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Im Fokus der Studiendatenbank stehen Veröffentlichungen, die sich mit dem notwendigen Umbau und der Steuerung des Energiesystems für eine erfolgreiche Energiewende insgesamt beschäftigen. Mehr zu den Kriterien, nach denen das Forschungsradar Studien aufnimmt …

 

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Sektorkopplung - Optionen für die nächste Phase der Energiewende

Herausgeber/Institute:

Leopoldina, acatech, Akademienunion

Datum:

November 2017

Autoren:

Art der Veröffentlichung:

Stellungnahme

Themenbereiche:

Energiesysteme
Politik

Schlagwörter:

Bioenergie, Elektromobilität, Flexibilisierung, Flexibilitätsoptionen, Lastmanagement, Mobilität, Netzintegration, Speicher, Systemtransformation, Wärmemarkt, Sektorenkopplung, Sektorkopplung

Seitenzahl:

100

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Zielsetzung und Fragestellung

Die Stellungnahme zeigt Entwicklungspfade auf, wie das Energiesystem bis 2050 gestaltet werden sollte, damit die Klimaschutzziele erreicht werden und Versorgungssicherheit gewährleistet bleibt. Es werden Handlungsoptionen für die Sektorenkopplung in Deutschland entwickelt sowie die technischen Optionen und deren Entwicklungspotenziale bewertet.

Zentrale Ergebnisse

Bei der Kopplung von Strom- und Wärmesektor würden vor allem Wärmepumpen eine tragende Rolle spielen. Zusätzlich müsse bis 2050 der gesamte Gebäudebestand saniert sein. Die heutige Sanierungsrate von weniger als einem Prozent reiche hierfür nicht aus.

In der Industrie seien viele einfach zu erschließende Effizienzpotenziale bereits ausgeschöpft. Dennoch ließen sich Emissionen weiter reduzieren, indem Industrieprozesse auf Biomasse und erneuerbaren Strom umgestellt werden. Potenziale gebe es auch noch bei der Nutzung von Abwärme in Wärmenetzen.

Die Modellrechnungen zum Verkehr ergeben ...

Bei der Kopplung von Strom- und Wärmesektor würden vor allem Wärmepumpen eine tragende Rolle spielen. Zusätzlich müsse bis 2050 der gesamte Gebäudebestand saniert sein. Die heutige Sanierungsrate von weniger als einem Prozent reiche hierfür nicht aus.

In der Industrie seien viele einfach zu erschließende Effizienzpotenziale bereits ausgeschöpft. Dennoch ließen sich Emissionen weiter reduzieren, indem Industrieprozesse auf Biomasse und erneuerbaren Strom umgestellt werden. Potenziale gebe es auch noch bei der Nutzung von Abwärme in Wärmenetzen.

Die Modellrechnungen zum Verkehr ergeben ...

Bei der Kopplung von Strom- und Wärmesektor würden vor allem Wärmepumpen eine tragende Rolle spielen. Zusätzlich müsse bis 2050 der gesamte Gebäudebestand saniert sein. Die heutige Sanierungsrate von weniger als einem Prozent reiche hierfür nicht aus.

In der Industrie seien viele einfach zu erschließende Effizienzpotenziale bereits ausgeschöpft. Dennoch ließen sich Emissionen weiter reduzieren, indem Industrieprozesse auf Biomasse und erneuerbaren Strom umgestellt werden. Potenziale gebe es auch noch bei der Nutzung von Abwärme in Wärmenetzen.

Die Modellrechnungen zum Verkehr ergeben bereits im Jahr 2030 einen elektrischen Fahrzeugbestand von neun Millionen E-Autos. Langfristig müsse aber weiterhin mit einem Mix aus Energieträgern gerechnet werden, da insbesondere im Güter- und Fernverkehr Kraftstoffe mit hoher Energiedichte (Methan, Wasserstoff oder synthetische Flüssigkraftstoffe) von Vorteil seien. Es  sei sinnvoll, knapp ein Drittel des erneuerbaren Stroms in Brenn- und Kraftstoffe umzuwandeln. Um den Ausbau von Windenergie- und Photovoltaikanlagen zu begrenzen sei es aber sinnvoll so viel Strom wie möglich in Elektrofahrzeugen direkt zu nutzen.

Der Umfang der benötigten Reservekapazitäten entspreche auch im Jahr 2050 noch etwa dem heutigen konventionellen Kraftwerkspark (ca. 100 GW). Reservekraftwerke und Elektrolyseure würden teilweise mit einer geringen Auslastung betrieben werden müssen. Deshalb müssten Rahmenbedingungen zur Refinanzierung geschaffen werden.

Insgesamt führe die Energiewende jährlich zu Mehrkosten in Höhe von ein bis zwei Prozent des deutschen Bruttoinlandsprodukts von 2016.

Zentrale Annahmen und Thesen

Der Strombedarf werde wegen der zusätzlichen Nachfrage im Wärme- und Verkehrsbereich stark ansteigen. Bis 2050 könne er sich auf etwa 1.000 TWh nahezu verdoppeln. Um die Nachfrage zu decken, müssten die Wind- und Solarstromkapazitäten um etwa das Sechsfache auf bis zu 500 GW ausgebaut werden. Es bedürfe eines jährlichen Ausbaus von 8 bis 12 GW und damit deutlich mehr als die geltenden Ausbaukorridore. Damit der Ausbau begrenzt werden kann, solle Energieeffizienz eine höhere Priorität als bisher erhalten. Der Import synthetischer Brenn- und Kraftstoffe aus wind- und sonnenreichen Regionen solle ...

Der Strombedarf werde wegen der zusätzlichen Nachfrage im Wärme- und Verkehrsbereich stark ansteigen. Bis 2050 könne er sich auf etwa 1.000 TWh nahezu verdoppeln. Um die Nachfrage zu decken, müssten die Wind- und Solarstromkapazitäten um etwa das Sechsfache auf bis zu 500 GW ausgebaut werden. Es bedürfe eines jährlichen Ausbaus von 8 bis 12 GW und damit deutlich mehr als die geltenden Ausbaukorridore. Damit der Ausbau begrenzt werden kann, solle Energieeffizienz eine höhere Priorität als bisher erhalten. Der Import synthetischer Brenn- und Kraftstoffe aus wind- und sonnenreichen Regionen solle ...

Der Strombedarf werde wegen der zusätzlichen Nachfrage im Wärme- und Verkehrsbereich stark ansteigen. Bis 2050 könne er sich auf etwa 1.000 TWh nahezu verdoppeln. Um die Nachfrage zu decken, müssten die Wind- und Solarstromkapazitäten um etwa das Sechsfache auf bis zu 500 GW ausgebaut werden. Es bedürfe eines jährlichen Ausbaus von 8 bis 12 GW und damit deutlich mehr als die geltenden Ausbaukorridore. Damit der Ausbau begrenzt werden kann, solle Energieeffizienz eine höhere Priorität als bisher erhalten. Der Import synthetischer Brenn- und Kraftstoffe aus wind- und sonnenreichen Regionen solle deshalb auch diskutiert werden.   

Sektorenkopplung stehe im Moment noch vor dem Problem, dass Strom wesentlich höher mit Steuern und Abgaben belastet wird als Erdgas und Heizöl. Ein zentrales Steuerungselement sei deshalb ein einheitlicher, wirksamer CO2-Preis. Der europäische Emissionshandel solle auf alle Sektoren ausgeweitet und ein Mindestpreis oder eine CO2-Steuer eingeführt werden.

Methodik

Die Stellungname beinhaltet drei Elemente: eine Expertendiskussion, Modellrechnungen und einen Szenarienvergleich (Metaanalyse). Die Expertendiskussion schätzte für die Wirkungsgrade, Kosten und Potenziale der verschiedenen Sektorenkopplungstechnologien ab. Weiter wurde bewertet, welche Funktionen diese im Gesamtsystem übernehmen können. Die Modellrechnungen untersuchten die Entwicklungen bis 2050. Dabei wurden Zusammenhänge und Abhängigkeiten analysiert, die sich aus der zeitgerechten Erreichung der Klimaschutzziele ergeben. Ergänzend wurden Energieszenarien aus anderen Studien ausgewertet ...

Die Stellungname beinhaltet drei Elemente: eine Expertendiskussion, Modellrechnungen und einen Szenarienvergleich (Metaanalyse). Die Expertendiskussion schätzte für die Wirkungsgrade, Kosten und Potenziale der verschiedenen Sektorenkopplungstechnologien ab. Weiter wurde bewertet, welche Funktionen diese im Gesamtsystem übernehmen können. Die Modellrechnungen untersuchten die Entwicklungen bis 2050. Dabei wurden Zusammenhänge und Abhängigkeiten analysiert, die sich aus der zeitgerechten Erreichung der Klimaschutzziele ergeben. Ergänzend wurden Energieszenarien aus anderen Studien ausgewertet ...

Die Stellungname beinhaltet drei Elemente: eine Expertendiskussion, Modellrechnungen und einen Szenarienvergleich (Metaanalyse). Die Expertendiskussion schätzte für die Wirkungsgrade, Kosten und Potenziale der verschiedenen Sektorenkopplungstechnologien ab. Weiter wurde bewertet, welche Funktionen diese im Gesamtsystem übernehmen können. Die Modellrechnungen untersuchten die Entwicklungen bis 2050. Dabei wurden Zusammenhänge und Abhängigkeiten analysiert, die sich aus der zeitgerechten Erreichung der Klimaschutzziele ergeben. Ergänzend wurden Energieszenarien aus anderen Studien ausgewertet und verglichen.

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