Regenerative Energieträger zur Sicherung der Grundlast in der Stromversorgung. Endbericht zum Monitoring

In den vergangenen Jahren ist der Anteil erneuerbarer Energien an der deutschen Stromversorgung rasant gestiegen. Bereits heute liegt er bei über 20 Prozent, wobei rund die Hälfte aus fluktuierenden Quellen wie Windkraft und Photovoltaik stammt. Mit dem langfristigen Ziel einer nahezu vollständigen Versorgung durch erneuerbare Energien bis 2050 steht das Stromsystem vor einem tiefgreifenden Wandel.
Der TAB‑Bericht untersucht vor diesem Hintergrund, wie die Grundlastversorgung unter diesen Bedingungen weiterhin sichergestellt werden kann. Diese Frage lässt sich nur systemisch beantworten, also unter Einbeziehung aller Ebenen der Stromversorgung – von der Erzeugung über Transport und Verteilung bis hin zum Verbrauch. Damit rückt die übergeordnete Herausforderung in den Fokus, wie eine gesicherte Versorgung insgesamt organisiert werden kann.
Deutlich wird, dass das Stromsystem künftig wesentlich flexibler auf unterschiedliche Einspeise- und Nachfragesituationen reagieren muss. Möglichkeiten zur Erhöhung der Flexibilität bestehen in verschiedenen Bereichen: durch leistungsfähigere Netze, eine flexiblere Auslegung und Betriebsweise des konventionellen Kraftwerksparks, eine stärkere Nachfrageorientierung bei der erneuerbaren Stromproduktion, Maßnahmen des Lastmanagements sowie den Ausbau von Speichern.
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Für all diese Handlungsfelder benennt der TAB‑Bericht Optionen, wie staatliche und energiepolitische Akteure durch geeignete Rahmenbedingungen zum Gelingen des grundlegenden Umbaus der Stromversorgung beitragen können.

INHALT
ZUSAMMENFASSUNG 5
I. EINLEITUNG 19
II. ELEKTRIZITÄTSVERSORGUNG IN DEUTSCHLAND 23
1. Ausbauziele und Szenarien für RES-E 25
2. Grundlast und gesicherte Versorgung 29

III. STROMNETZE 39
1. Erweiterung der Netzkapazität 39
1.1 Optimierung des Netzbetriebs 39
1.2 Massnahmen zur Netzverstärkung 40
1.3 Netzausbau 42
2. Netzausbaubedarf und Kosten 44
2.1 Deutschland 45
2.2 Europäische Perspektive 54
2.3 Transeuropäisches Supergrid 56

IV. SPEICHER UND WEITERE FLEXIBILISIERUNGSOPTIONEN 63
1. Speicher 64
1.1 Speicherbedarf 66
1.2 Speicherkosten 68
1.3 Speichertechnologien 70
2. Weitere Flexibilisierungsoptionen 83
2.1 Biogas 83
2.2 Wärme als Stromsenke – Verbindung zum Wärmesektor 86
2.3 Lastmanagement 88
2.4 Ausbau des Stromaustausches mit Norwegen 92
2.5 Regenerative Kombi-/Hybridkraftwerke 94
3. Speicher und weitere Flexibilisierungsoptionen: Zwischenfazit 97

V. SZENARIENANALYSE 99
1. Vorgehensweise 99
2. Bestimmung der Einspeiseprofile im Referenzjahr 100
3. Szenariodarstellung 101
4. Situation des Stromversorgungsystems ohne
Flexibilisierungsoptionen 103
5. Begrenzungen und Flexibilisierungsoptionen 106
5.1 Systemdienstleistungen 107
5.2 Bestehende Flexibilisierungsoptionen 108
5.3 Geplanter Ausbau der bestehenden
Flexibiliersungsoptionen bis 2020 109
6. Parametrisierung der Flexibilisierungsoptionen 111
6.1 Beschreibung des Modellierungsansatzes 112
6.2 Ergebnisse zur Glättung der Residuallast 113
6.3 Ergebnisse zur Glättung der RES-E-Einspeisung 115
6.4 Netzengpässe als weitere Begrenzung 118
7. Kernergebnisse der Analyse 118

VI. INTERNATIONALE ERFAHRUNGEN 121
1. Dänemark 122
2. Iberische Halbinsel 124
3. Vergleich mit Deutschland 125
VII. HANDLUNGSFELDER UND HANDLUNGSOPTIONEN 129
1. Netzengpässe und Netzausbau 129
2. Konventionelle Kraftwerke 131
3. Flexibilisierungsoptionen 133
4. Regelmarkt 137
5. Strommarktdesign 138
6. Europäische Kooperation 138

VIII. LITERATUR 139
1. In Auftrag gegebene Gutachten 139
2. Weitere Literatur 139

IX. ANHANG 153
1. Tabellenverzeichnis 153
2. Abbildungsverzeichnis 154