Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft

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1 Grundlagen und aktuelle Fragen der Energiewirtschaft Vorlesung im Wintersemester 2007/2008 Universität Trier Dipl.-Ing. Kurt Rommel 1

2 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Der Uranmarkt 2

3 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Gesamtpotenzial Uran weltweit 2005 Quelle: BGR 3

4 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Kernbrennstoff-Kreislauf Quelle: IK Kernenergie 4

5 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Standorte von Kernkraftwerken in Europa 2006 Quelle: IK Kernenergie 5

6 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Standorte von Kernkraftwerken in Deutschland 2006 Quelle: IK Kernenergie 6

7 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Stilllegungen von kerntechnischen Anlagen in Deutschland bis 2006 Quelle: IK Kernenergie 7

8 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Anteil der Kernenergie an der Stromerzeugung in Europa ,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Quelle: Eurelectric, VDEW 8 Rumänien Belgien Dänemark Deutschland Estland Finnland Frankreich Griechenland Großbritannien Irland Italien Lettland Litauen Luxemburg Malta Niederlande Österreich Polen Portugal Schweden Slowakei Slowenien Spanien Tschechien Ungarn Zypern Bulgarien Norwegen Kernenergieanteil Schweiz

9 1.8 Grundlagen - Uranmarkt Anteil der Kernenergie an der Stromerzeugung weltweit 2005 Quelle: IK Kernenergie 9

10 Erneuerbare Energien 10

11 Wir erinnern uns Fußgänger (72 kg, 6 km/h): Pkw (1,3 t, 100 km/h): Bergsteiger (85 kg, Höhenmeter): tägl. Sonneneinstrahlung auf 1 m 2 in Deutschland: Verbrennung von 1 kg Steinkohle: Verbrennung von 1 Liter Erdöl: tägl. Verbrauch eines Menschen (Industrieland): Energieinhalt eines Gewitters: jährl. Verbrauch aller Menschen auf der Welt: Energie aller weltweiten Gewitter eines Tages: Tägl. Sonneneinstrahlung auf die Erde: 100 J 0,4 MJ 0,8 MJ 11 MJ 30 MJ 43 MJ 0,5 GJ 0,2 EJ 400 EJ 7,2 * 10 3 EJ 15 * 10 3 EJ Quelle: Energiehandbuch,

12 . das heißt: Die Sonne liefert uns täglich das 38-fache dessen, was die gesamte Menschheit am Tag an Energie verbraucht. Sie liefert aber leider zu oft an der falschen Stelle, zum falschen Zeitpunkt und manchmal zu viel, manchmal zu wenig, um die gesamte eingestrahlte Energie für uns sinnvoll und wirtschaftlich nutzen zu können. Die Herausforderung besteht vor allem darin, die eingestrahlte Energiemenge nutz- und speicherbar zu machen. 12

13 Erscheinungsformen erneuerbarer Energien Sonnenenergie (mittel- und unmittelbar) gerichtete Sonneneinstrahlung diffuse Sonneneinstrahlung Windenergie Wasserkraft (kinetisch, potenziell) Gezeitenenergie Geothermische Energie Biomassenenergie 13

14 Das handicap der erneuerbaren Energien wenig Ertrag bei hohem Kapitaleinsatz! Jahr Kernenergie Braunkohle Laufwasser Steinkohle Wind (Offshore) Wind (Binnenland) Sonne (Deutschland) Quelle: RWE Power 14

15 EU-Ziele für den Ausbau erneuerbarer Energien Neues Ziel: 20 % bis 2020 (am Primärenergiebedarf) Quelle: EU 15

16 EE-Bruttostromerzeugung 2003 und Ausbauziele bis 2010 in EU 25 Frankreich Spanien Schweden Deutschland Italien Österreich Finnland Portugal Großbritannien Dänemark Griechenland Niederlande Slowakei Polen Slowenien Tschech. Lettland Belgien Irland Litauen Luxemburg Ungarn Estland Zypern Malta Quelle: Eurostat, ,6 6,3 4,8 6,6 8,8 1,8 4,8 3,9 2,2 0,5 1,0 0,5 0,3 0,1 10,1 2,5 31,6 14,2 24,2 33,0 33,0 33,0 53,9 Anteil Wasser in 2003 Anteil Sonstiges 2003 Anteil Wind 2003 erforderlicher Zubau bis 2010 Bruttostromerzeugung 2003 in EU 25 = TWh davon aus Regenerativen Energien = 407 TWh (13 %) davon: Wasser = 325 TWh (80 %) Biomasse / Sonstiges = 38 TWh ( 9 %) Wind = 44 TWh (11 %) erforderlicher Zubau bis 2010 = 280 TWh ( 9 %) TWh/a 16

17 Fördersysteme für Erneuerbare in der EU 25 Land Investitions- Steueranreize Einspeise- Zertifikats- Ausschreibung zuschüsse vergütungen systeme Frankreich X X United Kingdom X X X Italien X X X Spanien X X Deutschland X X Schweden X X X Portugal X X X Österreich X X X Griechenland X X Niederlande X X X Finnland X X Dänemark X X X Belgien X X X X Irland X X Luxemburg X X X Estland X X Lettland X Litauen X Malta Polen X Slowakei Slowenien X Tschech. Republik X Ungarn X X Zypern X X Quelle: Kommissionsbericht

18 Deutschland: Koalitionsvertrag - Erneuerbare Energien (1) Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung bis 2010 auf 12,5 % und bis 2020 auf mind. 20% steigern Anteil am Gesamtenergieverbrauch bis 2010 auf 4,2% und bis 2020 auf 10% steigern und dann Ziele fortentwickeln EEG fortführen, aber wirtschaftliche Effizienz der Vergütungen bis 2007 überprüfen Vergütungsmodalitäten an die Entwicklungsschritte anpassen und ggf. neue Schwerpunkte setzen: Konzentration auf Repowering und Offshore-Erzeugung; Rahmenbedingungen (zum Beispiel Ausbau der Stromnetze) verbessern Biomasseanteil steigern 18

19 Deutschland: Koalitionsvertrag - Erneuerbare Energien (2) Marktpotenziale für erneuerbare Energien besser erschließen: Fortführung des Marktanreizprogramms für Wärmenutzung aus Erneuerbaren Energien Schaffung weiterer Instrumenten (z.b. regeneratives Wärmenutzungsgesetz) EEG-Belastung der Industrie auf 0,05 ct/kwh begrenzen Berechnungsmethode des EEG transparent gestalten, damit Endverbraucher nur mit tatsächlichen Kosten belastet werden Internationale Aktivitäten zum Ausbau der erneuerbaren Energien fortführen und eine internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) initiieren Exportinitiative für erneuerbare Energien intensivieren 19

20 Entwicklung der Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien in Deutschland Quelle: BMU,

21 Energieträgeranteil an der Stromerzeugung in Deutschland 2004 Gesamte Brutto-Stromerzeugung 607 TWh Stromerzeugung aus Erneuerbaren 55,8 TWh Kernenergie 27,5 % Braunkohle 26,1 % Steinkohle 22,8 % Erdgas 10,2 % Sonstige 4,2 % Erneuerbare Energien 9,2 % Wind 44,8 % Wasser 37,6 % Biomasse 16,8 % incl. biogener Anteil des Abfalls Geothermie < 0,01 % Sonne 0,8 % Die erneuerbaren Energien decken rund 9 % des deutschen Stromverbrauches. Quelle: Stat. Bundesamt 21

22 Ausbauziele der Bundesregierung bis 2010 / 2020 Quelle: BMU,

23 Ausbaustatus bis [Mrd. kwh/a] ,8 73,1 63,4 38,5 30,7 27,2 23,5 21,5 21,6 21,7 18,5 13,4 1,3 2, ,1 0,1 Wasser Wind PV Biomasse Geothermie Summe Quelle: BEE,

24 Entwicklung der Wasserkraft in Deutschland Quelle: BMU,

25 Stromerzeugung aus Wasserkraft in Deutschland 2004 Erzeugung in 2004 Installierte Leistung Ausbaupotenzial spez. Investkosten Erzeugungskosten Vergütung nach EEG 21,0 TWh * MW ca. 600 MW /kw 2 ** 10 ct/kwh 6,65 9,67 ct/kwh 3,5 % am Gesamtstromverbrauch 25 % in Anlagen < 5 MW Insgesamt bis zu 4,0 % am Gesamtstromverbrauch Anlagen 1 MW Anlagen < 5 MW * ** bei Pumpspeicherkraftwerken nur Stromerzeugung aus natürlichem Zufluss in abgeschriebenen Anlagen Quelle: Fichtner (2005), BMU, RWE Power 25

26 Entwicklung der Windkraft in Deutschland Quelle: BMU,

27 Stromerzeugung aus Windkraft in Deutschland 2004 Erzeugung in 2004 Installierte Leistung Ausbaupotenzial spez. Investkosten Erzeugungskosten Vergütung nach EEG 25,0 TWh MW onshore 14 GW onshore, 25 GW offshore ca /kw offshore 6 10 ct/kwh 5,5 9,1 ct/kwh 4,2 % am Gesamtstromverbrauch Insgesamt bis zu 20 % am Gesamtstromverbrauch ca /kw onshore Quelle: Fichtner (2005), BMU, RWE Power 27

28 Windkraft in Europa 2004 MW el Quelle: BMU 28 Deutschland Österreich Italien Frankreich Griechenland Spanien Portugal Großbritannien Irland Niederlande Belgien Luxemburg Schweden Dänemark Finnland

29 Die wichtigsten Märkte für Windenergie in Europa 2005 Quelle: BWE 29

30 Entwicklung der Windkraftanlagen in den letzten 20 Jahren Volllaststunden: Quelle:BWE 30

31 Rahmenbedingungen für den weiteren Ausbau der Windenergienutzung Onshore: - gute Standorte größtenteils besetzt - weiterer Ausbau stößt auf Akzeptanzprobleme - EEG-Förderung von windschwachen Standorten wenig sinnvoll - Kapazität der Transportnetze an vielen Standorten nicht ausreichend Offshore: - Genehmigungsverfahren für Windpark und Kabeltrassen sehr aufwendig - 5 MW Anlagenklasse noch nicht in Serie gefertigt - Gründung in bis zu 40 m Wassertiefe ist aufwendig - massiver Ausbau des Netzes erforderlich - Finanzierbarkeit schwierig wegen fehlender Erfahrungen 31

32 Nr 2. Erneuerbare Energien Offshore-Wind in der Nordsee Projekt Quelle: BWE Projektträger Megawatt 9 genehmigt 9 H2-20 Geo 400 (4.000) Jules Verne Ventotec Nord 1 TGB Nord Forseti Deutsche Bucht Austergrund Bard Offshore 1 Hochsee Windpark HE dreiht Globaltech 1 Hochsee Windpark Nordsee Ventotec Nord 2 Nördlicher Grund Dan Tysk Uthland Weiße Bank 2010 Meerwind Godewind Nordergründe Offshore North Sea Windpower Riffgat Plambeck Arcadis (Dt. Bank, GHF, Vestas) Ep4 Offshore Prokon Nord Rennert Offshore Rennert Offshore Bard Engeneering EOS Offshore Nordsee Windpower EOS Offshore Arcadis (Dt. Bank, GHF, Vestas) GEO, ABB, GREP Geo Geo OSB Butendiek Windland Plambeck Energiekontor Enova Enova (600) (2.550) (400) 400 (400) 400 (1.600) (1.440) 536 (2.286) 150 (600) 360 (2.195) 400 (1.500) (819) 320 (896) 125 (270) 203 (1.255) 400 (1.600) Borkum West Prokon Nord 60 (1040) Megawatt 7.Borkum Riffgrund West Plambeck 231 (746) Megawatt 1. Sandbank24 Sandbank24&Projekt GmbH 420 (4720) Megawatt Borkum Riffgrund Energiekontor 280 (1800) Megawatt Wilhelmshaven Butendiek OSB Offshore Bürger WP 240 Megawatt 3.Amrumbank Winkra 400 (1250) Megawatt 3 4 geplant Esbjerg (DK) 4.Amrumbank West Rennert Offshore, EON 400 Megawatt Wilhelmshaven Winkra, Enercon 4.5 Megawatt Husum Cuxhaven Bremerhaven 32

33 Offshore-Wind in der Ostsee genehmigt geplant Nr Projekt Projektträger Megawatt 1 Sky 2000 GEO, EON 10 (100) 2 Wismar Arcadis (Dt. Bank, GHF, Vestas) Breitling Baltic 1 Offshore Ostsee Wind AG Offshore Ostsee Wind AG 2, Arcona Becken Südost Ventotec Ost 2 Adlergrund Pommersche Bucht AWE (EON, Brockmüller Energy consulting) Arcadis (Dt. Bank, GHF, Vestas) OWP Winkra 400 (1.005) 150 (600) 280 (720) 350 (1.000) Kiel Lübeck Rostock Baltsee Plambeck 75 (415) 10 Kriegers Flak Offshore Ostsee Wind AG 140 (231) Quelle: BWE 33

34 Zubau der Windenergie in Deutschland Quelle: Windenergie-Studie

35 Offshore-Wind in Europa 2006 Quelle: BEW 35

36 Zubau der Windenergie weltweit Quelle: Windenergie-Studie

37 Windenergie Technische Kriterien Lastganglinie eines Windparks P P inst 100 % Nennleistung Windpark: 50 MW 0 Januar Februar November Dezember eingeschränkt prognostizierbar, stochastische Abweichungen nicht steuerbar hohe Lastgradienten Ausgleich der Leistungsbilanz Erzeugung - Verbrauch durch konventionelle Kraftwerke: Dauerreserve (ca. 94% der installierten Leistung) Kurzzeitreserve Quelle: Dany, IEA, RWTH Aachen, Dena-Studie

38 Netzverstärkungen im Höchstspannungsnetz bis 2007 Quelle: DENA-Studie

39 Netzverstärkungen im Höchstspannungsnetz 2007 bis 2010 Quelle: DENA-Studie

40 Netzverstärkungen im Höchstspannungsnetz 2010 bis 2015 Quelle: DENA-Studie

41 Entwicklung der Sonnenenergienutzung in Deutschland Quelle: BMU,

42 Stromerzeugung aus Sonnenenergie in Deutschland 2004 Erzeugung in 2004 Installierte Leistung Ausbaupotenzial spez. Investkosten Erzeugungskosten Vergütung nach EEG 0,5 TWh 708 MW p MW p * /kw ct/kwh 45,7 62,4 ct/kwh < 0,1 % am Gesamtstromverbrauch Insgesamt bis zu 19 % * am Gesamtstromverbrauch * Bei Einsatz nur an geeigneten Dach, Fassaden und Siedlungsflächen Quelle: Fichtner (2005), BMU, RWE Power 42

43 Entwicklung der Bioenergienutzung in Deutschland Quelle: BMU,

44 Stromerzeugung aus Biomasse in Deutschland 2004 Erzeugung in 2004 Installierte Leistung Ausbaupotenzial spez. Investkosten Erzeugungskosten Vergütung nach EEG 9,4 TWh * MW ** ca MW /kw 8 18 ct/kwh 8,4 17,5 ct/kwh 1,6 % am Gesamtstromverbrauch Langfristig (nach 2020) bis zu 10 % am Gesamtstromverbrauch möglich * Biogene Festbrennstoffe, biogene flüssige Brennstoffe, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogene Anteile des Abfalls (in netzgekoppelten Anlagen inkl. Kraft-Wärme-Kopplung) ** Leistung ohne biogenen Anteil des Abfalls Quelle: Fichtner (2005), BMU, RWE Power 44

45 Biomasse-Potenzial in Deutschland Gesamtpotenzial: ca. 620 PJ/a Energiepflanzen 22% Holzgutartige Reststoffe 21% Waldholz 14% Sonstige Reststoffe 7% Exkremente 20% Halmgutartige Reststoffe 16% Quelle: Prof. Kaltschmitt, ie Leipzig,

46 Biomasse-Potenzial in EU 15 Waldholz 16% Gesamtpotenzial: ca PJ/a Energiepflanzen 13% Holzgutartige Reststoffe 37% Sonstige Reststoffe 6% Exkremente 16% Halmgutartige Reststoffe 12% Quelle: Prof. Kaltschmitt, ie Leipzig,

47 Stromerzeugung aus Geothermie in Deutschland 2004 Erzeugung in 2004 Installierte Leistung Ausbaupotenzial spez. Investkosten Erzeugungskosten Vergütung nach EEG < 0,01 TWh 0,21 MW max. 50 MW bis /kw ct/kwh 7,16 15 ct/kwh Das mögliche Ausbaupotenzial der Geothermie zur Stromerzeugung liegt nach heutiger Einschätzung bei % am Gesamtstromverbrauch. Quelle: BMU, RWE Power 47

48 Geothermische Nutzung weltweit Installierte Leistung weltweit ca MW el Übliche Basis sind Heißwasser-Aquifere / Dampflagerstätten Hohe Anlagenverfügbarkeit (90%) Typische Anlagengröße MW el (> MW) Lebensdauer Jahre Ein- und zweifach Kreislaufsysteme Mit und ohne Rückführung des Wassers Quelle: GtV (Geothermische Vereinigung),

49 Temperaturverteilung im Oberrheingraben in 2500 m Tiefe Realisiertes Projekt in Landau: Inbetriebnahme 2007 Quelle: RWE Dea 49

50 EEG-Einspeisung 40 37,1 Erzeugung (TWh) ,3 28,5 24,9 17,8 Einspeisung EEG Einspeisung StrEG , Quelle: BMU,

51 EEG-Vergütungsvolumen 2004 GWh Anteil Energie Vergütung in Mill. Euro 6 Wasserkraft 4.616,1 12,0 % 337,67 7 Deponiegas, Grubengas, Klärgas 2.588,6 6,7 % 182,17 8 Biomasse 5.241,0 13,6 % 508,46 9 Geothermie 0,2 0,0 % 0,03 10 Windkraft ,8 66,3 % 2.300,48 11 Solare Strahlungsenergie 556,5 1,4 % 282,65 Gesamt: ,2 100,0 % 3.611,46 Quelle: VDN 51

52 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 52

53 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 53

54 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 54

55 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 55

56 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 56

57 EEG-Vergütung Novelle 2008 (Entwurf) Quelle: BMU 57

58 Stromerzeugungskosten erneuerbarer Energien in Deutschland [ct/kwh] Wasser Wind Fotovoltaik Biomasse Geothermie Quelle: RWE Power, BMU 2004,Paschen et. al. TAB-Studie

59 Erneuerbare Energien als Weg zur CO 2 -Einsparung? Spezifische CO 2 -Vermeidungskosten in /t CO 2 1) Kernenergie Braunkohle 2) Erdgas 2) Steinkohle Wasser Wind Fotovoltaik 2) 1) Angaben für die deutsche Stromerzeugung; Preisstand 2004; bezogen auf alte Braunkohleblöcke (Brennstoffpreisrisiko bei Importenergien berücksichtigt; Beihilfen bei Erneuerbaren unberücksichtigt) 2) Neuanlagen Quelle: RWE Power 59

60 Flächenbedarf und Investitionen im Vergleich MW Braunkohleblock erzeugt pro Jahr 7,5 TWh Strom. Fläche in km 2 Investitionen in Mrd. Wind 274 Sonne 250 Sonne 64 Braunkohle 10,0 Braunkohle 1,2 Wind 3,8 Quelle: RWE AG 60