Anforderungen an einen zukunftsfähigen Strom-

/Energiemix in Nordrhein-Westfalen

Möglichkeiten und Grenzen

Dr.-Ing. Manfred Fischedick

Vizepräsident

Pulheim

September 2006

September 2006

Erwartungen an die Energieversorgung der ZukunftFokus Stromerzeugung

• Zuverlässigkeit (bedarfsgerechte Versorgung)

• Versorgungssicherheit (Diversifizierung des Brennstoffmix, zunehmende Integration erneuerbarer Energien, dezentraler Energietechnologien)

• Effiziente Ressourcennutzung (hohe Wirkungsgrade)

• Umwelt- und Klimaverträglichkeit (inkl. klimaverträgliche Kompensation des Kernenergieausstiegs)

• Wirtschaftlichkeit (Wettbewerbsfähigkeit der Verbraucher)

• Sozialverträglichkeit ( ökonomisch tragfähig)

• Risikoarmut

• Industriepolitische Impulse (Technologietransfer, Exportchancen)

• Geringe Systemverletzlichkeit (technisch, Angriffsziel von Außen)

• Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen (Demographie, Klimawandel etc.)

September 2006

• hat die höchste installierte Kraftwerksleistung

• erzeugt im Bundesländervergleich die größte Menge an Strom

• weist im Strommix den höchsten Kohleanteil auf

• ist aufgrund der industriellen Struktur der größte Energie- und Stromanwender in Deutschland

• hat eine ausgewiesene Kompetenz im Bereich des Energieanlagenbaus und der Energieforschung (Energie ist ein wichtiger Beschäftigungsfaktor)

• kommt vor diesem Hintergrund eine Vorreiterrolle zu

NRW als Energieland Nr. 1 in Deutschland

NRW als Energieland Nr. 1 steht vor besonderen Herausforderungen

September 2006

Nettostromerzeugung 2005gesamt: 536 Mrd. kWh

erneuerbar: 59 Mrd. kWh (= 11%) Quelle: VDEW 2006

Heizöl und sonstige

3%

Windenergie5%

Wasserkraft4%

Biomasse & PV2%

Erdgas10%

Steinkohle21%

Braunkohle26%

Kernenergie29%

Übersicht über die allgemeine Stromerzeugung 2005Stand und Tendenzen

+/–

–

–

+

+–

+/–

+

September 2006

Klimaverträgliche Stromversorgung der Zukunft Grundsätzliche Handlungsoptionen

• Wirkungsgradsteigerung

• Brennstoffswitch (Kohle Erdgas)

• Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung

• Erneuerbare Energien

• CO2-Abtrennung und Speicherung

• Ausschöpfung der nachfrageseitigen Effizienzpotenziale

September 2006

WirkungsgradsteigerungStand der Technik für fossilbefeuerte Kraftwerke

Quelle: VGB 2005

September 2006

5055

30

22

38

43

46

0 10 20 30 40 50 60

China/ Russland

Welt

Deutschland

Stand der Technik(2000)

Referenzkraftwerk(2010)

Zukünftig (2020)

Wirkungsgrad von Steinkohlekraftwerken in %

Kraftwerksstandard weltweit führendGlobale CO2- Minderungsimpulse durch moderne Kohlekraftwerke

September 2006

CO2 Emissions of Coal and Gas-fired Plants

100% coal

10% biomass

20% biomass

100% Gas

300400500600700800900

100011001200

25 30 35 40 45 50 55 60

Netto Wirkungsgrad (%)

CO

2 Em

issi

on (g

/kW

h)

Durchschnitt heute EU25

ReferenzkraftwerkThermieUltimo

Durchschnitt 2010 EU25

AD 700/ Emax

Quelle: Tech- Wise

Wirkungsgradperspektiven und BrennstoffswitchWeitere Perspektiven für sinkende CO2-Emissionen

Entwicklungsperspektiven

Sinkende CO2-Emissionen mit natürlichen Grenzen

September 2006

Kraft-Wärme-(Kälte)-KopplungBandbreite der Optionen

250 kWel Hot Module (MTU)

800 kWel Dampfturbinenrotor (P. Brotherhood Ltd.)

SenerTec Dachs5,5 kWel

12,5 kWth

Erprobte TechnologienGasturbinenDampfturbinenGuD-AnlagenMotor-BHKW

„Neue“ TechnologienMikro-GasturbinenDampfmotorenStirlingBrennstoffzelle

September 2006

Kraft-Wärme-(Kälte)-KopplungTreibhausgasbilanz in der Regel positiv gegenüber den ungekoppelten Alternativen

Quelle: TIPS-Projekt [M. Pehnt / ifeu]

September 2006

- Endenergie, Szenario B -

Wasserkraft

Wind, onshore

Wind, offshore

Fotovoltaik

Biomasse

Geothermie

Biomasse

Solarkollektoren

Geothermie

Biomasse

0 50 100 150 200 250 300 350TWh/a

POTNaturschutzzusätzl. ohneRestriktionengegenwärtigeNutzung

0 20 40 60 80 100Anteil, %

Strom

Wärme

KraftstoffeRandbedingung:

Biogene Reststoffefür stationäreNutzung (KWK, direkt)

Energiepflanzen fürKraftstoffe ( 4,1 bzw.6,0 Mio. ha in 2050 )

Erneuerbare EnergienWeit gehend unterschätzte Potenziale, aber zunehmende Nutzungskonkurrenz beachten

September 2006

CO2-Abtrennung und SpeicherungTechnologische Optionen

Forschungsbedarf

Vergasung GasreinigungCO-Shift CO2- Abtrennung

CO2

Brenn-stoff

CO2- Abtrennung vor der Verbrennung (Kombikraftwerke)

KonventionellesDampfkraftwerk Rauchgasreinig.

KohleLuft

Oxyfuel- Prozess

O2

CO2

Kohle

CO2- Abtrennung

Rauchgas-

reinigungKondensation

Konv. KW mit CO2- Wäsche

CO2

CO2- Abtrennung nach der Verbrennung (Dampfkraftwerke)1000 m3/s, 18 vol-% CO2

IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas)

10 m3/s, 45 vol- % CO2

GuDmit H2-Turbine

CO2 / H2O

H2

LuftKesselLuftzerlegung

O2

LuftLuftzerlegung

Quelle: Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005

September 2006

A fossil fuel based low emission vision for the future - is that feasible?

Source: Technology Roadmap Australia 2004

Fossil fuelsProductsCO2 to capture/storage/use

September 2006

CO2-Abtrennung und SpeicherungCO2-arm ja, CO2-frei nein (Bilanz über die Prozesskette)

Schwerpunkt:Effizienzsteigerung bei Fossilen

Energiepolitik verschärft

Einsparungen intensiviert

höhere Energiesteuern

Vorbildfunktion öffentliche Hand

CO2-Emissionen, Treibhausgas-Emissionen und KEA des Steinkohle-Kraftwerks(CO 2-Abscheidegrad: 88%, Leckagerate: 0%, Eff = 49% ohne / 40% mit CCS)

0

200

400

600

800

1000

1200

CO2, ohne CCS CO2, mit CCS THG, ohne CCS THG, mit CCS KEA, ohne CCS KEA, mit CCS

CO2-Emissionen[g CO 2 / kWh,el]

EinlagerungTransportAbscheidung & Verfl�ssigungKraftwerkVorkette

-76%

+ 34%

-65%-76%

+ 34%

-65%95%

5%

87%

13%

22%

22%

38%

95%

5%

87%

13%

22%

22%

38%

Quelle: Wuppertal Institut u.a 2005

September 2006

Analyse von Optionen,Potenzialen und Wirtschaftlichkeit

70 einzelne MaßnahmenStatisches Einsparpotenzial: was wäre, wenn alle Gebäude, Anlagen und Geräte mit einem Schlag dem besten Standard entsprächen? Dynamisches Einsparpotenzial im Vergleich zum Trend für 2010 und 2015: was kann bei normalen Erneuerungszyklen und beim Zuwachs im Bestand erreicht werden?Mehrkosten pro Maßnahme im Vergleich zur TrendtechnikBerechnung der Kosten einer eingesparten kWh aus gesamtwirtschaftlicherund KundenperspektiveVergleich dieser Kosten mit langfristig vermeidbaren Systemkosten der Energiebereitstellung für die Gesamtwirtschaft und mit vermeidbaren variablen Bestandteilen der Energiepreise für die Kundinnen und Kunden Berechnung der Treibhausgas-Emissionsminderung und der CO2-Vermeidungskosten

Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Eine aktuelle Untersuchung in Zusammenarbeit mit E.ON

September 2006

Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Dynamisches Einsparpotenzial entspricht allein bis 2015 etwa 16% desStrombedarfs im Trendszenario

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

0 20 40 60 80 100 120

Net costs (Cent/kWh)

Energy saved (TWh/ year)

pumps

clothes dryers

clothes and dish washers

gas process heat*

compressed air

domestic lighting

ventilation & air conditioning

gas space heating*

cold appliances

ICT, TV, reducing standby

commercial and industrial cooling

commercial and industrial lighting

September 2006

0

50

100

150

200

250

Haushalte Gewerbe, Handel,Dienstleistungen

Industrie

Sektor

Dynamisches Potenzial bis2010zusätzliches dynamischesPotenzial bis 2015Differenz zum statischenGesamtpotenzial"verbleibenderStromverbrauch"

Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Einsparungen sind in allen Sekoren möglich und umsetzbar

September 2006

Potenziale der EffizienzsteigerungBeispiel Faktor-4-Pumpen

Stromeinsparpotenziale von bis zu 80% (Faktor 4)durch richtige Dimensionierung, integrierte Leistungsregelung (Frequenzumrichter), Permanentmagnetmotor und optimierte Hydraulik

WILO Stratos Eco5,8 Watt

Biral MC 107 Watt

Grundfos Magnamin. 22 Watt

September 2006

Potenziale der EffizienzsteigerungBeispiel Kühlgeräte

Blomberg A++137 kWh/a

Blomberg A328 kWh/a

Energieeinsparunggegenüber

Energieeffizienzklasse A:

- 191 kWh/a- 58 %

Effiziente Kühlgeräte haben ein A+ oder A++ LabelKaufen Sie keine Kühlgeräte der Effizienzklasse A (oder schlechter)!!!

September 2006

- Szenario NaturschutzPlus I -

2000 2010 2020 2030 2040 20500

100

200

300

400

500

600 569534

495 489 490 504

gg,

[]

ImportREG

Photovoltaik

Geothermie

WindOffshoreWindOnshore

Laufwasser

Biomasse,Biogase

KWK, fossil

Gas Kond.

Kohle Kond.

Kernenergie

oeko\stromer2; 6.1.04

14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %

KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK

Quelle: DLR, IFEU, WI 2004

Eine klimaverägliche Stromerzeugung auf der Basis REG/REN ist aus heutiger Sicht machbarDiversifizierung, Effizienzsteigerung und erneuerbare Energien

14,0 30,3 46,5 58,0 67,6

Stro

mer

zeug

u ng

in T

Wh

Aber wie wahrscheinlich ist sie und was müssen wir dafür tun?

September 2006

- Szenario NaturschutzPlus I -

2000 2010 2020 2030 2040 20500

100

200

300

400

500

600 569534

495 489 490 504

gg,

[]

ImportREG

Photovoltaik

Geothermie

WindOffshoreWindOnshore

Laufwasser

Biomasse,Biogase

KWK, fossil

Gas Kond.

Kohle Kond.

Kernenergie

oeko\stromer2; 6.1.04

14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %

KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK

Stand der Entwicklung: Ziele und RealitätenStromerzeugung und Stromerzeugungsmix - Stromnachfrage moderat steigend statt sinkend

14,0 30,3 46,5 58,0 67,6 EE mit Biomasse-KWK

550

570

590

610

630

2000 2001 2002 2003 2004 2005

Stro

mve

rbra

uch

(TW

h/a)

inklusive Import/Exportsaldo

Quelle: AG Energiebilanzen 2006

Stro

mer

zeug

u ng

in T

Wh

September 2006

Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenErneuerbare Energien legen plangemäß zu - positive Perspektiven schon unter Referenzbedingungen

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 20200

20

40

60

80

100

120

140

160

Reg

ener

ativ

e St

rom

erze

ugun

g, T

Wh/

a

Wasser WindOnshore

WindOffshore

Biomasse,biog. Abfälle Fotovoltaik Geothermie Europ.

Verbund

oeko/projekt2020/str20var; 28.11.05

18

39

85

151

2000 2005 2010 2015 20200

40

80

120

160

REF nach Energiereport IV (2005)

AUSBAU (Bandbreite)

REF

Stro

mer

zeug

u ng

in T

Wh

0

100

200

300

400

500

600

700

Anl

agen

anle

istu

ng in

MW

el

Dez1999

Dez2000

Dez2001

Dez2002

Dez2003

Dez2004

Dez2005

Anlagen > 500 kWelAnlagen 70 < 500 kWelAnlagen < 70 kWel

Biogas-Anlagen

September 2006

- Szenario NaturschutzPlus I -

2000 2010 2020 2030 2040 20500

100

200

300

400

500

600 569534

495 489 490 504

gg,

[]

ImportREG

Photovoltaik

Geothermie

WindOffshoreWindOnshore

Laufwasser

Biomasse,Biogase

KWK, fossil

Gas Kond.

Kohle Kond.

Kernenergie

oeko\stromer2; 6.1.04

14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %

KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK

Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 - 26 GW) lösen Investitionsstau auf, führen aber auch zu langfristigen strukturellen Festlegungen

14,0 30,3 46,5 58,0 67,6 EE mit Biomasse-KWK

Stro

mer

zeug

u ng

in T

Wh

September 2006

Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 GW) und resultierende Minderung der CO2-Emissionen

KW-Neubau

altersb.Stilllegun

g

DeltaCO2

67,39

88,40

-21,01

-40

-20

0

20

40

60

80

100

CO

2 in M

tCO2-Emissionen Neubau vs. alterb. Stilllegung der KW in Deutschland

Kraftwerksneubauten führen zusignifikanter CO2-Minderung gg. Kraftwerksbestand von 24%

September 2006

Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 GW) stehen im Konflikt mit sehrehrgeizigen Klimaschutzzielen

Wie gehen wir mit dem Konflikt um?Nachrüstung von CCS eine Option (ist dies umsetzbar, wie hoch sind die Kosten)?

Bandbreite der Schätzung nach (ÖI 2006) für early action

September 2006

Alternative CO2-AbtrennungKostenseitig mit hoher Wahrscheinlichkeit gegensätzliche Entwick-lungen, Vergleich auf gleicher Augenhöhe (CO2-Emissionen)

2000 2010 2020 2030 2040 20500,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

Stro

mge

steh

ungs

kost

en, E

UR

/kW

h

Wasser

Wind

Photovoltaik

Geothermie

Stromimport

Biomasse

Biogas

MittelwertBASIS I

oeko/kost2; 2.12.03

2003: 0,71 EUR/kWh2003: 0,186 EUR/kWh

Stro

mge

ste h

ungs

k os t

en in

Eur

o/k W

h

- fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas -

2000 2010 2020 2030 2040 20500,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Stro

mge

steh

ungs

kost

en, [

EUR

/kW

h]

REG MixBasisszenario

fossiler MixKostenbandbreite

zusätzl.15 EUR/t CO2

CO2-Rückhalt.Kostenbandbreite

oeko/kost-kw.pre; 15.09.03

1990 2000 2010 2020 2030 2040 20500

1

2

3

4

5

Stei

nkoh

lepr

eis

Kra

ftwer

k, [E

UR

200

0/G

J]

Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V.(+15 EUR/t CO2)

BandbreitePrognosen 2020

Projekt2020/St-Preis; 16.03.051990 2000 2010 2020 2030 2040 20500

2

4

6

8

10

Erdg

aspr

eis

Kra

ftwer

k, [E

UR

200

0/G

J]

Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V.(+ 15 EUR/ t CO2)

BandbreitePrognosen 2020

BMU/Projekt20200/Gas-PR.pre; 16.03.05

Brennstoffpreis in Euro/GJKohle Erdgas

Eur

o /kW

h

September 2006

Die Energie-/Stromversorgung der Zukunft ist durch hohe Anforderungen gekennzeichnetFür die Realisierung der Ziele stehen unterschiedliche Optionen zur VerfügungIm Bereich der Kohleverstromung sind signifikante Minderungen des spezifischen CO2-Ausstoßes möglich - eine CO2-freie Stromerzeugung kann nicht erreicht werden (auch mit CCS nicht!)Eine klimaverträgliche Energieversorgung ist ohne eine deutliche Erhöhung des Beitrages erneuerbarer Energien und eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz nicht möglichKlimaschutz ist kein Selbstläufer und erfordert in der Umsetzung engagiertes politisches und unternehmerisches HandelnDie Bedeutung von effizienten Kohlekraftwerkstechnologien mag national umstritten sein, aus globaler Sichtweise ist sie für den Klimaschutz essentiell.

Schlussfolgerungen

September 2006

Anforderungen des globalen KlmaschutzesMassiver Zubau von Kohlekraftwerkskapazitäten (Beispiel China) erwartet

Kraftwerksneubauteneingrenzen durch:

- Ausbau erneuerbarer Energien

- Umsetzung Stromeinsparpotenziale

Verbleibende fossile Stromerzeugung optimieren:

- Wirkungsgradsteigerung- CCS prüfen

Die deutsche Kraftwerkstechnologie kann zur Eingrenzungdes Klimabeitrages Impulse leisten

davon knapp 500 GW Kohle

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt:

Dr. Manfred FischedickWuppertal InstitutDöppersberg 1942103 Wuppertal0202-2492-1210202-2492-198 (FAX)0202-2492-109 (Sekretariat)Manfred.Fischedick@wupperinst.org