DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

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Tobias Dittmar
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1 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Prof. Dr. Dr.-Ing.(habil) Institut für Technische Thermodynamik

2 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Das DLR ist das Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt und die Raumfahrtagentur Deutschlands.

3 Gesamtbudget ,36 Mrd 800 Alle Angaben in Mio. Euro Raumfahrt-Agentur Deutsche ESA-Beiträge BMBF Nationales Raumfahrtprogramm Forschung und Betrieb Institutionelle Förderung Drittmittel

4 Standorte und Mitarbeiter Mitarbeiter arbeiten in 28 Forschungsinstituten und Einrichtungen in 8 Standorten, 7 Außenstellen. Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington. Hamburg Neustrelitz Trauen Berlin- Charlottenburg Braunschweig Berlin-- Adlershof Göttingen Köln-Porz Bonn Sankt Augustin Darmstadt Lampoldshausen Stuttgart Oberpfaffenhofen Weilheim Almería (Spanien)

5 Prozentualer Anteil der Schwerpunkte an den Gesamterträgen Forschung und Betrieb % 7% Weltraum 44% Luftfahrt Verkehr Energie 40%

6 Energieforschung im DLR Die DLR-Energieforschung konzentriert sich auf Themen der effizienten und nachhaltigen Stromerzeugung mit energiewirtschaftlicher Relevanz. Systemanalyse und Technikbewertung, Effiziente und umweltverträgliche fossile Kraftwerke (Turbomaschinen, Brennkammern), Wärmemanagement (Wärmeübertragung und speicherung), Nieder- und Hochtemperatur-Brennstoffzellentechnik, Solarthermische Kraftwerkstechnik, Solare Stoffumwandlung.

7 mit einem zunehmenden Anteil an erneuerbaren Energien Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart

8 Weltweiter Primärenergieverbrauch von 1870 bis 2001 Primärenergie, EJ / Jahr konventionelle Biomassenutzung erneuerbare Energien Kernenergie Erdgas Erdöl Kohle

9 Vorräte an Primärenergieträgern Um bereits heute die täglich verbrannten fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle zu ersetzen benötigt die Natur 1500 Jahre

10 Die Konzentration der anthropogenen Treibhausgase in der Erdatmosphäre ist in den vergangenen 50 Jahren stark über die Werte der davor liegenden Jahre angestiegen CO 2 CH 4 N 2 O

11 Stand der Klimaforschung UN Klimarat IPCC, 2007: Beobachtungen und Messungen lassen keinen Zweifel, dass das Klima sich ändert. In den letzten 100 Jahren hat sich die Erde im Mittel um 0,74 C erwärmt. Die globale Erwärmung und der Meeresspiegelanstieg haben sich beschleunigt, ebenso das Abschmelzen der Gletscher und Eiskappen Diese Änderungen sind mit größter Wahrscheinlichkeit auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen

12 Energieverursachte CO 2 - Emissionen nach verschiedenen IPCC Szenarien CO 2 Emissionen, [Gt CO 2 / Jahr] Szenario: BaU "550" "450" 2000 Wert akkumulierte Masse an CO 2 (Gt C): CO 2 - Konzentration in 2100 (ppm): mittl.temperaturanstieg ( C): "450" "550" BaU"

13 Deutsches Energieszenario Projektion technischer und sozio-ökonomischer Entwicklungen Forecasting business-as-usual zukünftige Welt notwendige Handlungen und Investitionen langfristiges Zieljahr Backcasting normative Ziele

14 Politische Vorgaben für Deutschland A) Reduktion von CO 2 und anderen Treibhausgasen - 21 % bis , - 40% bis 2020, - 80 % bis 2050 B) Kraft-Wärme-Kopplung bis 2010 verdoppeln; C) Erneuerbare Energien verdoppeln bis 2010, Ziel für 2050: 50%; D) Energieproduktivität verdoppeln bis 2020 im Vergleich zu 1990 E) Alle vorhandenen Kraftwerke werden bis zum Ende der geplanten Laufzeit betrieben F) Keine neuen Kernkraftwerke G) Das EEG wird weitergeführt

15 Deutscher Gesamtenergieverbrauch (Strom, Wärme und Brennstoffe) Endenergie, PJ/a Anteil EE 3,8 % 6,6 % ,7% % % % % Erneuerbare Energien Erdgas Mineralöl Kohlen Kernenergie

16 Abschätzung des ökologischen Potenzials von erneuerbaren Energieträgern Windgeschwindigkeit m/s Strassen Naturschutzgebiete Landschaftsschutzgebiete Wälder Biotope z.b. Windenergie Landwirtschaftliche Nutzflächen Optische Beeinträchtigung Windgeschwindigkeit an den verbleibenden Flächen

17 Potenzial der Stromerzeugung mit Photovoltaik 1. Oktober 2005, 12:00-13:00 Bedarf: 345 GWh PV Potenzial: 164 GWh Source: DLR

18 Biomassepotenziale in Deutschland Holz forest wood Gesamtes Biomasse-Potenzial [TJ/km 2 ] Landwirtschaftliche agricultural Abfälle residues Energiepflanzen energy crops industrial Industrielle waste Holzabfälle wood Gartenabfälle residential Schwarzlauge waste wood black liquor Gras

19 Kostenentwicklung verschiedener erneuerbarer Energien Energiekosten (2000 = 100%) Photovoltaik 0,80-0,90 Wind On-Shore 0,94 Wind Off-Shore 0,90-0,94 Solarthermie 0,88-0,95 Geothermie 0,75-0,90 Solare Wärme 0,

20 Endenergie (Strom, Wärme, Brennstoff) aus erneuerbaren Energieträgern Endenergie erneuerbare Energien, PJ/a Durchschnittliche Steigerung des EE-Anteils : 1 %/a (Anteile in 2020/2050 : Strom - LEITSZENARIO 29/78%; Wärme /48%; - Kraftstoffe 17/42% ) Geothermie Solarstrahlung Biomasse, -gas biog. Abfälle Windkraft Wasserkraft EE-Anteil: % % % % Aktual/EE-END;

21 Szenario für die deutsche Stromerzeugung nach Energiequellen und Kraftwerksarten

22 Versorgungssicherheit und Netzstabilität: Szenario 2007, Jahr 2050 Power in GW KWK (fossil) PV, Wind Biomasse, Geothermie, Wasser Imp. Solar Geothermie, Wasserkraft Imp. Pumpspeicher Spitzenlastkraftwerke (fossil) Unterschied zwischen verfügbarem Strom aus 30 erneuerbaren Energien + KWK und Strombedarf 15 GW Jahresverlauf Stunde des in Stunden

23 Int. Stromnetz Solar (CSP) Solar (PV) Windenergie Wasserkraft Biomasse Geothermie Vision eines Euro-Mediterranen Stromnetzes auf HGÜ Basis zur synergetischen Nutzung der ergiebigsten regenerativen Energiequellen

24 Bild CSP

25 Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf der Welt, der EU-25 und von Deutschland Welt EU-25 D

26 KWK- und EE Anteile im zukünftigen Wärmemarkt in Deutschland Endenergieeinsatz [PJ/a] "Effizienz" gegenüber Referenz Strom Gas direkt Öl/Kohle direkt Erneuerbare Energien KWK *) einschl. Biomasse 12,3 14,7 17,8 21,5 24,0 25,5 % KWK-Wärme *) 2,3 4,9 10,0 17,5 26,5 35,5 % EE-Wärme oeko\waestru1.pre;

27 Jährlicher Energieverbrauch von Gebäuden kwh/m 2 Jahr

28 Wärmeerzeugung (Endenergie), PJ/a Beitrag erneuerbarer Energien zur zukünftigen Wärmeversorgung *) Anteil an gesamtem Wärmebedarf (ohne Stromanteil) 6,3 % *) 14 % 23 % 34 % 48 % Geothermie Nahwärme Geothermie Einzelanlage Kollektoren Nahwärme Kollektoren Einzelanlage Biomasse Nahwärme Biomasse Einzelanlage Nahwärme: 2005: 25% 2050: 64%

29 Leitszenario 2007 für den deutschen Kraftstoffverbrauch Treibstoffverbrauch in PJ/Jahr Wasserstoff Biodiesel Erdgas Kerosin Diesel Benzin Strom Erneuerbare 2005: 3% 2050: 42%

30 Entwicklung des Ölpreises 6/2008 Ölpreis (Jahresmittelwerte), $ 2005/bbl Mittelwert ($2005) Jan 08- Mai 08 Nominal Real (Geldwert 2005) Pfad A: Realistisch Pfad B: Mäßig Ölpreisvar. (Prognos 2005) Ölpreisvar. (Prognos 2006) Quellen: DIW 2004; BMWi 2008; Tecson 2008; eigene Berechnungen

31 Kumulierte Differenzkosten für die EE-Technologiesegmente +65 Kumlierte Differenzkosten, Mrd.EUR (2005) Kraftstoffe Wärme Strom

32 Umsatz deutscher Unternehmen, Mrd. EUR/a Mögliche Umsätze deutscher Unternehmen bei den Anlageninvestitionen optimist. verhalten nur Inland Quelle: Wirkung des Ausbaus erneuerbarer Energien auf den deutschen Arbeitsmarkt Untersuchung von ZSW, DLR, DIW, GWS im Auftrag des BMU, Juni Arbeit/Ums-NP; Arbeitsplatzentwicklung im deutschen erneuerbare Energien Sektor optimistisch verhalten von 7,5 Mrd. /a in 2004 auf Mrd. /a in Steigerung der Produktivität um 36% bis

33 Importabhängigkeit bei der Elektrizitätsversorgung Importanteil an der Gesamtstromversorung 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Leitszenario 2007 Einschließlich CSP- Stromimporten derzeitige Entwicklung Jahr

34 Zusammenfassung Es wird geschätzt, dass aufgrund des Klimawandels in Deutschland bis 2050 zusätzliche Kosten von etwa 800 Milliarden anfallen werden, wenn keine konkreten Gegenmaßnahmen getroffen werden. Die Klima- und Ressourcenschutzziele können nur durch eine koordinierte Kombination aus Effizienzerhöhung und verstärkter Einführung von erneuerbaren Energien erreicht werden. Aufgrund der gesetzlichen und finanziellen Rahmenbedingungen durch die Bundesregierung hat sich der darauf aufbauende Energiemarkt in den vergangenen 10 Jahre signifikant entwickelt. Deutschland hat die weltweit höchste installierte Leistung an Windkraftanlagen. Die Photovoltaik-Industrie zählt zu den am schnellsten wachsenden Industrien der Welt und hat Japan 2005 in Bezug auf die an das Netz angeschlossene Kapazität überholt. Deutsche Dienstleistungen und Produkte sind auf dem Weltmarkt stark nachgefragt.

35 Zusammenfassung Das Leitszenario 2007 beschreibt einen möglichen Weg, auf dem Deutschland bis zum Jahr 2050 eine 80% Reduzierung der CO 2 Emissionen und einen 50% Anteil an erneuerbaren Energieträgern erreichen kann. Dadurch wird die derzeit stark ansteigende Abhängigkeit von Energieimporten wesentlich verringert und eine hohe Versorgungssicherheit gewährleistet. Die zusätzlich auf die Bevölkerung zukommenden Kosten liegen bei etwa 50 pro Haushalt und Jahr. Der positive Cashflow ab etwa 2025, die positiven Effekte auf die Arbeitsplatzsituation und die verstärkte Unabhängigkeit von importierten Brennstoffen stellen eine win-win Situation dar.

36 Während dieses Vortrags wurden kwh Primärenergie verbraucht wurden t CO 2 in die Atmosphäre abgegeben wurden mehr als neue PKW und LKW produziert erhöhte sich die Weltbevölkerung um Menschen

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