Dr. Joachim Nitsch, Stuttgart Der Beitrag von Gaskraftwerken und BHKW für eine zukünftige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien Dr. Joachim Nitsch

Dr. Joachim Nitsch, Stuttgart

Der Beitrag von Gaskraftwerken und BHKW für eine zukünftige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien

Dr. Joachim Nitsch

Einige Ergebnisse der Studie „Langfristszenarien undStrategien des EE-Ausbaus (Leitszenarien)“ für Deutschland

(für BMU, März 2012) und des „Energieszenarios 2050“ für Baden-Württemberg

(für UM BaWü, November 2011)

AG Energie des BUND BAWUE

Stuttgart 27. Juli 2012


Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland

bei Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global

Schlussbericht

BMU - FKZ 03MAP146

Arbeitsgemeinschaft

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Stuttgart Institut für Technische Thermodynamik, Abt. Systemanalyse und Technikbewertung

Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), Kassel

Ingenieurbüro für neue Energien (IFNE), Teltow

Bearbeiter:

Joachim Nitsch, Thomas Pregger, Tobias Naegler, Dominik Heide, Diego Luca de Tena, Franz Trieb, Yvonne Scholz, Kristina Nienhaus (DLR)

Norman Gerhardt, Michael Sterner, Tobias Trost, Amany von Oehsen, Rainer Schwinn, Carsten Pape, Henning Hahn, Manuel Wickert, (IWES)

Bernd Wenzel (IFNE)

29. März 2012

„Leitstudien“ für das BMU seit 2004DLR Stuttgart mit IFEU Heidelberg, WuppertalInstitut, 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 unterschiedlicherVerwertung 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)

Projekt„Langfristszenarien (Leitstudie 2011)“ liefert „Blaupausen zur Erreichung der EFF- und EE-Ziele des Energiekonzepts


- Szenario 2011 A -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

100

200

300

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612 610591

572 566 556571 583

Bru

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ch, [

TW

h/a

]

ÜbrigerVerbrauch *)

Wasserstoff-erzeugung

Elektro-mobilität

Wärme-pumpen

Verkehr,Schiene

GHD**)

PrivateHaushalte**)

EndenergieIndustrie

*) Eigenverbrauch Kraft-werke; Netzverluste; Pump-strom; Exportsaldo; Übrig. Umwandlungssektor.

SZEN11/STR-END; 8.10.11

**) ohne Wärmepumpen

Zukünftiger Stromverbrauch – „konventionelle“ und „neue“ Verbraucher


- Szenario 2011 A -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

50

100

150

200

250

133

163

186

203210

215223 225

Bru

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leis

tun

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raft

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ke, G

W

Europ.Verbund EE

Photovoltaik

WindOffshoreWind anLandAndereSpeicherEE-Wasser-stoff

Geothermie

Laufwasser

Biomasse

KWK fossilErdgas, ÖlKond.BraunkohleKond.SteinkohleKond.

Kernenergie

SZEN11/ S-LEIS-A; 7.10.11

Entwicklung der Gesamtleistung stromerzeugender Anlagen im Szenario 2011 A

GesicherteLeistung (GW)

2050

6

14

20

12

22

74

Höchstlast:~ 60 GW*)

*) unter Berücksichtigung von Effizienz und Lastmanagement


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(anteilige Leist.)

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 anzupassensein. Die eigentliche Botschaft lauten: „EE sind in einer intelligenten Kombination aller Einzel-technologien und Energiequellen in der Lage, innerhalb eines absehbaren Zeitraums die energetische Vollversorgung moderner Industriegesellschaften sicher zu stellen.“

*) EE-Vollversorgung bis 2060


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25/09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10

-40

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100

Volllaststunden [h]Le

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ng [G

W]

0 2000 4000 6000 8000

-40

-20

0

20

40

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100

Kraftwerkseinsatz (nach Abzug der EE) im Jahr 2020 im Szenario 2011 A


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25/09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10

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Volllaststunden [h]

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0 2000 4000 6000 8000

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25/09 27/09 29/09 01/10 03/10 05/10 07/10

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Volllaststunden [h]

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0 2000 4000 6000 8000

-40

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0

20

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100



14,0%15,5%

18,5%

25,3%26,9% 26,3%

24,3%22,8%

20,5%18,6%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0

20

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140

160

2005 2009 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

KW

K-S

tro

mer

zeu

gu

ng

(n

etto

) [T

Wh

/a]

Fernwärme HKW netzgeb. BHKW Objektversorgung

Industrie Kohle, Müll Erdgas, Öl ect.

Biomasse, biog. Abfälle Geothermie KWK-Anteil

Entwicklung der KWK nach Verwendung und Erzeugung im Szenario 2011 A


Detailstruktur

der KWK und

Vergleich mit

verbleibender

Kondensations-

leistung.

(Szenario 2011 A)

Installierte Leistungen (GW) 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050 2060

a) Öffentliche KWK 9,4 10,1 10,4 11,0 10,6 10,4 10,2 10,2 10,2Große HKW, Braunkohle 0,9 0,9 0,8 0,8 0,8 0,7 0,4 0,0 0,0Große HKW, Steinkohle 2,8 2,6 2,6 2,6 2,3 2,0 1,9 1,8 1,0Große HKW, Müll (+ biog. Abfälle) 1,5 1,6 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8Große HKW, Erdgas+Öl 4,2 5,0 5,2 5,8 5,7 5,9 6,2 6,7 7,4

b) Nahwärme +Objekte 2,0 3,4 4,8 7,3 7,8 8,1 8,4 8,3 8,3BHKW, Gas 1,8 1,7 2,4 4,1 4,1 3,6 3,2 2,3 1,8 BHKW, Biomasse 0,2 1,8 2,4 3,2 3,7 4,5 5,1 6,0 6,5

c) Industrielle KWK 4,8 5,1 6,4 9,5 10,5 10,0 9,0 8,0 7,0HKW, Steinkohle 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 0,3 0,0HKW, Erdgas +Öl 3,7 3,7 4,3 6,0 6,0 5,3 4,1 3,2 2,4BHKW, fossil 0,1 0,2 0,5 0,7 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 BHKW, Biomasse 0,4 0,6 1,1 2,2 2,7 2,9 3,2 3,4 3,4

Gesamte KWK 16,2 18,6 21,5 27,8 28,8 28,4 27,6 26,5 25,5- davon HKW 13,7 14,4 15,2 17,6 17,2 16,3 14,9 13,6 12,6- davon BHKW 2,5 4,2 6,3 10,3 11,6 12,2 12,8 12,9 12,9 - davon Biomasse 1,3 2,2 2,8 3,2 4,4 6,3 7,3 9,2 10,8

Kondensationskraftwerke 87,6 89,8 79,8 60,5 51,9 41,5 31,7 22,9 20,3

-Steinkohle/Übr. feste B. 25,8 25,5 25,2 16,2 16,2 10,6 5,6 0,8 0,5-Braunkohle 21,1 21,5 19,6 12,4 12,2 5,6 2,8 0,0 0,0-Erdgas/Öl/übrig.Gase 17,5 18,2 19,9 20,2 20,7 22,5 20,9 20,2 18,4- Kernenergie 21,4 21,4 11,4 8,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0- Biomasse (ohne KWK) 1,9 3,2 3,7 3,0 2,7 2,8 2,4 1,9 1,5

Gesamte Leistung 103,8 108,3 101,4 88,3 80,7 69,9 59,4 49,3 45,8- Kohle, Kernenergie 74,1 74,1 62,0 43,0 34,0 21,4 13,0 4,6 3,2- Erdgas, Öl (Wasserstoff) 26,6 28,9 32,9 39,1 39,6 39,5 36,7 33,7 30,3

- davon Biomasse 3,1 5,4 6,5 6,2 7,1 9,0 9,7 11,1 12,3

CO2-Emissionen Stromsektor, 307 284 228 153 151 95 50 21 14

Mio. t CO2/a

SZEN11-A ; 11.7.12

Saldo zwischen 2010 und 2030:

Erdgas: + 10 GWKohle: - 31 GWAtom: - 21 GW


2020 2025 2030 2020 2025 2030 2020 2025 2030

-120

-80

-40

0

40

80

120

160

Sti

llle

gu

ng

en,

Neu

bau

un

d S

ald

o,

GW

ErneuerbareEnergien

Kernenergie

Erdgas, Öl

Steinkohle

Braunkohle

SZEN11/AB-ZUBAU; 3.11.11

Saldo

Stilllegungen

Zubau

Struktur der Kraftwerksstilllegungen und Kraftwerkszubauten bis 2030

+10 GW

- 52 GW


- Szenario 2011 A -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

1000

2000

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53985238

4830

4483

4116

3767

3276

2856

En

den

erg

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satz

fü

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ärm

e, P

J/a

Wasserstoffvia KWK

Geothermie,Umweltwärme

Solar-kollektoren

Biomasse

Kohledirekt

Heizöl direkt

Erdgasdirekt

IndustrielleKWK, fossil

Fern- und Nah-wärme, fossil

Strom

SZEN11/WAERM-GE; 7.2.12

Endenergiebedarf für Wärme und Beitrag von KWK-Wärme

12%

17%

18%

14%

20%

19%

18%

Anteil KWK-Wärme


- Szenario 2011 A -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500

300

600

900

1200

1500

321

491

609

736

857

978

1160

1322

EE

-Wä

rmee

rze

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un

g, P

J/a

Wasserstoffvia KWK

GeothermieNahwärme

Wärmepumpen

KollektorenNahwärme

KollektorenEinzelanl.

BiomasseNahwärme

BiomasseEinzelheizung

SZEN11/WAERM; 7.2.12

Wachstum der EE-Wärmeerzeugung (ohne Strom) Nahwärme muss beträchtlich wachsen


- Szenario 2011 A -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

35003229

3075

32903223

3091

2679

1917

1520

Erd

gas

ver

bau

ch, P

J/a

Leit. verluste,NE-Verbrauch

Kraftstoff

Prozesswärme

Raumheiz.Warmwasser

Strom + Wärmeaus KWK

Strom ausKond.-KW

SZEN11/ERDGAS; 8.11.11

Struktur des Erdgasverbrauchs: Von Raumwärme zum Einsatz in KWK


Baden-Württemberg: Umbau der Stromversorgung bis 2050Baden-Württemberg: Umbau der Stromversorgung bis 2050- Stromerzeugung in BaWü und Nettoimport - Stromerzeugung in BaWü und Nettoimport - -

Bis 2020: Anstieg des EE-Anteils auf 36% (bis 2050 auf 89%); insbesondere ~ 3000 MW Wind und 6000 MW Fotovoltaik

Reduktion des Stromverbrauchs

um 5% (Anstieg zwischen 2000

und 2012 um 17% !!)

Bis 2020: Nettozubau von Gaskraftwerken: 1100 MW Leistung; Nettozubau von Kohlekraftwerken 500 MW (+ 1890 – 1390)

Zubau KWK (MW)

Kohle: 500

Gas, groß: 600

Gas, klein: 500

Biomasse: 300

Gesamt: 1900

- Szenario BaWü 2050 -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20500

10

20

30

40

50

60

70

80

90

82 8279

77 7674 73 72 71 71

Bru

ttos

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rauc

h, T

Wh/

a

Nettoimportfossil/nuk.Offshore,EE-Verbund

Fotovoltaik

Wind

Wasser,Geothermie

Biomasse

KWKfossilKond-KWGasKond-KWKohle

Kernenergie

BaWü/strstruk 15.10.11

18,9 15,4 14,0 9,4 4,5 2,3 (+6,6) (+8,9) (+5,9) (+2,6) (+0,8) Stromimport

CO 2 - Emissionen der Strombereit-stellung, Mio. t/a


- Szenario BaWü 2050 -

*) einschl. anteiliger Importleistung2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

0

5

10

15

20

25

30

35

40

16

19

22

27

30

3334 35

36 37

Inst

allie

rte

Bru

ttol

eist

ung

*), G

W

Nettoimportfossil/nuk

EE-Import

Andere EE

Fotovoltaik

Wind

Gas/Öl

Kohle

Kernenergie

BaWü/strleis; 15.10.11

Entwicklung der Bruttoleistungen in (und für ) Baden-Württemberg

Gesicherte LeistungHöchstlast


Leistung und Stromerzeugung aus Gaskraftwerken*) in Baden-Württemberg

*) einschl. Bestand an ölgefeuerten Kraftwerken ( 2010 ~ 600 MW)

Summe: 1900 2500 3400 4200 4500 4500 4500 4500 MW


Weiterführende Untersuchungen:

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 Teltowim Auftrag des BMU, Abschlussbericht Projekt FKZ 03MAP146; März 2012; www.erneuerbare-energien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/leitstudie2011_bf.pdf

M. Schmidt, J. Nitsch, F. Staiss: „Energieszenario 2050 - Gutachten zur Vorbereitung eines Klimaschutzgesetzes für Baden-Württemberg“, ZSW Stuttgart, Nitsch Stuttgartim Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Klimaschutz und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Nov. 2011

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