Erneuerbare Energien

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1 Erneuerbare Energien Langfristige Potenziale, Bewertungen und mögliche Umsetzung Markus Real Forum VERA, 23. Sept. 2005

2 Inhalt Welche Erneuerbaren innerhalb Systemgrenze Schweiz Darstellung Gesamtpotential aller Erneuerbaren in der Schweiz bis 2050, Studie SATW in Arbeit Wachstumskurven Simulation der dynamischen Entwicklung grossmassstäblicher Einführung erneuerbarer Energietechnologien und deren Auswirkungen Abschätzen möglicher Engpässe (industrielle Kap.) Potentiale zusätzlich zu PJ/TWh in Anzahl Anlagen CO2 Reduktionen, Kostenentwicklungen, Kapitalbedarf

3 Mitarbeit Die Untersuchung wurde durch die EK der SATW initiiert Basierend auf Methodik und Vorarbeiten durch die ETH/EAWAG, Dr. Hans-Peter Bader und Ruth Scheidegger Mit Beiträgen von Andreas Gut (BfE) und Prof. Dr. Alexander Wokaun (PSI) sowie weiteren Experten der EK.

4 Weltkommission für Umwelt und Entwicklung (Brundtland-Report), 1987 Nachhaltig ist eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen.

5 Solarstrahlung Geothermie Biomasse Wasser Wind Umgebungswärme Kollektoren Solarzellen Turbine/FC Wärmepumpe Vergasung Verbrennen Fermentation WKK Treibstoffe Gas Wärme Strom

6 Erneuerbare Wasserkraft Biomasse Geothermie Umgebungswärme WP Kollektoren Wind Photovoltaik Strom Wärme Strom Gas Treibstoff Strom Wärme Wärme Wärme Strom Strom

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10 Quelle IEA PVSPS

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15 Sole/Wasser Luft/Wasser

16 PAC pour résidentiel (quartier de 135 appartements) Investisseur privé

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18 Wachstumskurven am Beispiel Entwicklung Widerstandsheizungen (CH)

19 Lebenszyklen von Energiequellen, Wachstumskurven in Prozent traditionelle Biomasse Kohle Öl, Gas Erneuerbare Energie noch offen 10 Kernkraft Quelle Shell

20 Lernkurven Daumenregel: Eine Verdoppelung der kumulierten industriellen Produktion bewirkt eine Reduktion der Herstellungskosten von 20% Literature Reviews

21 Lernkurven (Wind, PV, Ethannol Brasilien) US$/kW (PV, Wind, CCGT) Wind ( ) PR = 99% PV ( ) PR = 77% Wind ( ) PR= 88% Ethanol ( ) PR = 93% CCGT ( ) PR = 104% Ethanol ( ) PR = 71% CCGT ( ) PR = 81% Price paid to ethanol producers (Oct US$/m3) Cumulative Installed MW (PV, Wind, CCGT)

22 Technologie Primärenergie Produkt Abnehmer 2050 % Flächen "Brennstoffkosten" PJ Raumbedarf Umgebungswärme Stromkosten Wärme Haustechnik In Haustech integriert Kollektoren Solar, kostenlos Wärme Haustechnik 16 5 In Dach integriert 7km2 Geothermie Erdwärme kostenlos Wärme Fernwärme 22 7 Kleiner Bedarf, 0,1km2 Geothermie Erdwärme kostenlos Strom Stromnetz 5,6 2 Kleiner Bedarf, 0,1km2 Biomasse, Wärme (+WKK) Kosten für Holz Wärme Fernw., Haustec Mittlerer Raumbedarf Einzelfeuerung Wärme Haustechnik 0 Kleiner Raumdedarf Strom (WKK) ARA Abfall + Kosten StromWärme Stromnetz 13,5 4 im Gebäude gross Gasnetz beides, frei + Kosten Gas/Treibst. Netz, Haustech 15 5 Kleiner Bedarf, 0,1km2 Flüssige Treibstoffe Kosten, + Ausnahmen Treibstoff Treibstoffverteiler 15 5 Kleiner Bedarf, 0,1km2 PV Solar, kostenlos Strom Netz, Haustech 7 2 Dachintegriert 10 km2 Wind Wind, kostenlos Strom Stromnetz 4,3 1 Flächen weiter nutzbar Wasser Wasserzins Strom Stromnetz Speicherseen 120 km2

23 Parameter, Annahmen Installierte Leistung über Zeit Zeithorizont, 50 Jahre, Jahr 2050 Annahme über das Wachstum Lernkurve der Technologien Entwicklung Energiebeiträge, CO2-Vermeidung, Kosten Primärenergie, Kapitalbedarf Zinssätze, Amortisationsdauern, Lebensdauer der Anlagen (Gaussche Verteilung)

24 Energie, CO2 CO2 Emissionen Potential Wirkungsgrad Energie MWh Integral CO2 Integral Costs Wachstum Lernkurve Geb. Kapital

25 Resultate am Beispiel Umweltenergie durch WP Wärmepumpen total installierte Anlagen MW installierte Leistung neu installierte Anlagen pro Jahr MW/a neu installierte Leistung Energie zur Herstellung Energie für Betrieb Nettoenergie 10 6 GWh/a 10 6 GWh/a 10 6 GWh/a produktion kumulierte Energie für Herst.+Betrieb Verhältnis: 1 kumulierte produzierte Energie kg/a CO2 durch Herstellung 10 9 kg/a CO2 durch Betrieb 10 9 kg/a CO2 "saved" 10 9 kg CO2 "saved" akkumuliert Fr./kWh Kosten / Energieeinheit Fr gesamter Kapitalbedarf Fr. jährlicher Nettokapitalbedarf

26 Plausibilitätsprüfung am Beispiel Gebäudebestand Gebäude nach Gebäudeart, Schweiz, VZ 2000 Gebäude im ganzen Gebäudeart Wohngebäude Im ganzen Reine Wohngebäude Andere Wohngebäude Im ganzen Ein- Zwei- Mehr- Im ganzen Mit Wohneinheiten familien- häuser häuser familien- familien- häuser Sonstige Gebäude Um die Anwendung der Daten zu erleichtern, wurden fehlenden Angaben zu 100% ergänzt (Ausnahmen : Fläche, Miete). Für kleinere geographische Einheiten können diese Ergänzungen zu Resultaten führen, die der Realität nicht entsprechen.

27 Theoretisches, Technisches und technisch nutzbares Potential Evaluationskriterien, mögliche Limitierungen: Bauliche + Flächenmässige Industrielle Aktivität Kosten Kapitalbedarf Zeitliche Verfügbarkeit Integration in bestehende Nutzungsstruktur, Netze

28 Technologie, Energieträger Bedarf 2000/2004 Bedarf 2050 Produktion Erneuerbare Prozentuale Abdeckung PJ PJ PJ % Treibstoffe (inkl Flugbenzin) Strom aus Erneuerbaren Entwicklung Prognos, MW PV Stabilisierter Verbrauch, MW PV Gas Wärme 92 Geothermie Wärme/Fernwärme 15,3 24,3 9 35

29 Erneuerbare im Kontext Ziel 2000 Watt Bedarf 2004 Bedarf 2050 Produktion Erneuerare Prozentuale Abdeckung PJ PJ PJ % Gesamt Endenergie bzw

30 Neu an der Untersuchung: Gesamtheit aller Erneuerbaren Energien in PJ in Anzahl Anlagen ausgedrückt Bis 2050 wird tech. nutzbares Potential erschlossen Extrapolation der Lernkurven in die Zukunft Energie aus den Anlagen wird zu Gestehungskosten abgesetzt, und Erlös für Am./Verzinsung verwendet Reine Kostenanalyse, ohne Gewinne

31 Limitierend an der Untersuchung ist: Die Einbindung der Energien in bestehende Infrastruktur wird nicht berücksichtigt, Klemmenkosten Gestehungskosten versus Konsumentenpreise und versus Marktpreise Heterogene Systemkombinationen versus Mittelung Jahreserträge versus momentaner Energiebedarf

32 Schlussfolgerungen Es gibt keine Short-Cuts auf der Zeitachse. Limitierend für die grossmassstäbliche Umsetzung ist vorwiegend die Zeit. Die Unsicherheit bei Annahme über Entwicklung Kosten/Wirkungsgrade sind wahrscheinlich kleiner als die Unsicherheiten in der (Kosten)-Entwicklung der nicht erneuerbaren Energieträger. Unter Annahme kostendeckender Vergütung ist jährliche Kapitalbedarf für Umbau in nachhaltige, erneuerbare Energieversorgung klein. Der Umbau auf eine nachhaltige Versorgung mit erneuerbaren erwirtschaftet sich mit den Energieerlösen weitgehend selber, wenn eine Zeit von 50 Jahren zu Verfügung steht. Bei Strom dominiert die Wasserkraft weiterhin. Im Mischpreis steigen Stromgestehungskosten um ca 20%. Bei den übrigen Erneuerbaren sinken die Gestehungskosten über die Zeit.