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Institut für Technische Thermodynamik - STB 1 IN THE MIX - Wie weit reichen Sonne, Wind & Biomasse ? Dr. Joachim Nitsch DLR-Institut für Technische Thermodynamik.

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1 Institut für Technische Thermodynamik - STB 1 IN THE MIX - Wie weit reichen Sonne, Wind & Biomasse ? Dr. Joachim Nitsch DLR-Institut für Technische Thermodynamik Abt. Systemanalyse und Technikbewertung Vortrag in der Veranstaltungsreihe „Energien der Zukunft“ des Forums Ökonomie und Ökologie Universität Leipzig, 15. Mai 2006

2 Institut für Technische Thermodynamik - STB 2 Die derzeitige Energieversorgung stößt an Grenzen ! Energieverbrauch: 25-fach; Pro-Kopf-Verbrauch 6-fach; Öl- und Gasressourcen schwinden, die noch vorhanden Ressourcen sind höchst un- gleich verteilt. Das globale Klima gerät aus dem Gleichgewicht. Die Welt ist aufgeteilt in Energie- verschwender und Energie- habenichtse. Ein weiterer, gar ein globaler Ausbau der Kernenergie steigert deren Risiken dramatisch. - Globaler Energieverbrauch seit Pro-Kopf-Verbrauch Industrieländer: 18 - fach

3 Institut für Technische Thermodynamik - STB 3 Teilstrategie I : Steigerung der Nutzungseffizienz „Mehr Grips statt Öl“ Effizienzpotenziale (Basis 1998) Technisch Einzelwirtschaftlich in Deutschland (heutige Technologien) (Preisbasis 1998) Industrie 22% 10 – 13 % Handel, Gewerbe, Dienstleistungen 40% ca. 20% H G D, Raumwärme 35% hoch Private Haushalte, Strom 48% 20 – 35% Private Haushalte, Raumwärme bis zu 70% hoch Verkehr bis zu 50% Quellen : Enquete 2002, Cremer (ISI),2001, Öko-Institut, Wuppertal-Institut 1998, – 2000 *) 2000 – – 2050 Endenergie, gesamt - 1,5 %/a - 2,6 (0,60)**) - 2,6 (0,27) Strom: - 1,2 %/a - 2,4 (0,65) - 1,5 (0,40) *) niedrigere Werte; **) Verhältnis im Endjahr bezogen auf 2000; Mögliche Einsparraten ( Veränderung der Energieintensität kWh/€ )

4 Institut für Technische Thermodynamik - STB 4 Teilstrategie II: Steigerung der Umwandlungseffizienz = Deutlicher Ausbau der (dezentralen) Kraft-Wärme-Kopplung Brennstoffersparnis durch KWK (% von PEV): 2000 = 3,2% 2030 = 13,1% CO 2 -Vermeidung durch KWK bis 2030: ca. 60 Mio. t/a

5 Institut für Technische Thermodynamik - STB 5 Eignung als Hauptenergiequelle: Kohle ?? Zu schmutzig ! Kernenergie ?? Zu gefährlich ! Kernfusion ?? Zu spät ! Teilstrategie III

6 Institut für Technische Thermodynamik - STB 6 Globaler Energieverbrauch Strahlung (Kontinente) Wind Biomasse Erdwärme Wellen, Gezeiten Wasser Angebot natürlicher Energieströme und technisches Potenzial erneuerbarer Energien Physikalisches Angebot: ca Technisches Potenzial (heutige Technologien) ca. 6 4,0 0,5 0,4 0,7 0,1 0,

7 Institut für Technische Thermodynamik - STB 7 Beiträge erneuerbarer Energien zur Energieversorgung Beispiel Deutschland: Anstieg von 2,6% in 2000 auf 4,6 % in Strom 10,2% Wärme 5,4% Kraftstoffe 3,4%

8 Institut für Technische Thermodynamik - STB 8 Heimische Potenziale erneuerbarer Energien unter anspruchsvollen Auflagen des Naturschutzes (Deutschland) Aufteilung Biomasse: Anbauflächen 2050 (4,1 Mio. ha ) zu 100% für Kraftstoffe; Reststoffe 100% stationäre Nutzung mit 75% KWK Zusätzlich „Import - potenzial“ Strom in der Größenordnung der gesamten heutigen Stromerzeugung.

9 Institut für Technische Thermodynamik - STB 9 Weitergehende Berücksichtigung von Natur- und Landschaftsschutz bewirkt Abschläge und Zuschläge beim Biomasseppotenzial „Reststoffe“

10 Institut für Technische Thermodynamik - STB 10 Biomassepotenziale „BASIS“ und „NaturschutzPlus“ ohne Anbauflächen

11 Institut für Technische Thermodynamik - STB 11 Regenerative Stromerzeugung bis 2020 in Deutschland (EEG-Bedingungen)

12 Institut für Technische Thermodynamik - STB 12 Fossile KWK = 23% Anzustrebende Strukturveränderungen der Stromerzeugung bis 2020 REF

13 Institut für Technische Thermodynamik - STB 13 Wachstumsvorstellungen der Szenarien im regenerativen Wärmemarkt

14 Institut für Technische Thermodynamik - STB 14 Erforderliche Strukturänderungen in der Wärmeversorgung Sehr starker Struktur- wandel erforderlich: 2000: Einzelversorgung 85,7% Fern- Nahwärmenetze und Objekt-KWK 14,3% 2050: Einzelversorgung 43% Fern- Nahwärmenetze und Objekt-KWK 57%

15 Institut für Technische Thermodynamik - STB 15 Wachstumsdynamik bei Biokraftstoffen und Vorstellungen der Szenarien EU-Ziel

16 Institut für Technische Thermodynamik - STB 16 Wachstumstrends der regenerativen Primärenergie: Ist und Szenarien 4,6% 7,0 (6,4) 12,7 (10,3) REF %

17 Institut für Technische Thermodynamik - STB 17 F & E - PhaseMarkteinführung Marktdurchdringung Energiekosten Kumulierte Produktion ( Zeit ) Förderung von F & E Zeitlich begrenzte Förderung der Marktetablierung Verteuerung fossiler Brennstoffe Klima- schutz- kosten konv. erneuerbar anlagenbedingte Kosten Gesamtkosten konvent. Energien Vier wesentliche Faktoren bestimmen die Einführungsgeschwindigkeit von EE ….. und damit den Zeitpunkt ihrer wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit

18 Institut für Technische Thermodynamik - STB 18 Deutliche Kosten- degression bereits eingetreten und weiterhin möglich – 2000: Von ca. 17 ct/kWh auf knapp 10 ct/kWh : von knapp 10 ct/kWh auf 6,5 bis 7 ct /kWh Bis 2050 : 5,5 ct/kWh (nicht optimal nur bis 7 ct /kWh ) Je stärker die Nutzung erneuerbarer Energien, desto geringer ihre Kosten

19 Institut für Technische Thermodynamik - STB 19 Externe Kosten „fossiler“ und „erneuerbarer“ Stromerzeugung - Bandbreite der Schadenskosten durch CO 2 -Emissionen: 15 – 280 €/t CO2 - Quelle: W. Krewitt, B. Schlomann: Externe Kosten der Stromerzeugung, DLR/ISI, April 2006

20 Institut für Technische Thermodynamik - STB 20 EE gewährleisten eine langfristig erschwingliche Energieversorgung Wert 2025: 62 $ 2000 /b 20 €/ t CO2 Wert 2025: 34 $ 2000 /b 12 €/ t CO2

21 Institut für Technische Thermodynamik - STB 21 - DLR EU-25 Alternative Scenario (2005) - Primärenergiebeitrag erneuerbarer Energien in EU -25 bis 2050

22 Institut für Technische Thermodynamik - STB 22 EE können in absehbarer Zeit die Stromerzeugung in der EU-25 dominieren

23 Institut für Technische Thermodynamik - STB 23 Strom aus dem sicheren Fusionsreaktor „Sonne“

24 Institut für Technische Thermodynamik - STB 24 Solarthermisches Kraftwerk in Kalifornien mit 80 MWel

25 Institut für Technische Thermodynamik - STB 25 EURO-MED possible further inter- connections Solar Wind Hydro Erneuerbare Energien bieten beträchtliche Perspektiven einer internationalen Kooperation – Beispiel Mittelmeerraum Geothermal

26 Institut für Technische Thermodynamik - STB 26 Im globalen Maßstab sind die Probleme ungleich größer  Der weltweite Energieverbrauch wird in jedem Fall noch zunehmen

27 Institut für Technische Thermodynamik - STB 27 Keine „Energiezukunft“ kommt ohne beträchtliche Beiträge an EE aus … aber die wenigsten Szenarien sind klimaverträglich und ressourcenschonend !! Fossile Grenze ohne Rückhaltung von Kohlendioxid

28 Institut für Technische Thermodynamik - STB 28 Globaler Wachstumsmarkt Erneuerbare Energien von 43 Mrd. €/a in 2004 auf 450 Mrd. €/a in 2030 Mögliche Umsätze deutscher Unternehmen bei den Anlageninvestitionen nach 2010 dominiert der Exportmarkt

29 Institut für Technische Thermodynamik - STB 29 Eine wirkungsvolle EE + EFF- Strategie hat beträchtliche volkswirtschaftliche Vorteile Kurzfristig: Beträchtliche Investitionen, (Brutto-) Arbeitsplätze und Wertschöpfung in innovativen Technologiebereichen mit großen Wachstums- und Exportpotenzialen. Mittel- und langfristig: Ein stabiles Kostenniveau (unterhalb anderer Optionen) mit klimaverträglichen, risikoarmen, weltweit verfügbaren und nicht begrenzten Energiequellen und Technologien. Nur diese Strategie erlaubt einen wirksamen Strukturwandel in Richtung Nachhaltigkeit unter Beibehaltung wirtschaftlicher Leistungsfähigkeit in Industrieländern und ermöglicht die Schaffung zukunftsfähiger Energieversorgungen in Schwellen- und Entwicklungsländern.

30 Institut für Technische Thermodynamik - STB : Solare Dampfmaschine von Muchot 1978: Die „neuen“ EE beginnen ihren Einstieg in die Energiewirtschaft 2078: 65 – 75% des weltweiten Energiebedarfs kommen aus Erneuerbaren Energien

31 Institut für Technische Thermodynamik - STB 31 Quellen und einige wesentliche Studien: J. Nitsch, M. Fischedick u.a: „Ökologisch optimierter Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland.“ Im Auftrag des BMU, Arbeitsgemeinschaft DLR Stuttgart, WI Wupper- Tal, IFEU Heidelberg, April Prognos, EWI: „Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030 – eine energie- wirtschaftliche Referenzprognose.“ Energiereport IV im Auftrag des BMWA. EWI Köln Prognos Basel, April BMU-Broschüre: „Erneuerbare Energien – Innovationen für die Zukunft.“ 4. Auflage, Berlin, Mai 2004 (demnächst 5. Auflage) J. Nitsch, F. Staiß u.a.: „Ausbau erneuerbarer Energien im Stromsektor bis zum Jahr 2020 – Vergütungszahlungen und Differenzkosten durch das EEG.“ Im Auftrag des BMU, DLR Stuttgart, ZSW Stuttgart, WI Wuppertal, Dezember 2005 F. Staiß: „Jahrbuch Erneuerbare Energien 02/03“ Verlag Bieberstein, Radebeul, (Band 04/05 erscheint demnächst) und „Erneuerbare Energie in Zahlen“ jährliche Broschüre des BMU mit Daten für D, EU, weltweit zum Nutzungsstand der EE (aktuell vom Dezember 2005). Noch mehr bei: www. erneuerbare-energien.de und

32 Institut für Technische Thermodynamik - STB 32

33 Institut für Technische Thermodynamik - STB Verfügbare Anbaufläche Tausend ha 2010 § 3 BNatSchG § 5 BNatSchG 2010 Erosions- gefährdung 2010 Nachhaltigkeits- Kriterien Zusätzliches Potenzial 2010 (PJ/a) durch Realisierung der Naturschutzziele = 150 PJ/a Waldsaumentw. Kompensations- flächen Offenland Anbauflächen


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