Offshore- Windstrom für Süddeutschland: Gegenüberstellung des Energietransportes über das Gas- oder Stromnetz

Abstract

Auf der Pariser Klimaschutzkonferenz 2015 einigten sich die 195 teilnehmenden Nationen darauf, den Temperaturanstieg auf maximal 2C, gegenüber der vorindustriellen Werte einzugrenzen. Eine Eindämmung des Temperaturanstiegs in dem angestrebten Maße ist nur durch eine vollständige Dekarbonisierung des Energiesystems möglich. Um dieses Ziel zu erreichen muss die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien (eE) kontinuierlich erhöht werden. Der Zubau an eE erfolgt in Deutschland insbesondere durch den Ausbau von fluktuierenden erneuerbaren Energien (feE) wie Windturbinen an Land (Onshore) und auf See (Offshore) oder die Photovoltaik. Diese sind stark standortabhängig in ihrem Leistungspotenzial durch Wetterbedingungen beschränkt. Es kommt unter anderem zu einer Fokussierung von Windkapazitäten in den Küstenregionen Norddeutschlands. Die regionale Stromerzeugung in diesen Regionen übersteigt jedoch teilweise schon heute die dort anfallende Last, während in anderen Regionen Deutschlands große Lasten nicht mit der lokalen Stromerzeugung gedeckt werden können. Es bedarf an Lastausgleichsoptionen die zum Ausgleich von regionalen Überschüssen und Defiziten an eE-Erzeugern genutzt werden. Ein Lastausgleich kann beispielsweise über das Stromnetz, mittels Lastmanagement oder den Einsatz von Speichertechnologien wie Power-to-Gas (PtG) erfolgen. PtG beschreibt die Umwandlung von elektrischer Energie in einen chemischen Energieträger. Diese Fallstudie berücksichtigt die Herstellung von synthetischen Methan. Dieses kann in Gasspeichern gespeichert, sowie über die Gasinfrastruktur verteilt werden. In dieser Arbeit wird anhand einer Gegenüberstellung des Energietransportes von Nord- nach Süddeutschland über das Strom- und Gasnetz untersucht, welche Chancen und Risiken die Nutzung der PtG-Technologie in einem zukünftigen Versorgungssystem bietet. Hierfür wird das kostenminimierende Energiesystemmodell REMix angewendet, indem eine reduzierte Systemabbildung des Strom- und Gassektors implementiert ist. Anhand von zwei untersuchten Szenarien wird ein Vergleich des Energietransportes erstellt. In einem Szenario steht die PtG-Technologie, und damit der Lastausgleich über den Transport von chemischer Energie, dem Modell zur Verfü- gung. In dem anderen Szenario kann der Energietransport nur über das Stromnetz erfolgen. In beiden Szenarien wird eine auf 100 % erneuerbaren Energien basierende Versorgungsstruktur angenommen. Ausgewertet wird die Zusammensetzung und Nutzung des Kraftwerkparks, sowie der Bedarf nach der PtG-Technologie. Außerdem wird der Stromnetzausbau untersucht und anhand von einer Gegenüberstellung der regionalen Produktion und dem Verbrauch des erneuerbaren Gases der chemische Energietransport nachvollzogen. Es zeigt sich, dass PtG-Anlagen fokussiert in Küstenregionen Norddeutschlands gebaut werden. Die installierte Anlagenleistung variiert im Bereich von 30 - 80 GW. Die Stromerzeugung über Rückverstromung des erneuerbaren Gases trägt bis zu 11 % der gesamten Stromerzeugung bei. Der Einsatz von PtG-Anlagen sorgt für eine regional ausgewogenere Verteilung von erneuerbaren Energieträgern im Vergleich zur Stromnetzoptimierung ohne PtGTechnologieeinsatz. Außerdem führt die Verwendung von PtG zu einer deutlichen Minderung der jährlichen Abregelung. Weiterhin zeigt sich, dass die Gasinfrastruktur für den Transport von in Norddeutschland erzeugtem Gas nach Süddeutschland geeignet ist und genutzt wird. Es stellt sich heraus, dass der Zubau von PtGAnlagen eher durch Windkraft an Land als auf See getrieben wird. Innerhalb dieser betrachteten Szenarienannahmen, übersteigen die Systemkosten bei Nutzung der PtG-Technologie, in keinem Szenario, die Systemkosten der Szenarien ohne PtGTechnologie