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Die Klimakrise ist eine Energiekrise – Die Zukunft unserer Energieversorgung -
unsere Energien der Zukunft
Wolfgang Streicher,Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen
Universität Innsbruck
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 1
Energiebilanz der Erde
MeereKontinente
Energiereserven
Atmosphärenobergrenze
Erdoberfläche
Erdwärme
Planetengravitationund -bewegung
Sonnenstrahlung Abstrahlung
64,8 %langwelligeStrahlung31 % Reflexion
Absorption inder Lufthülle
17,4 %
4,2 % Reflexion
Strahlung 17,9 %
Verdunstung 20,7 %
Konvektion 8,8 %
69 %
2,7 %17,8 % 12,5 %
5,4 %6,1 %
2,9 %
14,4 % 33 %
Gezeiten
47,4 %
0,02 %
0,002 %
0,1 %Biomasse
5,6 10 J/a = 100 %24.
0,006 %
b
fossil biogen
fossil mineralischca. 32,9 10 J. 21
ca. 4,4 10 J. 24 a
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 2
Welt Primärenergieverbrauch (Quelle BP, 2012)
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 3
CO2-Emissionen
IPCC 2005
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 4
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 5
Fossile Energieträger reserves-to-production (R/P) ratios at end 2006 (Source BP, 2007)
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 6
Fossile Energieträger reserves-to-production (R/P) ratios at end 2011 (Source BP, 2012)
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 7
World Nominal Oil Price
Chronology: 2002-2012
(http://www.tecson.de/prohoel.htm)
13. Oktober 2012 Herbsttagung der Ziegelindustrie 2012, Krems 8
Primärenergieverbrauch Österreichs 1955 bis 2008 (Haas 2010, Statistik Austria )PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH AT 1955 - 2008
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
PJ
Kohle Öl Erdgas Wasser Biomasse Sonst Erneuerbare Sonstiges
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 9
Endenergiebedarf per Sektor in Österreich
050.000
100.000150.000200.000250.000300.000350.000400.000450.000500.000
1970
1974
1978
1982
1986
1990
1994
1998
2002
2006
2010
Ende
nerg
iebe
darf
in T
J/a
Endenergiebedarf in Österreich
EE ProduzierenderBereich
EE Verkehr
EE Sonstige
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1970
1974
1978
1982
1986
1990
1994
1998
2002
2006
2010
Ende
nerg
iebe
darf
in T
J/a
Endenergiebedarf in Österreich
EE Sonstige
EE Verkehr
EE ProduzierenderBereich
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 10
Österreichischen Treibhausgas-
Emissionen
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CO2-Emittenten nach Sektoren
Quelle: UBA, 2011 Klimaschutzbericht
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Energieautarkie in Österreich 2050
• Wolfgang Streicher• Universität Innsbruck
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Energieautarkie Österreich 2050
Feasibility StudyLeitung, Gesamtmodell Wolfgang Streicher, Universität Innsbruck, Institut für Konstruktion und Materialwissenschaften, Arbeitsbereich Energieeffizientes Bauen
Bereich Industrie/ProduktionHans Schnitzer, Michaela Titz, TU Graz, Institut für Prozess- und Partikeltechnik Bereich GebäudeFlorian Tatzber, Richard Heimrath, Ina Wetz, TU Graz, Institut für Wärmetechnik Bereich Verkehr Stefan Hausberger, TU Graz, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik Andrea Damm, Karl Steininger, Universität Graz - Wegener Center for Climate and Global Change Bereich EnergiewirtschaftReinhard Haas, Gerald Kalt, TU Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, Energy Economics GroupStephan Oblasser, Landesenergiebeauftragter Tirol
ReviewMichael Cerveny, Andreas Veigl, ÖGUT, Wien ConsultingMartin Kaltschmitt, Universität Hamburg-Harburg
http://www.klimafonds.gv.at/assets/Uploads/Studien/Energieautarkie205012pt20110308Final.pdf
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Wie kann man Konzepte zur Energieautarkie erstellen
• Definition von Randbedingungen
• Ist-Zustand Energiebedarf
• Erhebung der Verfügbarkeit (Potentiale) von Erneuerbaren Energieträgern
• Definition von möglichen Einsparungen des Energiebedarfs
• Darstellung von Technologien zur Nutzung Erneuerbarer Energieträger
• Aufstellen von Szenarien, sodass das Angebot mit dem Bedarf übereinstimmt.
13. Oktober 2012 Herbsttagung der Ziegelindustrie 2012, Krems 15
Randbedingungen
• Potentiale Erneuerbarer Energieträger aus Österreich(Biomasse, Wasser, Wind, Sonne, Umweltwärme, tiefe Geothermie)
• Tages.- und wochenmäßiger Stromaustausch mit Nachbarländern (Saisonspeicherung in Österreich, europäischer Kontext)
• Konstante landwirtschaftliche Fläche für Nahrungs- und Futtermittelproduktion• Keine fossilen Energieträger und keine Kernenergie • „Rucksack“ an Import von Nahrungsmittel- und Gütern wird nicht berücksichtigt (ca.
44 % des heutigen Verbrauchs an fossiler Energie).• Betrachtete Sektoren: Gebäude, Mobilität und Produktion (Industrie)• Keine ökonomische Analyse
2 Szenarien• Konstant-Szenario: Konstante Energiedienstleistung bis 2050 (beheizte m²
Gebäudefläche, Pkm, tkm, konstante Bruttowertschöpfung der Industrie)• Wachstums-Szenario: Anstieg der Energiedienstleistung um
0,8 %/a (ca. 40 % Anstieg von 2008 bis 2050)=> keine Einschränkung der Bedürfnisse
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Universitätslehrgang
Nachhaltige GebäudesanierungBeginn:
Herbst 2010berufsbegleitend2 Semester
www.uibk.ac.at
Lösungsmöglichkeiten:Reduktion des Wärmebedarfs•Bauordnung, Raumplanung
MFH statt EFH
•Thermische Sanierung
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Lösungsmöglichkeiten:Reduktion des Energiebedarfs für Mobilität•Raumplanung (Mischnutzung)
•Modal Split (Umstieg auf ÖV und NMIV)(= Infrastruktur)
•Niederer Flottenverbrauch, E-Mobilität
•Überregionaler Transport auf Schiene
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Lösungsmöglichkeiten:Reduktion des Energiebedarfs für Industrie
•Energieeffizienzrichtlinie der EU = 1 %/a Erhöhung der Energieeffizienz
•Technologischer Fortschritt
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Technische Nutzungen Erneuerbare Energieträger
Biomasse
Wasser
Wind
Photovoltaik
Solarthermie
Umweltwärme (Wärmepumpen)
Tiefe Geothermie
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Zusammenhang der Potentialbegriffe (nach Kaltschmitt, Streicher, 2010 )
13. Oktober 2012 Herbsttagung der Ziegelindustrie 2012, Krems 21
Potenziale Solarenergienutzung in ÖsterreichGebäudedächer Gebäude-
fassadenFrei-
flächend
Lärm-schutz-wände
SummeFlach-dächer
Schräg-dächer
Theoretisches Potenzial in PWh/aa ca. 92
Theoretisches Stromerzeugungspotenzial in PWh/ab ca. 26
Theoretisches Flächenpot. in km² 155 479 809 983 1,53 2427
Technisches Flächenpotf in km² 35 79 52 136 0,46 303Technisch installierbare Leistung in GWc
2,4 - 5,5 5,6 - 12,7 3,6 - 8,3 9,5 - 21,8 0,03 - 0,07 21,2 - 48,5
Jährlicher Ertrag in kWh/kW 950 900 650 950 650Technisches Angebotspotenzial in TWh/a
2,3 - 5,3 5,0 - 11,4 2,4 - 5,4 9,1 - 20,7e 0,02 - 0,05 18,8 - 42,9
50 % Nutzung Dächer und Fassaden für PV
Techn. Flächenpotential PVf in km² 17,5 39,5 26 136 0,46 219,5
Technisch installierbare Leistung in GWc
1,2 - 2,8 2,8 - 6,3 1,8 - 4,2 9,5 - 21,8 0,03 - 0,07 15,3 - 35,2
Jährlicher Ertrag in kWh/kW 950 900 650 950 650Technisches Angebotspotenzial in TWh/a
1,1 - 2,7 2,5 – 5,7 1,2 - 2,7 9,1 - 20,7e 0,02 - 0,05 13,9 - 31,9
Hier verwendet in TWh/a 23
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 22
Nutzung und Technische Potentiale Erneuerbarer Energieträger in Österreich
0
50
100
150
200
250
300
350Bi
omas
se
Was
serk
raft
Phot
ovol
taik
Win
dene
rgie
Sola
rthe
rmie
Um
wel
twär
me
Obe
rfläc
henn
ah
(ohn
e Lu
ft)
Tief
e G
eoth
erm
ie
Ener
gieb
edar
f in
PJ/a
Erneuerbare Energieträger
Nutzung 2008
Techn Potential
Biomasse-Heizungsanlagen in Österreich
Innovative Energietechnologien in Österreich, Marktentwicklung 2013, BMVIT
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 24
Windenergienutzung in Österreich
in MW
Nutzung von Umgebungswärme
Innovative Energietechnologien in Österreich, Marktentwicklung 2012, BMVIT
Photovoltaiknutzung in Österreich
Innovative Energietechnologien in Österreich, Marktentwicklung 2013, BMVIT
Cell
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Solarthermische Wärmenutzung
Innovative Energietechnologien in Österreich, Marktentwicklung 2013, BMVIT
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 28
Preisentwicklung Solarthermie in Österreich .(keine Preisreduktion)
Source: AEE-INTEC30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 29
Preisentwicklung Photovoltaik Deutschland
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 30
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• Annähernde Ausschöpfung der Potenziale bei Wachstums-Szenario• Starke Steigerung bei PV, Wind, Solarthermie, Umweltwärme, tiefe Geothermie• Erhöhung der Leistung der Pumpspeicherkraftwerke um 85 % bzw. 130 %
Ergebnisse: Primärenergieeinsatz Erneuerbarer Energieträger
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 32
Ergebnisse Gebäude
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
2008 2050 Konstant 2050 Wachstum
157
39 13
49 69
49 6816 23
6957
6627
82
86
Ende
nerg
iebe
darf
in P
J/a
Endenergiebedarf Gebäude
Erdgas
Erdöl
Elektrizität für Heizen und WW
Elektrizität für Kühlen und E-Geräte
Elektrizität für WP (Wärme)
Umgebungswärme (WP)
Solarthermie
Biomasse und Wärmenetze
• Ca. 50 % Energieeinsparung =>hochwertige Sanierung alter Gebäude, neue Gebäude als Passivhäuser
• Umstieg auf Solarthermie, Wärmepumpe; Einsparung beim Haushaltsstrom (Biomasse wird speziell im Wachstums-Szenario primär für Verkehr und Industrie benötigt)
13. Oktober 2012 Herbsttagung der Ziegelindustrie 2012, Krems 33
Ergebnisse Mobilität
• Ca. 70 % Energieeinsparung =>NMIV, ÖV, E-Fahrzeuge (leicht), PKW < 3 ltr/100km, Güterferntransport auf Schiene
• Starker Ausbau des ÖV notwendig (Infrastruktur)
• Kraftstoffe und Gas aus Biomasse bzw. Kraftstoffe aus Strom und CO2 aus Atmosphäre (Fischer Tropsch)
0
50
100
150
200
250
300
350
2008 2050 Konstant 2050 Wachstum
7 30 43
288
38 40
10
17 15
Ende
nerg
iebe
darf
in P
J/a
Endenergiebedarf Mobilität
Gas
Kraftstoffe
Elektrizität
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Ergebnisse Industrie
• Ca. 35 % Einsparung (Konstant-Szenario) bzw. konstanter Bedarf (Wachstums-Szenario) =>Das entspricht etwas der Vorgabe durch die EU Energieeffizienzrichtlinie
• Wärme NT auch aus Solarthermie, Wärme HT aus CH4 (aus El. + CO2) , Biomasse, Elektrizität
0
50
100
150
200
250
300
350
2008 2050 Konstant 2050 Wachstum
9959 89
123
7
385822
4625
25
65
57
86
18
Ende
nerg
iebe
darf
in P
J/a
Endenergiebedarf Produktion
Kraftstoffe
Wärme NT
Wärme HT elektr
Wärme HT CH4 aus CO2
Wärme HT Biomasse
Wärme HT fossil
ElektrischNT: NiedertemperaturHT: Hochtemperatur
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Versuch eines Resümees Energieautarkie
• Energieautarkie für Österreich ist theoretisch auch ohne Einbuße an Energiedienstleistung möglich
• Bei einem Wachstum der Energiedienstleistung (durch mehr Bedarf pro Einwohner oder Bevölkerungswachstum) von über 0,8 %/a wird eine Versorgung nur durch über die hier angenommenen Effizienzsteigerungen hinausgehende Maßnahmen möglich.
• Die bereits angenommenen Effizienzsteigerungen bedürfen eine umfassende Änderung des Energiesystems und der Form der Energiedienstleistungen
• Der Handlungsspielraum ist relativ klein, da die Potentiale der Erneuerbaren Energieträger weitgehend genutzt werden müssen
• Die Elektrizitätsversorgung ist immer im Europäischen Kontext zu sehen
• Um Energieautarkie bis 2050 zu erreichen sind politische Rahmenbedingungen bereits heute zu setzen
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• Es sind noch sehr große Wachstumspotentiale für Solarthermie und Photovoltaik auch in Österreich vorhanden
• Falls Österreich (und Europa) die EU 2050 Ziele ernst nimmt, wird der Markt für diese Technologien enorm anwachsen
• Schafft die Solarthermie keine Preisreduktionen, so könnte die PV die bestimmende Technologie der direkten Sonnenenergienutzung werden
Resumee Erneuerbare Energieträger
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 37
Danke für ihre Aufmerksamkeit
30. November 2013 Uni im Dorf, Außervillgraten 38
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