Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland Prof. Dr

Präsentation zum Thema: "Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland Prof. Dr"—  Präsentation transkript:

1 Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland Prof. Dr
Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland Prof. Dr.-Ing. Joachim Dörfler

2 (altes chinesisches Sprichwort)
„Wenn der Wind des Wandels weht, bauen die Einen Mauern und die Anderen Windmühlen …“ (altes chinesisches Sprichwort)

3 Gliederung Einführung zum Thema Erneuerbare Energien heute und morgen
Drei Aspekte 3.1 Technik 3.2 Wirtschaft 3.3 Arbeitsmarkt Ein Beispiel - Windkraft Zusammenfassung und Ausblick

4 1. Einführung zum Thema – Definitionsversuch
Erneuerbare Energien, auch regenerative Energien, sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Es sind nachhaltig zur Verfügung stehende Energieressourcen Alle regenerativen Energieträger sind kohlendioxidneutral, d.h. sie emittieren entweder kein Kohlenstoffdioxid oder nicht mehr, als die Pflanzen selbst im Wachstumsprozess aufgenommen haben.

5 1. Einführung zum Thema – Energiemarkt
Primärenergieverbrauch Europa 2003, 2008

6 1. Einführung zum Thema – Energiemarkt
Energiemix – Deutschland 2009

7 1. Einführung zum Thema – Energiemarkt
Energiemix – Europa nach Ländern 2009 Vgl. Energie in Deuschland, BMWI, Trends und Hintergründe zur Energieversorgung, Aktualisierte Ausgabe August 2010, S.50 7

8 1. Einführung zum Thema – Klimawandel
Prognose Temperaturzunahme Deutschland bis 2100

9 1. Einführung zum Thema – Klimawandel
Prognose Temperaturzunahme weltweit bis 2100

10 1. Einführung zum Thema – Klimawandel
Durchschnittliche Emission Treibhausgase 1990 – 2009

11 2. Erneuerbare Energien heute und morgen
Struktur erneuerbare Energien 2009

12 2. Erneuerbare Energien heute und morgen
Strukturprognose erneuerbare Energien 2020

13 3. Drei Aspekte Übersicht über Arten regenerativer Energien

14 3. Drei Aspekte Anteil regenerativer Energien am Primärenergieverbrauch 14

15 3.1 Technik – Wasserkraft Laufwasserkraftwerke Pumpspeicherkraftwerk
Gezeitenkraftwerk Wellenkraftwerk Meeresströmungskraftwerk Weltweit werden knapp 88 % der erneuerbaren elektrischen Energie mit Wasserkraftwerken erzeugt; das entspricht etwa 20% der gesamten Stromerzeugung.

16 Energiebereitstellung [GWh]
3.1 Technik – Wasserkraft Entwicklung der Stromerzeugung aus Wasserkraftnutzung in Deutschland 15.580 15.402 18.091 20.747 18.453 18.452 24.867 17.722 19.910 19.576 20.042 21.249 20.446 19.059 19.694 18.526 19.501 23.241 23.662 20.686 18.340 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 [GWh] Energiebereitstellung [GWh] 1GWh = 1 Mio. kWh; 1 MW = 1 Mio. Watt BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Bernd Müller; Stand: März 2011; Angaben vorläufig

17 3.1 Technik – Solarkraft Photovoltaik Solarkollektoren
Solararchitektur Solar-Stirling Solarthermik-Kraftwerke Fallwindkraftwerke Weltweit werden zur Zeit nur knapp 0,2% des gesamten Energiebedarfs durch die Nutzung der Solarkraft gedeckt. Es ist jedoch der Energieträger mit den höchsten Entwicklungspotentialen.

18 3.1 Technik – Solartechnik
Entwicklung der Stromerzeugung und installierten Leistung aus Photovoltaikanlagen in Deutschland 12.000 6.578 4.420 313 556 1.282 2.220 3.075 1 2 3 6 8 11 16 26 32 42 64 76 162 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 14.000 16.000 18.000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 [MW p ] [GWh] Energiebereitstellung [GWh] installierte Leistung [MWp] 1 GWh = 1 Mio. kWh; 1 MW = 1 Mio. Watt MW BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Bernd Müller; Stand: März 2011; Angaben vorläufig

19 3.1 Technik – Solartechnik
Entwicklung der Kollektorfläche und Wärmebereitstellung aus solarthermischen Anlagen in Deutschland 355 440 549 690 848 1.026 1.261 1.587 1.884 2.144 2.443 2.778 3.218 3.638 4.134 4.733 5.200 221 169 107 280 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 [1.000 m 2 ] 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 [GWh] Wärmebereitstellung [GWh] installierte Fläche, kumuliert [m²] BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: ZSW / Ulrike Zimmer; Stand: März 2011; Angaben vorläufig 1 GWh = 1 Mio. kWh

20 3.1 Technik – Geothermie Tiefe Geothermie Oberflächennahe Geothermie
Geothermie aus Tunneln Geothermie aus Bergbauanlagen Saisonale Wärmespeicher Ende 2009 waren weltweit 50,6 Gigawatt an thermischer Leistung und 10,7 GW Kapazität zur Stromerzeugung installiert. In Deutschland soll die installierte Leistung für die Stromerzeugung im Jahr 2020 bereits 625 MW betragen (gegenwärtig sind 8 MW installiert) betragen. Die Wärmebereitstellung beträgt dann 26,5 Terawattstunden (TWh), davon etwas mehr als die Hälfte aus tiefer Geothermie waren es noch 3,5 TWh.

21 3.1 Technik – Geothermie Tiefenzonen geothermaler Nutzung

22 3.1 Technik – Geothermie Wirkungsprinzip geothermaler Anlagen

23 3.1 Technik – Geothermie Entwicklung der oberflächennahen Geothermienutzung zur Wärmebereitstellung in Deutschland *) 5.500 5.000 4.500 4.000 3.500 3.000 [GWh] 2.500 2.000 1.500 1.000 500 1.440 1.440 1.458 1.491 1.532 1.581 1.651 1.741 1.842 1.972 2.156 2.602 3.255 3.962 4.640 5.300 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 *) Inkl. Luft/Wasser-, Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen; 1 GWh = 1 Mio. kWh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: ZSW / Ulrike Zimmer; Stand: März 2011; Angaben vorläufig

24 3.1 Technik – Biomasse Biomasse – Dampfkraftwerk ORC – Anlagen
Thermische Biomasse - Vergaseranlagen Kleinheizanlagen Kraft-Wärme-Kopllungsanlagen Weit mehr als die Hälfte der 2009 gewonnenen erneuerbaren Energie (elektrisch und Wärme) wurde aus dem Bereich und durch die Verwertung von Biomasse erzeugt.

25 3.1 Technik – Biomasse Entwicklung der Biomassenutzung zur Wärmebereitstellung in Deutschland * 83.023 86.670 93.133 79.746 75.376 69.182 57.242 58.220 51.419 50.858 49.740 45.591 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 [GWh] * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas; 1 GWh = 1 Mio. kWh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Brigitte Hiss; Stand: März 2011; Angaben vorläufig

26 3.2 Wirtschaft Investitionsentwicklung in Anlagen 2000 – 2010
Vgl. BMU, AGEE-Stat, DLR/DIW/ZSW/GSW, Stand 03/2011

27 Investitionen in EE-Anlagen:
3.2 Wirtschaft Investitionen in Erneuerbare – Energie – Anlagen 2010 * 2.500 Mio. Euro 1.550 Mio. Euro 1.150 Mio. Euro 950 Mio. Euro 850 Mio. Euro 70 Mio. Euro Mio. Euro 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 Photovoltaik Windenergie Biomasse Strom Biomasse Wärme Solarthermie Geothermie* Wasserkraft [Mio. Euro] * Großanlagen und Wärmepumpen; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU-KI III 1 nach Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW); Stand: März 2011; Angaben vorläufig Investitionen in EE-Anlagen: 26,6 Mrd. Euro

28 3.2 Wirtschaft Ökonomische Effekte des Ausbaus Erneuerbarer Energien

29 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose Wirtschaftsentwicklung EE
Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

30 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose Produktionskapazitäten EE
Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

31 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose F&E-Investitionen EE
Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

32 3.3 Arbeitsmarkt Beschäftigungsentwicklung Deutschland 2004 – 2010
Vgl. O`Sullivan, M., Edler, D., van Mark, K., Nieder, T., Lehr, U., Bruttobeschäftigung durch erneuerbare Energien in Deutschland im Jahr 2010, aus: Forschungsvorhaben des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, S.5

33 3.3 Arbeitsmarkt Beschäftigungsverteilung Deutschland 2010
Vgl. Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010, Grafiken und Tabellen, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien - Statistik

34 3.3 Arbeitsmarkt Beschäftigungspotentiale – Deutschland 2020

35 3.3 Arbeitsmarkt Befragungsergebnisse Prognose Mitarbeiterentwicklung EE Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

36 4. Windenergie - Definition
Eine Windkraftanlage (WKA) wandelt die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um und speist sie in das Stromnetz ein. Quelle: www. Wikipedia.org Kinetische Energie des Windes Rotor Analoge Begriffe: Windenergieanlagen (WEA) Windkraftkonverter (WKK)

37 4. Windenergie - Historie
Poul la Cour ( ) weniger Rotorblätter effizienter Gründung der Gesellschaft der Windkraft-Elektroingenieure 1904 Zeitschrift für Windkraft-Elektrizität Fotos:  2000 Poul la Cour Museet Quelle: Jäger u.a., Seminar Energie und Umwelt, Uni Tübingen, SS2006

38 4. Windenergie - Historie
Prof. Dr. Ulrich W. Hütter (1910 – 1990) 1938 Dipl.-Ing. Luftfahrttechnik TH Stuttgart 1942 Promotion TH Wien „Beitrag zur Schaffung von Gestaltungsgrundlagen für die Windkraftwerke“ 1957 Entwicklung der Windanlage StGW-34 34m Rotordurchmesser Leistung 100 KW bei 8m/s

39 4. Windenergie - Physikalische Grundlagen
Die Umwandlung der Leistung des Windes in die mechanische Energie des Windrades erfolgt durch die Abbremsung der Luftmassen. Quelle: Quelle:

40 4. Windenergie - Physikalische Grundlagen
Leistungsbeiwert cP (aerodynamischer Wirkungsgrad): Er gibt an, welcher Anteil der im Wind enthaltenen Leistung in mechanische Leistung umgesetzt wird. CP = Pent / Pwind Für den verlustfreien Fall gibt der Betz`sche* Leistungsbeiwert cP;Betz die maximale, theoretische Leistungsentnahme an. * Prof. Dr. Albert Betz (1885 – 1968), Göttingen: „Theorien zur Berechnung der maximalen Leistungsaufnahme von Rotorblättern“ (1920) Quelle: Jäger, J., Windkraftanlagen – Windkraftanlagen sind Energiewandler, Uni Tübingen, 2001

41 4. Windenergie - Physikalische Grundlagen
Der Leistungsbeiwert cP in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Windgeschwindigkeit v3/v1. Quelle: Gasch, R., Twele, J., Windkraftanlagen, 6.Auflage, S.183

42 4. Windenergie - Zahlen und Fakten
Kummulierte installierte Leistung - Deutschland

43 4. Windenergie - Zahlen und Fakten
Verteilung der installierten Leistung - Deutschland

44 4. Windenergie - Zahlen und Fakten
Verteilung der installierten Leistung - weltweit

45 4. Windenergie - Zahlen und Fakten
Prognose installierte Leistung bis 2020 – Deutschland

46 4. Windenergie - Onshore - Anlagen

47 4. Windenergie - Onshore - Anlagen
Windpotentiale und Windparks in Deutschland

48 4. Windenergie - Onshore - Anlagen
Windenergie als Wirtschaftsfaktor 2009

49 4. Windenergie - Onshore - Anlagen
Vorteile & Nachteile Vorteile Unerschöpfliche Energiequelle Emissionsarm Hohes Erweiterungspotential 60% preiswerter als Offshore-Anlagen Geringe Wartungskosten Nachteile Unstetigkeit des Windes Geringere Kraft des Windes Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Mangelnder Ausbau des Stromnetzes Geräuschbelästigung der Anwohner

50 4. Windenergie - Offshore - Anlagen
Quelle:

51 4. Windenergie - Offshore - Anlagen
Baltic 1 – Erste Offshore-Windanlage der Ostsee versorgt ca Haushalte

52 4. Windenergie - Offshore - Anlagen
Bestehende und geplante deutsche Offshore – Windparks Karte Verteilung

53 4. Windenergie - Offshore - Anlagen
Kapazitäten in Europa 2009, Bauformen bei zunehmender Wassertiefe Quelle:

54 4. Windenergie - Offshore - Anlagen
Vorteile & Nachteile Vorteile Hohe Stetigkeit des Windes Höhere Kraft des Windes Leistungsstärkere Anlagen möglich Keine Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Emissionsarm Hohes Erweiterungspotential Nachteile Korrosivwirkung von Meerwasser und Seeluft Beeinträchtigung von Schifffahrtsrouten Kostenintensive Anbindung an des Stromnetzes Hohe Aufbau- und Wartungskosten Potentielle Gefährdung des Meeresumwelt

55 4. Windenergie - Kleinwindanlagen
Bilder

56 4. Windenergie - Kleinwindanlagen
Vorteile & Nachteile Vorteile Geringer Aufwand Niedrige Kosten Baurechtlich relativ einfach Freiheit vom öffentlichen Energienetz Teilweise Wartungsfreiheit Nachteile mangelnde Amortisation der Investitionskosten Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Nachbarschaftsrecht Kostenintensive Anbindung an des Stromnetzes Teilweise hohe Lärmbelästigung

57 4. Windenergie – Das mechatronische System

58 4. Windenergie – Das mechatronische System

59 4. Windenergie – Das mechatronische System
Beispiel: Windkraftanlage mit Triebstrang Quelle: Windenergie – Eine Alternative mit Zukunft?

60 4. Windenergie – Das mechatronische System
Beispiel: Gondel einer Windkraftanlage mit Triebstrang Quelle:

61 4. Windenergie - Anlagenentwicklung Leistungsentwicklung und Wartung
Quelle: Quelle: /2005/2/4/1332_5M_Heli1_final.jpg

62 4. Windenergie - Repowering Repowering
vorher nachher

63 4. Windenergie - Repowering Repowering – Prognose
Bundesverband Windenergie e.V. - Repowering

64 5. Zusammenfassung und Ausblick Anteil der Erneuerbaren Energien am gesamten Energieverbrauch

65 5. Zusammenfassung und Ausblick Stromerzeugung aus EE nach dem Nationalen Aktionsplan im Jahr 2020: 217 TWh Vgl. Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien – Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

66 5. Zusammenfassung und Ausblick Entwicklung der Bruttoleistung, Vgl
5. Zusammenfassung und Ausblick Entwicklung der Bruttoleistung, Vgl. EE und Fossil Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien – Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

67 5. Zusammenfassung und Ausblick Speichertechnologie
Neue Pumpspeicherkonzepte (Tagebaue, Abraumhalden) Druckluftspeicher Batterien (dezentral, kurzfristig) Elektrolyse mit Gasspeicherung (Wasserstoff, Methan) Power – to – Gas – Konzept (Methan im Erdgasnetz) Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien – Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

68 5. Zusammenfassung und Ausblick Fazit
die Erneuerbaren Energien sind in den vergangenen 10 Jahren rasant gewachsen und werden dynamisch weiter wachsen müssen die höchsten Ausbauraten im Strombereich sind zukünftig bei Offshore-Wind und Photovoltaik zu erwarten es besteht Netzumbau- und Netzausbaubedarf! bei Wind onshore resultiert der meiste Zubau aus Repowering, Ausbaupotentiale bei Biomasse sind begrenzt, bei Wasser nicht relevant neben Erzeugungsanlagen werden zunehmend Speicher relevant Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien – Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

69 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!