Die CO 2 - freie Stromerzeugung absehbare Zukunft oder Utopie?

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1 ECG Jahresveranstaltung 24. Januar 2007, Zürich Die CO 2 - freie Stromerzeugung absehbare Zukunft oder Utopie? Eberhard Jochem Centre for Energy Policy and Economics (CEPE), ETH Zürich and Fraunhofer Institute Systems and Innovation Research (ISI) Dankhinweis: die Forschung unterstützte der ETH Rat, das BFE, Axpo und das BMBF

2 Überblick Die Herausforderungen der weltweiten Energieanwendung Der Elektrizitätsbedarf in den kommenden zwei bis fünf Jahrzehnten Die Flexibilisierung des Strombedarfs aller Abnehmer? Elektrizitätserzeugung in Zukunft - dezentrale Stromerzeugung: Wieviel? Warum überhaupt? - Renaissance der Kohle und CO 2 -Rückhaltung und -speicherung Schlussfolgerungen oder auch offene Fragen und Anregungen

3 Die Atmosphäre hauchdünn und 3-fach überlastet 10 km Um den Temperaturanstieg auf 2 C in diesem Jahrhundert zu begrenzen, - bräuchten die Industrieländer 2,2 Atmosphären - und die heutigen Entwicklungsländer bald auch

4 Soziale Kosten extremer Ereignisse des Klimawandels : - Hitzewellen, Trockenheiten - intensive Regenfälle und Stürme Vorträge/REN-Vorarlsberg.ppt Folie 4 Indien, Sommer 2002 Deutschland, Sommer 2002

5 Anpassungs- und verbleibende Schadenskosten des Klimawandels Anpassungskosten, z.b. : (Stern: 2-5 % des BIP) - bis 2035: mehr Klimatisierungsanlagen: 4,5 % mehr Strombedarf - sommerliche Hitze: geringere Wirkungsgrade der thermischen Kraftwerke; Trockenkühltürme erforderlich - Verstärkung der Stromtransport- und -verteilungsnetze nötig (Orkan) - Beschneiungsanlagen der Pisten: CHF/km und Jahr - verstärkter Muren-, Lawinen- und Hochwasserschutz Verbleibende Schadenskosten: (Stern: >5 % des BIP) - O,5 bis 1 Mrd. CHF bei einem grossen Hochwasser Folie 5 - ein halber Tag kein Bahntransport in der Schweiz nach einem Orkan, - Ausbleiben der Wintertouristen in tiefer gelegenen ehem. Schneegebieten

6 Die Herausforderungen im Bereich Energie und Gesellschaft Gefahr der Preisexplosionen für fossile Brennstoffe - verursacht durch Produktionsmaximum des Erdöls um 2015 bis politisch instabile Regionen im Nahen Osten mit 2/3 der Ressourcen - Re-Nationalisierung von fossilen Rohstoffquellen (Iran, Russland, Venezuela) Fun- und Geizgesellschaft, Globalisierung der Produktion - schneller, sofortiger Individualkonsum (Kredite, Leasing) - Cash flow - Nachweis im Quartalsrhythmus - globalisierende Unternehmen: Unterlaufen nationalstaatlicher - 4 bis 5 Jahre der Zyklen politischer Wahlen ressourcensparender Regeln Folie 6

7 Der Elektrizitätsbedarf in den kommenden 3-5 Jahrzehnten europäische Industrienationen heute : bis kwh/ a. cap Projektionen und Perspektiven: - BFE mit steigender Tendenz Schweiz 2035: - im Referenz-Szenario I: kwh/a.cap stetig steigend (70 TWh) (30% des Endenergiebedarfs) - im Effizienz-Szenario IV: über Maximum (in 2015) auf kwh/a.cap rückläufig (32 % des Endenergiebedarfs) - AXPO mit stetig steigender Tendenz Schweiz 2050: - Szenario Hoch: kwh/a.cap, Szenario Tief: kwh/a.cap Strombedarf einer 2000 Watt-Gesellschaft: bis kwh/a.cap um 2070 bis 2080 (auf 40 bis 45 % des Endenergiebedarfs) Fazit einer Effizienzstrategie: bei stagnierender Bevölkerung Maximum des Strombedarfs denkbar

8 Flexibilisierung des Strombedarfs Verschieben von Strombedarfsspitzen des Tagesmittels: - heute - Abschalten von Last industrieller Grossverbraucher - Anfahren von Pumpspeicher-Wassserkraftwerken - (im Ausland von Gasturbinen u. thermischen Gaskraftwerken) - morgen - bei viertelstündigen Strompreisangaben und billiger Kommunikation, Chips und Leistungselektronik, - zeitweises Abschalten von Gefriertruhen und Wärmepumpen, - zeitweise Rücknahme der Leistung bei Pumpen, Ventilatoren in Industrie, Dienstleistungen und privaten Haushalten Fazit: Die Flexibilisierung des Strombedarfs: mehr Stromerzeugung mittels intermittierender erneuerbarer Energien möglich

9 Elektrizitätserzeugung in Zukunft - dezentrale Stromerzeugung: Wieviel? Warum überhaupt?

10 Elektrizitätserzeugung in Zukunft - dezentrale Stromerzeugung: Wieviel? Warum überhaupt? Nach dem Sturm Kyrill am in Magdeburg Nach Eissturm im Februar 2006 im RWE-Gebiet: 500 Mio. Sanierungskosten

11 Trends und Gründe der dezentralen Stromerzeugung Absolut sichere Stromversorgung für die EDV, die Kälte, die Klimatisierung, die Beleuchtung, die Aufzüge - nicht mehr unbedingt gewährleistet (z.b. Liberalisierung, extreme Ereignisse des Klimas, Terrorismus) Verminderung exergetischer Verluste bei der NT-Wärmeerzeugung durch BHKWs, Mikro- und Mini-Gasturbinen, Brennstoffzellen Verminderung der CO 2 -Emissionen (Industrieländer -80 % bis 2050): erneuerbare Energien (auch durch Internalisierung externer Kosten) Autarke Stromversorgung in privaten Haushalten als Mode/Prestige Fazit: Effizienz-Szenarien, Flexibilisierung der Stromnachfrage und dezentrale Erzeugungstendenzen begrenzen Kernenergiekapazitäten

12 Renaissance der Steinkohle Struktur des Primärenergieverbrauchs weltweit Coal 24.9%?? EJ?? EJ Oil 45.0% Combustibl e Renewebale s & Waste Other 11.1% 0.1% Hydro 1.8% Nuclear 0.9% Gas 16.2% Coal 23.5% Oil 34.9% 105 EJ 155 EJ Other 0.5% Combustible Combustible Renewebale Renewebale s & Waste s & Waste 11.0% Hydro 2.3% Coal 12.2% Renewables 21.2% 8.5% Nuclear 194 EJ 6.8% Nuclear 4.6% 225 EJ Gas 21.1% Oil 26.3% Gas 27.2% IEA:?? EJ 415 EJ 900 EJ?? Bill t CO 2 24 Bill t CO Bill t CO 2 - Verdopplung des Primärenergiebedarfs bis 2030 (Referenz-Sz) % Kohlebedarf, insbesondere USA, China, Indien Folie 12 - CO 2 -Emissionen von heute 26 Mrd. t/a auf 47 Mrd. t/a?? Fazit: Wenn Kohle, dann mit CO 2 -Rückhaltung und Speicherung (Carbon Capture and Storage, CCS)

13 Renaissance der Steinkohle z.b. China Mtoe China (IEA) China (DoE)

14 Technologiekonzepte zur CO 2 -Abscheidung - Rauchgasreinigung heutige Praxis: Stromerzeugung mit fossilen Brennstoffen ohne CO 2 -Abscheidung Luft 900 kg CO 2 für 1 MWh Brennstoff Kraftwerksprozess Rauchgas, 4-14% CO 2 Platzhalter für Dateinamen heute möglich: 60 kg CO 2 für 1 MWh Stromerzeugung mit Post-Combustion-Capture Luft Brennstoff Kraftwerksprozess Rauchgas, 4-14% CO 2 CO 2 - Abtrennung H 2 O, N 2 Folie 14 CO 2

15 Technologiekonzepte zur CO 2 -Abscheidung Kohlevergasung oder Sauerstoff-Verfahren ab 2020: Stromerzeugung mit Pre-Combustion Capture ca. 50 kg CO 2 für 1 MWh Brennstoff Reforming Prozess CO 2, H 2, H 2 O Luft CO 2 - Abtrennung H 2 Kraftwerksprozess H 2 O, N 2 CO 2 Platzhalter für Dateinamen ab 2020: ca. 45 kg CO 2 für 1 MWh Stromerzeugung mit Oxy-Fuel Einsatz und CO 2 -Abscheidung Luft O 2 Brennstoff Luftzerlegung Kraftwerksprozess H 2 O, CO 2 CO 2 - Abtrennung CO 2 H 2 O Folie 15

16 Stand der Technik und Umsetzung von CCS erste CCS Projekte - in Betrieb: - Norwegen: Erdgas-Reinigung und Verpressen in einen Aquifer unter dem Meeresboden (Sleipner-Feld) - Algerien: Reinigung von Erdölbegleitgas und Verpressen in einen Aquifer (BP) - in Planung in Europa: - Norwegen: Erdgas-GuD-Kraftwerk mit Rauchgaswäsche und Verpressen in Aquifer unter Meeresboden - Deutschland: Braunkohle 30 MW-Pilot-Kraftwerk mit Rauchgaswäsche Kohle 350 MW-Pilot-Kraftwerk mit Precombustions EU-Kommission diskutiert, CO 2 -freie Kraftwerke nach verpflichtend zu machen Zusätzliche Kosten der CCS-Technologie: ca. 6 Rp/kWh

17 Schlussfolgerungen - für die Schweiz Anregungen Strombedarfszuwachs in Industrieländern verlangsamt sich relativ zu BIP; nach könnte Strombedarf pro Kopf durch ein Maximum bei Effizienz-Entwicklungen gehen; Stromnachfrage kleiner Verbraucher wird flexibel sein können, fluktuierende Erzeugung wird mehr kompensierbar; dezentrale Stromerzeugung wird zunehmen, es hängt von vielen Faktoren ab (Technik, CO 2, Kosten, Stromausfällen, Moden); Risiko hoher Anteile der Kernkrafterzeugung nach 2030 nimmt zu, insbesondere in der Schweiz wegen hoher Wasserkraftwerksanteile; die Umsätze der Stromwirtschaft könnten erhöht werden durch neue Geschäftsfelder mit den Augen ihrer Kunden: - weniger Energiekosten durch mehr Energieeffizienz, bessere Netzauslastung und CO 2 -freie Stromerzeugung

18 Schlussfolgerungen - für das Umfeld: offene Fragen eine differenziertere Stromerzeugungsstruktur als heute ist gewiss Strategien der europäischen Stromversorger und die europäische Arbeitsteilung bei der Stromerzeugung bekommen mehr Einfluss CO 2 -Rauchgaswäsche relativ wenig Chancen (Turbinen-Reinvestition) die offene Flanke der CCS-Technologien: dichte Aquifere für Jahrtausende? der komparative Vorteil der Schweiz: die Wasserkraft, Turbinen und Effizienztechniken, produktbegleitende Dienstleistungen, kaum die Kernenergie im Primärenergiemix, auch wenn Wirkungsgrad in Zukunft über 40%

19 Danke für's Zuhören und für Hinweise in der Diskussion Telefon:

20 Doppelt schneller Anstieg der erdnahen Temperaturen in der Schweiz relativ zur nördlichen Halbkugel