025 ein Einsparpotenzial von 3,6 TWh bzw. 5,4 TWh (hohe Energieeffizienz).
14

15. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
15

16. Entwicklung des Stromverbrauchs bis 2025
Basisannahme in Anlehnung an die Ziele der früheren Landesregierung: bis
2020 konstant, dann leichter Rückgang (-5 %)
16

17. Potenziale der Energieeffizienz in Baden-
Württemberg: Potenziale versus Bedarf
Erforderliche Energieeffizienzpotenziale
zur Realisierung der Basisannahme
Notwendige Energieeffizienz-
potenziale 2025 nach Sektor
17

18. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
18

19. Rückgang der bestehenden Kraftwerksleistung
in Baden-Württemberg bis 2025
Inbetriebnahme von
Ausstieg aus der
RDK 8 und GKM 9
Kernenergienutzung
ca. 4,3 GW
Entwicklung des aktuellen Kraftwerksparks einschließlich aktuell geplanter und sehr
wahrscheinlich realisierter Projekte (z. B. RDK 8, GKM 9)
19

20. Möglicher Lastverlauf Januar 2025
max. Lücke von
ca. 1,5 GW
Pumpspeicher und
2010 maximal genutzte
Importleistung
vier neue GuD-KW
und KWK-Anlagen zur
Energiedeckung im
Basisszenario
Unterstellter Ausbau zur Energiedeckung nicht
ausreichend zur Deckung von extremen Lastsituationen
20

21. Lastdeckung in einer Extremsituation 2025
mögliche Alternativen zur Deckung der
[GW]
Leistungslücke im Jahr 2025
(1) Deckung durch Importe
verbleibende Importleistung ≈ 2,6
(2) Deckung durch neue Speicher
Pumpspeicherkraftwerke (aktuell in
≈ 0,7
Planung: Atdorf, Forbach, Blautal)
alternative Speicherlösungen (z. B.
Druckluftspeicher)
(3) Deckung durch neue
Stromerzeugungsanlagen
z. B. vier weitere GuD-Kraftwerke 1,6
(4) Zusätzliche Lastreduktion
kurzfristige Lastverschiebung (DSM) ≈ 0,2
Extremsituation := maximale Last langfristige Lastreduktion durch weitere
./. minimale EE-Einspeisung Energieeinsparungen
Maßnahmen zur Lastdeckung in Baden-Württemberg
notwendig – verschiedene Optionen zur Verfügung
21

22. Gegenüberstellung der Szenarien zur
Strombedarfsdeckung bis 2025
Rahmenbedingungen: Atomausstieg, Ausbau der Erneuerbaren Energien
Basisszenarium Alternativszenarium
trotz Reduktion des Stromverbrauchs EE nicht ausreichend zur Bedarfsdeckung
Energiedeckung
Konstante Importmenge gegenüber 2010 Verdopplung der Importe bis 2025
 Zubau von Erzeugungsanlagen  netztechnisch theoretisch möglich
(z. B. Klein-KWK, GuD)  ständige Verfügbarkeit zu sichern
Investitionen: ca. 31 Mrd. Euro* Investitionen: ca. 19 Mrd. Euro*
EE
Lastdeckung
Sicherstellung Lastdeckung in extremen Situationen durch weitere Maßnahmen:
Erhöhung der Importe, neue Speicher, kurzfristige Lastverschiebung, Energieeffizienz,
zusätzliche flexible Erzeugungsanlagen
Hindernisse
Ausbaugeschwindigkeit der Windkraft Versorgungssicherheit in
zu ambitioniert (Ausweisung von Stand- Extremsituationen sehr kritisch
orten, Genehmigung, Planung, …) (Zubaupläne anderer Bundesländer!)
* nach heutigem Stand der Technik
22

23. Betrachtung der Wirtschaftlichkeit
Bestandteile des Strompreises
Entwicklung der Brennstoff- und CO2-Preise sowie der Ausbau der EE und des Netzes
werden Kosten für Beschaffung, Netznutzungsentgelte und EEG-Umlage beeinflussen
23

24. Beschaffung – Modell am KIT zur Analyse der
gesamtdeutschen Entwicklung (PERSEUS)
Abbildung des Elektrizitätssystems
441 Netzknotenpunkte (Einspeise- und
Entnahmeorte)  Nodalpreise
560 Leitungen als Verbindung der
Knotenpunkte
Räumliche Systemgrenzen
Deutschland
Nachbarländer: Vorgabe der Leistungen
und Flüsse (bzw. Modellkopplung)
Modellergebnisse
Entwicklung des Großhandelspreises
Zonen mit verschiedenen Preisen
…
24

25. Beschaffung – Modellergebnisse und Vergleich
deutschlandweiter Großhandelspreis für Strom
steigende Brennstoff- (Kohle, Gas) und CO2-Preise in den kommenden Jahren zu erwarten
.Modellannahmen 2007 2025
Gas [Cent2007/kWhtherm] 2,18 4,02 Deutlicher Anstieg des
CO2 [EUR2007/tCO2] 8,0 33,0 Großhandelspreises für Strom bis 2025
25

26. Energiewirtschaftliche Entwicklungen 2003 - 2012
Quelle: Öko-Institut 2012: Energiewende-Kosten-Index
26 19.02.2013

27. EEG-Umlage – Entwicklung (Studienüberblick)
5,3
deutschlandweit einheitliche EEG-Umlage
Vielzahl von Einflussfaktoren auf künftige Entwicklung: Ausbau der Erneuerbaren Energien,
Entwicklung der Vergütungssätze, alternative Vermarktungsmöglichkeiten für EE-Strom,
Großhandelspreis, Befreiung von Umlage (privilegierter Letztverbrauch), …
Mittelfristig weiterer Anstieg der EEG-Umlage – langfristig Rückgang
aufgrund sinkender Vergütungssätze und steigender Börsenpreise
27

28. Netznutzungsentgelte
Regionale Unterschiede bei Netznutzungsentgelten (heute: Entgelte
in BW geringfügig unter Bundesdurchschnitt)
Künftiger Ausbaubedarf in Übertragungs- und Verteilnetzen führt zu
steigenden Netznutzungsentgelte durch Umlage der notwendigen
Investitionen
mehrere Studien für Übertragungsnetze veröffentlicht (z. B. dena-Netzstudie II:
Investitionsbedarf von rund 1,0-1,5 Mrd. Euro/a bis 2020)
bisher kaum Untersuchungen hinsichtlich Ausbaubedarf in Verteilnetzen
BDEW: Investition je nach EE-Ausbau rund 10-13 Mrd. Euro bzw. 21-27 Mrd. Euro bis 2020
dena-Verteilnetzstudie gerade in Erarbeitung
keine gesonderten Analysen für Baden-Württemberg
verschiedene Projekte am KIT zu Herausforderungen im Netzbereich
(z. B. im Rahmen des MeRegio-Projekts)
Steigende Netznutzungsentgelte zu erwarten – weiterer Untersuchungsbedarf
28

29. Zukünftiges Marktdesign
Stärkere Einbindung Erneuerbarer Energien in den Markt
Zur Sicherstellung der Systemzuverlässigkeit Erschließung nachfrage-
seitiger Elastizitäten und (mittelfristig) Einführung eines
Kapazitätsmarkts als „second best Solution“
Die Ausgestaltung eines Kapazitätsmarkts erfordert genaue Analysen, da dies einen
weiteren Markteingriff darstellt.
Bestätigen die Netzentwicklungspläne Bedarf an Kraftwerksleistungen
in bestimmten Regionen sind regionale Allokationsanreize
einzuführen.
Keine Aufspaltung in mehrere Marktgebiete wegen geringerer
Marktliquidität und Belastung von Verbrauchern in Hochpreiszonen
Steuerung stark dezentraler Systeme mittels Anreizen komplexe
Herausforderung
Neue Mechanismen zur Aufteilung weiterhin bestehender Lasten
(bspw. für Netzvorhaltung) in gerechter Art und Weise.
29

30. Ziel der Studie und Überblick
Ziel: Identifikation der - unter den aktuellen politischen
Rahmenbedingungen - zu erwartenden Entwicklungen in der
Energiewirtschaft in Baden-Württemberg bis zum Jahre 2025
AP 1 Analyse des Ist- AP 3 Kosten und Potenziale AP 2 Entwicklung
Zustands von Investitionsalternativen Strombedarf
AP 4 Analyse der möglichen
Strombedarfsdeckung bis 2025
AP 5 Anforderungen an die Energiepolitik und
Chancen für die Wirtschaft in Baden-Württemberg
AP 6 Projektkoordination, Öffentlichkeitsarbeit und Endbericht
30

31. Konsequenzen
Steigerung der Energieeffizienz und damit eine Ausnutzung der
Energieeinsparpotenziale ist Voraussetzung, um die Deckung
des angenommenen Bedarfs im Jahr 2025 sicherzustellen
Ausbau der EE-Anlagen erfolgt parallel zu den aus Redundanz
weiterhin vorhandenen konventionellen Produktionskapazitäten
Deren Produktivität wird durch kürzere Einsatzzeiten geplant
reduziert  steigende Stromproduktionskosten vorhersehbar
Modellrechnung des KIT: Anstieg des Stromgroßhandelspreises
bis 2025 um ca. 70 %
Dämpfende Wirkung des Merit-Order Prinzips auf Preise
Marktanreize zur Kapazitätsvorhaltung fehlen derzeit
31

32. Konsequenzen
Steigerung der Stromproduktivität
Ausbau bzw. Ertüchtigung der Verteilnetze, in erster
Linie in ländlichen Regionen; Kopplung mit den
Übertragungsnetzen sowie deren intelligente Regelung
Neue Technologien erforderlich: Stärkung von
Forschung und Entwicklung (FuE) im Land
32

33. Konsequenzen:
Nachfragesteuerung
Begrenzung des Spitzenbedarfs zum Schutz der Netze mit
Anreizen oder Verordnungen zur Lastverlagerung
Nachfragesteuerung bedeutet die Anpassung des aktuellen
Stromverbrauchs an eine schwankende Stromproduktion
Es gibt Produktionsprozesse mit anpassbarem Energiebedarf
Finanzielle Anreize sind essentielles Element der
Nachfragesteuerung
Lastabwurf-VO ist ein administrativer Eingriff und
problematisch für energierelevante und zeitkritische
Produktionsprozesse
Wirtschaft braucht klare Rahmenbedingungen zur
Nachfragesteuerung
Baden-Württemberg braucht die Entwicklung von effizienten
Instrumenten zur Nachfragesteuerung
33

34. Konsequenzen:
Energieeffizienz
Praktische Umsetzung der Effizienzziele entlang der ganzen Strecke
bearbeiten:
Effizienz der Energiewandlungsprozesse
Effizienz der Verteilung und Speicherung
Effizienz der Nutzung in industriellen Prozessen, im Konsum und im
Bauwesen
Industrielle Produktion, Gewerbe, Handel:
Betrieb von Maschinen und Anlagen bedingt Erhitzen, Kühlen,
Prozeßwärme, Antriebstechnik (E-Motoren), Medien (Druckluft)
Technische Potenziale sind ausreichend vorhanden
34

35. Konsequenzen:
Energieeffizienz
Zunehmende Energieeffizienz und demographische Faktoren
verringern Stromverbrauch
Neue Anwendungen und Lebensformen steigern den Stromverbrauch:
Zahl der Einzelhaushalte nimmt zu, Elektromobilität, (gewollter) Einsatz
von Wärmepumpen, Klimatisierung, neue Geräte im IuK-Bereich
Freiwillige Energie-Effizienzmaßnahmen wurden in der Wirtschaft dort
erfolgreich eingeführt, wo sie einen offensichtlichen Return erbringen
Druck auf Unternehmen und Verbraucher wächst, mehr zu tun: als
Chancen begreifen und nutzen
finanzielle Anreize beim Verbrauch unzureichend, gesetzliche
Vorgaben zu erwarten
35

36. Konsequenzen:
Die Chemische Industrie als Teil der Lösung
Beiträge durch Innovationen, Beispiele mit hohem F&E Bezug:
Energieeffizienz: Produkte, Prozesskette der Produktion
Energiespeicher: Speicher für kurze und lange Zeitskalen
Erneuerbare Energien: Biokraftstoffe
KIC InnoEnergy:
http://www.kic-innoenergy.com/colocations/cc-germany/
36

37. Konsequenzen:
Die Chemische Industrie als Teil der Lösung
Umsatzrendite vs. Kosteneinsparung durch Energieeffizienz
Bei einer entspricht eine einer
Umsatzrendite Reduzierung der Umsatzsteigerung von
von … Energiekosten um … …
2% 100.000 €/a 5.000.000 €/a
5% 100.000 €/a 2.000.000 €/a
10 % 100.000 €/a 1.000.000 €/a
Branchen Umsatzrendite
Glas, Keramik, Kunststoffwaren 2–3%
Fahrzeugbau, Elektrotechnik 5–6%
Metallerzeugung, Maschinenbau 10 – 11 %
Chemische Industrie 13 – 14 %
Quelle: H. Bradtke, Fraunhofer ISI
37

38. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung
Beispiel 1: Zementproduktion
Anteil der weltweiten
Portland Zement (OPC)
CO2 Emissionen
Kalkstein: 1200 kg
Emission von *
Sand: 100 kg
907 kg
Ton: 190 kg Zement
6.5
Produktion von CO2 Produktion
Eisenerz: 30 kg
1t
Zement Chemische
Industrie 5.3
Eisen und
5.2
Celitement Stahlindustrie
Kalkstein: 380 kg Emission von *
Sand: 690 kg weniger als 483 kg Luft-
verkehr 2.2
Wasser: 100 kg CO2
→ Energieverbrauch nahezu halbiert
* Aus Rohmaterial, thermischer und elektrischer Energie, deutscher Energiemix
38

39. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung
Beispiel 2: Langzeitspeicher – Power to Gas
Asynchrone Fluktuation von Stromerzeugung und Bedarf
Zeitskalen: Minuten/Stunden – Tage/Wochen Quelle:
David Colomar,
Methanisierung von regenerativ erzeugtem H2, Einspeisung in Ute Karl, EIfER
Erdgasnetz als Langzeitspeicher
Prozesseffizienz
GuD
36 Kombi-KW
60%
Strom
39

40. Die Chemische Industrie als Teil der Lösung
Beispiel 3: Biokraftstoffe - bioliq®
bioSyncrude O2 (Steam)
Gas cleaning and conditioning
Biomass
High pressure
entrained flow
gasification
Filter Sorption Catalyst CO2 and water
separation
Pre-treatment Syngas
Slag
Synfuel
Fast pyrolysis
Fuel DME
synthesis synthesis
bioSyncrude
De-central Centralized
40

41. Zusammenfassung
Große Herausforderungen bei der Umsetzung der Ziele
der Energiewende in Baden-Württemberg
Risiken identifizieren und durch professionelles
Risikomanagement einschränken
Chancen, die sich für die Chemieindustrie in BW eröffnen
erkennen und konsequent nutzen
Schlüssel zum Erfolg: F&E gestützt durch wissenschaftlich
fundierte Energiesystemanalyse
41 19.02.2013

42. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
KIT-ZENTRUM ENERGIE
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu