Geothermie - Baustein für eine regenerative Energieversorgung.

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1 Stephan Kohler Geothermie - Baustein für eine regenerative Energieversorgung. 28. Februar 2013, Offenburg 1

2 Die Gesellschafter der Deutschen Energie-Agentur. dena Bundesrepublik Deutschland 50 % KfW Bankengruppe 26 % Vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Einvernehmen mit: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Allianz SE Deutsche Bank AG DZ BANK AG 8 % 8 % 8 % Geschäftsführung Stephan Kohler Vorsitzender Andreas Jung 2

3 Die Kompetenz- und Handlungsfelder der dena. 3

4 Energiepolitische Rahmenbedingungen. 4

5 Geothermische Stromerzeugung weltweit: Länder mit installierten Kapazitäten (> 20 MW) und Deutschland Stand Ende 2010; insgesamt ca. 11 GW. Deutschland: 6,6 MW Island: 674,5 MW Russland: 81,9 MW USA: 3.129,1 MW Portugal 28,5 MW Türkei: 98,6 MW Japan: 535,2 MW Mexico: 989,5 MW El Salvador: 204,4 MW Costa Rica: 200,5 MW Italien: 882,5 MW Guatemala: 52 MW Nicaragua: 123,5 MW Kenia: 204,5 MW China: 24,2 MW Philippinen: 1.904,1 MW Papua Neuguinea: 56 MW Indonesien: 1.197,3 MW Neuseeland: 761,6 MW Quelle: dena-marktanalyse 2012 auf Basis von IGA

6 Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung (I). Mit ihrem Energiekonzept formuliert die Bundesregierung Leitlinien für eine bis 2050 reichende Gesamtstrategie, die den Weg in das Zeitalter der erneuerbaren Energien beschreibt. Zentrale Zielsetzungen und Maßnahmen (u.a): Reduktion der Treibhausgasemissionen bis 2020 um 40 %, bis 2050 um 80 % (ggü. 1990). Senkung des Primärenergieverbrauchs um 20 % bis 2020 und um 50 % bis 2050 (ggü. 2008) sowie Ausschöpfung der Effizienzpotenziale in privaten Haushalten und im öffentlichen Bereich. Reduktion des Wärmebedarfs in Gebäuden um 20 % bis 2020 und 80 % bis 2050 (ggü. 2008). Verdopplung der energetischen Sanierungsrate auf 2 % zur Erreichung eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestands bis

7 Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung (II). Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % bis 2020 und um 25 % bis 2050 (ggü. 2008). Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch auf 18 % bis 2020 und auf 60 % bis Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: mindestens 35 % bis 2020 und 80 % bis Bildquelle: BMWi 2011 Ausbauziel für die geothermische Stromerzeugung: 280 MWel installierte Kapazität bis Weitere Zielkorridore: Im Bereich der Wärmeerzeugung wird erwartet, dass 2020 insgesamt 8,2 Milliarden Kilowattstunden Wärme aus Anlagen der tiefen Geothermie erzeugt werden können. Nach 2020 wird mit einer Beschleunigung des Wachstums und einer installierten elektrischen Leistung von 850 Megawatt bis 2030 gerechnet. 7

8 Geothermie in Deutschland Status Quo und Ausbaupotentiale. 8

9 Geothermie im Überblick / Status in Deutschland. Oberflächennahe Geothermie: bis 400 m Tiefe Tiefe Geothermie: Tiefen ab 400 m Hydrothermale Systeme mit niedriger Enthalpie: Nutzung des im Untergrund vorhandenen Wassers zur Speisung von Nah- und Fernwärmenetzen. Hydrothermale Systeme mit hoher Enthalpie: Nutzung von Dampf- oder Zweiphasensystemen zur Stromerzeugung. Petrothermale Systeme: Überwiegend Nutzung der im Gestein gespeicherten Energie. Speicherung von Erdwärme: in hydro- oder petrothermalen Systemen Status in Deutschland Oberflächennahe Geothermie: 90 % der derzeit in Deutschland existierenden geothermischen Wärmekapazitäten sind oberflächennah - insgesamt ca. 2,5 GW (weltweit Rang 5) Tiefe Geothermie (vorrangig hydrothermale Systeme): 20 Projekte in Betrieb, 19 in Bau, 74 in Planung Installierte Wärmeleistung insgesamt: 186,85 MWth Installierte Stromleistung insgesamt: 7,31 Mwel 9

10 Temperaturkarten - hydrothermale Nutzung m NN m NN m NN Erhebliches hydrothermales Verstromungspotenzial von ca. 290 TWh/a in Deutschland vorhanden. Erschließung kann jedoch nur schrittweise über eine Vielzahl von dezentralen Anlagen (3-6MW el ) erfolgen. Quellen: Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik, 2012; TAB-Studie (JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. 2003) 10

11 Herausforderung der Energiewende im Strombereich - Systemintegration der erneuerbaren Energien. 11

12 Installierte Leistung [GW] Erwarteter Ausbau der erneuerbaren Energien für die Stromversorgung in Deutschland EU-Stromverbund 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 2,0 3,6 8,2 10,5 Photovoltaik 5,9 9,9 17,3 38,5 53,5 57,3 61,0 63,1 67,2 Wind Onshore 23,9 25,7 27,1 33,9 39,0 41,4 43,7 48,0 50,8 Wind Offshore 0,0 0,0 0,1 3,0 10,0 16,8 23,5 29,5 32,0 Erdwärme 0,0 0,0 0,0 0,1 0,3 0,7 1,0 1,9 3,0 Biomasse 5,2 5,7 6,3 8,1 9,0 9,5 10,0 10,4 10,4 Wasserkraft 4,4 4,4 4,4 4,5 4,7 4,8 4,9 5,1 5,2 Summe 39,3 45,7 55,3 88,1 116,8 132,3 147,8 166,1 179,0 Geothermie spielt bei der Stromerzeugung aus EE bis 2020 keine relevante Rolle. Ausbauprognose bis 2050 laut BMU-Leitszenario 2011: 3,0 GW. Quelle: DLR et al., EE-Langfristszenarien 2011, Szenario A 12

13 Geothermie als Baustein für eine grundlastfähige regenerative Stromversorgung Jahr Leistung in MW Stromerzeugung in TWh/a 0,4 1,7 4,1 6,5 12,6 19,2 Aufbau der Stromerzeugung aus Geothermie läuft in der Ausbauprognose der BMU Leitstudie 2011 relativ langsam an. Quelle: BMU, Nitsch et. Al,

14 Geothermisches Stromerzeugungspotenzial in Deutschland. Das technische Gesamtpotenzial zur geothermischen Stromerzeugung liegt bei ca. etwa TWh. 95 % dieses Potenzials entfallen auf kristalline Gesteine, 4 % auf Störungszonen und ca.1 % auf Heißwasser-Aquifere. Das zusätzliche Potenzial an thermischer Energie (Wärme bei KWK-Nutzung) beträgt etwa das 1,5fache des Strompotenzials ohne Wärmepumpeneinsatz, bzw. das 2,5fache mit Wärmepumpeneinsatz. Die größten geothermischen Vorkommen in Deutschland sind das Süd- und Mitteldeutsche Kristallingebiet, das etwa ein Drittel der Gesamtfläche Deutschlands ausmacht. Das größte geothermische Potenzial in Deutschland liegt demnach in den Gesteinen, die nach dem Hot-Dry-Rock (HDR) -Verfahren genutzt werden können. Mit dem französisch-deutschen HDR-Projekt Soultz-sous-Forêts müssen daher zukünftig weitere positive Erfahrungen in der geothermischen Stromerzeugung vorliegen, um die Technik auf weitere Standorte zu übertragen. Quelle: TAB-Studie, JUNG et al. 2002; PASCHEN et al.,

15 Herausforderung Systemoptimierung. Nachfrage Erzeugung Energiespeicher Energienetze Energieeffizienzpotenziale nutzen Energiedienstleistungen Einführung von Smart Metering Demand-Side- Management (DSM) Ausbau erneuerbarer Energien Ausbau und Flexibilisierung KWK Flexibilisierung effizienter, konventioneller Erzeugung Ausbau von Energiespeichern im System Evaluierung neuer Speichermöglichkeiten Ausbau der Stromnetze Entwicklung von energieeffizienten Transport- und Verteilsystemen Entwicklung intelligenter Netze (Smart Grids) Energieeffizienz entlang der gesamten Versorgungskette steigern Nutzung intelligenter Technologien und innovativer Strategien Weiterentwicklung der Märkte 15

16 Geothermie im Wärmesektor Entwicklungen und Ausbaupotentiale. 16

17 Wärme- und Primärenergiebedarf in Prozent bezogen auf 2008 [%] Ziele des Energiekonzeptes der dt. Bundesregierung für den Gebäudebereich. 1. Gebäudebestand soll 2050 nahezu klimaneutral sein. 2. Wärmebedarf des Gebäudebestandes soll bis 2020 um 20% und Primärenergiebedarf bis 2050 um 80% reduziert werden. 3. Gebäudesanierungsrate soll von 1% auf 2% verdoppelt werden. 4. Anteil erneuerbaren Energie am Wärmebedarf soll deutlich erhöht werden. 120 Energiekonzept der Bundesregierung Wärmebedarf Primärenergiebedarf

18 Entwicklung der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland seit Anteil EE am Gesamtwärmeverbrauch von TWh: 11 % (143,5 TWh). Anteil Geothermie/ Umweltwärme im Bereich der EE-Wärme: 4,4 % (ca. 6 TWh). Fossile Energieträger decken immer noch 89 % (1.164 TWh) des Wärmebedarfs ab. Quelle: BMU auf Basis AGEE-Stat,

19 Entwicklung der oberflächennahen Geothermie- und Umweltwärmenutzung* in Deutschland 1995 bis *inkl. Luft/Wasser-, Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen; Quelle: BMU nach AGEE-Stat und ZSW; Hintergrundbild: ZSW/ Ulrike Zimmer; Stand Juli 2012; vorläufige Angaben. 19

20 Absatzzahlen der Wärmeerzeuger in Deutschland in Wohn- und Nichtwohngebäuden. Seit 2006 deutlicher Anstieg der Wärmepumpen in Neubau und Bestand. Starker Rückgang Absatz Ölheizungen. Niedertemperaturtechnik (NT) wird kaum noch neu eingebaut, stattdessen Brennwerttechnik (BW). 20

21 Daten und Fakten zu Wärmepumpen in Deutschland. Derzeit ca. 0,5 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Einsatz. (ca. 3% der Wärmeerzeuger) Laut Bundesverband Wärmepumpe 2011 ca. 45 % der eingebauten Wärmepumpen erdgekoppelte Wärmepumpen, ca. 55 % Luft-Wasser Wärmepumpen. Wärmepumpen finden laut dena-energieausweisdatenbank vor allem in effizienten Gebäuden Anwendung. Nur in effizienten Gebäuden ist der Einsatz sinnvoll, weil nur dann eine gute Effizienz der Wärmepumpe (hohe Jahresarbeitszahl) erreicht wird. Luft-Wasser Wärmepumpen sind zwar kostengünstiger zu installieren, aber weniger effizient als erdgekoppelte Wärmepumpen! 21

22 Prozentuale Verteilung der vorwiegend verwendeten Heizenergien in fertiggestellten Wohngebäuden. Im Neubau ein hoher Anteil an Wärmepumpen (20-25 %). Im Bestand ist der Prozentanteil deutlich kleiner. Wärmepumpen werden vorwiegend in Ein- und Zweifamilien-häusern eingebaut. 22

23 Geothermie als Baustein zur Deckung des zukünftigen Wärmebedarfs. Ca. 90% des Energiebedarfs in Privathaushalten entfällt auf das Heizen. Nur drei erneuerbare Quellen stehen für die avisierte Verdreifachung des EE-Anteils an der Wärmebereitstellung bis 2050 zur Verfügung: Geothermie Solarthermie Biomasse Szenario Endenergieeinsatz für Raumwärme (einschließlich Stromeinsatz für Raumwärme) Quelle: BMU-Leitstudie 2011, Nitsch et. Al,

24 Wirtschaftliche Aspekte zur geothermischen Strom- / Wärmeerzeugung. 24

25 Wirtschaftliche Aspekte zur geothermischen Strom- / Wärmeerzeugung (I). Investitionskostenanteile bei einem Strom-Projekt (exemplarische Aufstellung). Grundstück 3% 0% Kraftwerk (inkl. Bauanlagen) 33% 4% 1% 1% 3% 2% 1% Bohrung 42% 8% 2% Planung / Entwicklung / Genehmigung 3D-Seismik Bohrrisikoversicherung Fündigkeitsversicherung Bohrplatz 1 und 2 Bohrung Kraftwerk (inkl. Bauanlagen) Thermalwasserpumpen Einnahmen: Im Zuge der EEG-Novelle 2012 wurde die Vergütung über die Laufzeit von 20 Jahren auf 25 Cent/kWh angehoben - die Degression der Vergütung verschoben. Trotzdem ist unter diesen Bedingungen nicht jedes geothermische Stromvorhaben rentabel. 25

26 Wirtschaftliche Aspekte zur geothermischen Strom-/ Wärmeerzeugung (II) Investitionskostenanteile bei einem KWK-Projekt (exemplarische Aufstellung). Netzinvestitionen 56% 1% Bohrung 25% 5% 5% 1% 1% 1% Grundstück Bohrung Sammelbohrplatz Bohrrisikoversich erung Thermalwasserpu mpen ORC-Kraftwerk 2% 3% Bau- /Außenanlagen Energiezentrale Einnahmen: Hier bestimmt die angeschlossene Wärmeleistung die abgesetzte Wärmemenge der Wärmetarif den Umsatz. Für die Nachverstromung gilt das EEG. Kosten: Deutlich verbesserte Startbedingungen haben nur KWK-Projekte, die bereits über ein zu erweiterndes Fernwärmenetz verfügen! (hohe Investitionsvolumina) 26

27 Fazit. 27

28 Notwendigkeit der verstärkten Investition in Forschung und Entwicklung. Tiefe Geothermie Minimierung des Fündigkeitsrisikos. Sicherung einer nachhaltigen Lagerstättenproduktivität Gewährleistung eines effizienten und nachhaltigen Anlagenbetriebs. Oberflächennahe Geothermie Umweltgerechte Niederbringung und Nutzung von Flachbohrungen. Systemoptimierung unter- & übertage. Aquiferspeicherung von Wärme/ Kälte Integration von Wärme- und Kältespeichern. 28

29 Geothermie (in KWK) als Baustein des zukünftigen Wärme- und Strombedarfs. Sowohl aus technischer, ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht wird bislang die Realisierung einer gekoppelten geothermischen Strom- und Wärmeproduktion als vorteilhaft erachtet. Damit ergeben sich aber die technischen Strom-Nachfragepotentiale für die Geothermie aus der geothermisch angebotenen und im Energiesystem nutzbaren Wärmemenge. Selbst bei einer Annahme, dass die gesamte in die bestehenden Fernwärmenetze eingespeiste Niedertemperaturwärme durch geothermische KWK-Anlagen bereitgestellt würde, also alle bestehenden Fernwärmeheiz(kraft)werke substituiert würden, ergäbe dies eine geothermische Stromproduktion (in KWK) von lediglich ca. 10 TWh/a. Damit wird der Ausbau des Wärmeverteilnetzes zu einer wesentlichen Voraussetzung für größere Beiträge der geothermischen Stromerzeugung in KWK. Unter Voraussetzung eines erheblichen Ausbaus der Wärmeverteilnetze würde sich allein durch geothermische KWK-Anlagen eine gekoppelte geothermische Stromproduktion von ca. 66 TWh/a ergeben. Quelle: TAB-Studie (JUNG et al. 2002; PASCHEN et al. 2003) 29

30 Fazit. Hydrothermale Systeme: momentan vorrangige Wärmeerzeugung oder wärmegeführte KWK-Projekte in Betrieb/im Bau und in Planung. Ausbau der Fern- und Nahwärmenetze: wird somit Vorrausetzung der (zukünftigen) hydrothermalen Stromerzeugung in KWK sein. Petrothermale Systeme: Lessons learned des HDR Projekts in Soutz wird wichtiger Gegenstand dieses Kongresses und weiterer Entwicklungen sein. Übertragung der HDR-Technik auf weitere Standorte, um größte geothermische Stromerzeugungspotentiale in Deutschland zu erreichen. Annahmen zu geothermischen Stromerträgen: Das BMU weist einen langfristig realisierbaren Stromertrag von 90 TWh/a aus. Dieser findet sich in der BMU-Leitstudie 2011 nicht wieder. Hier ist in 2050 von ca. 20 TWh/a als geothermischer Stromertrag die Rede. Wärmeerzeugung: Die Wärmeszenarien der BMU-Leitstudie 2011 hinterlegen gegenwärtige Prämissen. Oberflächennahe und Tiefe Geothermie sowie Solarthermie sollen tragende Rolle beim Ausbau der Wärmeversorgung in 2050 einnehmen. 30

31 Effizienz entscheidet. Vielen Dank. b2b.dena.de 31