03.2022 - 06.2022

Stromverbrauchsmodellierung des Industriesektors im Kontext der Dekarbonisierung

Die Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) haben die FfE damit beauftragt, eine Methodik zur verbesserten Abbildung der aktuellen und zukünftigen industriellen Strom-, Wasserstoff- und ‑Derivateverbräuche in Deutschland auf Landkreisebene zu entwickeln. Die erarbeitete Methodik wird im Rahmen des Netzentwicklungsplans (NEP) 2023 verwendet. Somit tragen die Projektergebnisse dazu bei, dass bei der Planung des Übertragungsnetzes der Zukunft die Veränderungen durch die industrielle Dekarbonisierung adäquat berücksichtigt werden.

Kern des Projekts ist eine Regionalisierung des zukünftigen industriellen Stromverbrauchs auf Landkreis-Ebene. Unter Nutzung der umfangreichen Industriestandort-Datenbank der FfE wird der aktuelle industrielle Stromverbrauch mit einem hohen Detaillierungsgrad regionalisiert. Die Ausweisung des regionalen Stromverbrauchs erfolgt differenziert nach stromintensivem Prozess und nach Wirtschaftszweig (WZ). Ersterer wird zunächst anhand der Produktionsmengen je betrachtetem Industriestandort und den prozessspezifischen Verbräuchen berechnet. Der weiter anfallende Stromverbrauch in den Wirtschaftszweigen wird in einem iterativen Verfahren anhand der Beschäftigtenzahlen nach WZ verortet. Dabei werden sowohl die Konsistenz zur regionalen und nationalen Stromverbrauchsstatistik als auch die Meldungen der Übertragungsnetzbetreiber zu vereinzelten Großabnehmern gewahrt. Die Regionalisierung der zukünftigen Strom-, H2– und Derivateverbräuche erfolgt ausgehend vom Status quo anhand der ermittelten regionalen Strom- und Brennstoffverbräuche der Wirtschaftszweige bzw. der betrachteten Industrieprozesse.

Für die zukünftige nationale Entwicklung wird der Status quo mit Hilfe eines Transformationstools der FfE fortgeschrieben, wobei sowohl erwartete Produktionssteigerungen als auch die energetischen Auswirkungen von Dekarbonisierungstechnologien berücksichtigt werden. Für eine höhere Detailtiefe werden ausgewählte Schlüsselprozesse der energieintensiven Industriezweige, welche durch ihren hohen fossilen Brennstoffbedarf ein entsprechend hohes Transformationspotenzial haben, genauer abgebildet. Neben den jährlichen Strommengen aus der Status quo-Analyse und den Transformationspfaden ist die Ermittlung der maximalen Anschlussleistung für den Netzausbau im Rahmen des NEPs relevant. Die FfE entwickelte hierfür im Rahmen des Projektes aus bekannten stündlichen Jahreszeitreihen eine stündliche, jahresunabhängige Typtageszeitreihe für jeden industriellen Wirtschaftszweig.

Auszug aus der FfE-Standortdatenbank für ausgewählte industrielle Prozesse
Abbildung 1: Auszug aus der FfE-Standortdatenbank für ausgewählte industrielle Prozesse

Sowohl die direkte Elektrifizierung durch Wärmepumpen und Elektrodenkessel als auch die Nutzung von Wasserstoff in energetischer oder stofflicher Form bieten ein hohes Dekarbonisierungspotenzial im Industriesektor. Jedoch befinden sich noch viele Technologien für die Transformation der einzelnen Industrieprozesse in der Entwicklungsphase oder stehen kurz vor der Markreife, so dass die optimale Lösung für den Einsatz dieser Technologien nicht abschließend geklärt ist. Dies spiegelt sich in den aktuellen Energiesystemstudien wider, die eine beträchtliche Spanne der prognostizierten zukünftigen Strom- und Wasserstoffverbräuche aufweisen. Um dieser Unsicherheit Rechnung zu tragen, werden in dem Projekt zwei Zukunftsszenarien betrachtet – eine „elektrische Welt“ und eine „Wasserstoffwelt“, die jeweils von der maximalen praktischen Umsetzung der jeweiligen Technologien geprägt ist.

Während die zukünftigen regionalisierten Verbrauchswerte das primäre Ergebnis dieses Projekts sind, war der Wissenstransfer zwischen den Projektpartnern ein zweites wichtiges Ziel. Durch die Erfahrung der FfE im industriellen Bereich gewinnen die ÜNB ein besseres Verständnis der wichtigsten industriellen Prozesse und deren mögliche Transformationspfade. Zudem erhalten die ÜNB durch den häufigen Austausch über die Projektlaufzeit und eine umfangreiche Dokumentation den „Blick unter die Haube“ der Regionalisierungsmethoden und der Transformationsberechnungen der FfE. Mit der Weitergabe dieser Expertise trägt die FfE dazu bei, die detaillierte Modellierung des industriellen Verbrauchs nicht nur im kommenden NEP, sondern auch in den kommenden Jahren voranzutreiben.