Eine Energiewende mit Versorgungssicherheit ist möglich Technische und strategische Aspekte

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1 Eine Energiewende mit Versorgungssicherheit ist möglich Technische und strategische Aspekte Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner 12. Münchner Wissenschaftstage Nachhaltigkeit Basis unserer Zukunft München Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung

2 Was heißt Versorgungssicherheit? Versorgungssicherheit ENERGIE LEISTUNG Volkswirtschaft, Strategie Technisch Potential Gesicherte Leistung Klimawandel kann neue Völkerwanderungen verursachen Kostet Geld Kostet Lebensraum

3 Anfang und Ende des fossilen Zeitalters vereinfachte Darstellung Einzelne Quellen Energieeffizienz Alle fossilen Quellen Verbrauch Wind Solar Wind Solar Wasser Biomasse Wasser Biomasse Zeit Oberirdisch Oberirdisch Unterirdisch Klimaneutrale Hochtechnologien vs. Wir haben die Wahl

4 Global Europa Deutschland Versorgungssicherheit am Beispiel Gas Potentiale erneuerbarer Energien reichen bei weiten für eine Vollversorgung Deutschlands Technisch-ökologisches Potential (konservativ): 705 TWh Derzeitiger Strombedarf: 600 TWh

5 Fundamentaler Unterschied: erneuerbarer Strom und konventioneller Strom Nur 1/3 der Primärenergie wird gebraucht, um denselben Strom herzustellen Quelle: Sterner, Schmid, Wickert BWK 2008 Wasserkraft, Solarenergie, Biomasse, Geothermie Wasserkraft Ausbaupotential vorhanden Solarenergie Höchstes Potential in Süddeutschland Weitere Potentiale: Energiepflanzen (NaWaRo) (Tank-Teller Reststoffe), Geothermie

6 Neue Technologieentwicklungen erschließen größeres Potential (z.b. hohe Windkraftanlagen im Wald) Energie kommt je Anlage in 3-9 Monaten zurück Lärmemissionen minimal Windenergie in Deutschland Bayern trotz Landesgröße nach wie vor bei den Schlusslichtern

7 Bayerns Strombedarf bilanziell rein aus Windkraft deckbar Auf 22% der Fläche (plus Wald und Schutzgebiete) Potential für 316 GW Auf 2% der Fläche (Vorgabe BWE) Potential für 41 GW (ca Anlagen) heute ausgeschöpft: 0,5 GW (1,2 %) Windstrom-Ertrag ca. 80 TWh Bayern s Strombedarf (2009): 74 TWh 1% unserer Landesfläche für Wind nutzen 50% unseres Strombedarfs decken Energiespeicher Wald Zuwachs übersteigt den bay. Heizölverbrauch Fläche: Zuwachs: Energie: 2,56 Mio. Hektar 23,2 Mio. m 3 / a etwa 1 m³ Festmeter Holz pro Sekunde ca GWh entspricht ca Mio. l Heizöl bay. Heizölverbrauch ca Mio. l Gegenwert ca Mio. EUR Holz als Energie (bei 95 EUR / 100 l Heizöl) Speicherleistung ca MW der Wald ist Bayerns größter Speicher

8 Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung Was heißt Versorgungssicherheit? Versorgungssicherheit ENERGIE LEISTUNG Volkswirtschaft, Strategie Technisch Potential Gesicherte Leistung

9 Stabile Stromversorgung auf Basis EE braucht neue Netze, Kraftwerke und Speicher Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energien: % EE-Anteil Netzausbau elementar, aber nicht die finale Lösung - was lokal hergestellt und verbraucht wird, muss nicht transportiert werden Windenergie Photovoltaik- / Bioenergieanlagen Ballungszentrum Engpass Übertragungsnetz mind km (ca. 5% dazu), umgesetzt ca. 214 km Verteilnetz PV: NetzUMbau; Wind: Netzplanung Invest: Mrd. Quelle: Ahmels, 2011, NEP 2012, Stand 08/12, eigene Ergänzungen

10 Technische Versorgungssicherheit durch neue Gaskraftwerke Potentielle Standorte durch Verschneidung Strom-Gasnetze Quelle: Gorshkov, Müller-Kirchenbauer, (ITE Clausthal-Zellerfeld) 2012 UBA Umweltbundesamt 100% regeneratives Szenario Quelle: UBA, 2010

11 Eine rein regenerative Energieversorgung hat einen sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 2007) Defizite: 62 TWh Überschüsse: TWh 20 Residuallast (GW) Pumpspeicher Norwegen (Theorie) 42 Mio. E-KFZ (Theorie) Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute -100 Überschüsse: TWh Defizite: 62.1 TWh Minimale Residuallast: GW Maximale Residuallast 54.1 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Fraunhofer IWES 2010 Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last) Gasspeicher haben die 1500 bis 3000-fache Kapazität aller Pumpspeicher (bei η GT,GuD = 28-55%) Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? IWES, 2010 Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2 Quelle: Sterner, 2009

12 Erneuerbares Gas Power-to-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, Specht Specht et al, 2010 et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. Gastransport vs. Stromtransport Transportleistung von 1 GW im Vergleich (1 GW = Großkraftwerk oder 200 große Windkraftanlagen oder Photovoltaik-Aufdachanlagen) Überlandleitung Gasleitung (0,6 m Durchmesser) Quelle: DUH, E-ON Ruhrgas angepasst, 2012

13 Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Frühjahr Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011 Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Energietransport Gaspipeline Faktor 10 größer als Energietransport Stromtrasse Herbst Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011

14 Windgas gibt es bei Greenpeace Energy Erster Standort zwischen Braunschweig und Hamburg Am Windpark Suderburg (Niedersachsen) Baujahr MW Leistung Direktvermarktung Strom-Direktleitung Elektrolyseur 1 bis 1,2 MW Genehmigungsverfahren läuft Kooperation mit Gasunie Quelle und : Greenpeace Energy, 2012 E-ON Pilotanlage Power to Gas Falkenhagen, Brandenburg Eckdaten Elektrische Leistung: 2 MW el Wasserstofferzeugung: 360 m³/h Einspeisung in das Erdgasnetz der ONTRAS Inbetriebnahme voraussichtlich Q3/2013 Projekt der E.ON Gas Storage Pipelineanbindung Niederspannungsversorgung Automation Stromübergabe Ziele Demonstration der Prozesskette Optimierung des Betriebskonzepts (variierende Windenergie und Einspeisung) Nutzung von Windstrom zur Erzeugung Erfahrungsgewinn bei: Technik, Kosten, Genehmigung Messtechnik Elektrolysen Quelle: E-ON Ruhrgas, 2012

15 Vergleich der Optionen zur techn. Versorgungssicherheit Technisch Wirtschaftlich Gesellschaftlich Netze Kraftwerke Speicher Masterplan? regional leichter als national / europäisch Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung

16 Welche Leistung liegt ständig an den deutschen Tankstellen an? 170 Mio l Benzin / Tag = 64 GW! (Irene kontrolliert gerade einen Leistungsfluss von 16 MW: Energieinhalt Benzin: 9 kwh/l = 32 MJ/l Durchflussmenge: 0,5 l/s) Elektrisches Äquivalent von Haushalten (a 500 W Mittelwert)! Quelle: C. Hoffmann - Siemens, 2011 Elektromobilität Effizienzsprung Faktor 3-4 aber nur mit erneuerbaren Energien Quelle: Sterner, Schmid, Wickert BWK 2008

17 Wind- und Solarkraftstoffe entschärfen Tank-Teller-Konflikt Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t Benzin-Äquivalente Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011 Erste industrielle Anlage im Nordwesten im Bau Audi e-gas Projekt 4 WKA à 3.6 MW el Elektromobilität Quelle: Audi 2011

18 Sichere, stabile Energieversorgung möglich durch Koppelung der Energienetze Quelle: Sterner, 2011 Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung

19 Wind- und Solarstrom senkt den Strompreis an der Börse EEG-Umlage steigt Haushalte, Gewerbe subventionieren energieint. Industrie Negative Strompreise zu Schwachlastzeiten bei wenig / viel Wind Wind senkt den Spotmarktpreis Quelle: IWES, 2010 Die Strompreislüge - Titelgeschichte Zeit Quelle: Die Zeit, Hätten alle gleich viel pro Kilowattstunde bezahlt, hätte die Umlage vergangenes Jahr rund 2,5 Cent betragen.... Tatsächlich werden vor allem industrielle Großverbraucher vom Gesetz privilegiert angeblich um am Weltmarkt keinen Nachteil zu erleiden.... Was diese Firmen sparen, müssen allerdings sämtliche anderen Verbraucher mitübernehmen: ganz normale Familien vor allem, aber auch öffentliche Einrichtungen... Laut Regierungsangaben müssen sie mehr als zwei Milliarden Euro zusätzlich schultern.

20 Nur erneuerbare Energien in Kombination mit Effizienzinvestitionen ermöglichen mittelfristig eine preiswerte und kostenstabile Energieversorgung Quelle: BMU Langfristszenarien, Nitsch, Pregger, Sterner et al Volkswirtschaftliche Kosten und Erlöse aus Erneuerbaren Energien Nach großen Vorleistungen kommen große Renditen Kumulierte Differenzkosten, Mrd.EUR (2009) Basisszenario 2010 A, Preispfad A Volkswirtschaftliche Vorleistungen *) Summenwert : Mrd bis Volkswirtschaftliche Rendite Fotovoltaik (PV) Strom ohne PV Wärme Kraftstoffe BASIS10/DIFKUMG *) gegenüber heutiger betriebswirtschaftlicher Kalkulationsbasis wären externe Kosten (insbes. Klimawandel) voll berücksichtigt, fielen diese Vorleistungen nicht an! Quelle: BMU Langfristszenarien, Nitsch, Pregger, Sterner et al. 2012

21 Die Stromgestehungskosten steigen in der Energiewende selbst mit Speichereinsatz nur um ca. 10% bis Die letzte Steigerung des EE-Anteils von 80% auf 100% ist teurer als die Steigerung des EE-Anteils von 17% auf 80%. Stromgestehungskosten für ausgewählte Speicherzubauvarianten bei verschiedenen EE-Anteilen Quelle: VDE, 2012 Chance regionale Energiewende Regionale Wertschöpfung durch regionale Versorgungseinheiten Beispiel Nordhessen Geplanter Mix: 60% Wind 14% PV 5% Biomasse 8% Gas 13% Import Quelle: StadtwerkeUnion Nordhessen, 2011

22 Chance regionale Energiewende Regionale Wertschöpfung durch regionale Versorgungseinheiten Geld bleibt in der Region und sichert Umsatz & Arbeitsplätze Quelle: StadtwerkeUnion Nordhessen, 2011 Partizipation schafft Akzeptanz und Wohlstand Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung

23 Deutschland hat mit der Energiewende eine Riesenchance Die Energiewende ist ökologisch / klimatechnisch not-wendig technisch möglich ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht kostengünstiger als fossil Größte Chancen e von Arbeitsplätzen & Erzeugung von Know-How & Wohlstand Erhalt der natürlichen Lebens- und Wirtschaftsgrundlagen Strategische und technische Versorgungssicherheit gewährleistet Potentiale ausreichend, mehr Unabhängigkeit und Wertschöpfung durch EW Netze, Kraftwerke, Speicher Technologien vorhanden Entscheidend Umsetzung auf allen Ebenen (Politik, Behörden, Gesellschaft) Chance regionale Energiewende: Wertschöpfung vor Ort schafft Wohlstand Eine Ernährungspyramide für eine emissionsarme Energieversorgung oder das deutsche / bay. Energie-Reinheitsgebot : Wind, Sonne, Wasser, Luft sonst nicht s! Quelle: Sterner, 2009

24 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Hochschule Regensburg Fakultät Elektro- und Informationstechnik + 49 (0) hs-regensburg.de