Nachhaltiges Energiesystem. Einführung. DI Dr. Horst Steinmüller

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1 Nachhaltiges Energiesystem Einführung DI Dr. Horst Steinmüller

2 GLOBALE ENERGIEPOLITISCHE HERAUSFORDERUNGEN 2050* Verdoppelung der Energienachfrage Halbierung CO 2 -Emissionen (- 80% OECD) Zugang zu Strom für zusätzliche 1,5 Milliarden Menschen Globales Risikomanagement * World Energy Council 2

3 ENERGIEPOLITISCHE PRIORITÄTEN EUROPAS: VERSORGUNGSSICHERHEIT, NACHHALTIGKEIT & WETTBEWERBSFÄHIGKEIT Energieverbrauch nach Energieträger in der Europäischen Union Prognostizierte Entwicklung der EU- Importabhängigkeit bei fossilen Energieträger Erneuerbare 9 % Nuklear 14 % Kohle 17 % Gas 25 % Öl 35 % Europäischer Rat, 2011 Daten für das Jahr 2008, Europäische Kommission 2010 Europa importiert über 50% seiner benötigten Energie. Im Business as Usual Szenario steigt die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern bis 2030 weiter an. Sehr hohe Abhängigkeit von Öl- und Gasimporten Diversifizierung der Routen und Bezugsquellen ist für EU strategisch sehr wichtig 3

4 DIE ZIELE DER EU EU Ebene 20 % Gesamtanteil für Energie aus erneuerbaren Quellen bis 2020 in der EU 20 % Senkung der THG-Emissionen gegenüber dem Niveau von % Erhöhung der Energieeffizienz 10 % erneuerbare Energie im Verkehrssektor Nationale Ziele für Österreich 16 % Verringerung der Treibhausgasemissionen gegenüber % Gesamtanteil für Energie aus erneuerbaren Quellen bis 2020 Steigerung der Energieeffizienz-Verringerung des Energieverbrauchs um 7,16 Mio. t RÖE 4 4

5 Die Dritte Industrielle Revolution (DIR) Die 5 Säulen der Dritten Industriellen Revolution (Jeremy Rifkin) 1. Umstieg auf erneuerbare Energien 2. Umwandlung des Baubestands in Mikrokraftwerke, die erneuerbare Energien vor Ort erzeugen Foto: Stephan Röhl, Wikipedia 3. Einsatz von Wasserstoff- und anderen Energiespeichern in allen Gebäuden sowie an den Knotenpunkten der Infrastruktur zur Speicherung von unregelmäßiger Energie 4. Nutzung der Internettechnologie, um das Stromnetz auf jedem Kontinent in ein Energy-Sharing-Netz (Intergrid) zu verwandeln 5. Umstellung der Transportflotten auf Steckdosen- und Brennstoffzellenfahrzeuge, die Strom über ein intelligentes und interaktives kontinentales Stromnetz kaufen und verkaufen können 5 Buchtipp: Jeremy Rifkin: Die dritte industrielle Revolution. Die Zukunft der Wirtschaft nach dem Atomzeitalter, Campus Verlag, 2011

6 Die Sonne als Grundlage eines nachhaltigen Energiesystems Solarer Mix Geothermie Abbildung: Eigene Darstellung Wärme Photovoltaik therm. KW Biomasse Wasserkraft Wind aktiv passiv Speicher fl. Treib- Strom H 2 Speicher stoffe 6 Niedertemp. Hochtemp. Mobilität Licht Info Chemie Kraft

7 Die Vielfalt der Landschaft in Österreich Geographische Unterschiede 7

8 Diskrepanz in der Landwirtschaft in Europa Slowakei, Rumänien und Österreich 8

9 Anforderungen an eine moderne Infrastruktur 9

10 Rahmenbedingungen für ein nachhaltiges Energiesystem in Europa Geographische Vielfalt unterschiedliche Voraussetzungen hinsichtlich Technologien Wirtschaftliche und soziale Entwicklungsunterschiede Landwirtschaft Industrie Gesellschaft: Wohlstand und soziale Sicherheit Erfordernis der Modernisierung der Infrastruktur für Informations- und Kommunikationstechnologien Personen- und Gütertransport (Straße, Schiene, Wasser) Energietransport (Strom und Gas) Wie gehen wir mit den vorhandenen Ressourcen um? Woher nehmen wir die Energie für unser Gesellschaftsmodell? Wie entwickeln wir ein intelligentes Energiesystem? 10

11 Die Energy Roadmap 2050 der EU Mitteilung der EU-Kommission: Energiefahrplan 2050 (KOM (2011) 885 endg.) vom 15. Dezember 2011 Handlungsansätze, um bis 2050 das Energiesystem erfolgreich umzubauen und die Energiemärkte neu zu denken Energieeinsparungen und Steuerung der Energienachfrage Umstieg auf erneuerbare Energien Schlüsselrolle von Gas Wandel bei Kohle und Öl Foto: Europäische Kommission Bedeutung der Kernenergie Intelligente Technologien, Speicherung und alternative Brennstoffe flexibles Strommanagement Integration lokaler Ressourcen und zentralisierter Systeme 11

12 Die Energy Roadmap 2050 der EU Ziele der Energy Roadmap Ein sicheres, wettbewerbsfähiges und dekarbonisiertes Energiesystem bis zum Jahr 2050 Reduktion der CO 2 -Emissionen um 80-95% 12 Abbildung: Europäisches Parlament

13 Transformation des Energiesystems Index: 100 = Verbrauch Verbrauch 2012 Verbrauch 2050 Verluste Nieder-Temperatur Mobilität Hoch-Temperatur Beleuchtung, Elektronik, elektrische Motoren Nicht-Energetisch Quelle: Eigene Darstellung auf Basis von Köppl, A., Kettner, C., Kletzan-Slamanig, D., Schleicher, S., Schnitzer, H., Titz, M., Damm, A., Steininger, K., Wolkinger, B., Lang, R., Wallner, G., Artner, H., Karner, A. (2011) "EnergyTransition 2012/2020/2050 Strategies for the Transition to Low Energy and Low Emission Structures" Reduktionen in den Bereichen Nieder-Temperatur Mobilität Verluste Keine signifikanten Reduktionen des Energieverbrauchs in industriellen Prozessen notwendig, da der Anteil der Erneuerbaren heute bereits 34% ausmacht 2050 können Erneuerbare somit den Energieverbrauch leichter decken, es ist kein großer Ausbau notwendig 13

14 Energie 2050 Perspektiven nachhaltiger Energiesysteme (I) Rahmenbedingungen für ein nachhaltiges Energiesystem Die Qualitäten eines zukünftigen Energiesystems werden danach gemessen, inwieweit damit Konflikte in Wirtschaft, Politik und Gesellschaft gegenüber dem jetzigen Zustand reduziert werden können Bisher war das Energiesystem fokussiert auf die Frage Woher können wir mehr Energie bekommen?, meist versehen mit Anforderungen von sicheren Lieferanten und billigen Preisen In Zukunft wird für ein neues Verständnis von Energie eine völlig andere Fragestellung notwendig sein: Welche Energiedienstleistungen werden wir in Zukunft benötigen? 14

15 Energie 2050 Perspektiven nachhaltiger Energiesysteme (II) 3 Fundierungen eines zukunftsfähigen Energiesystems 1. Das Energiesystem ist in seiner kaskadischen Struktur zu verstehen, mit der zentralen Rolle von Energiedienstleistungen 2. Ein besseres Verständnis, wofür und in welcher Qualität Energieträger zur Erfüllung dieser Energiedienstleistungen erforderlich sind, ist nötig 3. Die Qualität des Energieträgers für die jeweilige Anwendung ist abzustimmen, wofür die Fokussierung auf Exergie die in Arbeit umwandelbare Energie eine Orientierung liefert Wohlstandsrelevant in einem Energiesystem sind nur dessen Dienstleistungen und nicht das Volumen der Energieflüsse 15

16 Energie 2050 Perspektiven nachhaltiger Energiesysteme (III) 3 Low-Strategien für die langfristige Transformation 1. Low Energy Übergang zu hochproduktiven Anwendungs- und Transformationstechnologien 2. Low Carbon Bedeckung des Restenergiebedarfs soweit wie möglich mit nicht-fossiler Primärenergie 3. Low Distance Forcierung von lokalen Strukturen, die sich aus der dezentralen Verfügbarkeit von erneuerbaren Energieträgern ergibt 16

17 Energieträgerübergreifenden Vernetzung und Integration durch Energieknoten (EK) zentrale elektrische Speicher: Pumpspeicher dezentrale elektrische Speicher: Blei-, Li-Ion-Akkus, ~ zentrale elektrische Erzeugung: Wasserkraft, Import, Übertragungsnetz Verteilungsnetz Elektrolyse Brennstoffzelle GT, GuD Wasserstoff EK 1 Methanisierung Reformierung zentrale Gasspeicher dezentrale Erdgasspeicher EK 2 EK 4 Abbildung: Prof. Wolfgang Gawlik, TU Wien (farblich bearbeitet) EK 3 elektrische Last: Haushalte, E-Mobilität, ~ dezentrale erneuerbare Erzeuger: PV, Wind, Biomasse, H 2 -Last: H 2 -Fahrzeuge Wasserstoffspeicher Mikro-GT Erdgas-Last: Haushalte, Gas- Fahrzeuge, dezentrale erneuerbare Erzeuger: Biogasanlagen, Wärme 17 Strom dezentrale, thermische Speicher: Boiler, Thermische Last: Haushalte, dezentrale erneuerbare Erzeuger: Biomasse-HKW, Erdgas

18 ZUSAMMENFASSUNG Die Stabilisierung des Weltklimas ist nur im internationalen Gleichklang möglich. Eine Vorreiterrolle der EU kann kurzfristig die Wettbewerbsfähigkeit verschlechtern, wird aber langfristig die Technologieführerschaft sichern. 18 Energieeffizienz wird hierbei die Schlüsselrolle spielen. 18

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Energieinstitut an der Johannes Kepler Universität Linz DI Dr. Horst Steinmüller Altenberger Straße Linz Tel: Fax: steinmueller@energieinstitut-linz.at 19

20 Das Energiesystem als Smart Grid Dezentrale + regenerative Energieerzeugung erfordert Flexibilität der Netze und Energiespeicher (Smart Grids) Ein intelligentes Energiesystem besteht aus energieträgerübergreifenden Hybridnetzen Diese beinhalten Energieknoten unterschiedlicher Ordnungen: Energieknoten 1. Ordnung Aus einem Energieträger wird Energie gewonnen, z.b. aus Methan (CH 4 ) wird Strom und Wärme Energieknoten 2. Ordnung Ein Verbundnetz umfasst die zentrale Erzeugung und Speicherung von Energie Energieknoten 3. Ordnung Die dezentrale Energieerzeugung und -speicherung wird ins Energienetz integriert Energieknoten 4. Ordnung Das Smart Grid berücksichtigt die Anforderungen der zentralen und dezentralen Energieerzeugung und -speicherung 20