Anforderungen an einen zukunftsfähigen Strom- /Energiemix in Nordrhein- Westfalen Möglichkeiten und Grenzen

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1 Anforderungen an einen zukunftsfähigen Strom- /Energiemix in Nordrhein- Westfalen Möglichkeiten und Grenzen Dr.-Ing. Manfred Fischedick Vizepräsident Pulheim

2 Erwartungen an die Energieversorgung der Zukunft Fokus Stromerzeugung Zuverlässigkeit (bedarfsgerechte Versorgung) Versorgungssicherheit (Diversifizierung des Brennstoffmix, zunehmende Integration erneuerbarer Energien, dezentraler Energietechnologien) Effiziente Ressourcennutzung (hohe Wirkungsgrade) Umwelt- und Klimaverträglichkeit (inkl. klimaverträgliche Kompensation des Kernenergieausstiegs) Wirtschaftlichkeit (Wettbewerbsfähigkeit der Verbraucher) Sozialverträglichkeit ( ökonomisch tragfähig) Risikoarmut Industriepolitische Impulse (Technologietransfer, Exportchancen) Geringe Systemverletzlichkeit (technisch, Angriffsziel von Außen) Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen (Demographie, Klimawandel etc.)

3 NRW als Energieland Nr. 1 steht vor besonderen Herausforderungen NRW als Energieland Nr. 1 in Deutschland hat die höchste installierte Kraftwerksleistung erzeugt im Bundesländervergleich die größte Menge an Strom weist im Strommix den höchsten Kohleanteil auf ist aufgrund der industriellen Struktur der größte Energie- und Stromanwender in Deutschland hat eine ausgewiesene Kompetenz im Bereich des Energieanlagenbaus und der Energieforschung (Energie ist ein wichtiger Beschäftigungsfaktor) kommt vor diesem Hintergrund eine Vorreiterrolle zu

4 Übersicht über die allgemeine Stromerzeugung 2005 Stand und Tendenzen Nettostromerzeugung 2005 gesamt: 536 Mrd. kwh erneuerbar: 59 Mrd. kwh (= 11%) Quelle: VDEW 2006 Steinkohle 21% Erdgas 10% + Heizöl und sonstige 3% +/ Braunkohle 26% Windenergie 5% + Wasserkraft 4% +/ Kernenergie 29% Biomasse & PV 2% +

5 Klimaverträgliche Stromversorgung der Zukunft Grundsätzliche Handlungsoptionen Wirkungsgradsteigerung Brennstoffswitch (Kohle Erdgas) Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung Erneuerbare Energien CO 2 -Abtrennung und Speicherung Ausschöpfung der nachfrageseitigen Effizienzpotenziale

6 Wirkungsgradsteigerung Stand der Technik für fossilbefeuerte Kraftwerke Quelle: VGB 2005

7 Kraftwerksstandard weltweit führend Globale CO 2 - Minderungsimpulse durch moderne Kohlekraftwerke Zukünftig (2020) Referenzkraftwerk (2010) 46 Stand der Technik (2000) 43 Deutschland 38 Welt 30 China/ Russland Wirkungsgrad von Steinkohlekraftwerken in %

8 Wirkungsgradperspektiven und Brennstoffswitch Weitere Perspektiven für sinkende CO 2 -Emissionen CO 2 Emissions of Coal and Gas-fired Entwicklungsperspektiven Plants CO2 Emission (g/kwh) % coal 10% biomass 20% biomass 100% Gas Durchschnitt heute EU25 Durchschnitt 2010 EU25 Referenzkraftwerk AD 700/ Emax Quelle: Tech- Wise Netto Wirkungsgrad (%) Thermie Ultimo Sinkende CO 2 -Emissionen mit natürlichen Grenzen

9 Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung Bandbreite der Optionen Erprobte Technologien Gasturbinen Dampfturbinen GuD-Anlagen Motor-BHKW 250 kw el Hot Module (MTU) Neue Technologien Mikro-Gasturbinen Dampfmotoren Stirling Brennstoffzelle SenerTec Dachs 5,5 kw el 12,5 kw th 800 kw el Dampfturbinenrotor (P. Brotherhood Ltd.)

10 Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung Treibhausgasbilanz in der Regel positiv gegenüber den ungekoppelten Alternativen Quelle: TIPS-Projekt [M. Pehnt / ifeu]

11 Erneuerbare Energien Weit gehend unterschätzte Potenziale, aber zunehmende Nutzungskonkurrenz beachten Wasserkraft Wind, onshore Wind, offshore Fotovoltaik Biomasse Geothermie Biomasse Solarkollektoren Geothermie Biomasse - Endenergie, Szenario B - Strom Wärme Kraftstoffe Anteil, % TWh/a POT Naturschutz zusätzl. ohne Restriktionen gegenwärtige Nutzung Randbedingung: Biogene Reststoffe für stationäre Nutzung (KWK, direkt) Energiepflanzen für Kraftstoffe ( 4,1 bzw. 6,0 Mio. ha in 2050 )

12 CO 2 -Abtrennung und Speicherung Technologische Optionen CO 2 - Abtrennung nach der Verbrennung (Dampfkraftwerke) Konv. KW mit CO 2 - Wäsche 1000 m 3 /s, 18 vol-% CO 2 Forschungsbedarf Kohle Luft Konventionelles Dampfkraftwerk Rauchgasreinig. CO 2 - Abtrennung CO 2 Oxyfuel- Prozess Luft Luftzerlegung Kohle Rauchgasreinigung Kessel O 2 Kondensation CO 2 CO 2 / H 2 O CO 2 - Abtrennung vor der Verbrennung (Kombikraftwerke) IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas) H 2 Luft Luftzerlegung Brennstoff O 2 Vergasung Gasreinigung CO-Shift CO 2 - Abtrennung GuD mit H 2 -Turbine Quelle: Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/ m 3 /s, 45 vol- % CO 2 CO 2

13 A fossil fuel based low emission vision for the future - is that feasible? Fossil fuels Products CO 2 to capture/storage/use Source: Technology Roadmap Australia 2004

14 CO2-Abtrennung und Speicherung CO2-arm ja, CO2-frei nein (Bilanz über die Prozesskette) 1200 CO 2-Emissionen, Treibhausgas-Emissionen und KEA des Steinkohle-Kraftwerks (CO 2 -Abscheidegrad: 88%, Leckagerate: 0%, Eff = 49% ohne / 40% mit CCS) CO 2 -Emissionen [g CO 2 / kwh,el] Schwerpunkt: Effizienzsteigerung bei Fossilen + 34% % 5% Energiepolitik verschärft -76% Einsparungen intensiviert 22% 87% höhere Energiesteuern 13% Vorbildfunktion öffentliche Hand -65% 22% 38% Einlagerung Transport CO2, ohne CCS CO2, mit CCS THG, ohne CCS THG, mit CCS KEA, ohne CCS KEA, mit CCS Abscheidung & Verflssigung Kraftwerk Vorkette Quelle: Wuppertal Institut u.a 2005

15 Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Eine aktuelle Untersuchung in Zusammenarbeit mit E.ON Analyse von Optionen, Potenzialen und Wirtschaftlichkeit 70 einzelne Maßnahmen Statisches Einsparpotenzial: was wäre, wenn alle Gebäude, Anlagen und Geräte mit einem Schlag dem besten Standard entsprächen? Dynamisches Einsparpotenzial im Vergleich zum Trend für 2010 und 2015: was kann bei normalen Erneuerungszyklen und beim Zuwachs im Bestand erreicht werden? Mehrkosten pro Maßnahme im Vergleich zur Trendtechnik Berechnung der Kosten einer eingesparten kwh aus gesamtwirtschaftlicher und Kundenperspektive Vergleich dieser Kosten mit langfristig vermeidbaren Systemkosten der Energiebereitstellung für die Gesamtwirtschaft und mit vermeidbaren variablen Bestandteilen der Energiepreise für die Kundinnen und Kunden Berechnung der Treibhausgas-Emissionsminderung und der CO 2 - Vermeidungskosten

16 Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Dynamisches Einsparpotenzial entspricht allein bis 2015 etwa 16% des Strombedarfs im Trendszenario Net costs (Cent/kWh) 2,00 clothes dryers 1,00 gas process heat* clothes and dish washers 0,00-1,00-2,00-3,00-4,00-5, gas space heating* cold appliances ICT, TV, reducing standby pumps commercial and industrial cooling commercial and industrial lighting domestic lighting compressed air ventilation & air conditioning Energy saved (TWh/ year)

17 Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Einsparungen sind in allen Sekoren möglich und umsetzbar Dynamisches Potenzial bis 2010 zusätzliches dynamisches Potenzial bis 2015 Differenz zum statischen Gesamtpotenzial "verbleibender Stromverbrauch" Haushalte Gewerbe, Handel, Dienstleistungen Sektor Industrie

18 Potenziale der Effizienzsteigerung Beispiel Faktor-4-Pumpen Stromeinsparpotenziale von bis zu 80% (Faktor 4) durch richtige Dimensionierung, integrierte Leistungsregelung (Frequenzumrichter), Permanentmagnetmotor und optimierte Hydraulik WILO Stratos Eco 5,8 Watt Biral MC 10 7 Watt Grundfos Magna min. 22 Watt

19 Potenziale der Effizienzsteigerung Beispiel Kühlgeräte Blomberg A 328 kwh/a Energieeinsparung gegenüber Energieeffizienzklasse A: kwh/a - 58 % Blomberg A kwh/a Effiziente Kühlgeräte haben ein A+ oder A++ Label Kaufen Sie keine Kühlgeräte der Effizienzklasse A (oder schlechter)!!!

20 Eine klimaverägliche Stromerzeugung auf der Basis REG/REN ist aus heutiger Sicht machbar Diversifizierung, Effizienzsteigerung und erneuerbare Energien Stromerzeugung in TWh g g, [ ] Szenario NaturschutzPlus I Import REG Photovoltaik Geothermie Wind Offshore Wind Aber wie wahrscheinlich ist Onshore sie Laufwasser und was müssen wir dafür tun? Biomasse, Biogase KWK, fossil Gas Kond. Kohle Kond. Kernenergie ,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 14,0 12,8 30,3 25,7 40,0 46,5 48,1 58,0 55,6 67,6 % oeko\stromer2; KWK einschl. Biomasse EE ohne Biomasse-KWK Quelle: DLR, IFEU, WI 2004

21 Stand der Entwicklung: Ziele und Realitäten Stromerzeugung und Stromerzeugungsmix - Stromnachfrage moderat steigend statt sinkend Stromerzeugung in TWh g g, [ ] Szenario NaturschutzPlus I Stromverbrauch (TWh/a) inklusive Import/Exportsaldo Import REG Photovoltaik Geothermie Wind Offshore Wind Onshore Laufwasser Biomasse, Biogase KWK, fossil Gas Kond. Kohle Kond. Quelle: Kernenergie AG Energiebilanzen 2006 oeko\stromer2; ,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % KWK einschl. Biomasse 5,7 12,8 14,0 25,7 30,3 40,0 46,5 48,1 58,0 55,667,6 % ohne EE mit Biomasse-KWK

22 Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten Erneuerbare Energien legen plangemäß zu - positive Perspektiven schon unter Referenzbedingungen Regenerative Stromerzeugung, TWh/a Stromerzeugung in TWh REF nach Energiereport IV (2005) 39 AUSBAU (Bandbreite) REF Anlagenanleistung in MWel Dez 1999 Anlagen > 500 kwel 151 Anlagen 70 < 500 kwel Anlagen < 70 kwel Biogas-Anlagen Dez 2000 Dez 2001 Dez 2002 Dez 2003 Dez 2004 Dez 2005 Wasser Wind Onshore Wind Offshore Biomasse, biog. Abfälle Fotovoltaik Geothermie Europ. Verbund oeko/projekt2020/str20var;

23 Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten Geplante Kraftwerksneubauten (18-26 GW) lösen Investitionsstau auf, führen aber auch zu langfristigen strukturellen Festlegungen - Szenario NaturschutzPlus I - Stromerzeugung in TWh g g, [ ] Import REG Photovoltaik Geothermie Wind Offshore Wind Onshore Laufwasser Biomasse, Biogase KWK, fossil Gas Kond. Kohle Kond. Kernenergie 0 oeko\stromer2; ,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % KWK einschl. Biomasse 5,7 14,0 12,8 30,3 25,7 40,0 46,5 48,1 58,0 55,6 67,6 % ohne EE mit Biomasse-KWK

24 Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten Geplante Kraftwerksneubauten (18 GW) und resultierende Minderung der CO2-Emissionen CO2-Emissionen Neubau vs. alterb. Stilllegung der KW in Deutschland 100 CO2 in Mt ,39 88,40 Kraftwerksneubauten führen zu signifikanter CO2-Minderung gg. Kraftwerksbestand von 24% ,01-40 KW- Neubau altersb. Stilllegun g Delta CO2

25 Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten Geplante Kraftwerksneubauten (18 GW) stehen im Konflikt mit sehr ehrgeizigen Klimaschutzzielen Wie gehen wir mit dem Konflikt um? Nachrüstung von CCS eine Option (ist dies umsetzbar, wie hoch sind die Kosten)? Bandbreite der Schätzung nach (ÖI 2006) für early action

26 Alternative CO2-Abtrennung Kostenseitig mit hoher Wahrscheinlichkeit gegensätzliche Entwicklungen, Vergleich auf gleicher Augenhöhe (CO2-Emissionen) Stromgestehungskosten in Euro/kWh Stromgestehungskosten, EUR/kWh 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0, : 0,186 EUR/kWh 2003: 0,71 EUR/kWh 0, Wasser Wind Photovoltaik Geothermie Stromimport Biomasse Biogas Mittelwert BASIS I oeko/kost2; Steinkohlepreis Kraftwerk, [EUR 2000/GJ] Brennstoffpreis in Euro/GJ Kohle Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V. Bandbreite (+15 EUR/t CO2) Prognosen fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas - Projekt2020/St-Preis; Erdgaspreis Kraftwerk, [EUR 2000/GJ] Erdgas Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V. Bandbreite (+ 15 EUR/ t CO2) Prognosen BMU/Projekt20200/Gas-PR.pre; Stromgestehungskosten, [EUR/kWh] 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 Euro/kWh REG Mix Basisszenario fossiler Mix Kostenbandbreite zusätzl. 15 EUR/t CO2 CO2-Rückhalt. Kostenbandbreite 0, oeko/kost-kw.pre;

27 Schlussfolgerungen Die Energie-/Stromversorgung der Zukunft ist durch hohe Anforderungen gekennzeichnet Für die Realisierung der Ziele stehen unterschiedliche Optionen zur Verfügung Im Bereich der Kohleverstromung sind signifikante Minderungen des spezifischen CO 2 -Ausstoßes möglich - eine CO 2 -freie Stromerzeugung kann nicht erreicht werden (auch mit CCS nicht!) Eine klimaverträgliche Energieversorgung ist ohne eine deutliche Erhöhung des Beitrages erneuerbarer Energien und eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz nicht möglich Klimaschutz ist kein Selbstläufer und erfordert in der Umsetzung engagiertes politisches und unternehmerisches Handeln Die Bedeutung von effizienten Kohlekraftwerkstechnologien mag national umstritten sein, aus globaler Sichtweise ist sie für den Klimaschutz essentiell.

28 Anforderungen des globalen Klmaschutzes Massiver Zubau von Kohlekraftwerkskapazitäten (Beispiel China) erwartet davon knapp 500 GW Kohle Kraftwerksneubauten eingrenzen durch: - Ausbau erneuerbarer Energien - Umsetzung Stromeinsparpotenziale Verbleibende fossile Stromerzeugung optimieren: - Wirkungsgradsteigerung - CCS prüfen Die deutsche Kraftwerkstechnologie kann zur Eingrenzung des Klimabeitrages Impulse leisten

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Kontakt: Dr. Manfred Fischedick Wuppertal Institut Döppersberg Wuppertal (FAX) (Sekretariat)