Zentral und dezentral ergänzende Optionen im regenerativen Energiemix der Zukunft

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1 Zentral und dezentral ergänzende Optionen im regenerativen Energiemix der Zukunft Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick Vizepräsident SES Tagung 2010 Energiekrise als Chance Zürich,

2 Wuppertal Institut - Eckdaten Wuppertal Institut das Institut der anwendungsorientierten Nachhaltigkeitsforschung Präsident: Prof. Dr. Uwe Schneidewind Vizepräsident: Prof. Dr. Manfred Fischedick Kaufm. Geschäftsführung: Brigitte Mutert Gründung: 1991 unter der Leitung von Prof. Dr. Ernst Ulrich von Weizsäcker (-2000), gefolgt von Prof. Dr. Peter Hennicke (-2008) Rechtsform: GmbH (in 100% Landeseigentum) Personal: über 170 Beschäftigte, multidisziplinär Projekte: Projekte pro Jahr Budget ,2 Mio. Euro Landesförderung, 8,8 Mio. Euro von Drittmittelgebern (UN, EU, Ministerien, Wirtschaft, NGOs) 2

3 Übersicht Einführung Definitionsversuche zentral versus dezentral Herausforderungen für die Energieversorgung von morgen Klimaschutzoptionen in der Übersicht Erneuerbare Energien im Lichte von Zentralität und Dezentralität - Zentrale und dezentrale erneuerbare Energien - Erneuerbare Energien und zentrale konventionelle Optionen (Kompatibilität) - Erneuerbare Energien und dezentrale konventionelle Optionen (Kompatibilität) Was ist zu tun: Zukünftige Aufgaben (Systemintegration) und Chancen Ausblick 3

4 Definitionsversuche zentrale und dezentrale Energiebereitstellung Es gibt keine allgemeingültige Definition, nur Annäherungsversuche Unterschiedsmerkmale sind: Die Kleinteiligkeit der Anlagen Der Raum, in dem sich die Erzeugungsanlagen befinden Dezentral: die Erzeugung findet vor Ort statt (unabhängig von der Größe: BHKW, ind. HKW) Zentral: Erzeugungsanlage und Abnehmer liegen räumlich auseinander und sind mit großen Verteilungsanlagen untereinander verbunden Die effiziente Koppelproduktion von Strom und Wärme (in der Nähe von Versorgungsobjekten) Die Eigentümerverhältnisse Dezentral: Eigentümer mit geringer Marktmacht Zentral: Eigentümer mit signifikanter hervorgehobener Marktmacht 4

5 Herausforderungen für die Energieversorgung von Morgen Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen (Demographie, Klimawandel etc.) Zuverlässigkeit (bedarfsgerechte Versorgung) Geringe Systemverletzlichkeit Risikoarmut Industriepolitische Impulse (Technologietransfer, Exportchancen) Klimaschutz Demokratieverträglichkeit Versorgungssicherheit und Energieeffizienz Umwelt- und Klimaverträglichkeit Sozialverträglichkeit (ökonomisch tragfähig) Wirtschaftlichkeit (Wettbewerbsfähigkeit der Verbraucher) 5

6 Konkurrierende Ziele beachten Erwartungen an die Energieversorgung der Zukunft gehen über einzelne Probleme hinaus, sind komplex und nicht ganz widerspruchsfrei #Problemübergreifende, integrierte (ganzheitliche) Betrachtungsweise erforderlich statt Partialoptimierung 6

7 Was sind die Handlungsfelder? Strategien für Klimaschutz und Versorgungssicherheit Fortsetzung des fossilen expansiven Pfades Strukturelle Anpassung ad-hoc Anpassung Effizienz- verbesserung Reduktion der Ener- giedienstleistungen Kernenergie Fokus Energieverbrauchsreduktion CO2- Abtrennung Erneuerbare Energien Fokus Energieträgersubstitution

8 Dezentrale erneuerbare Energien: Durchschnittlicher Ertrag einer WEA produziert pro Jahr ca. 3,5 Mio. Das entspricht dem Verbrauch von: ca Personen-Haushalte Kilowattstunden sauberen Strom. Grafik:BWE 2005

9 Dezentrale erneuerbare Energien: Energiepotential der Landwirtschaft Dr. Gibfried Schenk, Geschäftsführer der FNL Kühe produzieren nicht nur Milch. Über Biogasanlagen können sie auch zu Lieferanten von erneuerbarer Energie werden. Es gibt in Deutschland rund 4 Millionen Kühe und ihr Energiepotential ist noch lange nicht ausgeschöpft." 1 Kuh = 80l/d 8,3 kwh/d Quelle:

10 Dezentrale Anwendungen 100%-Erneuerbare-Energie-Regionen - die Energiebewegung von unten

11 Zentrale regenerative Optionen für die Energieversorgung Solarthermische Kraftwerke

12 Spanien: Einweihung PS 10 im März 2007 Der Neustart der solarthermischen Kraftwerke beginnt PS20 im Bau PS10 Einweihung MW e, Sattdampfturbine, 250 C, 40 bar 0,5 h Druckwasserspeicher

13 USA: Nevada Solar One Der Neustart der solarthermischen Kraftwerke beginnt Nevada Solar One 65 MW Parabolrinne (kein Speicher) Soiegel Flagsol; Absorber Schott, Turbine Siemens Inbetriebnahme Juni 07

14 Zentrale regenerative Optionen für die Energieversorgung wozu können sie beitragen? Transkontinentaler Energieverbund Quelle: DESERTEC Foundation, 2010

15 Vorgeschlagene Mediterranean grid connections Notwendige Maßnahmen zur Umsetzung von DESERTEC Mediterranean grid connections Only Morocco and Spain are currently interconnected: 700 MW free capacity, South-North Next Interconnection planned: Tunisia-Sicily-Italy (planned construction start by 2011), but will not be operative before 2015/2017 Quelle: Arringhoff, 2010

16 Notwendige Maßnahmen von Desertec unterscheiden sich nicht signifikant von bereits umgesetzten Lösungen in China & Afrika Technical feasibility of long-distance power transmission HVDC transmission China HVDC transmission Congo Connecting EUMENA 1,400 km 1,700 km 1,700 km HVDC has only ~3% transmission losses per 1,000 km >90% of the world s population living less than 3,000 km away from deserts Quelle: Arringhoff, 2010

17 Zentrale Übertragungssysteme nicht nur eine Sache für DESERTEC Windparks für Europas Stromerzeugung Verbindung von regenerativen Energieprojekten in der Nordsee durch tausende Kilometer Hochspannungsnetz Grundlage für einen schnellen Ausbau der regenerativen Energie Sicherstellung einer verlässlichen Versorgung Problem: Ausbau der europäischen Energieinfrastruktur nötig SZ vom Beteiligte Nationen: Deutschland, Großbritannien, Frankreich, Belgien, Dänemark, Niederlande, Irland, Luxemburg, Norwegen Mögliche Kosten: 30 Mrd. Realisierung: innerhalb von 10 Jahren

18 Zukunft Strommarkt Deutschland (zentral und dezentral) Beispiel BMU Leitstudie 2009: Shift zu KWK (zentral und dezentral), wichtige Aufgabe für die Regelenergiebereitstellung Quelle: Leitstudie 2009 (Nitsch, Wenzel 2009)

19 Nationale Klimaschutzszenarien zeigen übergeordnete Bedeutung von Energieeffizienz und erneuerbare Energien Aktuelle Szenarien für die Bundesregierung bestätigen den Trend Quelle: pognos, ewi, gws

20 Ausbauplanungen Stromerzeugung aus regenerativen Energien Aktuelle Zielsetzung: 38,6% (NAP 2010) Stromerzeugung in TWh/a Wasser Fotovoltaik 88 Wind Onshore Geothermie Wind Offshore Europ. Verbund Biomasse, biog. Abfälle Ziel EEG: 30,7% EE Szenarien des Energiegipfels KV RE-Capacity 2020: Total: 67,7 GW Wasser: 5,1 Wind onshore: 28,0 Wind offshore: 11,5 Photovoltaik: 15,0 Biomasse: 3,4 Biogas: 3,7 Geothermal: 0,3 Import: 0,7 Regenerative Strom Quelle: Nitsch, DLR 2007 LEIT/ STR-2020; Herausforderung Umgang mit 50 GW variabler Erzeugung.

21 Ausbauplanungen regenerativer Stromerzeugung Anforderungen an Kraftwerke im zukünftigen Strommix die Herausforderungen nehmen zu (Aufgabe: Abdeckung residuale Last) Quelle: Sterner 2010

22 Ausbauplanungen regenerativer Stromerzeugung Anforderungen an Kraftwerke im zukünftigen Strommix die Herausforderungen nehmen zu (Aufgabe: Abdeckung residuale Last) Quelle: Sterner 2010

23 Ausbauplanungen regenerativer Stromerzeugung Anforderungen an Kraftwerke im zukünftigen Strommix die Herausforderungen nehmen zu Grundlastband: ca. 40 GW el Braunkohle und Kernenergie Fazit: die heute gewohnten Grund-, Mittel- und Spitzenlaststrukturen verschwinden dies ist ökonomisch problematisch vor allem für fixkostenintensive Anlagen die zunehmenden Fluktuationen erfordern eine erhöhte Leistungsdynamik fossiler Brückenkraftwerke Quelle: Sterner 2010, eigene Ergänzung

24 Ausbau erneuerbarer Energien ist kein Selbstgänger Technische Herausforderungen Ausgleich des schwankenden Energieangebotes erneuerbarer Energien

25 Technische Herausforderungen Ausgleich des schwankenden Energieangebotes erneuerbarer Energien Einbindung der Verbraucher in die intelligente Steuerung Zusätzliche Option: Lastmanagement Quelle: Das Regenerative Kombikraftwerk: 100% Erneuerbare Stromversorgung Vortrag EE07, , Berlin - plug in hybrids - electric driven heat pumps -...

26 Technische Herausforderungen Einbindung zentraler Strukturen als technische und gesellschaftliche Aufgabe Solar Wind Hydropower Geothermal EURO-MED possible further connections Technological potential North Africa Quelle: DLR TWh (ca. 100* current global electricity demand)

27 Integration dezentraler und zentraler Erzeugungssysteme in die Netze (super smart grid)

28 Netzherausforderungen ergeben sich nicht beim Strom Erdgas als Stromspeicher (Power to Gas) - EE-Methan als Brücke zwischen Strom- und Gasnetz

29 How to shape the transition process? System integration of renewable energies as illustrative example: future tasks and chances of a non self-dynamic process Technology challenge: further development of system integration technologies (e.g. storage and hybrid systems, prognosis methods, smart grid) Compatibility challenge: cooperation between conventional and new technology options Capital challenge: covering investment needs (early investment: pay now earn back money later) Infrastructure challenge: further development of appropriate infrastructure (e.g. smart und super smart grid) Resource challenge: avoid negative resource impacts (critical resources, toxic materials) Stakeholder challenge: persistence forces of established stakeholder Policy challenge: Integrated regional, national and international policy initiative (multi-level approach) Social challenge: Public perception and societal acceptance (incl. infrastructure measures and paradigm shift: renewable energies are no more only decentralized technologies)

30 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Prof. Dr.-Ing. Manfred Fischedick Vice President Wuppertal Institute for Climate, Environment, Energy PO Box , D Wuppertal Tel (-198 Fax),