Energieversorgungskonzepte im Zeichen des IEKP

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1 Energieversorgungskonzepte im Zeichen des IEKP Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mauch Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh IEKP - Vorgaben Regenerative Energien Kraft-Wärme-Kopplung Ganzheitliche Bilanzierung Zusammenfassung 11

2 Politische Ziele: Integriertes Energie- und Klimaprogramms (IEKP) Strom Ausbau des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf 30 % bis zum Jahr 2020 (EEG 2009) Kraft-Wärme-Kopplung Verdopplung des Anteils der Kraft-Wärme-Kopplung an der Stromerzeugung bis 2020 auf 25% (KWKG 2009) Gebäudesanierung Steigerung der Anforderungen an Energieeffizienz von Gebäuden ab 2009 um 30 % (EnEV 2009) Wärme Anteil Erneuerbarer Energien an der Wärmeerzeugung soll bis 2020 auf 14 % steigen (EEWärmeG) 2 Foto: Deutscher Bundestag / Friederike Schleinitz

3 Stromerzeugung in Deutschland Bruttostromerzeugung in TWh 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 Steinkohlen Braunkohlen Mineralöl Erdgas Kernenergie Windkraft Wasserkraft Biomasse Photovoltaik Sonstige 100,0 0, Erneuerbare in 2008: 14,2 % Kernenergieausstieg Politisches Ziel: Erneuerbare 30 % 3 Quellen: Zahlen und Fakten - Energiedaten. BMWi, 2009 Leitstudie DLR, 2008

4 Stromerzeugung aus Erneuerbaren in Deutschland Bruttostromerzeugung in TWh Geothermie 160 Photovoltaik 150 Biomasse 140 Windkraft 130 Wasserkraft Photovoltaik: 3,5 TWh (3,8 GW) Biomasse: 19,5 TWh (3,2 GW) Windkraft: 39,5 TWh (22,2 GW) Wasserkraft: 20,7 TWh (4,7 GW) 2020 Photovoltaik: % Biomasse: % Windkraft: % Wasserkraft: + 47 % 4 Quellen: Zahlen und Fakten - Energiedaten. BMWi, 2009 Leitstudie DLR, 2008

5 Biomasse: Stromerzeugungstechnologien Feste Biomasse Holz- und halmartige Biomasse (Holzreststoffe, Kurzumtriebsplantagen, Stroh) Potenzial 200 TWh Brennstoff Jährliche Hektarerträge (Brennstoff): 50 MWh Kurzumtriebsplantage Stromerzeugung: Dampfturbinenprozess, Vergasung Biogas Politisches Ziel in 2030: 26 TWh (10 %) Potenzial 40 TWh Brennstoff Organische Abfälle, Reststoffe aus der Viehhaltung, pflanzliche Reststoffe, Ganzpflanzen Jährliche Hektarerträge (Brennstoff): 31 MWh Biogas aus Mais Stromerzeugung: Gasmotor, Gasturbine 5 Foto: aboutpixel.de / Rapsfeld Soul Free

6 Biomasse: Biomassepotenzial in Deutschland Reststoffe Altholz, Waldrest- und Waldschwachholz, Organische Abfälle, Ernterückstände, Klärgas u.a. Potenzial: PJ/a Energiepflanzen Kurzumtriebsplantage, Mais, Raps u.a. Anbaufläche Land- und Forstwirtschaft: 17 Mio. ha (2007) Energiepflanzen: 2 Mio. ha (2007) - 4 Mio. ha (2030) Gesamtpotenzial Technisches Potenzial: 350 TWh (Brennstoff) Nutzung in 2007: Strom 24 TWh el 6 Foto: aboutpixel.de / herbstfeld kamikazefliege Wärme 84 TWh th Kraftstoff 47 TWh Br FfE-Aufgabengebiete Biomassepotenzial in Bayern

7 Biomasse: Biogasanlage (KWK) Technik Nass- oder Trockenvergärung, Gasmotor Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: /kw el Gestehungskosten: 17 ct/kwh el Förderung: max. 19 ct/kwh el Referenz El. Leistung: 500 kw Auslastung: h/a Vor- und Nachteile CO 2 - und Ressourceneinsparung Flächenkonkurrenz Dezentrale Wärmenutzung 7 Foto: aboutpixel.de / Raps AraOnline

8 Biomasse: Holzverstromung (KWK) Technik Organic Rankine Cycle, Dampfturbine Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: >3.000 /kw el Gestehungskosten: 15 ct/kwh el Förderung: 14 ct/kwh el Referenz Lienz, Österreich El. Leistung: 1,0 MW el Auslastung: h/a Vor- und Nachteile CO 2 - und Ressourceneinsparung Stoffliche Konkurrenz Dezentrale Wärmenutzung 8 Foto: aboutpixel.de / Holzstämme 04 mdconcepts.de

9 Windenergie Nutzung 20,6 GW, 30,5 TWh Ausblick GW, 142 TWh (BMU) Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: /kw el 9 Gestehungskosten: 9-10 ct/kwh el Förderung: 5-10 ct/kwh el Referenz Vestas V80 Rotordurchmesser 80 m Nabenhöhe >60m El. Leistung: 2 MW el Auslastung: h/a Vor- und Nachteile Widerstand in der Bevölkerung Gute CO 2 - und Ressourcenbilanz

10 Photovoltaik 10 Foto: aboutpixel.de / Sonne Wind Strom_1 Rainer Sturm Nutzung 3,8 GW, 3,5 TWh (2007) Potenzial 56 GW, 65 TWh Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: /kw el Gestehungskosten: 41 ct/kwh el Förderung: max ct/kwh el Referenz AIMEX P160 SESE El. Leistung: 120 W p /m² Auslastung: 950 h/a Vor- und Nachteile Hohe Investitionskosten Hohes Potenzial Gute CO 2 - und Ressourcenbilanz

11 Kraft-Wärme-Kopplung Technik Dampfturbine, Gasturbine, motorische Anlagen Vernetzung Wirtschaftliche und technische Optimierung des KWK- Einsatzes (Virtuelles Kraftwerk, smart grids) Potenzial Abhängig vom Versorgungsgebiet (Wärmesenken, Netzintegration) FfE-Aufgabengebiete Masterplan Flexibilisierung dezentraler Erzeugungsanlagen Kommunale Strukturoptimierung Energienutzungsplan 11

12 KWK: Zentrale Fernwärme Technik GUD Heizkraftwerk Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: /kw el Gestehungskosten: 6,4 ct/kwh el Förderung: 1,5 ct/kwh el Referenz El. Leistung: 100 MW el Auslastung: h/a Vor- und Nachteile Notwendige Wärmesenken Hohe Brennstoffausnutzung Teure Infrastruktur 12 Foto: aboutpixel.de / Kohlekraftwerk nixpeiler

13 KWK: Mikro-KWK Technik Verbrennungsmotorische Anlage Wirtschaftlichkeit Investitionskosten: /kw el Gestehungskosten: 16,0 ct/kwh el Förderung: 10,0 ct/kwh el Referenz Senertec Dachs El. Leistung: 5,5 kw el Auslastung: h/a Vor- und Nachteile Hohe Investitionskosten Spitzenlastkessel notwendig/sinnvoll Hohe Brennstoffausnutzung 13 Foto: Senertec

14 Kumulierter Energieaufwand (KEA) Definition nach VDI-Richtlinie 4600: Der Kumulierte Energieaufwand gibt die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwandes an, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines ökonomischen Gutes entsteht bzw. diesem ursächlich zugewiesen werden kann. KEA = KEA H + KEA N + KEA E KEA: KEA H : KEA N : KEA E : kumulierter Energieaufwand Kumulierte Energieaufwendung für die Herstellung Kumulierte Energieaufwendung für die Nutzung Kumulierte Energieaufwendung für die Entsorgung 14

15 Umweltparameter ungekoppelte Erzeugung CO2-Emissionen in g/kwhel 20 0 Laufwasser Photovoltaik Windenergie Onshore Biogasverstromung Holzverstromung Strohverstromung D-Strommix 15 1 Primärenergieeinsatz in MWh/MWhel Emissionen Nicht-reg. Primärenergieaufwand D-Strommix CO 2 -Emissionen: 558 g/kwh el KNRA: 2,7 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

16 Mikro-KWK Erdgas BHKW Hackschn. Umweltparameter KWK-Anlagen CO2-Emissionen in g/kwhel HKW SK HKW GUD BHKW Erdgas 16 Einsparung gegenüber getrennter Strom- und Wärmeerzeugung (D-Strommix, Gas Brennwertkessel) 2 Primärenergieeinsatz in MWh/MWhel Emissionen Nicht-reg. Primärenergieaufwand

17 Mikro-KWK Erdgas Biogas BHKW Hackschn. Wirtschaftlichkeit Gestehungskosten Vergütung zusätzl. Erlös Stromgestehungskosten / Erlös in ct/kwh Laufwasser Photovoltaik Wind Onshore HKW SK HKW GUD BHKW Erdgas 17 Annahmen: Erlös Wärme: 6 ct/kwh Erlös Strom: 5 ct/kwh Erlös Biogas: 6 ct/kwh SK-Preis: 0,9 ct/kwh

18 Kommunaler Energienutzungsplan Abbildung der vorhandenen Infrastruktur, Auswertung des Flächennutzungsplans Analyse vorhandener Daten aus Geo-Informations-Datenbanken Einbeziehung möglichst aller kommunaler Liegenschaften, privater Haushalte sowie Industrieunternehmen und GHD Analyse vorhandener Verbrauchsdaten von Haushalten, GHD und ortsansässigen Industrieunternehmen Bestimmung der lokal verfügbaren Potenziale regenerativer Energieträger (Biomasse, Solarthermie, Umweltwärme) Analyse der vorhandenen Energieerzeugung, Datenlieferung von Energieversorgern (Wärmeund Strombereitstellung) Anleitung zur optimalen Bedarfsdeckung bei bestmöglicher Auslastung der Erzeuger Plan zur Umsetzung von Maßnahmen zur Erfüllung der kommunalen Klimaschutzziele 18

19 Zusammenfassung Potenzial Es ist ein großes ungenutztes Potenzial im Bereich erneuerbare Energien vorhanden Strukturoptimierung Wissenschaftliche Studien sollten als Grundlage von Ausbauprojekten dienen Konfliktpunkte sind: Nahrungsmittelkonkurrenz Import von Biomasse aus Raubbau Netzintegration Volkswirtschaftliche Kosten Engagement und Verantwortung Die Verantwortlichen müssen regional Verantwortung übernehmen, um Projekte umzusetzen 19 Foto: aboutpixel.de / Dachausbau Rainer Sturm

20 20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!