Übersicht über das Teilprojekt A im Rahmen des Strategischen Leitprojekts Trends und Perspektiven der Energieforschung des BMWi

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1 08. November 2017 FVEE-Jahrestagung Forschungsprojekt TF-Energiewende Technologien für die Energiewende: Status und Perspektiven, Innovations- und Marktpotenziale eine multikriterielle vergleichende Technologieanalyse und bewertung Übersicht über das Teilprojekt A im Rahmen des Strategischen Leitprojekts Trends und Perspektiven der Energieforschung des BMWi Peter Viebahn, Ole Soukup, Manfred Fischedick, Juri Horst

2 Überblick Energiepolitische Rahmenbedingungen Das strategische Leitprojekt Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Innovationslückenanalyse Ergebnisse und Veröffentlichungen Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 2

3 Energiepolitische Rahmenbedingungen Ziele Übergeordnete Ziele der Energiepolitik Klimaschutz CO2-Reduktionsziele 2050 Ausstieg aus der Kernenergie bis 2023 Übergeordnete politische Zielsetzungen für Forschung und Entwicklung von Energietechnologien Beitrag zur Erfüllung der energiewirtschaftlichen und klimapolitischen Vorgaben Ausbau der führenden Position deutscher Unternehmen Sicherung und Erweiterung technologischer Optionen (6. Energieforschungsprogramm ab 2011) Entwicklung des 7. Energieforschungsprogramms (ab 2018) Laufender Konsultationsprozess unter Federführung des BMWi Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 3

4 Energiepolitische Rahmenbedingungen Konsultationsprozess BMWi zum Energieforschungsprogramm Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 4

5 Das strategische Leitprojekt Steckbrief Strategisches BMWi-Leitprojekt Trends und Perspektiven der Energieforschung Teilprojekt A: Technologien für die Energiewende Teil A.1: Systematische Technologiebewertung und Innovationslückenanalyse Teil A.2: Entscheidungsunterstützung bei Investitionen in innovative, umsetzungsnahe Projekte à Vortrag von Prof. Wietschel um 16:30 Teilprojekt B: EnFo-2030 Methodenentwicklung und -anwendung zur Priorisierung von Themen und Maßnahmen in der Energieforschung im Kontext der Energiewende à Nachfolgender Vortrag von Prof. Wagner Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 5

6 Das strategische Leitprojekt Steckbrief Teilprojekt A: Technologien für die Energiewende Laufzeit: August 2016 April 2018 (21 Monate) 3 Verbundpartner: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) IZES - Institut für Zukunftsenergie- und Stoffstromsysteme Wuppertal Institut 10 Technologiepartner im Unterauftrag Idee und Projektentwicklung durch FVEE und Fraunhofer ISI Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 6

7 Das strategische Leitprojekt Ausgangsbedingungen und Zielsetzung Umsetzung der Energiewende erfordert Mix aus unterschiedlichen Technologien Viele Technologien schon weitestgehend entwickelt und marktreif Zahlreiche Optionen in der Umsetzung auf passende marktwirtschaftliche Rahmenbedingungen angewiesen Energiewende erfordert aber darüber hinausgehende Beiträge resultierende F&E(D)-Anforderungen in Bezug auf die Weiterentwicklung von Technologien die Bereitstellung von komplementären Technologien (z. B. Speicher, Netze) das Schließen von Technologielücken Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 7

8 Das strategische Leitprojekt Ausgangsbedingungen und Zielsetzung Steigende Herausforderungen für Identifikation und Bewertung von Technologien Erhöhte Komplexität im Energiesystem (u. a. deutlich gestiegenes Maß an Wechselwirkungen im Energiesystem) Vielfalt an gesellschaftspolitischen Zielsetzungen, z. B. - Klimaschutz - gesellschaftliche Akzeptanz - Exportpotenzial - Innovationstreiber führt zu Bedarf an systematischer (kriterienbasierter) vergleichender Technologiebewertung à F&E-Förderung an Beitrag zu diesen Herausforderungen spiegeln Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 8

9 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 2. Konventionelle Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 9

10 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 2. Konventionelle Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) 1.6 Windenergie mit Exkurs Meeresenergie 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 1.7 Umweltwärme 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie 1.1 Biomasse 1.2 Geothermie 1.3 Photovoltaik 1.4 Solare Wärme und Kälte 1.5 Solarthermische Kraftwerke Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 10

11 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 2.1 Zentrale Großkraftwerke 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 2.2 a Dezentrale Kraftwerke 1. Erneuerbare Energien (Brennstoffzellen) 2. Konventionelle Kraftwerke 2.2 b Dezentrale Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) (Motoren und Turbinen) 2.3 CO2-Abscheidung und 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) Lagerung (CCS) 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 2.4 CO2-Nutzung 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 11

12 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 3.1 Stromtransport und -verteilung 3.2 Wärmetransport 2. Konventionelle Kraftwerke und -verteilung 3.3 a Energiespeicher 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) (elektrisch & elektro-chemisch) 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 3.3 b Energiespeicher (thermisch, 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude thermo-chemisch & mechanisch) 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie 3.4 Nutzung von Erdgas- und Erdölinfrastruktur und Raffinerien für strombasierte Brennstoffe Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 12

13 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 2. Konventionelle Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) 4.1 Power-to-gas (Wasserstoff) 4.2 a Power-to-gas (Methanisierung chemisch-katalytisch) 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 4.2 b Power-to-gas (Methanisierung biologisch) 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 4.3 Power-to-liquids/chemicals 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie 4.4 Verfahren der CO2-Abtrennung aus Faulgasen und Umgebungsluft Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 13

14 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 2. Konventionelle Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 14

15 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Betrachtete Technologiefelder Systematische Technologiebewertung 6 Technologiebereiche mit 27 Technologiefeldern 1. Erneuerbare Energien 2. Konventionelle Kraftwerke 3. Infrastruktur (Netze, Speicher) 4. Technologien für die Sektorkopplung (PtX) 5. Energie- und Ressourceneffiziente Gebäude 6. Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie Zusätzlich Bewertung von Systemintegration Iuk/Digitalisierung 6.1 Energieeffiziente Prozesstechnologien 6.2 Energieeffiziente Querschnittstechnologien 6.3 Technologien zur Abwärmenutzung 6.4 Low-carbon und ressourceneffiziente Industrie Elektromobilität soweit direkte energiewirtschaftliche Bezüge (PKW und Hybrid-Oberleitungs-LKW) Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 15

16 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Kriterien und Szenarienhintergrund 12 Bewertungskriterien 2 Szenariowelten entsprechend der Beschlusslage der Bundesregierung (-80 95% Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen bis 2050) à 2 -Ziel und 1,5 -Ziel Abgleich der mit Energiewende verbundenen technologischen Herausforderungen mit Status und Perspektiven der F&E sowie Identifikation von Innovationslücken Keine Vorauswahl oder Rangbildung im Projekt neutrale Bewertung Ableitung von F&E Empfehlungen und damit Bereitstellung von Orientierungswissen zur Weiterentwicklung des Energieforschungsprogramms Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 16

17 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Kriterienraster I Förderrelevanz Kriterium 1: Vorlaufzeiten Kriterium 2: F&E-Risiken (technisch, wirtschaftlich, rohstoffseitig) II Klimapolitik und Energiewirtschaft Kriterium 3: Marktpotenziale Kriterium 4: Beitrag zu Klimazielen und weiteren Emissionszielen Kriterium 5: Beitrag zur Energie- und Ressourceneffizienz Kriterium 6: Kosteneffizienz III Positionierung deutscher Unternehmen Kriterium 7: Inländische Wertschöpfung Kriterium 8: Stand und Trends von F&E im internationalen Vergleich IV Technologieoffenheit & Systemaspekte Kriterium 9: Gesellschaftliche Akzeptanz Kriterium 10: Unternehmerisch-technische Pfadabhängigkeit, Reaktionsfähigkeit Kriterium 11: Abhängigkeit von Infrastrukturen Kriterium 12: Systemkompatibilität Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 17

18 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Kriterienraster Quelle: Wuppertal Institut Stufe 1: Relevanz öffentlicher Förderung I: Förderrelevanz Kriterium 1: Vorlaufzeiten Kriterium 2: F&E-Risiken (technisch, wirtschaftlich, rohstoffseitig) Zusammenfassung Förderrelevanz Stufe 2: Detaillierte Bewertung des Technologiefeldes II: Klimapolitik & Energiewirtschaft Kriterium 3: Marktpotenziale Min-Max Deutschland/international III: Positionierung deutscher Unternehmen Kriterium 7: Inländische Wertschöpfung Kriterium 4: Beitrag zu Klimazielen und weiteren Emissionsminderungszielen Kriterium 5: Beitrag zur Energie- und Ressourceneffizienz Kriterium 6: Kosteneffizienz Kriterium 8: Stand und Trends von F&E im internationalen Vergleich Jeweils bezogen auf Referenzentwicklung IV: Technologieoffenheit & Systemaspekte Kriterium 9: Gesellschaftliche Akzeptanz Kriterium 10: Unternehmerischtechnische Pfadabhängigkeit und Reaktionsfähigkeit Kriterium 11: Abhängigkeit von Infrastrukturen Kriterium 12: Systemkompatibilität Gruppen II - IV in Analogie zu den 3 Zielen der Energieforschungspolitik im aktuellen 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 18

19 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Aufbau der Technologieberichte 1. Beschreibung Technologiefeld 2. Stand F&E in Deutschland 3. Relevanz öffentlicher Förderung I: Förderrelevanz Kriterienset (1 2) Zusammenfassung Förderrelevanz 4. Detaillierte Bewertung des Technologiefeldes II: Klimapolitik & Energiewirtschaft Kriterienset (3 6) III: Positionierung deutscher Unternehmen Kriterienset (7 8) IV: Technologieoffenheit & Systemaspekte Kriterienset (9 12) Gruppen II - IV in Analogie zu den 3 Zielen der Energieforschungspolitik im aktuellen 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung Quelle: Wuppertal Institut 5. F&E-Empfehlungen für die öffentliche Hand Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 19

20 Innovationslückenanalyse Nationale Klimaschutzszenarien mit Zeithorizont 2050 Sektorübergreifende Studien und Szenarien im Überblick: Autor (Jahr) Titel Betrachtete Szenarien DLR et al. (2012) BMU Leitstudie 2011 Szenarien A / A / B / C / THG95 UBA (2014) Treibhausgasneutrales Deutschland 2050 THGND 2050 Prognos et al. (2014) Entwicklung der Energiemärkte Zielszenario IWES et al. (2015) Interaktion EE-Strom, Wärme, Verkehr Sektorüber. Zielszenario Öko & ISI (2015) Klimaschutzszenario 2050: 2. Endbericht KS 80 / KS Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

21 Innovationslückenanalyse Beispiel: 95 % Treibhausgasreduktion bis 2050 Zeit t Biomasse TWh el TWh th 4-59 TWh el TWhth 1.2 Geothermie 0,1-2 TWh el 5-32 TWh el 1.3 Photovoltaik 45 TWh el TWh el 1.4 Solare Wärme und Kälte TWh th TWh el 1.5 Solarthermische Kraftwerke 0 TWh el 0 TWh el 1.6 Windenergie TWh el TWh el 1.7 Umweltwärme TWh th TWhth 2.1 Zentrale fossile Kraftwerke TWh el TWhel 2.2 Dezentrale Kraftwerke 38 TWh el TWhel 2.3 CO2-Abscheidung und Lagerung (CCS) 0 t CO 2 9 Mt CO CO2-Nutzung? 3.1 Stromtransport und -verteilung 3.2 Wärmetransport und -verteilung 3.3 Energiespeicher Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

22 Innovationslückenanalyse Beispiel: 95 % Treibhausgasreduktion bis 2050 Zeit t Power-to-gas (Wasserstoff) 0 TWhel TWhel 4.2 Power-to-gas (Methanisierung) 19 TWhel 4.3 Gas-to-fuel/chemicals 95 TWhel 4.4 Informations- und Kommunikationstechnologie (IuK) 5.1 Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik 6.1 Energieeffiziente Prozesstechnologien 6.2 Energieeffiziente Querschnittstechnologien TWhth TWhth TWhel TWhel 6.3 Technologien zur Abwärmenutzung 6.4 Low-carbon und ressourceneffiziente Industrie 7.1 Elektrofahrzeuge 7.2 Neue Konzepte Elektromobilität keine Aussagen Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

23 Innovationslückenanalyse internationale Klimaschutzszenarien Studien und Szenarien im Überblick: Autor (Jahr) Titel Betrachtete Szenarien IEA (2015) World Energy Outlook Scenario IEA (2016) World Energy Outlook Scenario Greenpeace et al. (2015) Energy [R]evolution 2015: A Sustainable World Energy Outlook 2015 Basic E[R], Advanced E[R] WEC (2016) World Energy Scenarios 2016 Unfinished Symphony Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

24 Innovationslückenanalyse Beispiel: 2 C-Ziel Zeit t Biomasse TWhel TWhel 1.2 Geothermie TWhel 208 TWhth TWhel TWhth 1.3 Photovoltaik TWhel TWhel 1.4 Solare Wärme und Kälte 743 TWhth TWhth 1.5 Solarthermische Kraftwerke TWhth TWhth 1.6 Windenergie 717 TWhel TWhel 1.7 Umweltwärme TWhth TWhth 2.1 Zentrale fossile Kraftwerke TWhel k.a TWhel 2.2 Dezentrale Kraftwerke 2.3 CO2-Abscheidung und Lagerung (CCS) 2.4 CO2-Nutzung 3.1 Stromtransport und -verteilung 3.2 Wärmetransport und -verteilung 3.3 Energiespeicher Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

25 Innovationslückenanalyse Beispiel: 2 C-Ziel Zeit t Power-to-gas (Wasserstoff) 3-38 TWh TWh 4.2 Power-to-gas (Methanisierung) 0 TWh TWh 4.3 Gas-to-fuel/chemicals 19 TWh TWh 4.4 Informations- und Kommunikationstechnologie (IuK) 5.1 Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik 6.1 Energieeffiziente Prozesstechnologien 6.2 Energieeffiziente Querschnittstechnologien 6.3 Technologien zur Abwärmenutzung 6.4 Low-carbon und ressourceneffiziente Industrie 7.1 Elektrofahrzeuge 7.2 Neue Konzepte Elektromobilität keine Aussagen Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

26 Innovationslückenanalyse Ablauf Zentrale Herausforderungen der Energiewende Expertengespräch Analyse Szenarien Anforderungen Technologien auf der Zeitachse Grundlagen für Technologieberichte TB zeigen Lücken in TF auf Review über Umfrage, Workshops und Experten-Diskussion Spezifikation der Entwicklungsanforderungen Weiterer Vertiefungsbedarf Technologien für die Energiewende: FVEE Jahrestagung, Berlin

27 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Stakeholder-Beteiligung Dialoge mit der Industrie und weiteren Praxispartnern Interne Reviews (Leitprojekt) Beteiligte Partner in TF_Energiewende Teilprojekt B (EnFo-2030) Externe Reviews zu den zentralen Kriterien Forschungsbedarf und Marktpotenzial Ergebnisse zweier Workshops auf der Tagung 40 Jahre Energieforschungsprogramm am 02. Mai Rückmeldungen aus der Online-Umfrage unter den Mitgliedern der BMWi-Energieforschungsnetzwerke Steckbriefe Grundlage für Input weiterer Stakeholder Regionalkonferenzen Bundesländer BMWi-Forschungsnetzwerke Energie Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 27

28 Technologiebewertung im Projekt TF-Energiewende Konsultationsprozess BMWi zum EFP Quelle: Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 28

29 Ergebnisse und Veröffentlichungen Technologieberichte liegen weitgehend fertig vor Drei der 31 Berichte werden bis März 2018 erstellt Berichte werden auf folgender website eingestellt: Dort bereits 2-seitige Zusammenfassungen zu finden ( Steckbriefe ) Technologieberichte sowie Politikbericht werden im April 2018 gedruckt MORGEN Präsentation von 16 Technologiefeldern mit ausgewählten Ergebnissen Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 29

30 Peter Viebahn Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Informationen finden Sie auf unseren Websites Leitprojekt A: Technologien für die Energiewende 30