Globale und nationale Potentiale der erneuerbaren Energien

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1 SAEE Conference, 9. November 2009 Globale und nationale Potentiale der erneuerbaren Energien Alexander Wokaun Paul Scherrer Institut und ETH Zürich Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Agenda Globales Energiesystem heute Klimaschutzziele Effizienzstrategien Potential der erneuerbaren Energien Erneuerbare Energien in der Schweiz Einschätzungen Energie-Trialog Schweiz Energiebilanz Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

2 Entwicklung Welt-Primärenergiebedarf Source: IPCC (2007); R. Pachauri (2008) Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Anteil der Erneuerbaren Energien am Welt-Endenergieverbrauch 2006 Source: Renewables 2007, Global Status Report, REN21 Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

3 Erneuerbarer Anteil der globalen Elektrizitätserzeugung 2006 Source: Renewables 2007, Global Status Report, REN21 Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Deckung des Mehrbedarfs durch Erneuerbare Energien? Weltweiter Mehrbedarf an Leistung TW bis 2060 Potenzial technisch nutzbar Wind 50 TW 2 TW Hydro 5 TW 2 TW Geothermie 12 TW? Biomasse 12 TW 5 TW Solar TW 600 TW Alle Erneuerbaren sind in der Lage, einen substantiellen Beitrag an den Mehrbedarf zu leisten. Technisches Potenzial der Solarenergie am grössten, begrenzt aber durch die Ökonomie. Zwingend notwendige Speicherund Verteilsysteme sind noch in Entwicklung. Biomasse kann zu Zielkonflikten führen (Ernährung, Wasser). Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

4 IEA-Projektion Elektrizität Mögliche zukünftige Anteile der erneuerbaren Energien Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Erneuerbare Energien in der Schweiz Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

5 Potenzialbegriffe Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Einschätzung des Wärmepotenzials Wärmebedarf meist dezentral Infrastrukturkosten, Transportkosten, Temperaturniveau, Abhängigkeit von Strom bei WKK (Abwärmenutzung der grossen Kraftwerke, Wärmeführung von WKK und Geothermie) Umwelt- und Solarwärme häufig unterschätzt Strombedarf bei Wärmepumpen Aufteilung Biomassepotenzial auf Strom, Wärme und Treibstoffe: 40:30:30 (mit Abwärmenutzung bei Stromproduktion) Wirkungsgrade für Strom (30-35%), Wärme (90-100%), Treibstoff (50%) Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

6 Wärmepotenziale Solarthermie ETS: im 2035 und 4 5 im 2050 Begründung: Reife Technik Konkurrenzfähige Kosten Potenziale in Studien eher unterschätzt Farbcode: Techn.Pot. = blau Erwartetes Pot.= rot ETS-Einschätzung Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Einschätzung Wärmepumpen Umgebungswärme zur Wärmegewinnung ETS: 6-7 im 2035 und im 2050 Begründung: Hohes Potenzial, wird in Studien eher unterschätzt Potenzial kann mit guter politischer Unterstützung ausgeschöpft werden Es muss jedoch 1/4-1/5 der Energie als Strom bereit gestellt werden. Farbcode: Techn.Pot. = blau Erwartetes Pot.= rot ETS-Einschätzung Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

7 Bilanz Wärme Bilanz: Brennstoffe, Fern- und Umweltwärme [PJ] Import zur vollständigen Deckung der Nachfrage Import aktuell Angebot CH aus erneuerbaren )Energien (obere Grenze Angebot CH aus erneuerbaren )Energien (untere Grenze 0.0 Angebot Nachfrage Angebot Nachfrage Angebot Nachfrage aktuell Jahr Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Wichtige Aspekte für die Einschätzung des Treibstoffpotenzials Ökobilanz, Nachhaltigkeitsbilanz Produktions-, Verteil- und Infrastrukturkosten Konkurrenz zu Nahrungsmitteln Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

8 Treibstoff: Biomasse Potenziale der Treibstoffproduktion aus Biomasse Nur SATW enthält Zahlen zu inländischen biogenen Treibstoffen 2003 (2003: 0.01 ) 2050 ETS Referenzwert: Treibstoff-Bedarf CH 2006: ca. 80 BFE (Energiestrategie CH, Okt. 2008): Marktanteil biogene Treibstoffe in 2035 max % (Annahme Import!) Maximale inländische Produktion rund 2% Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Methan aus Holz Auslegungspunkt: Methanproduktion 1 MW Inbetriebnahme: Dezember 2008 Prix Watt d'or Januar 2009 Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

9 Bilanz Treibstoffe Bilanz: Treibstoffe [PJ] Angebot Nachfrage Angebot Nachfrage Angebot Nachfrage Import zur vollständigen Deckung der Nachfrage Import aktuell Angebot CH aus erneuerbaren Energien aktuell Jahr Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Stromproduktion Schweiz 2007 Kehricht- Verbrennung Industrie- WKK Klein- WKK "andere" FH Industrie WKK 0.7 Klein WKK 0.6 Fernheizkraftwerke 0.1 Kehrichtverbrennung 1.8 Photovoltaik 0.02 Wind 0.02 Gesamt 65.9 erneuerbarer Anteil 1.1 Quelle: BFE, Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2007 Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

10 Potential für Strom aus erneuerbaren Energien Technik Erzeugung Potential Photovoltaik Biomasse Geothermie Windenergie Kleinwasserkraft Grosswasserkraft Total Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Quelle: SATW 2007 Wichtige Aspekte für die Einschätzung des Strompotenzials Mengenbetrachtung (kwh) wichtig, aber unvollständig Versorgungssicherheit Leistungsbetrachtung (MW), Netzdienstleistungen, zeitliche Verteilung (Saison, Tagesverlauf, Wetterabhängigkeit etc.) Abhängig von / in Konkurrenz mit Wärme bei WKK, Geothermie, Biomasse Produktionskosten und Entwicklungsstand von erneuerbarem Strom Reife einer Technologie (Photovoltaik, Geothermie), Abhängigkeit von Subventionen Ökologische Ansprüche Potenziale heute zu wenig genutzt, aber Technische oder theoretische Potenziale und Potenziale ohne Zeitangabe sind schwierig zu bewerten Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: T. Kaiser Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

11 Windkraftanlagen werden immer grösser Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Windenergie Zubau-Potenzial ETS: 1-2 im 2035, 2-3 im 2050 Begründung: Reife Technik (on-shore) mit Entwicklungspotenzial offshore Kosten im Bereich der Kleinwasserkraft, abhängig vom Standort Inländische Windproduktion: max. 2.3 (2035) (BFE IIIE) Import von Windstrom wesentlich höher möglich, jedoch Abklärungen bzgl. Netzvoraussetzungen nötig Farbcode: Techn.Pot. = dunkenlblau Erwartetes Pot.= rot Ökologisches Pot. = grün ETS-Einschätzung Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

12 Photovoltaik ETS: 1-2 im 2035, 8-12 im 2050 Begründung: Heute noch teuer ( Rp./kWh) Sinkende Preise zu erwarten (2035: Rp./kWh) Potenzial für ca. 3 in CH als gebäude-integrierte Technik vorhanden im 2035 (PSI hoch) Mehrkosten von 1 (25 Rp/kWh) : ca. CHF 250 Mio. Bei politischer Akzeptanz der Mehrkosten: hohes Potenzial ausschöpfbar Farbcode: Techn.Pot. = dunkelblau Erwartetes Pot.= rot Ökologisches Pot. = grün ETS-Einschätzung Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Tiefe Geothermie Potenziale der Stromproduktion aus tiefer Geothermie, Zubau Farbcode: Theor.Pot.= dunkelblau Techn.Pot. = blau Erwartetes Pot.= rot Ökologisches Pot. = grün ETS-Einschätzung 2006 Ist-Wert Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

13 Kleinwasserkraft Potenziale der Stromproduktion aus Kleinwasserkraftwerken, Zubau Farbcode: Theor.Pot.= dunkelblau Techn.Pot. = blau Erwartetes Pot.= rot Ökologisches Pot. = grün ETS-Einschätzung Ist-Wert Ohne Zeitangabe Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Strom: Biomasse Potenziale der Stromproduktion aus Biomasse, Zubau Farbcode: Theor.Pot.= dunkelblau Techn.Pot. = blau Erwartetes Pot.= rot Ökologisches Pot. = grün ETS-Einschätzung Ohne Zeitangabe Ist-Wert Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

14 Strom aus Zubau erneuerbarer Energien Einschätzung Energie-Trialog Schweiz Heutige Produktion (2006) Erwartetes Gesamtpotenzial 2035 Schätzung Studien Schätzung EnergieTrialog Erwartetes Gesamtpotenzial 2050 Schätzung Studien Schätzung EnergieTrialog Photovoltaik 0,02 0,1 2,7 1,5 (+/- 0,5) bis 9, Wind 0,02 0,6 2,2 1,5 (+/- 0,5) bis Biomasse (inkl. Abfälle aus erneuerbaren Rohstoffen) 1,3 3,3 7,3 5 bis 9 5 Kleinwasserkraft 3,5 5 6,2 5 bis 5,7 4 5 Geothermie -- 0, ,5 bis 5 1,5 3,5 Total 4,84 9,6 23, ,5 bis 33,5 20,5 28,5 Total PJ 17,4 34,6-84,2 43,2 52, ,8 102,6 Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Entwicklung Energienachfrage der Schweiz [PJ] aktuell Treibstoffe Brennstoffe, Fern- und Umweltwärme Strom, ganzes Jahr Interpolation für Summe Endenergie im 2020 Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November

15 [] Stromnachfrage und Stromangebot Strom 2035, ganzes Jahr Jahr 2035 Verluste Pumpspeicherung 70 Versorgungslücke Lücke ganzes Jahr Netzverluste Netzverluste Angebot Neue Erneuerbare Neue Erneuerbare Lücke 2050: Grosswasserkraft, Angebot konventionell: Kernenergie Grosswasserkraf, konventionell thermisch Kernkraft, Konventionell-thermisch Inland Inland Netto-Nachfrage Nettonachfrage 0 0 Angebot Differenz Nachfrage Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November [] Strom 2035, Winterhalbjahr Stromnachfrage und Stromangebot Winterhalbjahr Verluste Pumpspeicherung Grosswasserkraft, Angebot konventionell: Grosswasserkraf, Kernenergie Kernkraft, konvent. Konventionell-thermisch thermisch Angebot Neue Neue Erneuerbare Versorgungslücke Lücke Winterhalbjahr 7 7 Netzverluste Angebot Differenz Nachfrage Forschungsbereich Allgemeine Energie Quelle: Energie Trialog Schweiz Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Inland Netto-Nachfrage Nettonachfrage Lücke 2050: 12

16 Fazit Effizienzstrategien können den Energieeinsatz pro BIP wesentlich senken. Erneuerbare Energien leisten bis 2050 einen wesentlichen Beitrag zur Energieund Stromversorgung. Es verbleibt eine Deckungslücke, die durch Grosskraftwerke gedeckt werden muss. Die Schweiz profiliert sich durch ein intelligentes, gut ausgebautes Netz als aktiver Partner im europäischen Stromhandelssystem. Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November Danksagungen Serge Biollaz Philipp Dietrich Stefan Hirschberg Tony Kaiser (ETS) Günther Scherer Aldo Steinfeld Samuel Stucki Forschungsbereich Allgemeine Energie Erneuerbare Energien Potentiale Alexander Wokaun November