Plädoyer für die Nüchternheit: Die Energiewende in Deutschland aus Sicht der Forschung

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1 Plädoyer für die Nüchternheit: Die Energiewende in Deutschland aus Sicht der Forschung Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., München 1

2 Agenda 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 2

3 Energiebilanz in Deutschland 2011 Quellen: BMWi-Energiedaten IfE / TU München Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. 3

4 Das Energiekonzept 2010 der Bundesregierung 4 Quelle: Prof. Dr.-Ing. H.-J. Wagner, Lehrstuhl Energiesysteme und Energiewirtschaft, Institut für Energietechnik der Ruhr-Universität Bochum, 2011

5 Stromverbrauch in Deutschland in TWh Zielvorgaben Energiekonzept 2010 Stromverbrauch in Deutschland Erneuerbare Energien Klimaziele im Energiekonzept % 35 % Nicht-Erneuerbare Energien 50 % 65 % % *Annahme: lineare Verringerung des Stromverbrauches Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Berlin: Bundesrepublik Deutschland, 2010

6 Anteil Erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland in % Anteil Erneuerbare Energien (am Endenergieverbrauch) Klimaziele im Energiekonzept % % % % Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Berlin: Bundesrepublik Deutschland, 2010

7 CO 2 -Emissionen in Deutschland in Mio t pro Jahr CO 2 -Emissionen Klimaziele im Energiekonzept 2010 Referenzjahr 1990: Mio t CO % % % % Historischer Verlauf : Erneuerbare Energien in Zahlen - Nationale und internationale Entwicklung. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Zukünftiger Verlauf: Energiekonzept - Neun Punkte für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. Berlin: Bundesrepublik Deutschland, 2010

8 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 8

9 Erneuerbare Energien in Deutschland Bestand und Ausbaupotenzial Geothermie Strom Wärme *) Ist-Zustand (2010) 1) 7,5 MW el 27,7 GWh el 5,6 TWh th Langfristiges Wasserkraft 300 Potenzial 1) 15 GW el 90 TWh el Ist-Zustand (2010) TWh th Biomasse 1) (Energieerzeugung 4,4 GW gesamt) 21,0 TWh 1) BMU: Erneuerbare Energien in Zahlen, 2011 Prognose 2020 *) einschließlich oberflächennaher Ist-Zustand Geothermie 2) 5,5 GW 126,4 25,8 TWh 1) BMU: Erneuerbare (2011) Energie 1) 36,8 TWh in Zahlen, 2011 el TWh th el: elektrisch th: thermisch KS: Kraftstoff Br: Brennstoff Windkraft: 2010 nur Onshore 2030 Onshore + Offshore 2) FfE: KW21(ohne Pumpspeicher-KW) 34,2 TWh KS Prognose Photovoltaik 172, ) 56,9 TWh el 105,0 TWh TWh KS th Ist-Zustand (2010) 1) 15,3 GW 14,4 TWh Potenzial 2) 340,0 TWh Prognose ) Br 63 GW 57 TWh 1) BMU: Erneuerbare Energien in Windkraft Zahlen, 2011, 2) FfE, Energiezukunft Deutschland Lotsenprojekt, Potenzial 3) 3) DLR Leitstudie 2011, Szenario 200 A, FfE, GW interne 188 TWh Daten Ist-Zustand (2010) 1) 28,4 GW 39,8 TWh 1) FfE EEG-Datenbank, Stand Dez Prognose ) 65 GW 180 TWh 2) BMU Leitstudie 2010, Leitszenario A 3) FfE Regionenmodell 1) FfE EEG-Datenbank, Stand Dez ) BMU Leitstudie 2010, Leitszenario A 9

10 Ein Baustein zur Energiewende im Wärmesektor: Potenziale der Solarthermie in Ein-Wohneinheiten-Häusern Ausgangssituation: 20 % des Endenergiebedarfs für Warmwasser & Raumwärme in Haushalten davon 65 % in EWEH: PJ Ziele des Energiekonzepts: - Reduktion des Wärmebedarfs um 20 % bis Reduktion des PE-Bedarfs um 80 % bis 2050 Prozesswärme: 6,6 % Prozesskälte: 4,8 % Inf./Kom.: 4,1 % Beleuchtung: 2,1 % Mech. Energie: 0,6 % Konsequenz: Erhebliche Anstrengungen zur Reduktion des fossil gedeckten Wärmebedarfs sind erforderlich Quelle: Energiedaten Nationale und Internationale Entwicklung, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), 2013 Zahlen für das Jahr 2011 Lösung: Solarthermie als ein Baustein der Energiewende Potenziale im Bereich EWEH für Kombi-Anlagen mit 10 bis 20 m² Kollektoren: technisches Potenzial: 203 bis 280 PJ/a (17,8 bis 24,5 %); 14,6 bis 20,1 Mio. t CO 2 praktisches Potenzial: 124 bis 171 PJ/a (10,9 bis 15,0 %); 8,9 bis 12,3 Mio. t CO 2 10 Ergebnisse des laufenden Promotions-Vorhabens von Roger Corradini, 2013 EWEH = Ein-Wohneinheiten-Häuser = Einfamilienhäuser, Doppelhaushälften und Reihenhäuser

11 Ungleiche Solar-Förderung Vergleich zwischen Solarthermie und PV 11 Für die Berechnung wurden berücksichtigt: Quelle: Pressemeldung auf der FfE-Internetseite Alle direkten und indirekten Förderungen (volkswirtschaftliche Betrachtung) Gewichtung mit dem jeweiligen Primärenergiefaktor (1,1 ggü. 2,6)

12 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 12

13 Beispiel GuD-Kraftwerke Leistung GuD 2 x 400 MW Wirkungsgrad ~ % CO 2 -Emissionen Investitionskosten * Bauzeit Lebensdauer 350 kgco 2 /MWh 800 /kw Netto 2 Jahre 25 Jahre GuD Irsching 4 E.ON Regelbarkeit 10 % pro Minute Volllaststunden Stunden * Inklusive Bauherreneigenleistung und allen Nebenkosten GuD Lingen RWE 13 Quellen: RWE, E.ON

14 Lastgang 2010 gemäß Leitszenario 14 PV = 16 GW, Wind 1) = 28 GW; 0 Stunden negative Restlast; 5900 Volllaststunden zur Restlastdeckung; 0 GWh Überschussstrom 1) Onshore--Anlagen

15 Lastgang 2030 gemäß Leitszenario 15 PV = 63 GW, Wind 1) = 65 GW; 821 Stunden negative Restlast; 3400 Volllaststunden zur Restlastdeckung; ca GWh Überschussstrom 1) Onshore- und Offshore-Anlagen

16 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 16

17 17 Eigenverbrauch mit und ohne Batterie

18 W W Simulation eines PV-Hybridsystems Restlast PV Überschuss Batterie Laden Generator Batterie Entladen Generator Lastdeckung Batterie Laden PV PV EV PV Last Generator Okt Mo 26. Okt Di 27. Okt Mi 28. Okt Do 29. Okt Fr 30. Okt Sa 31. Okt So Leistungsgang Batterie SOC 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 18 Quelle: FFE Staudacher, Thomas; Eller, Sebastian: Stromversorgung im Einfamilienhaus: Ist Autarkie wirtschaftlich? in: et - Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 62. Jg. (2012), Heft 12. Essen: etv Energieverlag GmbH, 2012

19 Simulation eines PV-Hybridsystems 36% 39% 25% Aufteilung der PV-Erzeugung über ein Jahr Direktverbrauch Batteriedurchsatz Nicht genutzt Anteil an Lastdeckung über ein Jahr 14% 10% 32% PV direkt PV und Batterie Dieselaggregat direkt 44% Dieselaggregat und Batterie 19

20 Simulation eines PV-Hybridsystems 20 Quelle: FFE Staudacher, Thomas; Eller, Sebastian: Stromversorgung im Einfamilienhaus: Ist Autarkie wirtschaftlich? in: et - Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 62. Jg. (2012), Heft 12. Essen: etv Energieverlag GmbH, 2012

21 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 21

22 Ganzheitliche Netzplanung Rahmenbedingungen Gezielter EE-Ausbau zur Netzentlastung Beispiel Windkraft Konzentration der Windenergieanlagen zur Zeit im Norden Deutschlands Installierte Leistung: 30,7 GW Prognose 2020: GW Netzausbau erforderlich, um Energie in die Verbrauchszentren im Süden zu leiten Idee: Verbrauchernaher Ausbau von Windenergieanlagen zur Unterstützung der Netzstabilität in Deutschland 22 Quelle: Windenergie Report Deutschland 2011

23 Ganzheitliche Netzplanung Rahmenbedingungen Gezielter EE-Ausbau zur Netzentlastung Beispiel Windkraft Volllaststunden Windenergie Ø Deutschland: 1600 h/a Ø Bayern & Baden-Württemberg: 1000 h/a Abschätzung Zukünftig Aufbau aller WEA in Süddeutschland (15 GW) Minderertrag: Q min = 15 GW 600 h a = 9000 GWh Q min EEX base = 9000 GWh 42,6 MWh = 383 Mio. a EEG Zahlungen 2011: 16,4 Mrd. /a Kosten Netzausbau (dena VNS): 1,5-2,3 Mrd. /a 23

24 Ganzheitliche Netzplanung Technologien und Maßnahmen Regelbare Netzkomponenten Regelbare Ortsnetztransformatoren Reihentransformatoren Blindleistungskompensation Längsregler Technoökonomische Untersuchung regelbarer Netzkomponenten: Welchen Beitrag zur Netzentlastung können diese Technologien leisten? In welchen Typnetzen können diese Technologien zielführend eingesetzt werden? 24

25 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 25

26 Beispiel: Spannungsregelung mit Elektrofahrzeugen Beispiel: Spannungsregelung durch Elektrofahrzeuge und Ortsnetzstationen mit automatischen Stufenstellern Grafiken z.t. G. Kerber (TUM) Regulierung der Ladeleistung zur Beeinflussung des Spannungsabfalles Bereitstellung von Blindleistung erhöht Spannung Automatische Stufensteller erhöhen Spannungsniveau 26

27 Lastgang mit Elektrofahrzeug Lastgang eines Vierpersonenhaushalts mit einem Elektrofahrzeug 27

28 Energiewirtschaftliche Betrachtung Bei ungeregelter Ladung von Elektrofahrzeugen ergeben sich Ladespitzen, die mit der EEX-Spitze korrelieren. Bei einer großen Anzahl an Fahrzeugen ergibt sich die Notwendigkeit, das Laden gezielt zu steuern, mit zusätzlichen Möglichkeiten der Vermarktung. 28

29 Energieflussdiagramm HEV Stadt Motorwirkungsgrad liegt durchschnittlich bei ca. 27 % Ca. 50% der Bewegungsenergie wird rekuperiert Rekuperation entspricht ca. 10 % 29

30 Energieflussdiagramm Stadt HEV PHEV 41,2 48,1 1,7 51,9 7,8 45,9 8 40,1 1,7 38,6 11,7 2,8 42,7 16,6 15,2 3,3 41,3 15, ,6 30

31 Gesamtenergiebedarf in % Nutz- und Verlustenergie von Fahrzeugtypen Typische Verteilungen für Stadtfahrten: 100% 80% 60% Verlustenergie Nutzenergie 40% 20% 0% Verbrenner HEV PHEV BEV 31

32 32 Kalendarische Alterung von Lithium-Ionen Zellen

33 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 33

34 Energieverbrauchsentwicklung Lernende Energieeffizienz-Netzwerke Die FfE ist inzwischen im sechsten LEEN- Netzwerk aktiv, mit dem Ziel, wirtschaftliche Effizienzpotenziale aufzuzeigen und bei der Umsetzung zu unterstützen. Das Lernendes Energieeffizienznetzwerk München-Oberbayern ist auf dem Weg, das geplante Ziel zu übertreffen. 102 % 100 % 98 % 96 % 94 % 92 % 90 % Zielsetzung Zielerreichung voraussichtl. Zielerreichung Ø Industrie 2,2 % 1,0 % 0,8 % pro Jahr 7,0 % 8,2 % Zielpfad -> bei konstanter Produktion Effizienzziel 7% % Jahr

35 35 Teilnehmer aus vier aktiven Lernenden Energieeffizienz- Netzwerken

36 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 36

37 Jan 2000 Jan 2001 Jan 2002 Jan 2003 Jan 2004 Jan 2005 Jan 2006 Jan 2007 Jan 2008 Jan 2009 Jan 2010 Jan 2011 Jan 2012 PV-Anlagen Ausbau der Erneuerbaren Energien: Markt Rettenbach Photovoltaik Installierte Leistung 10 MW 9 MW 8 MW 7 MW 6 MW 5 MW 4 MW 3 MW 2 MW 1 MW 0 MW 37

38 Stromverbrauch nach Sektoren: Markt Rettenbach Stromverbrauch nach Sektoren Deutschland GHD 141 TWh Industrie 227 TWh Haushalte 145 TWh 38

39 Stromverbrauch nach Energieträgern: Markt Rettenbach Zusammensetzung Strom-Mix Deutschland konv. Kraftwerke 492 TWh Biomasse 32 TWh Photovoltaik 12 TWh Wind Onshore 43 TWh Wasser 20 TWh konv. Kraftwerke Wasser Wind Onshore Wind Offshore Photovoltaik Biomasse Geothermie 39

40 Wärmebedarfsdichte in Nürnberg 40 Quelle: Geometrie: Raumbezugssystem, Stand: 2011, Amt für Stadtforschung und Statistik für Nürnberg und Fürth

41 Wärmeverbrauch im Distrikt 272 in Nürnberg 41 Quelle: Geometrie: Raumbezugssystem, Stand: 2011, Amt für Stadtforschung und Statistik für Nürnberg und Fürth

42 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 42

43 Entwicklungen der Energiewende Quellen: Welt online, FAZ online,

44 Prognosen der EEG-Umlage 2013: 5,28 ct Nach Leitszenario 2008 und tatsächliche Entwicklung bis Quelle: Prognosewerte nach BMU Wenzel, Bernd Dr.; Nitsch, Joachim Dr.: Ausbau Erneuerbarer Energien im Strombereich bis zum Jahr 2030 EEG- Vergütungen, -Differenzkosten und -Umlage sowie ausgewählte Nutzeneffekte. Berlin: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Dezember 2008

45 Belastungen 2013 EEG-Umlage: 5,28 ct/kwh Offshore-Haftungsumlage: ca. 0,25 ct/kwh KWK-Aufschlag: 0,13 ct/kwh 19 StromNEV-Umlage*: 0,33 ct/kwh Netzentgelte: ca. 5-7 ct/kwh Stromsteuer: 2,05 ct/kwh Konzessionsabgabe: bis zu 2,39 ct/kwh Mehrwertsteuer: 19 % 45 Quellen: EEG/KWK-G (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber), FfE-Daten *) Umlage zum Ausgleich der Netzentgeltbefreiung bestimmter Letztverbraucher

46 Strompreis für HH in ct/kwh Steigende Strompreise für Haushalte Mittelwert Haushaltsstrompreis über alle Tarife, inkl. Grundgebühr ,9 20,1 21,4 22,8 23,4 25,5?? Mehrwertsteuer Stromsteuer EEG-Umlage 15 KWK-Aufschlag 10 Konzessionsabgabe Netzentgelt Elektrizitätsbeschaffung und Vertrieb (inkl. Marge) 46 Quellen: Bundesnetzagentur Monitoringbericht 2011, EEG/KWK-G (Informationsplattform der deutschen Übertragungsnetzbetreiber), FfE-Berechnungen

47 Steigende EEG-Gesamtvergütung bei sinkendem Letztverbrauch Entwicklung des Letztverbrauchs und der Gesamtvergütung 47 Quelle: BMU Zeitreihen zur Entwicklung der Erneuerbaren Energien in Deutschland, Stand: Juli 2012

48 Umweltfreundliche und nachhaltige Region Nein Danke? Bürgergruppe lehnt Biogasanlage ab - Geplanter Baukomplex beträfe den Ortsteil Künstlerdorf Holzhausen aus: AMMERSEEKURIER Nein zu Photovoltaik am Ortseingang - Keine Solarzellen in der Ex-Kiesgrube Gemeinderat Utting gegen neuen Bebauungsplan aus: AMMERSEEKURIER Luftkurort Utting - Nach einer Mitteilung des Deutschen Wetterdienstes könne das Prädikat aus bioklimatischer Sicht zwar bestätigt werden, die lufthygienischen Bedingungen in Utting würden die für Kurorte gültigen Werte zurzeit aber nur zum Teil erfüllen von: Münchner Merkur 48

49 49 Umweltfreundliche und nachhaltige Region Nein Danke?

50 Umweltfreundliche und nachhaltige Region Nein Danke? Quelle: Artikel im Wochenblatt zum PSW Bad Reichenhall ( ) Quelle: Badische Zeitung zur Bürgerinitiative Atdorf Quelle: randowkurier 50 Quelle: Welt online,

51 1. Die Energiewende Ziele und Umsetzung Potenziale erneuerbarer Energien Situation heute und in Zukunft 2. Forschung Dezentrale Stromerzeugung Netze Elektromobilität Lernende Energieeffizienz-Netzwerke (LEEN) Kommunale Energienutzungspläne 3. Nüchternheit 4. Fazit 51

52 52 Fazit Die Energiewende wird oftmals auf Erneuerbare Energien zur Strombedarfsdeckung beschränkt. Der Strombedarf mach aber nur ¼ des Endenergieverbrauchs aus. Der Preis ist eine voraussichtlich weiter steigende EEG-Umlage und steigende Stromkosten. CO 2 -Einsparungen sind in vielen Bereichen günstiger möglich, z.b. im Wärmebereich (z.b. Gebäudesanierung) in einer stärker kostenorientierten Förderung, z.b. Solarthermie in der Energieeffizienzsteigerung in der Industrie, sie ist ein wesentlicher Baustein des Energiewandels, leider soll diese durch die CO 2 -Zertifikate finanziert werden, deren Wert fiel jedoch auf Grund der wirtschaftlich schlechten Entwicklung auf nur noch 3 Euro Zentrale Herausforderungen sind der Netzausbau und der Bau von Speichern. Bei weiter steigenden Strompreisen wird die dezentrale Erzeugung zunehmend interessant. Es muss ein Umdenken bei der Akzeptanz aller Maßnahmen und Technologien die zum Erfolg führen stattfinden!

53 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 53 Photo Mauch: Aus der gefühlvolle Kerkermeister, Seebühne Utting

54 Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 54