Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland. Prof. Dr.-Ing. Joachim Dörfler

Transkript

1 Stand der Entwicklung Erneuerbarer Energien in Deutschland Prof. Dr.-Ing. Joachim Dörfler

2 Wenn der Wind des Wandels weht, bauen die Einen Mauern und die Anderen Windmühlen (altes chinesisches Sprichwort)

3 Gliederung 1. Einführung 2. Erneuerbare Energien im Überblick 3. Aspekte 3.1 Technik 3.2 Wirtschaft 3.3 Arbeitsmarkt 4. Beispiel: Windenergie 5. Zusamenfassung und Ausblick

4 1. Einführung zum Thema Definitionsversuch Erneuerbare Energien, auch regenerative Energien, sind Energien aus Quellen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder deren Nutzung nicht zur Erschöpfung der Quelle beiträgt. Es sind nachhaltig zur Verfügung stehende Energieressourcen Alle regenerativen Energieträger sind kohlendioxidneutral, d.h. sie emittieren entweder kein Kohlenstoffdioxid oder nicht mehr, als die Pflanzen selbst im Wachstumsprozess aufgenommen haben.

5 1. Einführung zum Thema Energiemarkt Primärenergieverbrauch Europa 2003,

6

7 1. Einführung zum Thema Energiemarkt Energiemix Europa nach Ländern 2009 Vgl. Energie in Deuschland, BMWI, Trends und Hintergründe zur Energieversorgung, Aktualisierte Ausgabe August 2010, S.50

8 1. Einführung zum Thema Klimawandel Prognose Temperaturzunahme Deutschland bis

9 1. Einführung zum Thema Klimawandel Prognose Temperaturzunahme weltweit bis

10 1. Einführung zum Thema Klimawandel Durchschnittliche Emission Treibhausgase

11 2. Erneuerbare Energien heute und morgen Struktur erneuerbare Energien 2009

12 2. Erneuerbare Energien heute und morgen Strukturprognose erneuerbare Energien g

13 3. Drei Aspekte Übersicht über Arten regenerativer Energien

14 3. Drei Aspekte Anteil regenerativer Energien am Primärenergieverbrauch

15 3.1 Technik Wasserkraft Laufwasserkraftwerke Pumpspeicherkraftwerk Speicherkraftwerk Gezeitenkraftwerk Wellenkraftwerk Meeresströmungskraftwerk Weltweit werden knapp 88 % der erneuerbaren elektrischen Energie mit Wasserkraftwerken erzeugt; das entspricht etwa 20% der gesamten Stromerzeugung.

16

17 3.1 Technik Solarkraft Photovoltaik Solarkollektoren Solararchitektur Solar-Stirling Solarthermik-Kraftwerke Fallwindkraftwerke Weltweit werden zur Zeit nur knapp 0,2% des gesamten Energiebedarfs durch die Nutzung der Solarkraft gedeckt. Es ist jedoch der Energieträger mit den höchsten Entwicklungspotentialen.

18

19

20 3.1 Technik Geothermie Tiefe Geothermie Oberflächennahe Geothermie Geothermie aus Tunneln Geothermie aus Bergbauanlagen Saisonale Wärmespeicher Ende 2009 waren weltweit 50,6 Gigawatt an thermischer Leistung und 10,7 GW Kapazität zur Stromerzeugung installiert. In Deutschland soll die installierte Leistung für die Stromerzeugung im Jahr 2020 bereits 625 MW betragen (gegenwärtig sind 8 MW installiert) betragen. Die Wärmebereitstellung beträgt dann 26,5 Terawattstunden (TWh), davon etwas mehr als die Hälfte aus tiefer Geothermie waren es noch 3,5 TWh.

21 3.1 Technik Geothermie Tiefenzonen geothermaler Nutzung

22 3.1 Technik Geothermie Wirkungsprinzip geothermaler Anlagen

23

24 3.1 Technik Biomasse Biomasse Dampfkraftwerk ORC Anlagen Thermische Biomasse - Vergaseranlagen Kleinheizanlagen Kraft-Wärme-Kopllungsanlagen Weit mehr als die Hälfte der 2009 gewonnenen erneuerbaren Energie (elektrisch und Wärme) wurde aus dem Bereich und durch die Verwertung von Biomasse erzeugt.

25

26 3.2 Wirtschaft Investitionsentwicklung in Anlagen Vgl. BMU, AGEE-Stat, DLR/DIW/ZSW/GSW, Stand 03/2011

27

28 3.2 Wirtschaft Ökonomische Effekte des Ausbaus Erneuerbarer Energien

29 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose Wirtschaftsentwicklung EE Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

30 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose Produktionskapazitäten EE Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

31 3.2 Wirtschaft Befragungsergebnisse Prognose F&E-Investitionen EE Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

32 3.3 Arbeitsmarkt Beschäftigungsentwicklung Deutschland Vgl. O`Sullivan, M., Edler, D., van Mark, K., Nieder, T., Lehr, U., Bruttobeschäftigung durch erneuerbare Energien in Deutschland im Jahr 2010, aus: Forschungsvorhaben des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, S.5

33 3.3 Arbeitsmarkt Beschäftigungsverteilung Deutschland 2010 Vgl. Entwicklung der erneuerbaren Energien in Deutschland im Jahr 2010, Grafiken und Tabellen, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien - Statistik

34

35 3.3 Arbeitsmarkt Befragungsergebnisse Prognose Mitarbeiterentwicklung EE Vgl. Investitionen der deutschen Erneuerbare Energien-Branche in Fertigungskapazitäten sowie Forschung und Entwicklung, Berlin, März 2011

36

37

38 4. Windenergie - Historie Prof. Dr. Ulrich W. Hütter ( ) 1938 Dipl.-Ing. Luftfahrttechnik TH Stuttgart 1942 Promotion TH Wien Beitrag zur Schaffung von Gestaltungsgrundlagen für die Windkraftwerke 1957 Entwicklung der Windanlage StGW-34 34m Rotordurchmesser Leistung 100 KW bei 8m/s

39

40 4. Windenergie - Physikalische Grundlagen Leistungsbeiwert c P (aerodynamischer Wirkungsgrad): Er gibt an, welcher Anteil der im Wind enthaltenen Leistung in mechanische Leistung umgesetzt wird. C P = P ent / P wind Für den verlustfreien Fall gibt der Betz`sche* Leistungsbeiwert c P;Betz die maximale, theoretische Leistungsentnahme an. * Prof. Dr. Albert Betz ( ), Göttingen: Theorien zur Berechnung der maximalen Leistungsaufnahme von Rotorblättern (1920) Quelle: Jäger, J., Windkraftanlagen Windkraftanlagen sind Energiewandler, Uni Tübingen, 2001

41 4. Windenergie - Physikalische Grundlagen Der Leistungsbeiwert c P in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Windgeschwindigkeit v 3 /v 1. Quelle: Gasch, R., Twele, J., Windkraftanlagen, 6.Auflage, S.183

42 4. Windenergie - Zahlen und Fakten Kummulierte installierte Leistung - Deutschland

43

44 4. Windenergie - Zahlen und Fakten Verteilung der installierten Leistung - weltweit

45 4. Windenergie - Zahlen und Fakten Prognose installierte Leistung bis 2020 Deutschland

46

47

48 4. Windenergie - Onshore - Anlagen Windenergie als Wirtschaftsfaktor

49 4. Windenergie - Onshore - Anlagen Vorteile & Nachteile Vorteile Unerschöpfliche Energiequelle Emissionsarm Hohes Erweiterungspotential 60% preiswerter als Offshore-Anlagen Geringe Wartungskosten Nachteile Unstetigkeit des Windes Geringere Kraft des Windes Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Mangelnder Ausbau des Stromnetzes Geräuschbelästigung der Anwohner

50

51 4. Windenergie - Offshore - Anlagen Baltic 1 Erste Offshore-Windanlage der Ostsee versorgt ca Haushalte

52

53

54 4. Windenergie - Offshore - Anlagen Vorteile & Nachteile Vorteile Hohe Stetigkeit des Windes Höhere Kraft des Windes Leistungsstärkere Anlagen möglich Keine Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Emissionsarm Hohes Erweiterungspotential Nachteile Korrosivwirkung von Meerwasser und Seeluft Beeinträchtigung von Schifffahrtsrouten Kostenintensive Anbindung an des Stromnetzes Hohe Aufbau- und Wartungskosten Potentielle Gefährdung des Meeresumwelt

55

56 4. Windenergie - Kleinwindanlagen Vorteile & Nachteile Vorteile Geringer Aufwand Niedrige Kosten Baurechtlich relativ einfach Freiheit vom öffentlichen Energienetz Teilweise Wartungsfreiheit Nachteile mangelnde Amortisation der Investitionskosten Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Nachbarschaftsrecht Kostenintensive Anbindung an des Stromnetzes Teilweise hohe Lärmbelästigung

57

58

59 4. Windenergie Das mechatronische System Beispiel: Windkraftanlage mit Triebstrang Quelle: Windenergie Eine Alternative mit Zukunft?

60 4. Windenergie Das mechatronische System Beispiel: Gondel einer Windkraftanlage mit Triebstrang Quelle:

61 4. Windenergie - Anlagenentwicklung Leistungsentwicklung und Wartung Quelle: Quelle: /2005/2/4/1332_5M_Heli1_final.jpg

62 4. Windenergie - Repowering Repowering vorher nachher

63 4. Windenergie - Repowering Repowering Prognose Bundesverband Windenergie e.v. - Repowering

64 5. Zusammenfassung und Ausblick Anteil der Erneuerbaren Energien am gesamten Energieverbrauch

65 5. Zusammenfassung und Ausblick Stromerzeugung aus EE nach dem Nationalen Aktionsplan im Jahr 2020: 217 TWh Vgl. Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

66 5. Zusammenfassung und Ausblick Entwicklung der Bruttoleistung, Vgl. EE und Fossil Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

67 5. Zusammenfassung und Ausblick Speichertechnologie Neue Pumpspeicherkonzepte (Tagebaue, Abraumhalden) Druckluftspeicher Batterien (dezentral, kurzfristig) Elektrolyse mit Gasspeicherung (Wasserstoff, Methan) Power to Gas Konzept (Methan im Erdgasnetz) Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

68 5. Zusammenfassung und Ausblick Fazit die Erneuerbaren Energien sind in den vergangenen 10 Jahren rasant gewachsen und werden dynamisch weiter wachsen müssen die höchsten Ausbauraten im Strombereich sind zukünftig bei Offshore-Wind und Photovoltaik zu erwarten es besteht Netzumbau- und Netzausbaubedarf! bei Wind onshore resultiert der meiste Zubau aus Repowering, Ausbaupotentiale bei Biomasse sind begrenzt, bei Wasser nicht relevant neben Erzeugungsanlagen werden zunehmend Speicher relevant Vgl. DLR, Fraunhofer IWES, IfNE (2010) sowie Musiol, Dr. Frank, Ausbau Erneurbarer Energien: Aktueller Stand und Szenarien in Deutschland, In: Dialogforum: Erneuerbare Energien Wohin geht die Reise?, Berlin, Januar 2011

69 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!