Energiesysteme für eine low- carbon- society

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1 Energiesysteme für eine low- carbon- society Prof. Dr. Jürgen Schmid Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Kassel Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen

2 W e l t b e v ö l k e r u n g [ M i l l i a r d e n ] k W h C O 2 - K o n z e n t r a t i o n [ p p m ] Globale Situation und zukünftige Trends W e l t e n e r g i e b e d a r f [ ] Globales Wachstum Bevölkerung, Energiebedarf, CO-Konzentration 2 Weltenergiebedarf CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre Weltbevölkerung

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4 Beispiele globale Emissionspfade , um die 2 C-Leitplanke mit 67 % Wahrscheinlichkeit einzuhalten Um diese Kurven einzuhalten, sind in den frühen 2030er Jahren jährliche Reduktionsraten von 3,7 % (grün), 5,3 % (blau) bzw. 9,0 % (rot) notwendig (bezogen auf 2008). Max. Emissionsmenge global 750 Mrd. t CO 2 Quelle: WBGU

5 Transformative Szenarien im Vergleich: Primärenergiebedarf Quelle: WBGU, auf Basis der Daten von Nakicenovic, 1998; EREC und Greenpeace, 2008, 2010; IEA, 2008b; Edenhofer et al., 2009a, 2010; IIASA, 2009; GEA, 2011

6 Energieflussbild 2010 für Deutschland in Petajoule

7 Effizienzsprung bei direkter Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien WBGU, 2008

8 Leitstudie Deutschland: Entwicklung des Endenergieverbrauchs nach Sektoren und des Verbrauchs im Umwandlungsbereich im Szenario 2011 A

9 Das technische Potential erneuerbarer Energien weltweit DLR / UNDP / Harvard Hoogwijk / DLR DLR FAO / WBGU UNDP / DLR UNDP / DLR UNDP Quellen: s. Abb.

10 Die Entwicklung geht weiter. 160 m Nabenhöhe in Laasow/Brandenburg

11 Floating Offshore Wind Source:NREL Vertiwind, FR BlueH, IT EDP, Principal Power, PT Sway, NO Hywind, NO HiPRWind Coordinated by Fh IWES

12 Beitrag erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung Deutschland

13 Primärenergiebedarf CO 2 -Emissionen Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen im Stromsektor Primärenergiebedarf und CO -Emissionen im Stroms 2 co 2 PE Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung [%]

14 Effizienzsprung Elektromobilität: Faktor 3-4 Verkehr 5) Umstieg auf Elektromobilität 2) Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Vorteile der Elektromobilität: - Abwärmenutzung möglich - CO 2 -Abtrennung möglich - kein Feinstaub in den Städten - weniger Lärm - Stromspeicher Quelle: Sterner, Schmid, Wickert, 2008; WBGU, 2008

15 heutige PKW-Flotte (Durchschnitt) Primärenergiebedarf [kwh/km] CO 2 -Emissionen [gco 2 /km] Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen für PKW mit Verbrennungsmotor und Elektromotor Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen für PKWs mit Verbrennungsmotor und mit Elektromotor co 2 PE Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung [%] Elektromotor

16 THG-Emissionen rein aus direkter / indirekter Landnutzungsänderung Quelle: Fritsche und Wiegmann, 2008

17 Absolute Minderung der THG Emissionen für temperate Energiepflanzen bezogen auf die Anbaufläche in t CO 2 -äq. je Hektar und Jahr Quelle: WBGU, 2008

18 Holzartige Biomasse als Erdölersatz

19 Primärenergiebedarf [kwh/kwh th ] CO 2 -Emissionen [gco 2 /kwh th ] Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen für konventionelle Heizsysteme und elektrische Wärmepumpen Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen für konv. Heizsysteme und elektr. Wärmepumpen co 2 PE heutige Heizsysteme (Durchschnitt) Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung elektrische Wärmepumpe [%]

20 Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050

21 Nutzenergiebereitstellung Wärme aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Nutzenergiebereitstellung für Wärme aus erneuerbaren Energien Umweltwärme Kollektoren Biomasse/Erneuerbares Methan Gesamtnutzenergiebedarf für Wärme Quelle: ZSW

22 Endenergiebereitstellung aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Entwicklung des Endenergiebedarfs des Verkehrs aus erneuerbaren Energien Benzinersatz (regenerativ) Flugtreibstoff (regenerativ) Wasserstoff Gesamtbedarf Dieselersatz (regenerativ) Erneuerbares Methan Strom Quelle: ZSW

23 Differenzkosten der erneuerbaren Stromerzeugung [Mio. Euro] Entwicklung Differenzkosten der erneuerbaren Stromerzeugung in Deutschland EEG-Vergütungen (Quelle: Handelsblatt 148/2012, Übertragungsnetzbetreiber) Wasser Wind Photovoltaik Stromimport Biomasse/Erneuerbares Methan Geothermie Summe Quelle: ZSW in Energiekonzept 2050 des Forschungsverbundes Erneuerbare Energien (erstellt Anfang 2010)

24 Differenzkosten bis 2050 im Verhältnis zu den Gesamtausgaben für Energie in Deutschland

25 Leitstudie Deutschland 2009 ohne zusätzliche Verbraucher 2050 (meteorologische Basis 2007)

26 Transport Stromverbünde

27 Das Regenerative Kombikraftwerk Deckung von 1/ der Lastkurve Deutschlands zu jedem Zeitpunkt Steuerung realer Anlagen Wind Solar Biogas Hydro Import/ Export 12,6 MW 5,5 MW 4,0 MW 1,0 MW 1,0 MW

28 Intelligente Verteilnetze Geschäftsmodelle und IT BEMI: Bidirektionales Energiemanagement-Interface

29 Tiefsee-Pump-Speicher

30 Erneuerbares Gas Power-to-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Wärme Verkehr Verkehr Verkehr

31 Erneuerbares Methan für den Autoverkehr

32 Primärenergiebedarf bei vollständiger Elektrifizierung des motorisierten Individualverkehrs und des Raumwärmesektors bisher zukünftig

33 Vision zur globalen regenerativen Energieversorgung bis 2050: Primärenergie nach Methode der direkten Energieäquivalente IEA World Energy Outlook Reference Scenario Nutzungseffizienzgewinne Effizienzgewinne durch: Quelle: WBGU

34 Zusammenfassung und Ausblick Erneuerbare Energien verbessern die Energieeffizienz des Gesamtsystems drastisch Eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien ist technisch möglich ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht ökologisch / klimatechnisch notwendig Wichtig: Systemische Betrachtung der Dynamik des Gesamtsystems

35 Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Bremerhaven und Kassel advancing wind energy and energy system technology Kontakt: Weitere Informationen: Prof. Dr. Jürgen Schmid Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Kassel Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen WBGU (bis 28. Feb. 2013) Tel

36 Transformative Szenarien im Vergleich: Primärenergiebedarf Quelle: WBGU, auf Basis der Daten von Nakicenovic, 1998; EREC und Greenpeace, 2008, 2010; IEA, 2008b; Edenhofer et al., 2009a, 2010; IIASA, 2009; GEA, 2011