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Industrielle KWK: Impulstechnologie zur Erschließung industrieller Abwärmepotenziale und flexibler Partner im Strommarkt 2.0 Berliner Energietage 27.04.2015 Olaf Kebschull enable energy solutions GmbH Tel. 05424/22157612 email: o.kebschull@enablees.de

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Industrielle KWK:Impulstechnologie zur Erschließung industrieller Abwärmepotenziale und flexibler Partner im Strommarkt 2.0

Berliner Energietage 27.04.2015

Olaf Kebschullenable energy solutions GmbH

Tel. 05424/221576‐12e‐mail: o.kebschull@enable‐e‐s.de

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Inhalt

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1.) Momentaufnahme zur aktuellen Rolle der industriellen KWK in denDiskussionen zur KWK‐G Novelle

2.) Status der Diskussion zum übergeordneten Lastmanagement (DSM) derIndustrie im EOM 2.0

3.) Zwischenfazit 

4.) Industrielle Niedertemperatur‐ und Abwärmepotentiale

5.) Beispiel: Primärenergie‐ und DSM Potentiale von KWK basierten flexiblenWärmeinfrastrukturen in der Prozessindustrie

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Fokus gegenwärtig:Erhalt und Ausbau der KWK der „öffentlichen Versorgung“ die in das Netz der allgemeinen Versorgung einspeist“

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2.) Momentaufnahme zur aktuellen Rolle der industriellen KWKin den Diskussionen zur KWK-G Novelle

Eckpunktepapier BMWI KWK‐G 27.03.2015

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Gegenwärtig diskutierte Förderszenario für industrielle KWK

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KWK Ausbauentwicklung „Relevanz der KWK Förderung in der Industrie“

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KWK Novelle 2009Eigenstrom wird mit KWK Bonus gefördert

Fukushima / AtomausstiegEEG Privilegien werdenausgeweitet 

KWK Novelle 2012Weiterhin wird EigenstromMit KWK Bonus gefördert

Branchen produzierendes Gewerbe gespalten

Diagramm aus der AGORA und LBD Studie  „Die Rolle der Kraft‐Wärme‐Kopplung“  04.2015

Wenn industrielle KWK Anlagen so hochprofitabel sind, warum ist die Entwicklung der KWK Stromerzeugung dann so offensichtlich von den KWK‐G Regelungen abhängig?

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KWK-G darf Ungleichgewicht in den Branchen nicht erhöhen Die EEG Privilegierung hat einen Keil durch viele Branchen der produzierenden 

Unternehmen getrieben – Einige Unternehmen einer Branche insbesondere der „Liste 2“ sind EEG Abgaben befreit, andere nicht.

• Beispiel 25.000 MWh/a Strombezug = ca. 1.500.000 € Kostennachteil für nicht privilegierte Unternehmen. 

Die gegenwärtig im Eckpunktepapier BMWI vorgesehene KWK‐Förderung der „privilegierten Unternehmen“ würde grundsätzlich das Ungleichgewicht verstärken. Allerdings wird diese Förderung weitgehend wirkungslos sein, da ein industrieübliches ROI trotz KWK Bonus nicht erreicht werden kann und zudem bei Investition in KWK das Risiko steigt aus der Privilegierung heruaszufallen.

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KWK Bonus KWK BonusEEG Vollbezug begrenzt EEG Vollbezug begrenztEEG Eigenerzeugung begrenzt

EEG Eigenerzeugung 40 % und Zusatzstrom nicht begrenzt

Investition 5,4 MW mit NT-Netz

7.400.000,00 € 7.400.000,00 €

ROI 6,5 22,4 Bei herausfallen aus Privilegierung

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Modernisierung und Ausbau von KWK in der Industrie weiterhin ermöglichen

Viele Unternehmen betreiben teilweise schon sehr lange KWK Anlagen. Aufgrund des Eigenerzeugungsstromanteils sind diese Unternehmen für den Zukaufstrom in der Regel nicht „EEG‐Abgaben privilegiert“. Wenn nun bei Modernisierung dieser Anlagen kein KWK Bonus mehr vergütet würde, wird sich in der Regel keine Industrie übliche Wirtschaftlichkeit einstellen. Die Unternehmen hätten alternativ die Möglichkeit die KWK Anlage abzuschalten und den vollen Strombezug vom Netz zu beziehen.Wenn die Branche dieser Unternehmen sich auf der „Liste 2“ des EEG befindet, haben diese Unternehmen allerdings auch keine Möglichkeit eine EEG‐Privilegierung zu erreichen. Gegenüber den Wettbewerbern, die nie in KWK investiert hatten und somit auch in der Regel weniger Beitrag an der Primärenergieeffizienz und CO2 Minderung geleistet haben würden die Unternehmen, die modernisierungsbedürftige KWK Anlagen betreiben deutlich schlechter gestellt werden.

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Mit der Modernisierung / Ausbau von KWK Anlagen in der Industrie können grundsätzlich sehr günstige CO2 –Minderungskosten im Gesamtsystem erreicht werden

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Inhalt

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1.) Momentaufnahme zur aktuellen Rolle der industriellen KWK in denDiskussionen zur KWK‐G Novelle

2.) Status der Diskussion zum übergeordneten Lastmanagement (DSM) derIndustrie im EOM 2.0

3.) Zwischenfazit 

4.) Industrielle Niedertemperatur‐ und Abwärmepotentiale

5.) Beispiel: Primärenergie‐ und DSM Potentiale von KWK basierten flexiblenWärmeinfrastrukturen in der Prozessindustrie

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Die Rolle der industriellen KWK im Grünbuch „Ein Strommarkt für die Energiewende“

In den Gutachten zum „Grünbuch: Ein Strommarkt für die Energiewende“ wurde für Motor BHKW, Gasturbinen und industrielle KWK  Anlagen eine vereinfachte Annahme gewählt:

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Gutachten r2b: Endbericht Leitstudie Strommarkt, Anhang B, Seite 194 Schlussfolgerung im Grünbuch:‐ Kapitel 2.3: Wärmegeführte KWK erhöht die „konventionelle 

Mindesterzeugung“, … somit kein Beitrag zur Flexibilisierung des Strommarktes

‐ In Kapitel 8.3 wird der über den Status quo hinausgehende Ausbau der KWK in Frage gestellt

‐ Der potentielle Flexibilisierungsbeitrag (DSM) der industriellen KWK findet in den Grünbuchbetrachtungen keine Berücksichtigung

Übrigens:Das aktuelle industrielle DSM Versuchsprojekt der DENA in Bayern sieht namentlich auch in BHKW´s ein mögliches Flexibilisierungspotential

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Potential des Lastmanagementbeitrags „DSM“ der Industrie

Das Grünbuch geht von einem übergeordnetem Lastmanagementbeitrag (DSM) der Industrie (ohne KWK Anteil) für den EOM 2.0 von ca. 10 GW bis 15 GW (30 % bis 40 % der mittleren Bezugsleistung des produzierenden Gewerbes) aus.

Es haben sich nur sehr wenige industrielle Branchenverbände an den Konsultationen zum Grünbuch beteiligt!Nach unseren Recherchen (Webseite BMWI) haben sich beteiligt:ca. 10 Industrieverbände, davon ca. 5 Branchenverbände, davon 3 Verbände aus der Branche Metall und Stahl

Diese Verbände geben zu bedenken, dass die realistischen Lastmanagement‐potentiale deutlich geringer sind als die technisch möglichen Potentiale. Dies liegt vor allen Dingen an produktions‐ oder arbeitsschutztechnischen, sowie genehmigungs‐ oder arbeitszeitrechtlichen Rahmenbedingungen.

Die Diskussionen zur Flexibilisierung sollten nicht zu eindimensional geführt werden! Primärenergieeffizienz‐ und CO2 – Minderungstechnologien im industriellen Umfeld müssen mit den Flexibilisierungsoptionen des DSM in Einklang gebracht werden.

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Fazit:

‐ Die für den EOM 2.0 benötigten „Demand Side Management“ Potentiale der Industrie müssen differenziert und zuverlässig erarbeitet werden.

‐ Die Flexibilisierungspotentiale der industriellen KWK im DSM sollten im „Weißbuchverfahren“ unter realistischen Bedingungen untersucht werden 

‐ In der Konsultationsphase des „Grünbuchs“ konnten nur wenige Branchenverbände angesprochen werden.

‐ Die Branchenverbände sollten im „Weißbuchverfahren“ direkt angesprochen und für das Thema sensibilisiert werden.

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Aktuelle Vergütungen für „negative“ Sekundärregelenergie

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€/MWh

Mittelwert Vergütung ca. 2.310 €/MWh (Netzbetreiber an Anbieter)

AGORA Energiewende gibt in dem in 04/ 2015 veröffentlichtem Gutachten an, dass Eigenverbrauchs KWK Anlagen fast gar nicht mehr auf Preissignale reagieren. Erst ab einem Strompreis von ‐ 44 €/MWh würden Anlagen heruntergefahren werden.

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Zwischenfazit:

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Produzierende Unternehmen sollen verstärkt zu Akteuren im Strommarkt werden

Diese neue Rolle muss durch aktive Einbindung der Branchen eindeutig kommuniziert werden. 

Die Ergänzungs‐Potentiale im Spannungsfeld zwischen:

‐ Primärenergieeffizienzsteigerung, CO2 – Emissionsvermeidung‐ Stärkung übergeordnetes Lastmanagement (DSM) im EOM 2.0‐ Ausbau und Modernisierung der industriellen KWK

… sind sehr hoch und sollten zielorientiert angegangen werden.

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Inhalt

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1.) Momentaufnahme zur aktuellen Rolle der industriellen KWK in denDiskussionen zur KWK‐G Novelle

2.) Status der Diskussion zum übergeordneten Lastmanagement (DSM) derIndustrie im EOM 2.0

3.) Zwischenfazit 

4.) Industrielle Niedertemperatur‐ und Abwärmepotentiale

5.) Beispiel: Primärenergie‐ und DSM Potentiale von KWK basierten flexiblenWärmeinfrastrukturen in der Prozessindustrie

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Niedertemperaturpotentiale in produzierenden Unternehmen

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Niedertemperaturpotentialein der Produktion

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Das Prognos KWK Monitoring Gutachten stellt die Hemmnisse zur Ausschöpfung der Abwärmepotentiale in der Industrie dar:* Quelle Prognos Gutachten zum KWK Monitoring 10/2014 Pos. 5.2.7

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Betriebsinterne Gegebenheiten� Betriebsintern liegen in aller Regel keine für eine Abwärmenutzung relevanten Daten überEnergieströme (Temperaturniveau und Mengenströme) vor. Damit sind sie in der Regel auch nichtGegenstand einer Investitionsüber-legung.

� Meist fällt die Abwärme zeitgleich mit dem Wärmebedarf an; aber lange, zusätzliche Leitungen fürden Wärmetransport in gewachsenen Betrieben und Ballaststoffe in den Abwärme-medien führenmeist dazu, die Investitionsmöglichkeit nicht weiter zu betrachten.

� Schließlich entstehen auch Unsicherheiten durch die Frage der Beständigkeit der Abwärmesenkeüber den Abschreibungszeitraum von 10 Jahren. Dies gilt insbesondere bei Abwärmeabgabe anDritte mit unklarer Investitionssicherheit, wenn der Abnehmer in Insolvenz ginge oder seinen Prozessumstellt. Praktikable Vertrags-Lösungen sind für derartige Fälle erforderlich.

� Hohe Such- und Informationskosten (auch hohe Planungs-kosten), die infolge desfehlenden Wissens bestehen, führen zu Zurückhaltung der Unternehmen, zumal derartigeInvestitionen nicht ihr Kerngeschäft wären. Die Rentabilitätsrechnungen allein anhand derInvestitionssummen sind daher häufig zu optimistisch.

� Hinzu kommt die übliche Orientierung der Investitionsentscheidung allein anAmortisationszeiten mit kurzen Refinanzierungszeiten, die angesichts der kapitalkostenintensivenLösungen illusorisch sind.

� Zuweilen werden auch Befürchtungen über Prozesssicherheit bei der Abwärmeauskopplungoder der Produktqualität bei Abwärmenutzung genannt. Diese Befürchtungen werden auchbesonders für die Dauer der technischen Installations-/Umrüstungsphase geäußert.

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KWK als Initialtechnologie zur Ausschöpfung der Abwärmepotentiale in der Prozessindustrie

Die von Prognos dargestellten Hemmnisse zur Nutzung der industriellen Abwärmepotentiale können in vielen Branchen und Betrieben durch Doppeltnutzung von KWK Infrastruktur reduziert werden.

FAKT:Um die EU Hocheffizienzkriterien für neue und modernisierte KWK Systeme gesichert erreichen zu können, ist es auch in der Industrie erforderlich Niedertemperaturinfrastrukturen (< 100 °C) zu implementiert. 

Historisch bedingt werden die Produktionsprozesse in der Industrie mit Dampf versorgt. Viele Produktionsprozesse können allerdings auch mittels Antriebstemperaturen von < 100 °C versorgt‐ oder zumindest teilversorgt werden. 

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KWK als Initialtechnologie zur Ausschöpfung der Abwärmepotentiale in der Prozessindustrie

TO DO:Die Versorgung der Prozesse mit Niedertemperaturwärme erfordert in der Regel die Installation von Niedertemperatur‐Infrastukturen und den Umbau von Prozesswärmetauschern. Dies sind kapitalintensive Maßnahmen, die im laufenden Produktionsprozess umgesetzt werden müssen. 

Diese Infrastrukturmaßnahmen wurden z.B. im Prognosgutachten bei der Ermittlung der Wirtschaftlichkeit von industriellen KWK Anlagen nicht mitberücksichtigt. Genau diese infrastrukturellen Maßnahmen machen aber häufig bis zu 2/3 der Gesamtinvestition aus. Sie belasten somit das ROI enorm und führen häufig daszu, dass KWK Anlagen in der Industrie eben nicht umgesetzt werden.

Die Doppeltnutzung von Niedertemperaturinfrastrukturen für KWK und prozessbedingte Abwärmenutzung in Industrieunternehmen erhöht die Primärenergieeffizienz, sowie die monetären Einsparungen und ermöglicht somit Industrie übliche ROI.

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DSM

Klassische Dampfwärmeversorgung in der Industrie

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Prozess 1 Prozess 2 Prozess 3 Prozess 4

Dampfkessel

Dampfversorgung

Stromnetz

DSM Potentiale nur über Zu‐und Abschaltung vonProduktionsprozessen

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DSMDSMDSM

DSM

Niedertemperatur ‐ Infrastruktur

Wärmeversorgung mit Niedertemperatur-InfrastrukturOptimierung der Wärmeinfrastruktur in der Industrie steigert die Primärenergieeffizienz und die Flexibilität für den Strommarkt

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Prozess 1 Prozess 2 Prozess 3 Prozess 4

Wärmerück‐gewinnungspotential

DampfkesselKWK‐Anlage

Kälte + QuerschnittWärmepumpe

Dampfversorgung

Stromnetz

DSM Potentiale ohne Produktivitäts‐verluste.Wärme basierter Ansatz

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Inhalt

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1.) Momentaufnahme zur aktuellen Rolle der industriellen KWK in denDiskussionen zur KWK‐G Novelle

2.) Status der Diskussion zum übergeordneten Lastmanagement (DSM) derIndustrie im EOM 2.0

3.) Zwischenfazit 

4.) Industrielle Niedertemperatur‐ und Abwärmepotentiale

5.) Beispiel: Primärenergie‐ und DSM Potentiale von KWK basierten flexiblenWärmeinfrastrukturen in der Prozessindustrie

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KWK und Wärmerückgewinnungsnetz in der Industrie

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Quelle 1 Quelle 2 Quelle 

3Quelle 4

Senke 1 Senke 2 Senke 3Temp.mittel

Quelle 1 Quelle 2 Senke1 Senke 2

Temp. niedrig

90 °C Senke 1 Senke 2 Senke 3

ca. 25.000 MWh Nachheizung in das Wärmerückgewinnungs‐System

ca. 40.000 MWh Einspeisung Motorkühlwasserenergie

Einsparung WRÜ: ca.27.000 MWh/a Erdgas

ca. 950 MWh/a Strom

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Neuer Niedertemperaturlastgang für:BHKW und adaptive Wärmepumpe

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Niedertemperatur „power to heat“ Potential für den Wärmepumpeneinsatz

Niedertemperaturwärme BHKW ca. 3 MW

[kW]

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KWK und Wärmerückgewinnungsnetze:Doppelnutzung von Infrastruktur ermöglicht

wirtschaftliche Realisierung

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Investition Prozessintegrierte Energierückgewinnung (Niedertemperatur)

Einsparung € ROI Einsparung Primärenergie

Industriestandort 8.900.000,00                        1.360.850,00   6,5 31.980,00          

Summe Primärenergieeinsparung Wärmerückgewinnungsnetze 31.980,00           MWh

Investition Summe Einsparung KWK (EEG 2014)

ROI alles WRÜ und KWK EEG 2014

Einsparung Primärenergie KWK

Industriestandort 16.300.000,00                      2.800.000,00   3,9                 52.416,55          

Summe Primärenergie KWK + Wärmerückgewinnungsnetze 84.396,55           MWh

Nur Niedertemperatur‐Infrastruktur mit 

Wärmerückgewinnung

Niedertemperatur‐Infrastruktur mit Wärmerückgewinnungund Kraft Wärme Kopplung

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DSM Potentiale KWK und Wärmepumpe in industriellen Niedertemperaturinfrastrukturen

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Lasterhöhung durch Reduzierung der KWK Stromerzeugungca. 4 MW

Lasterhöhung durch Zuschaltung einer Wärmepumpeca. 1,5 MW

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Reduzierung von Markteintrittspreisen für DSM für durch Primärenergieeffizienzsteigerung

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Hauptkomponenten „10 MW Klasse“ aus dem Prognos Gutachten KWK 2014 (Tabelle 10, S. 47)

Erdgas‐motor basierte KWK mit Nieder‐temperaturnetz

Anreize und Flexibilisierungs‐potentiale für DSM im EOM 2

Stromerzeugung (KWK Aggregat)

Gasturbine (Wirkungsgrad elektrisch ca 30 %)

Erdgas‐Ottomotor(Wirkungsgrad elektrisch ca. 42 %)

ca. 30 % günstigere Stromgestehungskosten für den Erdgasotto‐motor // geringere Markteintrittspreise für positive und negative Regelenergie

Anzahl Aggregate 1 mehrere Höhere Verfügbarkeit und größeres Regel‐spektrum für EOM 2

Wärmespeicher nein ja

KWK Wärme kann in Zeiten der Lastmanage‐mentanforderung in Wärmespeichern gepuffert werden. // geringere Markteintrittspreise für positive und negative Regelenergie, da KWK Wärme zeitversetzt genutzt werden kann

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Reduzierung von Markteintrittspreisen für DSM für durch Primärenergieeffizienzsteigerung

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Hauptkomponenten „10 MW Klasse“ aus dem Prognos Gutachten KWK 2014 (Tabelle 10, S. 47)

Erdgas‐motor basierte KWK mit Nieder‐temperaturnetz

Anreize und Flexibilisierungs‐potentiale für DSM im EOM 2

Erschließung industrieller Abwärmepotentiale(zusätzliche Primärenergieeinspa‐rung)

nein japreisgünstige Abwärme zur Prozesswärmever‐sorgung kann verwendet werden // geringere Markteintrittspreise für positive und negative Regelenergie

„power to heat“ mittels Wärmepumpe nein ja

Geringe Wärmegestehungskosten durch hohe Effizienz// geringere Markteintrittspreise für positive und negative Regelenergie

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Reduzierung von Hemmnissen zur Teilnahme an DSM durch Wärme getriebene Primärenergieeffizienzmaßnahmen

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Lastmanagement mittels energieintensiver Produktionsprozesse

Lastmanagement mittels industrieller KWK / Niedertemperaturnetze / power to heat Wärmepumpen

Flexibilität bzgl. negative und positive Regelenergie 0 1

Risiko bzgl. Einfluss auf Produktivität, Wertschöpfung etc.

1 0

Verfügbarkeit DSMfür EOM 2 Zeitlich begrenzt Zeitlich nicht begrenzt

Reduzierung von Hemmnissen zur Teilnahme am EOM 2 und geringe Kosten

Größere Hemmnisse wegen potentiellem Risiko Produktivitätsverlust, 

dadurch höhere Kosten für EOM 2

Da kein Einfluss auf Produktivität, Reduzierung der Hemmnisse, dadurch Erhöhung der Anzahl der Player, dadurch geringere Kosten für Regelenergie

Einfluss auf Primärenergiebedarf und CO2 Emissionen

0 bis negativMaximale Reduzierung von Primärenergie und CO2 

Emissionen in der Industrie

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit