die „energiewende“ – stand der dinge auf bundesebene...die „energiewende“ – stand der...
TRANSCRIPT
Systemanalyse und Technikbewertung
Die „Energiewende“ – Stand der Dinge auf Bundesebene
(Langfristige Entwicklungspfade in der Energieversorgung)
Dr. Joachim Nitsch Stuttgart
Tagung: Energielandschaften – Kulturlandschaften der Zukunft ?
TU- Berlin, Bundesamt für Naturschutz, Internationale Naturschutzakademie
Insel Vilm 18. – 21. Juni. 2012
Systemanalyse und Technikbewertung
Energiepolitische Zielsetzungen im Energiekonzept der Bundesregierung
2020 2030 2040 2050 Minderung der THG-Emissionen: -40% -55% -70% -80 bis - 95% (bezogen auf 1990)
Energiebedingte CO2-Emissionen - 85% bis - 100%
Minderung des Primärenergie- Verbrauchs (bezog. auf 2008) - 20% - 50% Minderung des Stromverbrauchs: - 10% - 25% Minderung des Endenergie- verbrauchs Verkehr: -10% - 40% Reduzierung des Wärmebedarfs (2020) bzw. des Energiebedarfs (2050) von Gebäuden: -20% - 80%
Effizienzstrategie:
Anteil der EE am (Brutto-) Endenergieverbrauch: 18% 30% 45% 60% Anteil der EE am Bruttostromverbrauch: 35% 50% 65% 80%
EE – Ausbaustrategie:
Kernenergieabbau: -60% (2022: -100%)
Systemanalyse und Technikbewertung
„Leitstudien“ für das BMU seit 2004 DLR Stuttgart mit IFEU Heidelberg, Wuppertal
Institut, Fraunhofer IWES Kassel und IfnE Teltow
Projekt „Langfristszenarien ….“, 2009-2011 Leitszenario 2009; Leitstudie 2010 ; Schlussbericht
zum Gesamtprojekt (März 2012).
4 zielorientierte Szenarien zur Umsetzung des THG-Reduktionsziels -80% bis 2050 Szenarien 2011 A, B und C mit unterschiedlicher Verwertung hoher EE-Angebote nach 2030 Szenario 2011 A‘ mit Zielverfehlung bei Strom- Effizienz und Kompensation durch EE 1 Szenario zur Umsetzung des THG – Reduktionsziels – 95% (bis 2060)
Systemanalyse und Technikbewertung
- Alle Szenarien 2011 -
Wirkungsgradmethode
20052010
20202050 A
2050 A'2050 B
2050 C
2050 THG95
2060 THG950
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
1600014539
14044
11383
7267 7424 7441 7115 7271 7025
Prim
ären
ergi
e, P
J/a
Wasserkraft,GeothermieSolar-strahlung
Windenergie
Biomasse, biogener Abfall
Erdgas
Mineralöl
Steinkohle,Sonstige
Braunkohle
Kernenergie
SZEN11/PRIM-SZE; 24.11.11
66,8
EE – Anteil (%) 9,4
52,8 54,5 53,6 53,0
19,9
5,3
83,0
*) einschließlich nichtenergetischem Verbrauch
Primärenergieverbrauch*) 2050 in den Szenarien 2011
Szenarien der Studie: „Langfristszenarien und –strategien“ (Leitstudie 2011)
THG-Minderung: - 80% (bis 2050) -95% (bis 2060)
EFF
Systemanalyse und Technikbewertung
2000 2005 2010 2015 2020 2030 2040 2050 2060 2030 2040 2050 20600
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
352
625
991
1409
1822
2431
2828
3073
3303
2637
3274
3938
4565
Ende
nerg
ie e
rneu
erba
re E
nerg
ien,
PJ/
a
Geothermie
Solarstrahlung
Windkraft
Biomasse,biog. Abfälle
Wasserkraft
SZEN 11; EE-END2; 7.10.11
Szenario 2011A
Szenario2011THG95
EE-Ausbau mit deutlich unterschiedlichen Wachstumsgeschwindigkeiten
EE-Ausbau nach Verwendung Szenario 2011A 2010 2030/ 2050/ (PJ/a) 2010 2010 Strom*) 372 2,9 3,3 Wärme 490 2,0 2,7 Kraftstoffe 129 2,8 4,2 Gesamt 991 2,5 3,1
*) einschl. Wärmeerzeugung und Elektromobilität
Szenario 2011THG95 2010 2030/ 2050/ (PJ/a) 2010 2010 Strom*) 372 3,3 5,2 Wärme 490 2,1 2,9 Kraftstoffe 129 2,8 4,2 Gesamt 991 2,7 4,0 Biomasse: 1,5 1,5
Wachstums- Windenergie: 6 8 faktoren: Solarstrahlung: 10 17 (bez. auf 2010) Geothermie: 11 14 Gesamt: 3,1 4,0
Systemanalyse und Technikbewertung
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 20600
200
400
600
800
1000
Stro
mer
zeug
ung
erne
uerb
are
Ener
gien
, TW
h/a
Szen A
Szen A'
Szen B
Szen C
Szen THG95
SZEN11/ STR-VGL; 5.2.12
Strom aus EE wird zur Schlüsselenergie in der zukünftigen Energieversorgung
17%
41%
EE- Vollversorgung aller Sektoren (THG – 95%)
THG - 80%
Systemanalyse und Technikbewertung
Installierte Leistungen, GW
Untergrenze (Szenario C)
Obergrenze (Szenario THG95)
2011 2020 2030 2040 2050 2060 2030 2040 2050 2060
Wasser 4,4 4,7 4,9 5,1 5,2 5,3 4,9 5,1 5,2 5,3
Biomasse 6,9 9,0 10,0 10,4 10,4 10,4 10,0 10,4 10,4 10,4
Wind 28,8 49,0 70,2 77,5 81,0 86,0 77,8 97,7 115,3 141,8
Fotovoltaik 24,8 53,5 61,0 63,3 67,2 72,0 67,9 75,2 81,8 86,4
Geothermie 0,01 0,3 1,0 1,8 2,7 3,9 1,0 2,2 4,9 8,6
EE-Importsaldo 0 0,4 3,6 6,8 9,0 12,9 5,4 14,0 29,0 44,0
Summe 65,0 116,8 150,7 164,8 175,5 190,5 167,0 204,5 246,5 296,4
Summe Inland 65,0 116,4 147,1 158,0 166,5 177,6 161,6 190,5 217,5 252,4
Bandbreite des Wachstums der EE-Stromleistungen in den Szenarien
Die (längerfristige) Struktur des Ausbaukorridors stellt einen Ausblick auf „empfehlenswerte“ Beiträge der einzelnen EE-Technologien aus heutiger Sicht dar. Sie wird stetig neu anzupassen sein. Die eigentliche Botschaft lauten: „EE sind in einer intelligenten Kombination aller Einzeltechnologien und Energiequellen in der Lage, innerhalb eines absehbaren Zeitraums die energetische Vollversorgung moderner Industriegesellschaften sicher zu stellen.“
Systemanalyse und Technikbewertung
- Szenario 2011 A -
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500
50
100
150
200
250
133
163
186
203210 215
223 225
Bru
ttole
istu
ng K
raftw
erke
, GW
Europ.Verbund EEPhotovoltaikWindOffshoreWind anLandAndereSpeicherEE-Wasser-stoffGeothermie
Laufwasser
BiomasseKWK fossilErdgas, ÖlKond.BraunkohleKond.SteinkohleKond.Kernenergie
SZEN11/ S-LEIS-A; 7.10.11
Entwicklung der Gesamtleistung stromerzeugender Anlagen im Szenario 2011 A
Höchst- last
Gesicherte Leistung
Systemanalyse und Technikbewertung
Fotovoltaik (EL)
Kollektoren (W)
Fotovoltaik (EL)
Solartherm
. KW (E
L)
Solarer H2 (C
H)
Solares CH4 (CH)
Windpark Land (EL)
Windpark See (EL)
Wind See-H2 (CH)
Biomasse (CH)
0
50
100
150
200
250
300
350Jä
hrlic
her E
nerg
ieer
trag
, kW
h/m
²,a Mitteleuropa, 1 100 kWh/m²a
Südl. Breiten, 2 200 (2 500) kWh/m²a
(Ban
dbre
ite 6
5 - 2
00 G
J/ha
)
LEIT/ERTRAG2; 15.8.10
Mögliche Steigerung
2 - 6
20 MW/km²
Typische flächenspezifische Energieerträge erneuerbarer Energien
Systemanalyse und Technikbewertung
Verkehr
Siedlungen
Solarenergie (max.)
Ackerland
Energiepflanzen (max
Dauergrünland
Übrige landw. Fläche
Wald
Wasser
Sonstige *)(11,8)
(0,7)
Flächennutzung in Deutschland (Gesamtfläche 357 050 km²; Anteile in %)
LEIT/Fläche; 13.2.08
*) Erholung,Betriebsflächen, Militär u.a.
29,84,9
14,6
33,6
2,32,9
4,9
7,0
Windenergie: „Flächenbeanspruchung“(20 MW/km²) 2010: 1400 km²; 2050: 4100 km² Anlagenanzahl: 22 000 je 1,3 MW (2010); ~ 20 000 je 4 MW (2050)
Art und Größe der Landbeanspruchung durch erneuerbare Energien
Potenzial = 2 300 km²; in 2010 genutzt: 165 km²
42 000 km², in 2010 genutzt: ~ 20 000 km²
In 2050 benötigte Flächen
Fotovoltaik Kollektoren Dächer 300 280 Fassaden 40 - Versiegelte Freiflächen 20 30 Andere Freiflächen 15 20 Insges. 2050 375 330
Systemanalyse und Technikbewertung
Solarsiedlung „Hirtenwiesen“ in Crailsheim; Baden-Württemberg Wärmebedarf zu 50-60% durch Solarenergie gedeckt.
Systemanalyse und Technikbewertung
Große Fotovoltaikanlagen
So oder so ?
Systemanalyse und Technikbewertung
„Landschaftsbeanspruchung“ durch Windkraftanlagen
Windpark Haupersweiler, Saarland, 6 x 2,5 MW; Quelle: EnBW
CO2-Vermeidung während Lebensdauer (20a): ~ 400 000 t
Systemanalyse und Technikbewertung
Ein Beispiel für Landschafts- beanspruchung durch fossile Energien Ölgewinnung aus Ölsänden in Kanada (Provinz Alberta) Potentiell sind 140 000 km² Land bedroht, ein Großteil davon sind boreale Wälder. Kanada hat wegen der weiteren Ausdehnung der Ölförderung alle weiteren Klimaschutzverpflichtungen abgelehnt
Systemanalyse und Technikbewertung
Vorgeschlagener Stromnetzausbau auf der Höchstspannungsebene
Quelle: Netzentwicklungsplan Mai 2012
Ausbau bis zum Jahr 2022: Neubau: 1 700 km Wechselstrom 2 100 km Gleichstrom (HGÜ) Umbau/Ertüchtigung: 4 400 km Wechselstrom Gesamte derzeitige Trassenlänge: 35 000 km ( Neubau = 11%) Investitionskosten: ~ 20 Mrd. €
Neubaumaßnahmen
Offene Fragen/Defizite: • Keine Stromverbrauchsreduktion; • Flexibilität von Verteilnetzen nicht untersucht („smart grids“); • regionale Zuordnung der EE nicht optimal; • stromgeführter Einsatz von KWK und dezentrale Speicher nicht betrachtet; • keine Lastmanagementmaßnahmen;
Aktuelle Ausbaupläne sind Obergrenze
HGÜ
Systemanalyse und Technikbewertung
2000 2005 2009 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
316
601
847
958
1220
13991468
1525 1550 1550
End-
, Prim
ären
ergi
e, P
J/a
Verluste;nicht genutzt
Kraftstoffe
Einzel-heizungen
KWK-Wärme,Sonst. Nahwärme
Strom
Szen11/Bio-END; 3.11.11
*) Anteil an gesamter Endenergie von Szenario 2011 A, (%)
2,4 *)
14,5
7,3
7,7
10,0
12,8
4,7
16,5 19,0 22,0
End- und Primärenergieeinsatz von Biomasse in den Szenarien 2011
Andere Studien: Energiekonzept: ~ 2300 PJ/a; Kraftstoffe 770 PJ/a; ~ 800 PJ/a Nettoimport WWF Innovativ: ~ 1750 PJ/a Kraftstoffe 920 PJ/a; ~ 500 PJ/a Nettoimport
Reststoffe: ~ 800 PJ - Fest ~ 640 PJ - Vergärbar ~ 160 PJ Energiepflanzen: 4,2 Mio. ha; ~ 750 PJ
Systemanalyse und Technikbewertung
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012
0
5
10
15
20
25
30
14.5 14.715.5 15.9 16.2 16.4
15.2 15.3
17.116.5
13.9 14.3
16.117.2
18.018.7
19.5
20.621.7
23.223.7
25.225.7
Stro
mpr
eise
Hau
shal
te, c
t/kW
h
Erzeugung,Transp., Vertrieb
Konzessions-abgabe
KWK-Gesetz§19-Umlage
Mehrwert-steuer
Strom-steuer Str.EG/EEG
BMU/Preise/Strom-HH; 30.5.12Quellen: BDEW, Mai 2012; BMWi-Energiedaten; Jan. 2012
„Energiewende“ und Kosten:
A) Kostenentwicklung (Haushaltsstrom) 1990 bis heute
Liberalisierter Strommarkt
3,6 ct/kWh
6,5 ct/kWh
Systemanalyse und Technikbewertung
2000 2010 2020 2030 2040 20500
2
4
6
8
10
12
14
16
Anle
gbar
e St
rom
kost
en; c
t/kW
h (2
009)
Pfad A:Deutlich
Pfad B:Mäßig
Pfad C:Sehr niedrig
Externe Kosten(75 €/t CO2)
BMU/Preise/Strompreis; 30.10.11
Ökologisch „korrekte“ Kosten (75 €/t CO2)
Heutiges Marktversagen
Kosten der Stromerzeugung konventioneller Kraftwerken unter Einbeziehung der Entwicklung der CO2 - Zertifikatspreise
B) Zukünftige Energiekosten: langfristig und vollständig betrachten !
Öl- CO2- preis preis $/bbl €/t 2010 76 14 2011 103 7,5
2020 104 27 2030 125 45 2040 144 60 2050 164 75
Preispfad A (Geldwert 2009)
Systemanalyse und Technikbewertung
- Preispfad A -
2000 2010 2020 2030 2040 20500
3
6
9
12
15St
rom
kost
en; c
t/kW
h (2
009)
KonventionelleKraftwerke
EE-AnlagenBestand
EE-Anlagen +konv. KW
BMU/Preise/Strokos2; 29.1.12
C) Nur mit Ausbau von EE sind langfristig stabile Kosten zu erreichen
EE-Anteil (%): 6,5 17 41 63 75 85
2,1 ct/kWh
Systemanalyse und Technikbewertung
- Preispfad A -
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20500
100
200
300
400
500
Ges
amta
usga
ben
Ener
giev
erbr
auch
er *)
, M
rd. E
UR (2
009)
/a Fossil ohneEffizienz
Fossil mit EFFnach Szenario A
EFF + EE,Szenario A
nur Import,ohne EFF
nur Import, Szenario A
SZEN11/KOSGES-AA; 25.5.12
*) ohne MWSt
D) Gesamtbilanz: Ausgaben aller Energieverbraucher bei unterschiedlichen Strategien
Gesamt 2010: ~ 200 Mrd. € Strom ~ 85 Mrd. € Brennstoffe ~ 70 Mrd. € Kraftstoffe ~ 45 Mrd. €
2,7% 3,9 % *)
5,1 %
2,1 % *) Anteil an BIP
Gleiche „Energierechnung“ bei 2,5 -fachem Energiepreis
Systemanalyse und Technikbewertung
Stromsektor: EE-Strom als zukünftig wichtigste „Primärenergie“ verlangt verstärkten Einsatz in Prozesswärme, in Kühlung, im Verkehr, in „Überschuss-“Nutzung in Wärmespeichern und schließlich Überführung in chemische Energieträger. EE- Strom kann so im Wärme- und Verkehrssektor fossile Energieträger substituieren. Der konventionelle KW-Zubau muss sich ausschließlich an der flexiblen, effizienten Deckung der „Residuallast“ orientieren. Stromnetze müssen auf Transport- und Verteilungsebene ausgebaut werden, ein abgestimmter Speicherzubau muss folgen. Wärmesektor: Solarkollektor- und Geothermiemarkt muss sehr viel dynamischer wachsen. Dafür ist Instrumentenausweitung unumgänglich. Eine verbesserte Langfristplanung von Wärmeversorgungen durch die verbindliche Einführung flächendeckenden und einheitlich strukturierte kommunale Wärmenutzungspläne bzw. Energiekonzepte sind unerlässlich.
Im Verkehr müssen deutliche Effizienzsteigerungen und wesentlich wirksamere Verlagerung- und Vermeidungskonzepte mit Ausbaustrategien für EE- Kraftstoffe und E- Mobilität ausbalanciert werden; derzeit besteht hier ein Ungleichgewicht. Technologieoffenheit bei neuen Antrieben und Kraftstoffen ist empfehlenswert; vorschnelle Festlegung ist derzeit nicht notwendig.
Instrumente/Politik: EEG ist stetig anzupassen, es ist aber weiterhin zielführend und unverzichtbar; mittelfristig ist eine vollkostenbasierte Preisbildung am Strommarkt erforderlich. Nur mit effektivem Emissionshandel ist eine marktgetriebene Klimaschutzpolitik möglich. Der Nutzen und die Notwendigkeit „nachhaltig korrekter“ Energiepreise muss von der Energiepolitik stärker vertreten werden (nur dann wirkungsvolle Anreize für verstärkte Effizienz; faire Marktbedingungen für EE; Bereitstellung von Energie mit nachhaltigen Eigenschaften).
Aufgaben für die deutsche Klimaschutz- und Energiepolitik
Systemanalyse und Technikbewertung
Weiterführende Literatur: J. Nitsch, T. Pregger, T. Naegler, N Gerhardt, M. Sterner, B. Wenzel u.a: „ Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland.“ DLR Stuttgart, Fraunhofer-IWES Kassel; IFNE Teltow im Auftrag des BMU, Abschlussbericht Projekt FKZ 03MAP146; März 2012; www.erneuerbare-energien.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !