Welt im Wandel:Energiewende zu NachhaltigkeitWissenschaftlicher Beirat der BundesregierungGlobale Umweltveränderungen

Joachim Luther

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg undFakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Universität Freiburg

Mitglieder des WBGU I,Stand März 2003

Professor Dr. Hartmut Graßl,Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

Professor Dr. Dr. Juliane Kokott,Direktorin am Institut für Europäisches und Internationales Wirtschaftsrecht, Universität St. Gallen

Professor Dr. Margarete E. Kulessa,Professorin für Allgemeine Volkswirtschaftslehre und Europäische Wirtschaftspolitik an der Fachhochschule Mainz

Professor Dr. Joachim Luther,Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, Freiburg

Professor Dr. Franz Nuscheler,Direktor des Instituts für Entwicklung und Frieden in Duisburg

Mitglieder des WBGU II,Stand März 2003

Professor Dr. Dr. Rainer Sauerborn,Ärztlicher Direktor der Abteilung für Tropenhygiene und Öffentliches Gesundheitswesen am Universitätsklinikum Heidelberg

Professor Dr. Hans-Joachim Schellnhuber,Direktor des britischen Wissenschaftsnetzwerks zum Klimawandel (Tyndall Centre) in Norwich (UK) undDirektor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, Potsdam

Professor Dr. Renate Schubert,Direktorin des Instituts für Wirtschaftsforschung der ETH Zürich

Professor Dr. Ernst-Detlef Schulze,Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena

Schutz der natürlichen Lebensgrundlagender Menschheit

Beseitigung der Energiearmut in Entwicklungsländern

Reduktion von geopolitischen Konfliktpotenzialen

Drei Gründe für die Notwendigkeit einer Transformation der globalen Energiesysteme

Zum Leitplankenkonzept des WBGU

Ökologische Leitplanken- Klimaschutz- Nachhaltige Flächennutzung- Schutz der Meeresökosysteme- ...

Sozioökonomische Leitplanken- Begrenzung des relativen Anteils der Energieausgaben am Einkommen- Risiken im Normalbereich halten- ...

Leitplanken, Evolution des globalen Energiesystems,Beispiele

Source: German Advisory Council on Global Change, 2003

°C

°C per decade

0 1 2

0,1

0,2

Temperature guard-rails for asustainable development

global rate of temperature changeandglobal change of temperature

400...450 ppm CO2

www.wbgu.de

IPCC storylines (SRES) for global human evolution,examples

A1 very strong economic growth,strong emphasis on R&D, global economic convergence

A2 heterogeneous world, slow technological progress,not focused on sustainability

B1 similar to A1, in addition„green“ and „fair“

B2 local and regional development paths,business-as-usual (econ. growth etc.)

A2

Econ

om

y

Technology En ergy

Agricultu re

(Land-use)

D r i v i n g F o r c e s

A1

B2Global

Economic

Regional

Environmental

B1

Populat ion

Source: WBGU/IIASA, 2003

Steigerung der Energieeffizienz vom historischen Trend (1%/a) auf 1,6%/a

Primärenergiebedarf, exemplarischer Pfad des WBGU

- Langfristig keine Verwendung von nicht nachhaltigen Techniken (Leitplanke),

- keine Verwendung von Techniken deren technischen Machbarkeit heute noch nicht in der Praxis nachgewiesen ist.

Randbedingung bei der energietechnischenDetaillierung des exemplarischen Pfades

* higher potential with extensiv off-shore windenergy conversion

Sustainable potentials of selected renewable energy sources, examples

modern biomass 100 EJ/a

wind * 140 EJ/a

hydro 15 EJ/a

solar quasi unlimited

Source: German Advisory Council on Global Change, 2003

Annahme maximale Rate: x 10 pro Dekade(26% pro Jahr)

Wachstumsraten bei der Implementierungneuer Energietechnologien

Grobes Primärenergie Portfolio, exemplarischer Pfad des WBGU

Transformation des globalen Energiesystems,ein exemplarischer Pfad

2000 2020 2040

200

600

1000

1400

Jahr2100Quelle: Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, 2003

Jährlicher Energiebedarf [EJ/a]

ÖlKohleGas

KernenergieWasserkraftBiomasse (traditionell)

Biomasse (modern)

Solarstrom (PV und solarthermische Kraftwerke)

Solarthermie (nur Wärme)

andere ErneuerbareGeothermie

Wind

Gebäudeenergieversorgung undübergeordnetes Energiesystem

Wasser- und Windkraft

fossil

CO2

nuklear

Wärme

Strom

CO2

CO2

Bioenergie

fossileQuellen Brenn-

stoffe

Wärme

Verteilte Stromerzeugung

PV

BHKW Speicher

PV

BiomasseKraftwerk BZ

Turbine/Generator

WärmeStrom

Industrie

ZentraleErzeugung

Transport

VerteilungImport

Windkraft

Large area electricity grids-> global link

Photovoltaik 100 W

Photovoltaik mit 100kWoptischer Konzentration

solarthermische Kraftwerke 50 MW

Strom und Wasserstoff aus Sonnenenergie,primäre Energiewandlung, Modularität

Si Solarzelle

Leistung 25 kW (AC)

SiliziumPunktfokus-Zellen

optischeKonzentration: 250

Photovoltaischer Generator mit optischer Konzentration, AMONIX Inc. (USA)

Solarthermische Kraftwerke,EuroTrough Prototyp, Plataforma Solar,Almeria

Kohlenstoff-Speicherung

Kohlenstoffspeicherung im A1T-450 Szenario und im exemplarischen Pfad des WBGU

Quelle, WBGU und Riahi (IIASA), 2002

Exemplarischer Pfad

A1T-450 0

3

6Kohlenstoffspeicherung [Gt C/a]

20202000 2040 2060 2080 2100 Jahr

Kumulierte Energiesystemkosten 1990 - 2100,nicht diskontiert

Quelle: Roehl und Riahi (IIASA), 2000

Kostenreduktion Photovoltaik,ein Beispiel

Global PV market

Source: PSE- Projektgesellschaft Solare Energiesysteme mbH, 2003

01980 1984 1988 1992 1996

MWp / a

200

2000

400

600

800

Quelle: PSE GmbH, 2003

$ /Wp

Kumulierte Leistung MWp

PV Module, Preiserfahrungskurve

10

100

110 100 1.000 10.000 100.000

Ts =5 777 KTc = 300 K

Quelle: R. Sizmann 1991

40%

80%

100%

60%

20%

0%1 10 100 1000 10000

Thermodynamische Wirkungsgradgrenzenphotovoltaischer Energiekonversion

optische Konzentration

Wettbewerbsfähigkeit netzgekoppelter Solarstromanlagen

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1990 2000 2010 2020 2030 2040

€/kWh900 h/a*:

0,60 €/kWh

1800 h/a*: 0,30 €/kWh

PhotovoltaikSpitzenlastGrundlast

* Sonneneinstrahlung pro Jahr

PV-Stromgestehungs-kosten im Vergleichzu Preisen von EVUfür Spitzen- undGrundlaststrom

Quelle W. Hoffmann, RWE Schott Solar

Auch bei starkem Wachstum des Primärenergiebedarfs ist ein globales Energiesystem realisierbar, das umfassenden Nachhaltigkeitskriterien genügt

Eine übergangsweise Sequestrierung von CO2 ist notwendig

Fazit I

Ein solches System basiertdurchweg auf der effizienten Nutzung von Energie,mittelfristig auf einem breiten Spektrum Erneuerbarer Energien, langfristig im wesentlichen auf der Konversion solarer Strahlung

Die Transformation des globalen Energiesystems ist eine Jahrhundertaufgabe

Fazit II

Vortragsfolien im Internet unter:

www.ise-solar.info

Weitere Informationen:www.wbgu.de