Die „Energiewende“ – Stand der Dinge auf Bundesebene...Die „Energiewende“ – Stand der Dinge auf Bundesebene (Langfristige Entwicklungspfade in der Energieversorgung) Dr

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


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%)


„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)


- 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


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


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%


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.“


- 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


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


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


Solarsiedlung „Hirtenwiesen“ in Crailsheim; Baden-Württemberg Wärmebedarf zu 50-60% durch Solarenergie gedeckt.


Große Fotovoltaikanlagen

So oder so ?


„Landschaftsbeanspruchung“ durch Windkraftanlagen

Windpark Haupersweiler, Saarland, 6 x 2,5 MW; Quelle: EnBW

CO2-Vermeidung während Lebensdauer (20a): ~ 400 000 t


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


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


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


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


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)


- 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


- 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


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


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 !

http://www.erneuerbare-energien.de/



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