Ergebnisse des IKARUS-Projekts hinsichtlich der CO 2 -Minderungen in Deutschland

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1 Ergebnisse des IKARUS-Projekts hinsichtlich der CO 2 -Minderungen in Deutschland P., D. Martinsen, J. Fr. Hake 28./29.April 25 Frühjahrssitzung des DPG-Arbeitskreises ENERGIE Bad Honnef

2 Gliederung CO 2 -Emissionen Stand und Ziele Das IKARUS-Projekt Ausgewählte Ergebnisse und Wertung Resümee

3 Weltweite CO 2 -Emissionen (Mio t CO 2 ) % 13.8 % 14.8 % 23.3 % Andere Indien China Rest OECD USA 29.2 % EU % 14.8 % 22.6 % 15.1 % %

4 Treibhausgasemissionen in der EU: Status quo und Ziele (in Prozent) Ziel 28/ (1995)/ Belgien Dänemark Deutschland Finnland Frankreich Griechenland Großbritannien Irland Italien Luxemburg Niederlande Österreich Portugal Schweden Spanien EU Prozent Quelle: Ziesing 24

5 Treibhausgasemissionen in der EU: Status quo und Ziele (in Mio t CO 2äq ) Belgien Dänemark Deutschland Prognose 21 (DIW, STE, Öko, Fh-ISI 24): - 2% Finnland Frankreich Griechenland Großbritannien Irland Ziel 28/ (1995)/22 Italien Luxemburg Niederlande Österreich Portugal Schweden Spanien EU Mill t CO 2 äq Quelle: Ziesing 24

6 Verbleibende Reduktionsverpflichtungen und Zielerfüllung bis 28/212 Mill. t CO 2 äq Mill. t Mill. t -5 Griechenland Schweden Frankreich Großbritannien Luxemburg Finnland Portugal Irland Dänemark Belgien Niederlande Österreich Deutschland Spanien Italien Zum Vergleich: Weltweite Zunahme der CO 2 -Emissionen 22/23: 935 Mio. t (davon China ca. 5%)

7 Energiebedingte CO 2 -Emissionen in Deutschland (Mio. t CO 2 ) Mio.t ,5 Mio.t/a ,8 Mio.t/a ,6 Mio.t/a Real Without Temperature Effect Trend Industry 13% Small consumers 7% CO 2 Emitters 23 Transport 21% Residential 14% Electricity production 39% Other conversion 6% Anteil an den EU-15 Emissionen: 25% Anteil an den weltweiten Emissionen: 3,2%

8 Treibhausgasemissionen in Deutschland (t CO 2 äq) CO2 PFC HFC N2 CH4 SF6 ca. 15% Quelle: Markew itz/ziesing 24 Verursacher der wichtigsten Nicht CO 2 -Emissionen: N 2 O: Adipinherstellung, Landwirtschaft, Verkehr etc. CH 4 : Bergbau, Landwirtschaft, Deponien etc.

9 Zwischenfazit Weltweit: Starke Zunahme der CO 2 -Emissionen (China!) EU: Viele Mitgliedsländer sind derzeit von den Reduktionszielen weit entfernt National: - EU-Ziel (21% gegenüber 199, Treibhausgase) wird wahrscheinlich erreicht - 25%-CO 2 -Reduktionsziel (bis 25) der Bundesregierung wird verfehlt

10 Das IKARUS-Projekt (Laufzeit: ) Datenbank Datenpool für Modelle u. Informationssystem FIZ, FfE, TU München, TÜV, IER Stuttgart, FhG-ISI Karlsruhe, DIW Berlin Verkehr Makroökonomisches Informationssystem BEI, Input-Output Nationales Energiesystemmodell Lineare Programmierung Industrie ISI-FhG Haushalte Simulation Projektziele: - Erarbeitung von flexiblen u. nutzerfreundlichen Modellen zur Entwicklung von Klimagasminderungsstrategien - Datenbasis mit technischen, wirtschaftlichen und umweltrelevanten Daten zum deutschen Energiesystem (Akzeptanz!)

11 Import Steinkohle Braunkohle Öl Gas Nukl. Brennst. Regenerative Raffinerie Kraftwerke und Stromverteil. Heizkraftwerke und Fernwärmevert. Güterkilometer Kohleveredlung Gasverteilung Steink. Produkte Braunk. Produkte Heizöl Diesel Benzin Gas Methanol/Ethanol Fernwärme Strom Industrie Haushalte Verkehr Prozessenergie Beheizte Fläche Personen Licht Kommunikation Kraft Inlandsförderung bzw. -aufkommen Kleinverbraucher Nettoproduktionswert Personenkilometer Primärenergie Endenergie Nachfrage KFA-STE

12 STRUKTUR Ca. 3 Variable Ca. 2 Gleichungen g, X Matrixgenerator g i : Σa ij X j = b i ; Σc j X j = Min Optimizer (MOPS) a, b, c Benutzer- Änderungen (Protokoll) Rahmendaten Nachfrage, Importpreise Begrenzungen (Bounds) DATEN Ca. 2 Attribute Für die Stützpunkte: 2,(25),21, 22,23 Technische Attribute (Kosten, Emissionen, Energieträger) Ergebnis- Aufbereitung Ergebnis- Darstellung

13 1. Szenario-Daten: Rahmendaten (Bevölkerungswachstum etc.) Energiepreise Begrenzungen Techniken und Technikdaten

14 Wichtige Rahmendaten Jeweilige Werte Veränderungen in %/a Einheit /1 21/2 22/3 Bevölkerung Mio. 81,99 81,5 8,34 77,98 -,6 -,14 -,3 Zahl der Haushalte Mio. 37,5 38,5 38,8 38,1,26,8 -,18 Personen je Haushalt Anzahl 2,19 2,12 2,7 2,5 -,32 -,22 -,12 Wohnungen Mio. 36,82 39,64 41,6 43,8,74,48,35 Wohnungen je 1 Haushalte Anzahl ,48,41,53 Wohnungsfläche Mio. m ,5 348,6 3637,1 3838,6,9,65,54 Wohnungsfläche je Einw. m 2 38, 41,8 45,3 49,2,96,8,84 Wohnungsgröße EFH m 2 15,95 18,31 11,62 113,43,22,21,25 Wohnungsgröße MFH m 2 65,94 66,45 66,88 67,35,8,6,7 Erwerbspersonen Mio. 37,54 37, ,92 -,5 -,9 -,58 Bruttoinlandsprodukt (BIP) Mrd. (95) 1963,8 2366,7 2797,5 3189,6 1,88 1,69 1,32 BIP je Einwohner ,94 1,83 1,62

15 Entwicklung von energieintensiven Produkten Produkt Produkte (Mill. t) Veränderungen in %/a /1 21/2 22/3 Zement 36,5 35,5 34,55 33,53 -,28 -,14 -,3 Kalk 7,26 6,9 6,5 6, -,51 -,6 -,8 Ziegel 17, 16,9 16, 15,6 -,6 -,55 -,25 Glas 6,61 6,78 6,9 6,95,26,18,7 Zucker 4,3 4,5 4,58 4,45,45,18 -,3 Walzstahl 38,97 36,1 35,9 34,8 -,76 -,6 -,31 Rohstahl 3,85 26,23 23,25 2,46-1,61-1,2-1,27 Elektrostahl 13,32 14,69 17,3 18,6,98 1,49,88 Hüttenaluminium,64,65,2,,9-11,12-1,

16 Wichtige energiepolitische und technische Begrenzungen Einheit Steinkohle-Gewinnung PJ 15 > 3 (-) (-) Steinkohle-Importe PJ 91 < 18 < 24 < 3 Braunkohle-Förderung PJ 1521 > 8 > 8 > 8 < 16 <15 < 14 Erdgas-Förderung PJ 633 < 7 < 6 < 5 Erdgas-Importe A PJ 2683 < 4 < 4 < 4 Erdgas-Importe B PJ < 4 < 4 < 4 Windkraft GW 5,9 > 12 > 12 > 12 Kernenergie GW netto 22,2 18,3 7,8

17 Entwicklungen der Verkehrsleistungen im Personen- und Güterverkehr 14 Mrd. Pkm bzw. Mrd. Tkm Personenverkehr Güterverkehr + 28% + 82%

18 Spezifischer Raumwärmebedarf EFH-Altbau LP-1 14 LP-2 12 LP-3 1 LP Fe3Aw3Da2Ke2 Fe2Aw3Da2Ke2 kwh/m 2 Istzustand Fe1 Da1 Fe2 Da2 Fe1Da1 Fe1Da2 Fe2Da2 Fe1Aw1 Fe1Aw2 Fe1Aw3 Fe2Aw3 Fe1Aw1Da1 Fe1Aw2Da1 Fe1Aw3Da1 Fe1Aw2Da2 Fe2Aw3Da2 Fe1Aw2Da2Ke1 Fe1Aw2Da2Ke2 Wärmedämmungsmaßnahmen LP-5

19 Szenarien Basis Szenario bzw. Referenz (Vergleichs-Szenario) Innovation und Einsparung (Maximale Einsparung über alle energiewirtschaftlichen Sektoren) CO 2 -Reduktion (Vorgabe von CO 2 -Reduktionszielen)

20 16 Projektion der Primärenergie im Basisfall 1. Projektion der CO 2 -Emissionen im Basisfall 199: 11 Mio. t* Kernenergie Regenerative + 25% ,5% - 18,6% - 2,7% - 21,2% ( -4,9%) - 63 ( -7,3%) - 68 (- 7,9%) Verkehr + 14% 1 Gas + 11% 6. PJ Öl - 7% Mio. t Haushalte - 33% Kleinverbr. - 19% Industrie - 28% Braunkohle - 4% Steinkohle -1,-15,+4% Umwandlung -11,-12,- 5%

21 Projektion der Endenergie im Basisfall ,1% - 1,7% - 4,% Strom +1% Verkehr: Zunahme PV und GV, Rückgang spez. Kraftstoffverbr. Anteil des öff. PV und GV-Bahn nehmen zu. + 14,2% PJ Gas +12% Haushalte: Zunahme Gasheizung. Erste Maßnahmen zu Wärmedämmung im Altbau i.r.z. - 7,6% Öl - 9 % Kleinverbr.: Strukturänderungen. Leichte Wärmedämmung - 17,8% Industrie: Strukturänderungen - 1,8% SK - 4%

22 Projektion der Stromerzeugung im Basisfall Projektion der installierten netto Kraftwerksleistung im Basisfall (- 2%) (- 6%) 5 1 KWK +37% % Industrie % PV:15MW Industrie TWh 3 2 GL +324% + 65% HKW Sonstige PV Wind Wasser Erdgas Öl GW GL 19,2 16,5 27,8 +68% (GuD) 27,9 + 12% HKW Sonstige PV Wind Wasser Erdgas Öl 1 Steinkohle 2 Steinkohle - 18% Braunkohle 16,3 Braunkohle Kernenergie Kernenergie

23 Szenario: Innovation und Einsparung (Spar) Die wichtigsten Änderungen im Vergleich zum Basisszenario: Stromerzeugung Industrie Kleinverbraucher Haushalte Verkehr Wirkungsgradverbesserung um 2 3 Prozentpunkte Einsparung bei Prozesswärmeerzeugung und verwendung Stromeinsparung bei Licht, Kommunikation und Kraft Wärmedämmung innerhalb vom Renovierungszyklus Prozesswärme- und Stromeinsparung Wärmedämmung im Altbau innerhalb vom Renovierungszyklus. Verbesserte Wärmestandards im Neubau Stromeinsparung bei Licht und Kraft, Kochen, Waschen und Spülen. Fahrzeuge mit deutlich reduziertem Kraftstoffverbrauch (ohne Zusatzkosten). (Modal Split am oberen Limit)

24 Sektorale Einsparung* von Endenergie im Szenario "Innovation+Einsparung" %* PJ %* %* Verkehr Haushalte Kleinverbraucher Industrie * Im Vergleich zum Basisszenario

25 Primärenergie im Szenario "Innovation+Einsparung" % % % Kernenergie Regenerative Gas PJ 8 Öl 6 Braunkohle 4 Steinkohle 2 Basis Spar

26 Emissionen CO 2 -Emissionen im Szenario "Innovation+Einsparung" Mio. t Verkehr x 4 Haushalte Kleinverbraucher Änderung Basis Spar Diff ,1% (- 25%) ,6% (- 31%) ca. 85% KW,HKW ,9% (- 35% im Vergleich zu 199) Industrie Umwandlung

27 CO 2 -Emissionen * Mio. t % Inovation+Einsparung -19% - 23% - 21% - 21% Basisszenario 2 Mio. t 6-31% - 4% Reduktionsszenario *Temperaturbereinigte Werte

28 Primärenergie im CO 2 -Reduktionsszenario Basis CO 2 Diff PJ x 4 Differenz PJ xxx -6-8 Steinkohle Öl Regenerative* ,8% Braunkohle G a s e Kernenergie - 5-3,9% ,4% * incl. Müll

29 Sektorale Einsparung* von Endenergie im CO 2 -Reduktionsszenario PJ Anteile 177-1,9% 62% 4% 33% 288-3,1% 63% 5% 32% 7-7,6% 18% 34% 19% 29% Verkehr: Einsatz von Lkw mit geringerem Kraftstoffverbrauch (und Biodiesel). - 4,1% Haushalte: Maßnahmen zu Wärmedämmung im Altbau i.r.z.(-9%), Heizwertkessel, Solarkollektoren, el.wp, (Biogas), Stromeinsparung bei Licht,Kommunikation,Kraft - 9,3% Kleinverbr.: Einsparung bei PW und WW, Wärmedämmung i.r.z., el.wp(12%), (Biomasse) - 9,7% Industrie: Einsparung bei PW- Erzeugung und-verwendung, Stromverbrauch und Raumwärme - 9,3% * im Vergleich zum Basisszenario

30 Stromerzeugung im CO 2 -Reduktionsszenario Installierte netto Kraftwerksleistung im CO 2 -Reduktionsszenario TWh % GL 39% 22% Industrie HKW Sonstige PV Wind Wasser Erdgas Öl Steinkohle Braunkohle Kernenergie GW GL , 29% 39,1 32% 16,4 14% Industrie HKW Sonstige PV Wind Wasser Erdgas Öl Steinkohle Braunkohle Kernenergie

31 CO 2 -Minderung* im Reduktionsszenario Mio. t Anteil: 2% 65% - 23% - 31% - 4% im Vergleich zu Mio. t - 5,4% 15% 75% 18 Mio. t - 13,5% 11% 71% 19 Mio. t - 23,9% Verkehr: -5,5% 12 Mio t Haushalte: -21,9% 22 Mio t Kleinverbraucher: -17,8% 9 Mio t Industrie: -12,3% 12 Mio t Umwandlung: - 41,9% 135 Mio t davon KW-HKW-HW 124 Mio t * im Vergleich zum Basisszenario

32 Kosten der CO 2 -Minderung im Reduktionsszenario Durschnittskosten /t Technische Veränderungen Einsparung von Primärenergie Jährliche Mehrkosten Mrd. /a -2 Kumulierte Mehrkosten 98 Mrd. Euro

33 Kosten der CO 2 -Minderung im Jahr Shp: Durchschnittskosten /t Shp: Shp: BK Jährl. Mehrkosten Mrd. /a - 31% - 35% - 4% - 45% - 5% Minderung im Vergleich zu 199

34 Fazit Globale Emissionen nehmen weiterhin zu (China!) Aufgabe von Industriestaaten: Bereitstellen von effizienten Techniken für globale Märkte Weitergehende CO 2 -Reduktionen (-4%) sind technisch möglich In allen energiewirtschaftlichen Sektoren sind Einsparpotenziale vorhanden, aber nicht immer kosteneffizient Sind die energiepolitischen Weichen richtig gestellt? (z.b. Kernenergie, Kohlepolitik, Forschungspolitik etc.) Instrumentenwahl (Emissionshandel ausreichend?) Gibt es neue Minderungsoptionen? Windows of opportunities beachten

35 Problematik: Windows of opportunities (GW) SK: 35 Jahre BK: 35 Jahre KE: Ausstieg Gas: 35 Jahre Wind: 2 Jahre Kapazitätsrückgang des deutschen Kraftwerksparks SK: 4 Jahre BK: 4 Jahre KE: Ausstieg Gas: 35 Jahre Wind: 2 Jahre SK: 45 Jahre BK: 45 Jahre KE: 45 Jahre Gas: 35 Jahre Wind: 2 Jahre STE 24