DLR - KIT · 2011. 11. 10. · über Referenz Strom Gas direkt Öl/Kohle direkt Erneuerbare Energien KWK oeko\waestru1.pre; 25.5.03 12,3 14,7 17,8 21,5 24,0 25,5 % KWK-Wärme *) 2,3

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Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen

DLRDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Prof. Dr. Dr.-Ing.(habil) Hans Müller-SteinhagenInstitut für Technische Thermodynamik


Das DLR ist das Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt und die Raumfahrtagentur Deutschlands.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt


Gesamtbudget 2008 1,36 Mrd €

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Raumfahrt-Agentur Forschung und Betrieb

Deutsche ESA-Beiträge BMBF Institutionelle FörderungNationales Raumfahrtprogramm Drittmittel

Alle Angaben in Mio. Euro


Standorte und Mitarbeiter

5.600 Mitarbeiter arbeiten in 28 Forschungsinstituten und Einrichtungen in

8 Standorten,7 Außenstellen.

Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington.

Köln-Porz

Lampoldshausen

Stuttgart

Oberpfaffenhofen

Braunschweig

Göttingen

Berlin--Adlershof

Bonn

Trauen

HamburgNeustrelitz

Weilheim

Berlin-Charlottenburg

Sankt Augustin

Darmstadt

Almería (Spanien)


Prozentualer Anteil der Schwerpunkte an den Gesamterträgen Forschung und Betrieb 2008

44%

40%

9%

7%

Weltraum

Luftfahrt

Verkehr

Energie


Energieforschung im DLR

Die DLR-Energieforschung konzentriert sich auf Themen der effizienten und nachhaltigen Stromerzeugung mit energiewirtschaftlicher Relevanz.

Systemanalyse und Technikbewertung,Effiziente und umweltverträgliche „fossile“ Kraftwerke (Turbomaschinen, Brennkammern),Wärmemanagement (Wärmeübertragung und –speicherung),Nieder- und Hochtemperatur-Brennstoffzellentechnik,Solarthermische Kraftwerkstechnik, Solare Stoffumwandlung.


Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-Steinhagen

Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands mit einem zunehmenden Anteil an erneuerbaren Energien

Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart


1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000

100

200

300

400

Prim

ären

ergi

e, E

J / J

ahr

konventionelleBiomassenutzungerneuerbareEnergien

Kernenergie

Erdgas

Erdöl

Kohle

Weltweiter Primärenergieverbrauch von 1870 bis 2001


Um bereits heute die täglich verbrannten fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle zu ersetzen benötigt die Natur 1500 Jahre

Vorräte an Primärenergieträgern


CO2 CH4 N2O

Die Konzentration der anthropogenen Treibhausgase in der Erdatmosphäre ist in den vergangenen 50 Jahren stark über die Werte der davor liegenden 10000 Jahre angestiegen


Stand der KlimaforschungUN Klimarat IPCC, 2007:

Beobachtungen und Messungen lassen keinen Zweifel, dass das Klima sich ändert.

In den letzten 100 Jahren hat sich die Erde im Mittel um 0,74°C erwärmt.

Die globale Erwärmung und der Meeresspiegelanstieg haben sich beschleunigt, ebenso das Abschmelzen der Gletscher und Eiskappen

Diese Änderungen sind mit größter Wahrscheinlichkeit auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen


Energieverursachte CO2- Emissionen nach verschiedenen IPCC Szenarien

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 21000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100C

O2

Em

issi

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, [G

tCO

2/ J

ahr]

Szenario: BaU "550" "450" 2000 Wertakkumulierte Massean CO2 (Gt C): 2200 1000 700 300CO2- Konzentrationin 2100 (ppm): 950 550 450 360 mittl.Temperatur-anstieg (°C): 4.5-5.0 2.5-3.0 1.5-2.0 0.4-0.8

„BaU"

"550"

"450"


2000 2010 2020 2030 2040 2050

lang

frist

iges

Ziel

jahr

„Forecasting“Projektion technischer und sozio-ökonomischer

Entwicklungen‘business-as-usual’zukünftige Welt

normativeZiele

„Backcasting“

notwendige Handlungenund Investitionen

Deutsches Energieszenario 2007 - 2050


Politische Vorgaben für Deutschland

A) Reduktion von CO2 und anderen Treibhausgasen- 21 % bis 2008-2012, - 40% bis 2020, - 80 % bis 2050

B) Kraft-Wärme-Kopplung bis 2010 verdoppeln;

C) Erneuerbare Energien verdoppeln bis 2010, Ziel für 2050: 50%;

D) Energieproduktivität verdoppeln bis 2020 im Vergleich zu 1990

G) Das EEG wird weitergeführt

F) Keine neuen Kernkraftwerke

E) Alle vorhandenen Kraftwerke werden bis zum Ende dergeplanten Laufzeit betrieben


Deutscher Gesamtenergieverbrauch (Strom, Wärme und Brennstoffe)

2000 2005 2010 2020 2030 2040 20500

2.000

4.000

6.000

8.000

10.0009234 9219

9187

8800

8403

7860

7309

End

ener

gie,

PJ/

a

ErneuerbareEnergien

Erdgas

Mineralöl

Kohlen

Kernenergie

55%

41%

28%

18%

9,7%

6,6 %3,8 %Anteil EE


m/sWindgeschwindigkeit

Abschätzung des ökologischen Potenzials von erneuerbaren Energieträgern

StrassenNaturschutzgebiete

LandschaftsschutzgebieteWälder

BiotopeLandwirtschaftlicheNutzflächen

Optische Beeinträchtigung

z.B. Windenergie

Windgeschwindigkeit an den verbleibenden Flächen


Potenzial der Stromerzeugung mit Photovoltaik1. Oktober 2005, 12:00-13:00

Bedarf:345 GWh

PV Potenzial:164 GWh

Source: DLR


Biomassepotenziale in Deutschland

• industrialwaste wood

• residentialwaste wood

• black liquor

• agriculturalresidues

• energy crops

• forest woodGesamtes Biomasse-Potenzial [TJ/km2]

Holz

LandwirtschaftlicheAbfälle

Energiepflanzen

Industrielle HolzabfälleGartenabfälleSchwarzlauge

Gras


Kostenentwicklung verschiedener erneuerbarer Energien

2000 2010 2020 2030 2040 20500

20

40

60

80

100

Ener

giek

oste

n (2

000

= 10

0%)

Photovoltaik0,80 - 0,90

Wind On-Shore0,94

Wind Off-Shore0,90 - 0,94

Solarthermie0,88 - 0,95

Geothermie0,75 - 0,90

Solare Wärme0,90


- LEITSZENARIO 2006 -

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2010

2015

2020

2025

2030

2040

2050

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

346 364 395473 523

601731

910

1.134

1.439

1.762

2.072

2.686

3.156En

dene

rgie

ern

euer

bare

Ene

rgie

n, P

J/a

Geothermie

Solarstrahlung

Biomasse, -gasbiog. Abfälle

Windkraft

Wasserkraft

Aktual/EE-END; 19.06.07

Durchschnittliche Steigerung des EE-Anteils 2007 -2050: 1 %/a(Anteile in 2020/2050 : Strom 29/78%; Wärme 14/48%; Kraftstoffe 17/42% )

7 %

18%

29%

55%

EE-Anteil:

Endenergie (Strom, Wärme, Brennstoff) aus erneuerbaren Energieträgern


Szenario für die deutsche Stromerzeugung nach Energiequellen und Kraftwerksarten


Versorgungssicherheit und Netzstabilität: Szenario 2007, Jahr 2050

0102030405060

25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6. 1.7.

Pow

er in

GW

KWK (fossil) PV, Wind Biomasse, Geothermie, Wasser Imp. SolarGeothermie, Wasserkraft Imp. Pumpspeicher Spitzenlastkraftwerke (fossil)

-30

-15

0

15

30

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Stunde des JahresJahresverlauf in Stunden

GW

Unterschied zwischen verfügbarem Strom aus

erneuerbaren Energien + KWK und Strombedarf


Int. Stromnetz

Vision eines Euro-Mediterranen Stromnetzes auf HGÜ Basis zur synergetischen Nutzung der ergiebigsten regenerativen Energiequellen

Solar (CSP)Solar (PV)WindenergieWasserkraftBiomasseGeothermie


Bild CSP


Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf der Welt, der EU-25 und von Deutschland

WeltEU-25 D


KWK- und EE –Anteile im zukünftigen Wärmemarkt in Deutschland

2000 2010 2020 2030 2040 20500

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

Ende

nerg

ieei

nsat

z [P

J/a]

"Effizienz" gegen-über Referenz

Strom

Gas direkt

Öl/Kohle direkt

Erneuerbare Energien

KWK

oeko\waestru1.pre; 25.5.03

12,3 14,7 17,8 21,5 24,0 25,5 % KWK-Wärme *) 2,3 4,9 10,0 17,5 26,5 35,5 % EE-Wärme

*) einschl. Biomasse


Jährlicher Energieverbrauch von Gebäuden

kWh/m2Jahr


Beitrag erneuerbarer Energien zur zukünftigen Wärmeversorgung

Nahwärme:2005: 25%2050: 64%

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

200

400

600

800

1.000

1.200

Wär

mee

rzeu

gung

(End

ener

gie)

, PJ

/a Geothermie

NahwärmeGeothermieEinzelanlageKollektorenNahwärmeKollektorenEinzelanlageBiomasse NahwärmeBiomasseEinzelanlage

6,3 %*)

14 %

*) Anteil an gesamtemWärmebedarf

(ohne Stromanteil)

23 %

48 %

34 %


2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.0002.751

2.5982.525 2.458 2.395

2.3202.243

2.080

1.825

Trei

bsto

ffver

brau

ch in

PJ/

Jahr

Leitszenario 2007 für den deutschen Kraftstoffverbrauch

Erneuerbare2005: 3%2050: 42%

Wasserstoff

Biodiesel

Erdgas

Kerosin

Diesel

Benzin

Strom


Entwicklung des Ölpreises

Quellen: DIW 2004; BMWi 2008; Tecson 2008; eigene Berechnungen1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

0

20

40

60

80

100

120Ö

lpre

is (J

ahre

smitt

elw

erte

) , $

200

5/bb

lNominal

Real (Geld-wert 2005)

Pfad A:Realistisch

Pfad B:Mäßig

Ölpreisvar.(Prognos 2005)

Ölpreisvar.(Prognos 2006)

Mittelwert ($2005)

Jan 08- Mai 08

6/2008


Kumulierte Differenzkosten für die EE-Technologiesegmente

2001-2010 2011-2020 2021-2030 2031-2040- 100

- 80

- 60

- 40

- 20

0

20

40

60

Kum

liert

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oste

n, M

rd.E

UR

(200

5) Kraftstoffe

Wärme

Strom

-270

+55

+65

- 58


Arbeitsplatzentwicklung im deutschen erneuerbare Energien Sektor

Mögliche Umsätze deutscherUnternehmen bei den Anlagen-investitionen

2000 2005 2010 2015 2020 2025 20300

10

20

30

40

Um

satz

deu

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nter

nehm

en, M

rd. E

UR

/a optimist. verhalten nur Inland

Arbeit/Ums-NP; 15.3.06

Quelle: Wirkung des Ausbaus erneuerbarer Energien auf den deutschen Arbeitsmarkt Untersuchung von ZSW, DLR, DIW, GWS im Auftrag des BMU, Juni 2006

von 7,5 Mrd. €/a in 2004 auf 30 – 40 Mrd. €/a in 2030

2004 2010 2020 20300

157.000

244.000

307.000333.000

263.000

354.000

415.000

„verhalten“

Steigerung der Produktivität um 36% bis 2020

„optimistisch“


Importabhängigkeit bei der Elektrizitätsversorgung

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

2000 2010 2020 2030 2040 2050Jahr

Impo

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Leitszenario 2007Einschließlich CSP-Stromimporten

derzeitigeEntwicklung


Zusammenfassung

Es wird geschätzt, dass aufgrund des Klimawandels in Deutschland bis 2050 zusätzliche Kosten von etwa 800 Milliarden € anfallen werden, wenn keinekonkreten Gegenmaßnahmen getroffen werden.Die Klima- und Ressourcenschutzziele können nur durch eine koordinierteKombination aus Effizienzerhöhung und verstärkter Einführung von erneuerbaren Energien erreicht werden. Aufgrund der gesetzlichen und finanziellen Rahmenbedingungen durch die Bundesregierung hat sich der darauf aufbauende Energiemarkt in den vergangenen 10 Jahre signifikant entwickelt. Deutschland hat die weltweit höchste installierte Leistung an Windkraftanlagen.Die Photovoltaik-Industrie zählt zu den am schnellsten wachsendenIndustrien der Welt und hat Japan 2005 in Bezug auf die an das Netzangeschlossene Kapazität überholt.Deutsche Dienstleistungen und Produkte sind auf dem Weltmarkt stark nachgefragt.


Zusammenfassung

Das Leitszenario 2007 beschreibt einen möglichen Weg, auf demDeutschland bis zum Jahr 2050 eine 80% Reduzierung der CO2 Emissionenund einen 50% Anteil an erneuerbaren Energieträgern erreichen kann. Dadurch wird die derzeit stark ansteigende Abhängigkeit von Energieimporten wesentlich verringert und eine hohe Versorgungssicherheitgewährleistet.Die zusätzlich auf die Bevölkerung zukommenden Kosten liegen bei etwa50€ pro Haushalt und Jahr. Der positive Cashflow ab etwa 2025, die positiven Effekte auf die Arbeitsplatzsituation und die verstärkte Unabhängigkeit von importiertenBrennstoffen stellen eine win-win Situation dar.

Während dieses Vortrags

wurden 11 000 000 000 kWh Primärenergie verbraucht

wurden 3 300 000 t CO2 in die Atmosphäre abgegeben

wurden mehr als 7 000 neue PKW und LKW produziert

erhöhte sich die Weltbevölkerung um 12 000 Menschen

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