Energiewirtschaft in Deutschland

Dipl.-Ing. Rolf Müller-Hermes, Sophienstr. 24, 23560 Lübeckwww.muellerhermes.de

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Definition

Gasversorgung

Stromversorgung

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Wo steht Deutschland in der Stromversorgung ?

Agenda

Definition lt. Wikipedia

Der Begriff Energiewirtschaft umschreibt

• alle Einrichtungen und Handlungen von Menschen und Institutionen, die das Ziel verfolgen,

• die Versorgung von Haushalten und Betrieben aller Art

• mit Energieträgern wie Gas, flüssigen Kraftstoffen, elektrischer Energie oder festen Energieträgern wie Kohle sicherzustellen.

Er umfasst u.a. die Themenbereiche Energie-

- Gewinnung,

- Speicherung,

- Übertragung,

- Handel,

- Vertrieb,

- Abrechnung von Energie und

- Sicherheit

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Definition

Gasversorgung

Stromversorgung

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Wo steht Deutschland in der Stromversorgung ?

Agenda

Sparte Gas

Ursprung der Gasversorgung

Historie der Gasversorgung:

Leuchtgas ab Anfang 1800

Erdgas ab ca. 1962 in BRD

1820 brannten in London ca. 51.000 Leuchtgas-Gas-Lichter / Laternen

• mit Gas lässt sich sehr viel Geld verdienen

• Gas kann als politische Waffe verwendet werden

aktuell ermittelte Erdgas-Vorkommen reichen bei gleichem Verbrauch noch ca. 60 Jahre (Stand: 2006)

durch per Fracking neu erschlosseneFörderstätten kann in den USA sehr viel Gas günstig gefördert werden

Wissenswertes über Gas 1/3:

Wissenswertes über Gas 2/3:

Komprimiertes Erdgas (CNG – Compressed Natural Gas) (Komprimierung, Speicherung in Druckbehälter)Verflüssigtes Erdgas (LNG – Liquefied Natural Gas) (Verflüssigung durch Gasverflüssigungsanlage)GtL-Verfahren (Gas-to-Liquids) (Umwandlung in flüssige Kohlenwasserstoffe über Fischer-Tropsch-Synthese)

aktuell sind ca. 400 LNG Tanker im Einsatz, Lebensdauer ca. 40 JahreBauhistorie: in 2013: Bau von 28 LNG-Tankern2014-2015: 58 LNG Tanker bestellt (bis 147.000 m3)Seit 2016: 80 LNG Tanker bestellt (bis 255.000 m3)

LNG-Tanker aktuell mit ca. 250.000 m³ max.Tankvolumendies entspricht dem Jahresverbrauch von ca. 300 EFH

Die unterschiedlichen Aggregatzustände und die Speicherbarkeit machen Gas zu einer idealen Energiequelle(Verflüssigung bei ca. 20 bar, führt zu einer Volumenverringerung von 1:260 bei CNG und 1:600 bei LNG; Transport bei -163 Grad)

Bis 2017 gab es Flüssiggas-Terminals nur in Rotterdam. Seit 2018 Bau LNG-Terminals in Hamburg

LN 5.10.2019:Erstmalige Betankung Schiff zu Schiff mit LNG in Deutschland

jede Form der Gas-Speicherung ist auch eine Kapital-Speicherung

Wissenswertes über Gas 3/3:

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Gasversorgung

Stromversorgung

Wo steht Deutschland in der Stromversorgung ?

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Sparte Strom

Ursprung der Stromversorgung ?

Historie:

Elektrische Glühlampen ab ca. 1850

Erstes elektrisches Verteilsystem 1882 in Manhatten, 400 Edisson Lampen

„Bagdad Batterie“, ca. 250 v.Chr., 0,78 VTongefäß, Kupferzylinder, Eisenstäbchen

Durchbruch erfolgte auf Weltausstellung,1900 in Paris, 40.000 Glühlampen, 6.000 Bogenlampen

Erste Elektrizitätswerke in Deutschland ca. 1905

Schematische Darstellung der Stromversorgung in Deutschland

Stromfluss: top - down

Grundlagen der Versorgungswirtschaft: die Kirchhoff´sche Gesetze

20 Einheiten

80 Einheiten 20 Einheiten

die Herausforderung der Verteilnetzbetreiber: Steuerung der Verteilnetze ohne Leitwartentechnik

60 Einheiten

40 Einheiten100 EinheitenStrom

Grundlagen der Versorgungswirtschaft: Kirchhoff´sche Gesetze

40 Einheiten

20 Einheiten

80 Einheiten

60 Einheiten

30 Einheiten

20 Einheiten

?????? Leitungsüberlastung Überspannungen /

Frequenzabweichung/Lastverschiebung

primär und sekundär Regelung erforderlich Notabschaltung Anweisung an Kraftwerke, weniger einzuspeisen

die Herausforderung der Verteilnetzbetreiber: Steuerung der Verteilnetze ohne Leitwartentechnik=> Sich selbst regelnde Netze => Smart Grid

100 EinheitenStrom

Schematische Darstellung der Stromversorgung in Deutschland

Stromfluss: top - down

Herausforderung: buttom-up

Die Empfindlichkeit der verbundenen Stromleitungsnetze Europas führte zur Gründung vom „Verband europäischer Versorgungsnetzbetreiber(entsoe)“ (1/2)

nicht kommunizierteInspektionsarbeitenam 4.11.2006

Abschaltung wegen desSchiffes am 4.11.2006

Die Empfindlichkeit der verbundenen Stromleitungsnetze Europas führte zur Gründung vom „Verband europäischer Versorgungsnetzbetreiber(entsoe)“ (2/2)

Überwachungsgebiet der entsoe

Häufigkeit und Tragweite der erforderlichen Eingriffe der entsoenehmen dramatisch zu

Quelle: SIEMENS

Smart Grid in der Theorie von SIEMENS

Smart Grid in der Theorie von Alcatel-Lucent, acatech, usw.

• Fast jedes Unternehmen hat seine eigene Sicht und Definition eines SmartGrid; eine eindeutige und einheitliche Sicht gibt es nicht.

• Diverse Firmen liefern nur Komponenten.• Wenn man nicht ehr weiter weiß, regelt eine KI alle

Probleme.

Aber: die physikalischen Gesetze sind unumstößlich

Wissenswertes Strom (1/3) => Smart Grid 1.0 ; Veröffentlichung 2002

Stichworte:Rollenverteilung in- Knotenverantwortung (=> Kraftwerke)- Kantenverantwortung (=> Netzbetreiber)

Technologie:- Stromtransport per Wasser (=> Baltic Cable)

Wissenswertes Strom (2/3) => Smart Grid 2.0 ; Veröffentlichung 2006

Stichworte:- Desertec

- CO2-Zertifikate- Strombedarf vor Ort ?

- Leitungseigentum ENDESA- Trassenverlauf um BRD- AKW in Finnland

Wissenswertes Strom (3/3) => der Wert einer Rollen (hier: Netzbetreiber) kann berechnet werden (2010)

Liberalisierung: Nachdem der Energiemarkt weltweit unter einigen wenigen Firmen aufgeteilt werden sollte, wurde vom Markt die Forderung nach Wettbewerb und -Öffnung gefordert.

Es entstehen nationale Regulierungsbehörden, in Deutschland die Bundesnetzagentur.Die Marktrollen werden definiert und die Unternehmen „entflochten“, so dass keine Quersubventionierung mehr möglich ist und die Energiewirtschaft transparent wird.

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Deutschland ist Transportnetz-organisatorisch in 4 Regelzonen aufgeteilt

Die Kommunikation von Daten zwischen den Marktpartnern ist standardisiert und in vielen Teilen öffentlich zugänglich; Beispiel 50 Hertz

In www.netztransparenz.de oder auf der Homepage der Regelzonenverantwortlichen werden alle EEG-Anlagen (Solar, Wind, Wasser, usw.) mit ihren technischen und kommerziellen Daten öffentlich dokumentiert. (=> Vorschrift, aber nach Datenschutzrichtlinien jetzt angepasst und nicht mehr Adress-scharf).

Solaranlagen:Auswertung von Daten von netztransparenz.de für Regelzone TenneT

Solaranlagen:Auswertung von Daten von netztransparenz.de für Regelzone TenneT

Solaranlagen:Entwicklung der Einspeisevergütung für Solarstrom

Solaranlagen:Ein Beispiel für die „unfähige“ Energiepolitik in Deutschland

Man begann den Umbau der Energieversorgung durch Förderung von Solaranlagen:- Problem: Zu wenig Solaranlagen in Deutschland vorhanden- Lösung: Hohe Vergütung für eingespeisten Solarstrom; diese

Förderung wird für 20 Jahre garantiert- 2004 der erste Schreck: die Fördermittel reichen nicht aus !- Lösung: Erhöhung der EEG-Abgaben für jeden Stromkunden- 2010 dann der Schock: Zuwachsrate Solaranlagen speziell in

Süddeutschland von 300 % pro Jahr !- Lösung: drastische Reduzierung der Einspeisevergütung

Aktuell in 2019 Energie-Paket:Nachdem die 20 Jahre garantierte Einspeisevergütung ab 2020 ff. ausläuft, will man die EEG-Abgabe reduzieren. Jetzt schon vorhersehbar: was passiert mit der Einspeisevergütung für diese Anlagen ???? Verlängerung ?Das wird aber erst nach der nächsten Wahl entschieden

Die meisten energewirtschaftlichen Daten laufen bei der deutschen Regulierungsbehörde, der Bundesnetzagentur (BNetzA), zusammen und werden unter www.smard.de veröffentlicht.

Die Stromerzeugung jeglicher Art wird dauernd mit einer bis zu 15-min-scharfen Auflösung veröffentlicht.

Es lassen sich Erzeugung und der realisierte Verbrauch in einem Diagramm darstellen.

Realisierter Verbrauch

Auf www.smard.de lässt sich auch die Handelssicht von Strom aus deutscher Sicht visualisieren.

Beispiele mit realen Daten der Energiewirtschaft; Quelle: www.smard.de

Wie sieht aktuell die Erzeugung von Strom in Deutschland aus ?

Was passiert, wenn wir aus der Kernenergie aussteigen ?

Was passiert, wenn wir zusätzlich aus der Braunkohle-Energiegewinnung aussteigen ?

Wie verteilen sich Strom aus regenerativen Quellen und Stom aus konventionellen Quellen ?

Lasset die Spiele beginnen

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneSicht Deutschland

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneSicht 50 Hertz

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneSicht Amprion

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneSicht TenneT

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneSicht Transnet BW

Beispiel für Auswertung der Informationen:Dienstag, 23.April 2019, sehr windig, 100 % SonneVergleich der realisierten Strom-Erzeugungsmengen

Keine Gaskraftwerke Kein Wind-Offshore

Keine AtomkraftwerkeKeine Pumpspeicher

Kein Wind-Offshore Keine Braunkohle

Könnten wir unseren Verbrauch mit Strom nur aus erneuerbaren Energiequellen decken ?

Beispiel für einen Werktag mit optimalen Bedingungen für erneuerbare Energie: strahlender Sonnenschein, warm, viel WindDienstag, 23.04.2019

Sichtweise 1:Zentralistische Sicht einer Bundesregierung, Partei, deutschlandweiten Interessenvertretern, etc.

Deutschlandweite Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung; Istzustand: alle Energieträger werden genutzt

Sieht ja gar nicht so schlecht aus; Energieüberschuss; das Delta des Überschuss entspricht aktuell exakt der exportierten Strommenge; Ausstieg aus Atom-

energie und fossilen Brennstoffen sieht gut aus; wir sind auf dem richtigen Weg

Deutschlandweite Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung ohne Atomstrom

Deutschlandweite Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung ohne Atomstrom und ohne Braunkohle

Deutschlandweite Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung ohne Atomstrom, ohne Braunkohle und ohne Steinkohle

Deutschlandweite Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung ausschließlich aus regenerativen Quellen

Hier liegt der aktuell größte Fehler der deutschen Energiewirtschaft:

ganzheitliche Denken ohne Berücksichtigung physikalischer

Grundgesetze

Sichtweise 2:Regelzone 50Hertz

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung; Istzustand: alle Energieträger werden genutzt: 50 Hertz

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung nach Ausstieg aus Kern- und Kohleenergie: 50 Hertz

Sichtweise 3:Regelzone Amprion

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung; Istzustand: alle Energieträger werden genutzt: amprion

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung nach Ausstieg aus Kern- und Kohleenergie: amprion

Sichtweise 4:Regelzone TenneT

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung; Istzustand: alle Energieträger werden genutzt: TenneT

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung nach Ausstieg aus Kern- und Kohleenergie: TenneT

Sichtweise 5:Regelzone Transnet BW

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung; Istzustand: alle Energieträger werden genutzt: Transnet BW

Regionale Sicht an einem für EEG-Strom optimalen Tag auf den realisierten Verbrauch und realisierte Erzeugung nach Ausstieg aus Kern- und Kohleenergie: Transnet BW

Sichtweise 6:Energiewirtschaft im Aussenhandel

Regionale Sichten und was passiert, wenn wir einen Überschuss an Strom haben; Beispiel: 23.04.2019

Strom Aussenhandels-Bilanz am 23.4.2019, einem für EEG-Anlagen optimalen Tag mit viel Wind und viel Sonne

Fazit: Wo stehen wir in Deutschland mit der Energieversorgung ?

1. Fehlende Stromspeicher

2. Empfindliche Stromnetze mit Erfordernis sensibler Steuerung; geplante Abschaltungen zu Spitzenzeiten und Black-

Outs sind zu erwarten

3. Abhängigkeit von permanent verfügbarem Primärstrom aus dem Ausland wächst

4. politischer Entscheidungen werden nicht bis zu Ende durchdacht:

• wenn Kohlekraftwerke abgeschaltet werden, fällt auch die Fernwärmeversorgung aus;

• fehlende Energie für Ladung e-Fahrzeuge

5. Bundesweite Sichten und Aussagen führen zu falschen Schlussfolgerungen

6. Politisch getroffene Fehl-Entscheidungen werden kaschiert und zukünftig durch weiche Faktoren vermieden

Einer von vielen möglichen Lösungsansätzen:1. Ziel: Sicherstellung der Stromversorgung

a. Aufbau zusätzlicher Möglichkeiten zur Speicherung von großen Energiemengen (z.B. CNG, LNG, H2, CH4,

Wärme)

b. Wenn wir unseren Lebensstandard halten wollen:

Wegen Ausstieg aus Kernkraft, Braun- und Steinkohleverstromung, Etabierung einer neuen

Grundversorgung für Primär-Energie;

• Aufbau von strategisch positionierter Gas-Turbinenkraftwerken

• dezentrale BHKW mit Kopplung Power2Gas-Anlagen für Aufrechterhaltung der Fernwärme

Sicherstellung der Stromversorgung

Nutzung des bestehenden Hochdrucknetzes zur Verbindung der Speicher

Im Norden positionierte Gasspeicher für Power2Gas(entweder H2 oder Bio-Methan)

Gas-Pufferspeicher für Northstream 2

Gas-Pufferspeicher für LNG

Nutzung der Braunkohle-Förderungsgebiete für unterirdische Gasspeicher mit Lage an der JAMAL-Pipeline aus Russland

Nutzung der RWE-Braunkohle-Förderungsgebiete für unterirdische Gasspeiche

Gas-Pufferspeicher für die Region BW

Sicherstellung der Stromversorgung

Aufbau ggf. Ausbau strategisch günstig gelegener Gas-Turbinenkraftwerke, z.B.• zwischen den Regelzonen• vor Ballungsgebieten

Zusätzlicher Aufbau ggf. Ausbau von Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Kompensation wegfallender Kohle-Fernwärmekraftwerke

Einer von vielen möglichen Lösungsansätenz:2. Ziel: Aufbau eines neuen Mobilitätskonzeptes

a. Ganzheitliche und kritische Auseinandersetzung mit der eMobilität, speziell der Förderung

b. Integration von CNG-Fahrzeugen in die neue Mobilität

e-Mobilität (as-is)

Vorteile Nachteile

Standardisierung (z.B. VW-Block) fehlende Energie bei Kraft-werksabschaltung

Zero-Emission CO2, Feinstaub, Nox fehlende industrielle Ent-sorgung der Li-Ionen-Batt.

überall einsetzbar fehlende Versorgungs-Infrastruktur

Batterie Stromverbraucher

(Brandgefahr bei Unfall)

Brennstoffzellen-Kfz

Vorteile Nachteile

schnelle Betankung nur bedingt serienreif

Zero-Emission fehlende Ladeinfrastruktur

hohe Reichweiten

Brennstoffzelle Energieerzeuger

CNG-Fahrzeug

Vorteile Nachteile

wenig CO2-Emissionbei Nachrüstung: es geht Platz im Kfz verloren

günstiger Preis für CNG(Explosionsgefahr bei Unfall)

kein FeinstaubReichweite mit 300 km gering

bestehendes Versorgungsnetz

Um Vorteile zu nutzen und Nachteile zu umgehen, bietet sich Hybrid-Technologie an:Aktuell: Plug-In-Hybride (Benzin + Elektro, Diesel + Elektro)Zukünftig: Hybride Fahrzeuge (Brennstoffzelle + Batterie (z.B. Li-Ionen)

Einer von vielen möglichen Lösungsansätenz:1. Zwecks Sicherstellung der Stromversorgung

a. Aufbau zusätzlicher Möglichkeiten zur Speicherung von großen Energiemengen (z.B. CNG, LNG, H2, CH4,

Wärme)

b. Wenn wir unseren Lebensstandard halten wollen:

Wegen Ausstieg aus Kernkraft, Braun- und Steinkohleverstromung, Etabierung einer neuen

Grundversorgung für Primär-Energie;

• Aufbau von strategisch positionierter Gas-Turbinenkraftwerken

• dezentrale BHKW mit Kopplung Power2Gas-Anlagen für Aufrechterhaltung der Fernwärme

2. Aufbau eines neuen Mobilitätskonzeptes

a. Ganzheitliche und kritische Auseinandersetzung mit der eMobilität, speziell der Förderung

b. Integration von CNG-Fahrzeugen in die neue Mobilität

3. Ratifizierung der Energie-basierten Gremien

a. Besetzung der Fachgremien mit neutralen Fachleuten bzw. Aufbau eines entscheidungsberechtigten

Energiebeirats

b. Neuordnung der Entscheidungs-Cluster auf Regionen, Personengruppen, etc.

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Dipl.-Ing. Rolf Müller-Hermes, Sophienstr. 24, 23560 Lübeckwww.muellerhermes.de

https://www.linkedin.com/posts/ren%C3%A9-verboom-7ba862a5_ugcPost-6580804131462742016-skw8

Brennende eBike-Li-Ionen Batterie

Berstender CNG-Tank

Bezugsvertrag

Übertragungsnetzbe-treiber (Regelzone)

Erzeugung

Verteilnetzbetreiber(DSO) + (TNS)

Anschlussnehmer(Eigentümer, Vermieter)

Anschlussnutzer(Endkunde, Mieter)

Bilanzkreis-Koordinator

Handel (BKV)

VertriebMessstellenbetreiber

Messdienstleister

Messrahmenvertrag

Messstellenrahmenvertrag

MSB-MDL-Vertrag

Messdienstleistungsvertrag

Mes

sste

llen

vert

rag

An

sch

luss

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tzu

ngs

vert

rag

Anschlussnutzungsvertrag

Stromnutzungs-vertrag

Miet-vertrag

Netzanschluss-vertrag

Lieferanten-rahmenvertrag(Netznutzung)

Rahmenvertrag

Netznutzungs-vertrag

Bilanzkreis-vertrag

Zuordnungs-ermächtigung

Nach Quelle: VDN, „Richtlinie Datenaustausch und Mengenbilanzierung

Liberalisierung führte zu unabhängigen MarktrollenErzeuger, Netzbetreiber, Vertrieb, usw.

Lösungsansatz á la Rolf Müller-Hermes:Wie können wir die Energiewende schaffen ?

1. Konsequente Nutzung von Erdgasa. CNG-Erdgas-Fahrzeuge sind seit Jahrzehnten in Deutschland im Einsatz; es gibt ein dichtes Tankstellennetz, etc.

Warum werden diese nicht mit in die Förderung aufgenommen bzw. in der Diskussion berücksichtigt ?b. Erdgas-Speicherung unter Nutzung der physikalischen Grundprinzipien (Kompression, primäre und sekundäre

Wärme und Kältenutzung) • für Verstromung über zusätzliche Gas-Turbinenkraftwerke und Blockheizkraftwerke• als Puffer für die Energiewirtschaft

c. Aushandeln einer Gasversorgung über Northstream 2 und LNG aus den USA

2. Weiterentwicklung von Wasserstoff-Technologiea. Power2Gas bei großen Windparks durch Elektrolyseb. Speicherung des Wasserstoffs für Brennstoffzellen-Technologie bzw. Bio-Methanisierung

3. Dezentralisierung der Energiepolitik auf Landes/Regelzonenebene und Aufbau von „Regionalknoten“ für Stromübergabe/-übernahme

4. Aufbau von Speichern an den Regionalknoten5. Planung einer Nutzung der freiwerdenden Leitungspotenziale vor Atom- und Kohleausstieg6. Aufbau eines deutschen Hersteller-neutralen Beratungs-/Forschungsgremiums in Sachen Energie7. Entzug der Berechtigung energiewirtschaftlichen Entscheidungen von den politisch geprägten Gremien und

Verlagerung der Entscheidungen in eine Fachorganisation