Warum die Energiewende notwendig ist und wie sie gelingen kann

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1 Warum die Energiewende notwendig ist und wie sie gelingen kann Dr.-Ing. Peter Missal Geschäftsführer, e-rp GmbH Alzey K3V-Anwendertreffen am 11. Juni 2014, TV-Studio Mittelrhein, Urbar 1

2 Überblick Ausgangssituation Politische Rahmendaten in Deutschland Die vier Säulen der Energiewende Modellbetrachtung und Wirtschaftlichkeitsanalyse Schlussfolgerungen und Ausblick 2

3 Ausgangssituation 3

4 Weltbevölkerung 2012 ca. 7,1 Mrd. Menschen davon ca. 1,2 Mrd. Menschen in Industrieländern ca. 5,9 Mrd. Menschen in Entwicklungsländern 4

5 Weltenergieverbrauch 2012 Weltenergieverbrauch * 2012 = 17,8 Mrd. t SKE = 145 Bill. kwh * (Anm.: BP Statistical Review of World Energy, 2013) (12,5 Mrd. toe = 17,8 Mrd. tske = 522 EJ) 5

6 Wichtigste Länder nach Anteil am Weltenergieverbrauch im Jahr 2012 (79,6%) Quelle: BP Statistical Review of World Energy,

7 Statische Reichweiten in Jahren für fossile Energieträger Sicher verfügbare und wirtschaftlich gewinnbare Vorräte Nachgewiesene und vermutete Vorräte, derzeit noch nicht gewinnbar Erdöl Erdgas Steinkohle 43 (+ 67) Jahre 65 (+ 149) Jahre 207 (+ 1425) Jahre Erdgas Braunkohle 65 (+ 149) Jahre 198 (+ 1264) Jahre Quelle: fossile Energieträger Reichweite von Energieträgern,

8 Welt-Primärenergieverbrauch (2012) (SA, VAE, K, Q) (ohne D) (ohne C, I, J) Quelle: Stiftung Weltbevölkerung, Datenreport 2012, BP Review of World Energy

9 Welt-Primärenergieverbrauch (2012) Gesamtverbrauch 145 Bill. kwh Quelle: Stiftung Weltbevölkerung, Datenreport 2012, BP Review of World Energy

10 Welt-Primärenergieverbrauch (2012) Basis Nordamerika Gesamtverbrauch 595 Bill. kwh Quelle: Stiftung Weltbevölkerung, Datenreport 2012, BP Review of World Energy

11 Welt-Primärenergieverbrauch (2012) Gesamtverbrauch 308 Bill. kwh Basis Deutschland Quelle: Stiftung Weltbevölkerung, Datenreport 2012, BP Review of World Energy

12 Welt-Primärenergieverbrauch (2012) Gesamtverbrauch 168 Bill. kwh Basis China Quelle: Stiftung Weltbevölkerung, Datenreport 2012, BP Review of World Energy

13 Statische Reichweiten in Jahren für fossile Energieträger Sicher verfügbare und wirtschaftlich gewinnbare Vorräte Nachgewiesene und vermutete Vorräte, derzeit noch nicht gewinnbar Erdöl Erdgas Steinkohle << 43 (+ 67) Jahre << 65 (+ 149) Jahre << 207 (+ 1425) Jahre Erdgas Braunkohle 65 (+ 149) Jahre << 198 (+ 1264) Jahre Quelle: fossile Energieträger Reichweite von Energieträgern,

14 Zuwachs der Weltbevölkerung pro Jahr pro Tag pro Minute pro Sekunde Menschen Menschen 158 Menschen 2,6 Menschen (Anm.: Weltbevölkerung Mitte 2012: 7,058 Mrd. Menschen) Quelle: Stiftung Weltbevölkerung,

15 Weltbevölkerung 2100 ca Mrd. Menschen (Annahme: Die derzeitige durchschnittliche Geburtenrate von 2,5 Kinder pro Frau weltweit geht zukünftig auf 2,0 Kinder pro Frau bis zum Jahr 2100 zurück) 15

16 Energieverbrauch pro Kopf in kwh von 1972 bis 2011 Energieverbrauch pro Kopf in kwh Jahre Quelle: Weltbank, Weltentwicklungsindikatoren 16

17 Primärenergieeinsatz Billionen kwh Entwicklung der Weltenergieverbrauchs bis Quelle: WBGU

18 Primärenergieeinsatz Billionen kwh Entwicklung der Weltenergieverbrauchs bis Gesamtverbrauch Bill. kwh (vgl. 2012: 145 Bill. kwh) Quelle: WBGU

19 Statische Reichweiten in Jahren für fossile Energieträger Sicher verfügbare und wirtschaftlich gewinnbare Vorräte Nachgewiesene und vermutete Vorräte, derzeit noch nicht gewinnbar Erdöl Erdgas Steinkohle 14 (+ 67) Jahre 21 (+ 149) Jahre 56 (+ 1425) Jahre Erdgas Braunkohle 65 (+ 149) Jahre 76 (+ 1264) Jahre Quelle: fossile Energieträger Reichweite von Energieträgern,

20 Politische Rahmendaten in Deutschland 20

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26 Die Energiewende basiert auf vier Säulen ENERGIEWENDE Erzeugung Speicher Netze Effizienz 26

27 Die vier Säulen der Energiewende Die Stromversorgung heute und morgen 27

28 Heutige Stromversorgung mit fossilen Energieträgern Energiespeicher Stromerzeugung Stromnetze Stromverbrauch MW MW Zeit Zeit 28

29 Zukünftige Stromversorgung mit erneuerbaren Energien Stromerzeugung Energiespeicher Smart grids Smart home Smart power Stromverbrauch MW Speicherung MW Rückverstromung Zeit Zeit 29

30 Fluktuierender Windstrom 30

31 Fluktuierender Photovoltaikstrom 31

32 Fluktuierender Windstrom und Photovoltaikstrom Erkenntnisse Wahrscheinlichkeitsverteilung der Stromerzeugung verschiedene Muster der Wahrscheinlichkeitsverteilung für Windstrom und für Photovoltaikstrom Einflüsse von Umgebung, Höhe, Sonneneinfall auf den Energieertrag schwierige Vorhersage des Energieertrages Erzeugter Windstrom und Photovoltaikstrom ergänzen sich große zeitliche Schwankungen insbesondere bei der Windstromerzeugung 32

33 Die vier Säulen der Energiewende Möglichkeiten der Speicherung 33

34 Übersicht über Stromspeichertechnologien 34

35 Fluktuierender Windstrom Einspeisung Windstrom bis in den Jahren 2008, 2009, 2010 und

36 Fluktuierender Photovoltaikstrom bis in den Jahren 2009, 2010,

37 Konstanter Biogasstrom Lastganglinien vom bis in den Jahren 2011, 2012 und

38 Entladungszeit (h) Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Auswahl des notwendigen Energiespeichers 1 Tag Speicherkapazität 38

39 Stromspeicherung und Rückverstromung Ökologische Der Prozess Betrachtung ist CO 2 -neutral (CO 2 -Bilanz)! 39

40 Nutzung verschiedener Speichertechnologien Erkenntnisse Unterscheidung der Speichertypen in ihrer Kapazität Unterscheidung zwischen einer kurzzeitigen und einer langzeitigen Energiespeicherung Langzeitige Energiespeicherung mittels Power-to-Gas unter Nutzung der vorhandenen Infrastruktur (Pipelines, Gasspeicher, BHKW s, µ-kwk s, ) Bereitstellung von Kohlendioxid durch Biogas u.a. 40

41 Die vier Säulen der Energiewende Ausbau der Verteilnetze und Übertragungsnetze und intelligente Netznutzung und Netzsteuerung 41

42 Das Verteilnetz: heute Quelle: BDEW, ZVEI - Smart Grids in Deutschland, März

43 Das Verteilnetz: heute und morgen Quelle: BDEW, ZVEI - Smart Grids in Deutschland, März

44 Intelligente Netznutzung und Netzsteuerung Industrie Quelle: Smartgrids Austria, Downloads, Bilder 45

45 Intelligente Netze Aus- und Umbau der Netzinfrastruktur ist notwendig Neue Informations- und Kommunikationstechnologien im Netz sind notwendig Aufbau von Sensorik für eine intelligente Netznutzung und Netzsteuerung Rückgrat zukünftiger Smart-Grid-Systeme ist eine leitungsgebundene oder drahtlose Informations- und Kommunikationsstruktur Intelligente Verbindung von Stromnetz und zentralen sowie dezentralen Batterien und Power-to-Gas für ein effizientes Lastmanagement 46

46 Die vier Säulen der Energiewende Einsatz von energieeffizienten Anlagen 47

47 BHKW-Anlagen, Mikro-KWK-Anlagen, Brennstoffzellen BHKW Mikro-KWK Brennstoffzelle hoher Ausnutzungsgrad der eingesetzten Energie 48

48 Effizienz Erkenntnisse verstärkter Einsatz von energiesparenden Technologien und Maßnahmen Bündelung von Wärmepumpen, Mikro-/Mini-KWK-Anlagen und BHKWs zu virtuellen Kraftwerken für Ausgleichs-/Regelenergie Einbeziehung der virtuellen Kraftwerke in ein regionales, dezentrales Lastmanagement Intelligente Verbindung von Stromnetz, Gasnetz und zentralen sowie dezentralen Speichersystemen für ein effizientes Lastmanagement 49

49 Modellbetrachtung und Wirtschaftlichkeitsanalyse 50

50 Modellbetrachtung und Wirtschaftlichkeitsanalyse dezentrale Energieversorgung einer Stadt mit Windstrom Energieverbrauch der Stadt Erforderliche Windstromerzeugungskapazität Zusammenwirken von Erzeugung, Speicherung und Verbrauch des Windstroms Ermittlung der notwendigen Investitions- und Betriebskosten Wirtschaftlichkeits- und Sensitivitätsanalyse

51 Windparkprojekt Hungerberg Hungerberg Leistung: 13 Anlagen * 3,2 MW (derzeit sind 11 Anlagen gebaut) Anlagentyp: REpower 3.2 M 114 Ertrag: ca. 90 Mio. kwh/a 52

52 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Sensitivitätsanalyse bei veränderten Parametern Nutzungsdauer Investitionskosten Volllaststunden der WKA hoch 30 Jahre WKA /kw el Elektrolyse /kw el Methanisierung /kw niedrig 20 Jahre WKA /kw el Elektrolyse /kw el Methanisierung 600 /kw Bh Bh = Standardfall (inkl. Biogasanlage, Speicherung, BHKW-Anlagen, usw.) 53

53 Kapitalwert in Abhängigkeit von Kalkulationszinssatz und Stromerzeugungspreis (Standardfall) 54

54 Kapitalwert in Abhängigkeit von Kalkulationszinssatz und Stromerzeugungspreis (hohe Laufzeit, hohe Nutzungsdauer, niedrige Investitionskosten) 55

55 Ergebnisse derzeit keine wirtschaftliche dezentrale Energieversorgung der Stadt mit Windstrom erreichbar Reduzierung der Investitionskosten notwendig Erhöhung der Laufzeit der Windkraftanlagen notwendig Erhöhung der Nutzungsdauern der Anlagen Grundlastfähige Erzeugungsanlagen von Vorteil

56 Schlussfolgerungen und Ausblick 57

57 Notwendige Entwicklungsschritte 58

58 Demonstrationsprojekt Gruppe 59

59 Die Energiewende ist ein Generationenprojekt Die Energiewende ist eine komplexe Herausforderung; denn die vier zentralen Handlungsfelder Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Effizienz müssen ganzheitlich betrachtet werden, damit dieses Generationenprojekt gelingen kann Quelle: Thüga-Geschäftsbericht

60 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 61