Sector coupling technologies in gas, electricity, and heat networks

Competition or synergy?

Authors

DOI:

https://doi.org/10.14512/tatup.29.2.24

Keywords:

gas network, electricity network, heat network, end-user perspective, infrastructure planning

Abstract

Current investment in distribution networks for electricity, gas, and heat is high, and the distribution networks play a prominent role in the necessary transformation of the energy system. This paper provides insights into the relationship between residential end-user decisions on heat supply and their effect on infrastructure planning. Therefore, the gas, electricity, and heat networks are analyzed together. After a review of the characteristics of the networks, the most common sector coupling technologies are compared economically and environmentally. The results show that, under the assumptions made, heat pumps are the cheapest option for residential end-users in the long run. This raises the question of whether a parallel development of three different infrastructures for the heat supply of buildings is the best path to a successful energy transition.

References

AGEB – Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (2018): Auswertungstabellen zur Energiebilanz Deutschland. 1990 bis 2017. Available online at https://ag-energiebilanzen.de/index.php?article_id=29&fileName=ausw_30jul2018_ov.pdf, last accessed on 05. 05. 2020.

AGFW – Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V. (2019): Hauptbericht 2018. Available online at https://www.agfw.de/index.php?eID=tx_securedownloads&p=436&u=0&g=0&t=1588946561&hash=eefab9fde43fa0d35f496b2f7d1b9cd9e15fff7e&file=fileadmin/user_upload/Zahlen_und_Statistiken/Version_1_HB2018.pdf, last accessed on 07. 05. 2020.

BAFA – Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (2019): Förderprogramm im Überblick. Available online at https://www.bafa.de/DE/Energie/Heizen_mit_Erneuerbaren_Energien/Foerderprogramm_im_Ueberblick/foerderprogramm_im_ueberblick_node.html, last accessed on 02. 02. 2020.

BCG – The Boston Consulting Group; prognos (2018): Klimapfade für Deutschland. Available online at https://image-src.bcg.com/Images/Klimapfade-fuer-Deutschland_tcm108-181356.pdf, last accessed on 05. 05. 2020.

BDEW – Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. (2017): 10 Thesen zur Sektorkopplung. Available online at https://www.bdew.de/media/documents/Stn_20170427_Thesen-Sektorkopplung.pdf, last accessed on 05. 05. 2020.

BDEW – Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. (2019): Wie heizt Deutschland? Studie zum Heizungsmarkt. Available online at https://www.bdew.de/media/documents/BDEW_Heizungsmarkt_final_30.09.2019_3ihF1yL.pdf, last accessed on 20. 01. 2020.

BMU – Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (2016): Klimaschutzplan 2050. Klimaschutzpolitische Grundsätze und Ziele der Bundesregierung. Berlin: BMU.

BNetzA – Bundesnetzagentur; Bundeskartellamt (2019): Monitoringbericht 2019. Bonn: Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen und Bundeskartellamt.

BWP – Bundesverband Wärmepumpe e. V. (2019): BWP Marktzahlen 2018. Nachhaltiges Wachstum mit Luft nach oben, deutliches Signal für die Politik. Available online at https://www.waermepumpe.de/presse/pressemitteilungen/details/bwp-marktzahlen-2018-nachhaltiges-wachstum-mit-luft-nach-oben-deutliches-signal-fuer-die-politik/#content, last accessed on 19. 01. 2020.

BWP – Bundesverband Wärmepumpe e. V. (2020): Wärmepumpen Förderratgeber 2020. Available online at https://www.waermepumpe.de/fileadmin/user_upload/waermepumpe/07_Publikationen/Publikationen/BWP_Foerderung_A6_2020.pdf, last accessed on 19. 01. 2020.

Clausen, Jens (2012): Kosten und Marktpotenziale ländlicher Wärmenetze. Hannover: Borderstep Institut für Innovation und Nachhaltigkeit gGmbH. Available online at https://www.borderstep.de/wp-content/uploads/2014/07/Clausen-Kosten_-laendliche_-Waermenetze-2012.pdf, last accessed on 30. 04. 2020.

dena – Deutsche Energie-Agentur GmbH (2016): Der dena-Gebäudereport 2016. Statistiken und Analysen zur Energieeffizienz im Gebäudebestand. Berlin: dena.

dena (2018): dena-Leitstudie Integrierte Energiewende. Impulse für die Gestaltung des Energiesystems bis 2050. Ergebnisbericht und Handlungsempfehlungen. Berlin: dena.

European Commission (2007): Commission Decision of 18 July 2007 establishing guidelines for the monitoring and reporting of GHG emissions pursuant to Directive 2003/87/EC of the European Parliament and of the Council. In: Official Journal of the European Union L 229, pp. 1–85.

Agora Energiewende; Frontier Economics (2017): PtG/PtL-Rechner Berechnungsmodell zur Ermittlung der Kosten von Power-to-Gas (Methan) und Power-to-Liquid. Modellversion 1.0. Available online at https://www.agora-energiewende.de/veroeffentlichungen/ptgptl-rechner/, last accessed on 05. 05. 2020.

Häupl, Peter et al. (2017): Lehrbuch der Bauphysik. Schall – Wärme – Feuchte – Licht – Brand – Klima. Wiesbaden: Springer Vieweg.

Henning, Hans-Martin; Palzer, Andreas (2015): Was kostet die Energiewende? Wege zur Transformation des deutschen Energiesystems bis 2050. Freiburg: Fraunhofer ISE.

Hirzel, Simon (ed.) (2017): Energiekompendium. Stuttgart. Fraunhofer-Verlag.

KfW – Kreditanstalt für Wiederaufbau (2019): Energieeffizient Sanieren. Investitionszuschuss. Available online at https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestandsimmobilien/Finanzierungsangebote/Energieeffizient-Sanieren-Zuschuss-(430)/, last accessed on 12. 12. 2019.

KfW (2020): Effizient und umweltfreundlich heizen. Gefördert von der KfW. Available online at https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestehende-Immobilie/Energieeffizient-sanieren/Heizung/#16822577, last accessed on 02. 02. 2020.

Miara, Marek; Günther, Danny; Kramer, Thomas; Oltersdorf, Thore; Wapler, Jeanette (2011): Wärmepumpen Effizienz. Messtechnische Untersuchung von Wärmepumpenanlagen zur Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb. Freiburg: Fraunhofer ISE.

Öko-Institut; Fraunhofer ISI (2015): Klimaschutzszenario 2050.2. Endbericht. Available online at https://www.isi.fraunhofer.de/content/dam/isi/dokumente/ccx/2015/Bericht_Runde_2.pdf, last accessed on 06. 04. 2020.

Scorza, Sophia; Pfeiffer, Johannes; Schmitt, Alex; Weissbart, Christoph (2018): Kurz zum Klima. Sektorkopplung. Ansätze und Implikationen der Dekarbonisierung des Energiesystems. In: ifo Schnelldienst 71 (10), pp. 49–53.

UBA – Umweltbundesamt (2019): Strom- und Wärmeversorgung in Zahlen. Available online at https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/energieversorgung/strom-waermeversorgung-in-zahlen?sprungmarke=Strommix#Strommix, last accessed on 26. 01. 2020.

UNFCCC – United Nations Framework Convention on Climate Change (2015): Paris Agreement. United Nations. Available online at https://unfccc.int/sites/default/files/english_paris_agreement.pdf, last accessed on 17. 02. 2020.

Viebahn, Peter et al. (2018): Technologien für die Energiewende. Teilbericht 2 an das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi). Available online at https://epub.wupperinst.org/frontdoor/deliver/index/docId/7083/file/WR13-2.pdf, last accessed on 05. 05. 2020.

Wachsmuth, Jakob et al. (2019): Roadmap Gas für die Energiewende. Nachhaltiger Klimabeitrag des Gassektors. Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt.

WIBERA – WIBERA Wirtschaftsberatung AG (2017): Fernwärmepreisübersicht. Kurzumfrage. Available online at https://www.pwc.de/de/energiewirtschaft/ergebnisse-der-agfw-wibera-preisumfrage-10-2017.pdf, last accessed on 20. 01. 20.

Wietschel, Martin et al. (2018a): Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung. Teilvorhaben 2. Analyse zu technischen Sektorkopplungsoptionen. Endbericht. Dessau-Roßlau: Umweltbundesamt.

Wietschel, Martin et al. (2018b): Sektorkopplung. Definition, Chancen und Herausforderungen. Diskussionspapier im Rahmen des Kopernikus-Projekt „Systemintegration“. Karlsruhe: Fraunhofer ISI.

Downloads

Published

17.07.2020

How to Cite

1.
Oberle S, Stute J, Fritz M, Klobasa M, Wietschel M. Sector coupling technologies in gas, electricity, and heat networks: Competition or synergy?. TATuP [Internet]. 2020 Jul. 17 [cited 2024 Mar. 29];29(2):24-30. Available from: https://www.tatup.de/index.php/tatup/article/view/6812