Nachhaltige Energieversorgung in Europa- Optionen und Perspektiven

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1 Nachhaltige Energieversorgung in Europa- Optionen und Perspektiven Prof. Dr.-Ing. A. Voß Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart Greifswalder Kollegforum : Energie Greifswald, November 11-12,2010 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Europa

2 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

3 Energie in Europa (EU-27) Primärenergieverbrauch in der EU-27 [EJ/a] Feste Brennstoffe Öl Gas Kernenergie 80 Erneuerbare Energie Andere Importabhängigkeit [%] Energieintensität des BIP [toe/tsd ] ,6 54, % -21% Quelle: Eurostat (2010) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

4 Elektrizität in Europa Bruttostromerzeugung in der EU-27 [TWh] Quelle: Eurostat (2010) 0 Bruttostromerzeugung in Europa (EU-27) Bis 2008 Kernenergie Öl Erneuerbare Energie Kohle Erdgas Andere Erwartete Entwicklung Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

5 Struktur der Stromerzeugung in den Ländern der EU (2008) 100% 90% Anteil an der Stromerzeugung 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Quelle: Eurostat (2010) PL DK IT DE EU-27 FR SE CH Steinkohle Braunkohle Mineralöl Erdgas Kernenergie Wasserkraft Windkraft Sonstige Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

6 Kraftwerkszubaubedarf in der EU Quelle: VGB Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

7 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung CO 2 -Emissionen und Klimaschutz Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

8 Energiebedingte CO 2 -Emissionen in der EU-27 Energiebedingte CO 2 -Emissionen [Mill. t] Sonstige Haushalte, GHD u. Landwirtschaft Verkehr Industrie Energiewirtschaft Summe: 3768 Mill. t 18,4% 25,2% 15,9% 40,2% 2008 Sektoraler Anteil an den energiebedingten CO 2 -Emissionen [%] Quelle: UNFCCC (2010) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

9 CO 2 -Emissionen je Einwohner [t/capita] CO 2 -Emissionen in Europa: Ausgewählte Länder (2008) ,2 9,1 3,9 3,9 Energiebedingte CO2-Emissionen 2 je Einwohner je Einwohner CO2-Emissionen 2 der der Stromerzeugung je Einwohner je Einwohner 7,6 2,6 Prof. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing A. Voß A. Voß Energieversorgung Herausforderung Energieversorgung klimaverträglich Energie in Europa und Klima nachhaltig 28. Oktober ,8 4,8 0,7 0,8 Dänemark Deutschland EU-27 Frankreich Schweden Schweiz Quelle: UNFCCC (2010) und EUROSTAT (2010), eigene Berechnungen; CO 2 der Stromerzeugung umfasst hier jeweils die Emissionen aus der öffentlichen Strom- und Wärmeerzeugung 5,6 0,3

10 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung CO 2 -Emissionen und Klimaschutz Energiepreise Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

11 Industrie-Strompreise in der EU in 2009 (1. Hj) Dänemark 19,73 Deutschland 11,85 Niederlande 11,80 Ungarn 11,69 Großbritannien 11,24 Tschech. Rep. 10,35 Belgien 10,27 Österreich 10,21 Irland 9,76 EU-27 9,67 Polen 8,97 Spanien 8,44 Frankreich Portugal Finnland Schweden 4,95 7,25 6,74 6,63 Strompreis ohne Steuern / Abgaben Steuern / Abgaben Quelle: Eurostat (2010), neue Erhebungsmethodik cent/kwh MWh < Jahresverbrauch < MWh Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

12 Treiber der Entwicklung der Energieversorgung Versorgungssicherheit Nachhaltigkeit Wirtschaftlichkeit Umwelt- und Klimaschutz Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

13 Nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development) Brundtland Kommission: Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können. Ziel Die Verbesserung der ökonomischen und sozialen Lebensbedingungen aller Menschen, der heute und zukünftig lebenden, mit der langfristigen Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen in Einklang zu bringen. Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

14 Nachhaltigkeit und die Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen Ist die Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen (z.b Erdöl und Kohle) mit dem Nachhaltigkeitsprinzip vereinbar? Die Bereitstellung von Energiedienstleistungen erfordert neben dem Einsatz von Energieträgern immer auch den von nichtenergetischen Rohstoffen und Materialien. Stand der Technik bestimmt die technisch-wirtschaftlich verfügbare Energie- und Rohstoffbasis. Eine Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen erfordert eine Gegenleistung: die Ausweitung der technisch-wirtschaftlich verfügbaren Ressourcenmenge. Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

15 Effiziente Ressourcennutzung und Ökonomie Haushälterischer Umgang mit knappen Ressourcen ist ein zentraler Aspekt von Nachhaltigkeit. Auch das allgemeine ökonomische Prinzip zielt auf die Minimierung des Ressourcenverbrauchs ab. Kosten und Preise dienen dabei als Maß für die Ressourceninanspruchnahme. Vollkosten, die die Umweltinanspruchnahme erfassen, sind ein Maß für den gesamten Ressourcenverbrauch. relative Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

16 Nachhaltige Energieversorgung wenn das Potenzial für die Bereitstellung von Energiedienstleistungen für die nächste Generation größer wird Ausweitung der wirtschaftlich nutzbaren Energie- und Rohstoffbasis die mit der Energienutzung verbundenen Stofffreisetzungen die Assimilationskapazität der Umwelt als Senke nicht überschreiten die Energiedienstleistungen mit möglichst geringem Ressourcenaufwand, einschließlich der Ressource Umwelt bereitgestellt werden Relative Nachhaltigkeit von Energiesystemen lässt sich messen am gesamten Ressourcenverbrauch je Energieeinheit Vollkosten sind Maß für relative Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

17 Stromerzeugungssysteme auf dem Prüfstand der Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

18 Spezifischer kumulierter Energieaufwand (KEA) (ohne Brennstoff) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 [kwhprim/kwhel] Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD-Kraftwerk Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

19 Gesamter Rohstoff und Materialaufwand Material- und Rohstoffbedarf relativ zu Photovoltaik Eisen /Kupfer [%]; Bauxit [ ] Eisen Kupfer Bauxit Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

20 Kumulierte Emissionen 1200 CO 2 [g / kwh]; SO 2, NOx [mg / kwh] Kohlendioxid Schwefeldioxid Stickoxide Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

21 Gesundheitsrisiken [YOLL/TWh] Emissionen aus vor- und nachgelagerten Prozessen Kraftwerksemissionen verlorene Lebensjahre Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5kW Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

22 Externe Kosten 3,0 2,5 2,0 Basis: CO2-Vermeidungskosten 19 Euro/t Klimaschäden (Vermeidungskosten) Klimaschäden (Schadenskosten) Materialschäden Ernteverluste Gesundheitsschäden [ -Cent/kWh] 1,5 1,0 Basis: Schadenskosten 2,4 Euro/t 0,5 0,0 Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5kW Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

23 Vollkosten der Stromerzeugung Euro Cent 2005 pro kwh Steinkohle Zinssatz 7,5% Braunkohle Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Wasser 3,1 MW Stromgestehungskosten Klimaschäden - Vermeidungskosten Externe Kosten (ohne Klimaschäden) Back-up-Kosten Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

24 Fossil befeuerte Kraftwerke Steam Power Plant Combined Cycle Power Plant Integrated Gasification Plant 47% 58% 45% Referenzkraftwerk 600 MW Deutschland CCPP Mainz-Wiesbaden, 400 MW Puertollano, 320 MW Wirkungsgradentwicklung und Reduktion der CO 2 -Emissionen η ΔC % Basis % -11% 2020 >50% >-16% η ΔC % Basis % -11% 2020 >62% >-16% η ΔC % Basis % -11% 2020 >50% >-16% Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

25 Carbon-Capture and Storage -Kraftwerke CO 2 -Emissionen Wirkungsgrad 85-90% 7-12%- Punkte Erhöhung der Stromerzeugungskosten um % Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

26 Weiterentwicklungen bei der Kernenergie Verbesserte Sicherheit ( katastrophenfreie KKW) Steigerung der Wirtschaftlichkeit Höhere Proliferationsresistenz Bessere Uranausnutzung Signifikante Reduktion der Langzeit-Radiotoxizität der Abfälle Generation I verschiedene Prototypen Generation II kommerzielle Leistungsreaktoren Generation III fortgeschrittene Leistungsreaktoren Gen III+ evolutionäre Konzepte Generation IV - Shippingport - Dresden, Fermi I - Magnox - LWR-DWR, SWR - CANDU - VVER/RBMK - ABWR - V N 4 - EPR - SWR CANDU-6/9 Einsatz ab Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

27 Entwicklung der installierten Windleistung und der spezifischen Investitionskosten von Windenergieanlagen Kumulierte Leistung [MW] / Stromerzeugung [GWh] Kumulierte Leistung Stromerzeugung Spezifische Investitionskosten Spez. Investitionskosten [ 08/kW] Quellen: Bundesverband Windenergie e.v.; Staiß et al Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

28 Kosten des Windstroms Onshore Erzeugungskosten (je nach Standort) 8,3 bis 11,9 ct / kwh Back-up-Kosten für gesicherte Leistung 1,0 bis 2,0 ct / kwh Netzausbau und Netzverluste ca. 0,2 ct / kwh ca. 9,5 bis 14 ct / kwh Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

29 Lerninvestitionen Windenergie Spez. Investitionskosten [ 08/kW] Wirtschaftlichkeitsgrenze ca /kw rd Mrd. global Empirische Daten Lernkurve (PR = 0,920) ca GW ca GW Kumulierte Windenergie-Leistung weltweit [GW] GW Kraftwerksleistung weltweit (2006) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

30 Entwicklungsperspektiven der Photovoltaik: Technologie Kristalline Si-Zellen heute marktbeherrschende Zelltypen, Cadmiumtellurid (CdTe)-Zellen ebenfalls mit großen Fertigungsmengen (> 1 GW p /a) Modulwirkungsgrade: % (Si) bzw % (CdTe) Spez. Investitionskosten: /kw p (Freiflächenanlagen) /kw p (Dachanlagen) Installierte Leistung (Dtl. 2009): ca. 8,5 GW P Stromerzeugung (Dtl. 2009): ca. 8 TWh Kostenreduktion durch Verbesserte Herstellungsverfahren Dünnschichtsolarzellen aus dünnem kristallinen Silizium (µ-si) oder Kupfer- Indium-Diselenid (CIS) Stand: 2009 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

31 Perspektiven der Energieversorgung in Europa Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

32 Szenarienbeschreibung Szenario Ref VKS LVK EKE Beschreibung Referenzszenario - Wachsende Anteile Erneuerbarer Energien an der Energie- und Strombereitstellung - Kernenergieausstieg (in DE, BE und ES) - Moderate Klimaschutzziele Verstärkter Klimaschutz - Wie Ref, aber verschärfte Klimaschutzziele Laufzeitverlängerung Kernenergie - Wie VKS, aber mit Kernenergie-Laufzeitverlängerung auf 60 Jahre Effizienter Klimaschutz in Europa - Keine Vorgaben zum Ausbau Erneuerbarer Energien - Kernenergiezubau möglich THG-Reduktion 20% bis % bis 2050 ggü (EU-weit) THG-Reduktion 30% bis % bis 2050 ggü (EU-weit) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

33 Primärenergieverbrauch in der EU Primärenergieverbrauch [PJ] Müll Sonstige Erneuerbare Wasser, Wind, Solar Kernenergie Erdgas Stromimportsaldo Mineralölprodukte Braunkohle Ref VKS LVK EKE Ref VKS LVK EKE Ref VKS LVK EKE Steinkohle Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

34 Energieintensität des BIP in der EU-27 Energieintensität PEV/BIP [MJ/ 2000] Ref VKS LVK EKE Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

35 Nettostromerzeugung in der EU-27 Nettostromerzeugung [TWh] % 50% 40% 30% 20% 10% Anteil Erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch Sonstige / nichtern. Abfall Sonstige Erneuerbare Energien Biomasse / ern. Abfall Solar Photovoltaik Wind Wasser Kernenergie Erdgas Heizöl Braunkohle Ref VKS LVK EKE Ref VKS LVK Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima EKE Ref VKS LVK EKE 0% Steinkohle Anteil Erneuerbarer Energien

36 Importe fossiler Energieträger in der EU-27 Importanteil fossiler Energieträger am PEV 70% Ref 60% VKS 50% LVK 40% EKE 30% 20% 10% 0% Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

37 Durchschnittliche Stromerzeugungskosten in Europa Durchschnittliche Stromerzeugungskosten [EUR 2000 /MWh] Ref VKS LVK EKE Ref VKS LVK EKE Ref VKS LVK EKE Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

38 Wirtschaftliche Implikationen für Europa Veränderung gegenüber REF VKS 2030 LVK EKE VKS 2050 LVK EKE jährliche Systemkosten [Mrd. EUR 00 ] kumulierte Systemkosten (ab 2010) [Mrd. EUR 00 ] Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima

39 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. A. Voß Herausforderung Energieversorgung Energie in Europa und Klima