dlr - kit · 2011. 11. 10. · über referenz strom gas direkt Öl/kohle direkt erneuerbare...
TRANSCRIPT
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
DLRDeutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Prof. Dr. Dr.-Ing.(habil) Hans Müller-SteinhagenInstitut für Technische Thermodynamik
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Das DLR ist das Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt und die Raumfahrtagentur Deutschlands.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Gesamtbudget 2008 1,36 Mrd €
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Raumfahrt-Agentur Forschung und Betrieb
Deutsche ESA-Beiträge BMBF Institutionelle FörderungNationales Raumfahrtprogramm Drittmittel
Alle Angaben in Mio. Euro
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Standorte und Mitarbeiter
5.600 Mitarbeiter arbeiten in 28 Forschungsinstituten und Einrichtungen in
8 Standorten,7 Außenstellen.
Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington.
Köln-Porz
Lampoldshausen
Stuttgart
Oberpfaffenhofen
Braunschweig
Göttingen
Berlin--Adlershof
Bonn
Trauen
HamburgNeustrelitz
Weilheim
Berlin-Charlottenburg
Sankt Augustin
Darmstadt
Almería (Spanien)
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Prozentualer Anteil der Schwerpunkte an den Gesamterträgen Forschung und Betrieb 2008
44%
40%
9%
7%
Weltraum
Luftfahrt
Verkehr
Energie
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Energieforschung im DLR
Die DLR-Energieforschung konzentriert sich auf Themen der effizienten und nachhaltigen Stromerzeugung mit energiewirtschaftlicher Relevanz.
Systemanalyse und Technikbewertung,Effiziente und umweltverträgliche „fossile“ Kraftwerke (Turbomaschinen, Brennkammern),Wärmemanagement (Wärmeübertragung und –speicherung),Nieder- und Hochtemperatur-Brennstoffzellentechnik,Solarthermische Kraftwerkstechnik, Solare Stoffumwandlung.
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Hans Müller-Steinhagen
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands mit einem zunehmenden Anteil an erneuerbaren Energien
Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 20000
100
200
300
400
Prim
ären
ergi
e, E
J / J
ahr
konventionelleBiomassenutzungerneuerbareEnergien
Kernenergie
Erdgas
Erdöl
Kohle
Weltweiter Primärenergieverbrauch von 1870 bis 2001
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Um bereits heute die täglich verbrannten fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle zu ersetzen benötigt die Natur 1500 Jahre
Vorräte an Primärenergieträgern
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
CO2 CH4 N2O
Die Konzentration der anthropogenen Treibhausgase in der Erdatmosphäre ist in den vergangenen 50 Jahren stark über die Werte der davor liegenden 10000 Jahre angestiegen
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Stand der KlimaforschungUN Klimarat IPCC, 2007:
Beobachtungen und Messungen lassen keinen Zweifel, dass das Klima sich ändert.
In den letzten 100 Jahren hat sich die Erde im Mittel um 0,74°C erwärmt.
Die globale Erwärmung und der Meeresspiegelanstieg haben sich beschleunigt, ebenso das Abschmelzen der Gletscher und Eiskappen
Diese Änderungen sind mit größter Wahrscheinlichkeit auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Energieverursachte CO2- Emissionen nach verschiedenen IPCC Szenarien
1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 21000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100C
O2
Em
issi
onen
, [G
tCO
2/ J
ahr]
Szenario: BaU "550" "450" 2000 Wertakkumulierte Massean CO2 (Gt C): 2200 1000 700 300CO2- Konzentrationin 2100 (ppm): 950 550 450 360 mittl.Temperatur-anstieg (°C): 4.5-5.0 2.5-3.0 1.5-2.0 0.4-0.8
„BaU"
"550"
"450"
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
2000 2010 2020 2030 2040 2050
lang
frist
iges
Ziel
jahr
„Forecasting“Projektion technischer und sozio-ökonomischer
Entwicklungen‘business-as-usual’zukünftige Welt
normativeZiele
„Backcasting“
notwendige Handlungenund Investitionen
Deutsches Energieszenario 2007 - 2050
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Politische Vorgaben für Deutschland
A) Reduktion von CO2 und anderen Treibhausgasen- 21 % bis 2008-2012, - 40% bis 2020, - 80 % bis 2050
B) Kraft-Wärme-Kopplung bis 2010 verdoppeln;
C) Erneuerbare Energien verdoppeln bis 2010, Ziel für 2050: 50%;
D) Energieproduktivität verdoppeln bis 2020 im Vergleich zu 1990
G) Das EEG wird weitergeführt
F) Keine neuen Kernkraftwerke
E) Alle vorhandenen Kraftwerke werden bis zum Ende dergeplanten Laufzeit betrieben
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Deutscher Gesamtenergieverbrauch (Strom, Wärme und Brennstoffe)
2000 2005 2010 2020 2030 2040 20500
2.000
4.000
6.000
8.000
10.0009234 9219
9187
8800
8403
7860
7309
End
ener
gie,
PJ/
a
ErneuerbareEnergien
Erdgas
Mineralöl
Kohlen
Kernenergie
55%
41%
28%
18%
9,7%
6,6 %3,8 %Anteil EE
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
m/sWindgeschwindigkeit
Abschätzung des ökologischen Potenzials von erneuerbaren Energieträgern
StrassenNaturschutzgebiete
LandschaftsschutzgebieteWälder
BiotopeLandwirtschaftlicheNutzflächen
Optische Beeinträchtigung
z.B. Windenergie
Windgeschwindigkeit an den verbleibenden Flächen
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Potenzial der Stromerzeugung mit Photovoltaik1. Oktober 2005, 12:00-13:00
Bedarf:345 GWh
PV Potenzial:164 GWh
Source: DLR
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Biomassepotenziale in Deutschland
• industrialwaste wood
• residentialwaste wood
• black liquor
• agriculturalresidues
• energy crops
• forest woodGesamtes Biomasse-Potenzial [TJ/km2]
Holz
LandwirtschaftlicheAbfälle
Energiepflanzen
Industrielle HolzabfälleGartenabfälleSchwarzlauge
Gras
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Kostenentwicklung verschiedener erneuerbarer Energien
2000 2010 2020 2030 2040 20500
20
40
60
80
100
Ener
giek
oste
n (2
000
= 10
0%)
Photovoltaik0,80 - 0,90
Wind On-Shore0,94
Wind Off-Shore0,90 - 0,94
Solarthermie0,88 - 0,95
Geothermie0,75 - 0,90
Solare Wärme0,90
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
- LEITSZENARIO 2006 -
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2010
2015
2020
2025
2030
2040
2050
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
346 364 395473 523
601731
910
1.134
1.439
1.762
2.072
2.686
3.156En
dene
rgie
ern
euer
bare
Ene
rgie
n, P
J/a
Geothermie
Solarstrahlung
Biomasse, -gasbiog. Abfälle
Windkraft
Wasserkraft
Aktual/EE-END; 19.06.07
Durchschnittliche Steigerung des EE-Anteils 2007 -2050: 1 %/a(Anteile in 2020/2050 : Strom 29/78%; Wärme 14/48%; Kraftstoffe 17/42% )
7 %
18%
29%
55%
EE-Anteil:
Endenergie (Strom, Wärme, Brennstoff) aus erneuerbaren Energieträgern
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Szenario für die deutsche Stromerzeugung nach Energiequellen und Kraftwerksarten
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Versorgungssicherheit und Netzstabilität: Szenario 2007, Jahr 2050
0102030405060
25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6. 1.7.
Pow
er in
GW
KWK (fossil) PV, Wind Biomasse, Geothermie, Wasser Imp. SolarGeothermie, Wasserkraft Imp. Pumpspeicher Spitzenlastkraftwerke (fossil)
-30
-15
0
15
30
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Stunde des JahresJahresverlauf in Stunden
GW
Unterschied zwischen verfügbarem Strom aus
erneuerbaren Energien + KWK und Strombedarf
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Int. Stromnetz
Vision eines Euro-Mediterranen Stromnetzes auf HGÜ Basis zur synergetischen Nutzung der ergiebigsten regenerativen Energiequellen
Solar (CSP)Solar (PV)WindenergieWasserkraftBiomasseGeothermie
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Bild CSP
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf der Welt, der EU-25 und von Deutschland
WeltEU-25 D
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
KWK- und EE –Anteile im zukünftigen Wärmemarkt in Deutschland
2000 2010 2020 2030 2040 20500
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
Ende
nerg
ieei
nsat
z [P
J/a]
"Effizienz" gegen-über Referenz
Strom
Gas direkt
Öl/Kohle direkt
Erneuerbare Energien
KWK
oeko\waestru1.pre; 25.5.03
12,3 14,7 17,8 21,5 24,0 25,5 % KWK-Wärme *) 2,3 4,9 10,0 17,5 26,5 35,5 % EE-Wärme
*) einschl. Biomasse
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Jährlicher Energieverbrauch von Gebäuden
kWh/m2Jahr
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Beitrag erneuerbarer Energien zur zukünftigen Wärmeversorgung
Nahwärme:2005: 25%2050: 64%
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500
200
400
600
800
1.000
1.200
Wär
mee
rzeu
gung
(End
ener
gie)
, PJ
/a Geothermie
NahwärmeGeothermieEinzelanlageKollektorenNahwärmeKollektorenEinzelanlageBiomasse NahwärmeBiomasseEinzelanlage
6,3 %*)
14 %
*) Anteil an gesamtemWärmebedarf
(ohne Stromanteil)
23 %
48 %
34 %
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 20500
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.0002.751
2.5982.525 2.458 2.395
2.3202.243
2.080
1.825
Trei
bsto
ffver
brau
ch in
PJ/
Jahr
Leitszenario 2007 für den deutschen Kraftstoffverbrauch
Erneuerbare2005: 3%2050: 42%
Wasserstoff
Biodiesel
Erdgas
Kerosin
Diesel
Benzin
Strom
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Entwicklung des Ölpreises
Quellen: DIW 2004; BMWi 2008; Tecson 2008; eigene Berechnungen1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
0
20
40
60
80
100
120Ö
lpre
is (J
ahre
smitt
elw
erte
) , $
200
5/bb
lNominal
Real (Geld-wert 2005)
Pfad A:Realistisch
Pfad B:Mäßig
Ölpreisvar.(Prognos 2005)
Ölpreisvar.(Prognos 2006)
Mittelwert ($2005)
Jan 08- Mai 08
6/2008
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Kumulierte Differenzkosten für die EE-Technologiesegmente
2001-2010 2011-2020 2021-2030 2031-2040- 100
- 80
- 60
- 40
- 20
0
20
40
60
Kum
liert
eD
iffer
enzk
oste
n, M
rd.E
UR
(200
5) Kraftstoffe
Wärme
Strom
-270
+55
+65
- 58
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Arbeitsplatzentwicklung im deutschen erneuerbare Energien Sektor
Mögliche Umsätze deutscherUnternehmen bei den Anlagen-investitionen
2000 2005 2010 2015 2020 2025 20300
10
20
30
40
Um
satz
deu
tsch
er U
nter
nehm
en, M
rd. E
UR
/a optimist. verhalten nur Inland
Arbeit/Ums-NP; 15.3.06
Quelle: Wirkung des Ausbaus erneuerbarer Energien auf den deutschen Arbeitsmarkt Untersuchung von ZSW, DLR, DIW, GWS im Auftrag des BMU, Juni 2006
von 7,5 Mrd. €/a in 2004 auf 30 – 40 Mrd. €/a in 2030
2004 2010 2020 20300
157.000
244.000
307.000333.000
263.000
354.000
415.000
„verhalten“
Steigerung der Produktivität um 36% bis 2020
„optimistisch“
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Importabhängigkeit bei der Elektrizitätsversorgung
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
2000 2010 2020 2030 2040 2050Jahr
Impo
rtan
teil
an d
er G
esam
tstr
omve
rsor
ung
Leitszenario 2007Einschließlich CSP-Stromimporten
derzeitigeEntwicklung
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Zusammenfassung
Es wird geschätzt, dass aufgrund des Klimawandels in Deutschland bis 2050 zusätzliche Kosten von etwa 800 Milliarden € anfallen werden, wenn keinekonkreten Gegenmaßnahmen getroffen werden.Die Klima- und Ressourcenschutzziele können nur durch eine koordinierteKombination aus Effizienzerhöhung und verstärkter Einführung von erneuerbaren Energien erreicht werden. Aufgrund der gesetzlichen und finanziellen Rahmenbedingungen durch die Bundesregierung hat sich der darauf aufbauende Energiemarkt in den vergangenen 10 Jahre signifikant entwickelt. Deutschland hat die weltweit höchste installierte Leistung an Windkraftanlagen.Die Photovoltaik-Industrie zählt zu den am schnellsten wachsendenIndustrien der Welt und hat Japan 2005 in Bezug auf die an das Netzangeschlossene Kapazität überholt.Deutsche Dienstleistungen und Produkte sind auf dem Weltmarkt stark nachgefragt.
Szenario für eine nachhaltige Energieversorgung Deutschlands Hans Müller-Steinhagen
Zusammenfassung
Das Leitszenario 2007 beschreibt einen möglichen Weg, auf demDeutschland bis zum Jahr 2050 eine 80% Reduzierung der CO2 Emissionenund einen 50% Anteil an erneuerbaren Energieträgern erreichen kann. Dadurch wird die derzeit stark ansteigende Abhängigkeit von Energieimporten wesentlich verringert und eine hohe Versorgungssicherheitgewährleistet.Die zusätzlich auf die Bevölkerung zukommenden Kosten liegen bei etwa50€ pro Haushalt und Jahr. Der positive Cashflow ab etwa 2025, die positiven Effekte auf die Arbeitsplatzsituation und die verstärkte Unabhängigkeit von importiertenBrennstoffen stellen eine win-win Situation dar.
Während dieses Vortrags
wurden 11 000 000 000 kWh Primärenergie verbraucht
wurden 3 300 000 t CO2 in die Atmosphäre abgegeben
wurden mehr als 7 000 neue PKW und LKW produziert
erhöhte sich die Weltbevölkerung um 12 000 Menschen