Stand, Technik und Wirtschaftlichkeit der Energiewende
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- Hildegard Gesche Lang
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1 Stand, Technik und Wirtschaftlichkeit der Energiewende Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. FENES, OTH Regensburg Eröffnung Forum Erneuerbare Energien Auf dem Weg zur tragenden Säule der Energieversorgung BEE, AGEE, HMI Hannover Messe 7. April 2014
2 Inhalt 1) Energiewende Stand der Strom-, Wärme- & Mobilitätswende 2) Flexibilitäten Die Energiewende ist technisch kein Problem 3) Energiespeicher Das Speicherproblem ist gelöst 4) Finanzierung Die Energiewende ist wirtschaftlich Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 2
3 Grundgesetz Artikel 20a: Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen. Quelle: Grundgesetz für die BRD vom 23. Mai 1949, zuletzt geändert Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 3
4 Die Wirtschaft ist eine 100% Tochterfirma der Umwelt Bildquelle: Bormann, privat Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 4
5 Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Mobilitätswende Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 5
6 Stromwende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 6
7 Wärmewende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 7
8 Mobilitätswende in Deutschland Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 8
9 Überschüsse & Defizite à Flexibilitätsbedarf à Speicherbedarf Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 9
10 10 Steigender Bedarf von Flexibilität Vergleich Einspeisesituation Deutschland 2010 und exemplarische Woche Einspeisung / Nachfrage 80 GW 60 GW Windenergie Photovoltaik Nachfrage m Wind & PV Einspeisung übersteigt Last m Verschärfung der Situation durch w Weitere Must-Run-Erzeugung (z.b. Biomasse, KWK) w Restriktionen aus Netztopologie und Netzbetrieb è Flexibilität des Energiesystems entscheidend Quelle: Rotering, IAEW 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 10
11 Überschüsse Flexibilitätsbedarf > Speicherbedarf Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 11
12 Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 12
13 Das Speicherproblem ist gelöst Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 13
14 Definition Energiespeicher Ein Energiespeicher ist eine energietechnische Einrichtung, welche die drei folgenden Prozesse beinhaltet: Einspeichern (Laden), Speichern und Ausspeichern (Entladen), wobei ein Energiespeicher auch nur aus der Speichereinheit oder einem Energieträger bestehen kann. Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 14
15 Speicherproblem techn. gelöst Wirtschaftlichkeit Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 15
16 Wärmespeicher über Power-to-Heat und flexible KWK als kostengünstige Speicherung (Strom Wärme) Quelle: N-Ergie 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 16
17 Pumpspeicher als effizienter Kurzzeitspeicher Betrieb im Takt von Wind & Sonne Quelle: Schluchseewerk, 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 17
18 Batteriekraftwerke in Primärregelleistung + EE ersetzen Kohlekraftwerke Quelle: Younicos Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 18
19 Power-to-Gas Das Original Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz à Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, Specht Specht et al, 2010 et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 19
20 Power-to-Gas als Langzeitspeicher & Stromkraftstoff Quelle: E-On, 2013 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 20
21 Power-to-Gas: zu geringe Auslastung, zu teuer Energiewende: Not-in-my-backyard! Abhilfe: Meer nutzen & dem Wind folgen Bildquelle: Sylvia Riedl, pixelio.de Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 21
22 Meer: Große ungenutzte Windpotentiale Quelle: auf Basis von Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 22
23 1. Ansatz: Segelenergie: Energieschiffe zur Kraftstoffernte Wind à Wasserkraft à Power-to-X à Kraftstoff Windkraft à Konst. Translation à Widerstand à Rotation à verf. Strom à H 2 Gesamteffizienz 100% 75 90% 34 45% 25 40% % Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 23
24 Segelenergie: Energieschiff der 2 5 MW Klasse Konstante Ernte von Windenergie Hohe Auslastung der Anlagen Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 24
25 Segelenergie: Routen optimieren Beispiel 3 Monate-Fahrt insg h (80%) Auslastung Quelle: Patentiert Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 25
26 Segelenergie: Kosten nach Schiffsgröße Kosten in Cent kwh Auslastung: h Invest: 8 40 M Abschreib.: 15 J. ROI 4% Wasserstoff Mittel Optimum elekt. Leistung in MW Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 26
27 Zusammenfassung neue Technik Segelenergie Segelenergie Wind-Wasser-Speicher-System Vorzüge Konstant Wind als Grundlast ernten Kombination bekannter Technologien Nutzt großes ungenutztes Potential Keine Konkurrenz zu Nahrung / Futter Kein Einfluss auf das Landschaftsbild Kein Not in my backyard Impuls für den Schiffbau & Green Ships Herausforderung Erste Umsetzung Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 27
28 2. Ansatz: Stromkraftstoffe von Windplattformen Quelle: Sterner, Raith, 2013, Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 28
29 Energiewende lohnt sich und kostet uns weniger als der konventionelle Pfad Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 29
30 Quelle: Gerhard Mester, 2012 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 30
31 Mythos: Ökostrom ist teuer Wind & Sonne gleichauf / am Günstigsten Nicht enthalten: Speicherkosten Externe Kosten (Entsorgung, CO 2 ) Wind PV Gas & Dampf Steinkohle Kernkraft Gestehungskosten für neue Kraftwerke in cent / kwh 2013 Einspeisevergütung England neues AKW: 11,3 ct / kwh für 30 Jahre Quelle: Agora 2013, mit Daten vom Energiewirtschaftlichen Institut zu Köln EWI Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 31
32 Entwicklung Energiemix Studie Geschäftsmodell Energiewende Jährlicher Primärenergieverbrauch [TWh/a] Gesamt Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Mineralöl EE-Strom Biomasse Geothermie Solarthermie Biokraftstoffe biogener Müll Quelle: Gerhardt et al., 2013 ( Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 32
33 Deutschland importiert für 100 Milliarden Primärenergie jedes Jahr, v. a. Kohle, Öl und Gas. In 10 Jahren verbrennen wir 1000 Mrd. à Investition in EE & Infrastruktur (Netze + Speicher) ist eine attraktive Kapitalanlage Quelle: Gerhardt et al., 2013 ( Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 33
34 Energiewende lohnt sich Rendite 4 7 % bis 2050 Studie Geschäftsmodell Energiewende Gutschrift durch Brennstoffeinsparungen PV Wind Onshore Wind Offshore Andere Erneuerbare Infrastrukturkosten E-Mobility Power2Gas und weitere Speicher Wärmepumpen Gebäudeisolation Kapitalkosten Deckungsbeitrag (inkl. Kapitalkosten) Kosten [Mrd. Euro] Szenariojahr Quelle: Gerhardt et al., 2013 ( Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 34
35 Energiespeicher ermöglichen die Nutzung intersektoraler Synergien Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 35
36 Zusammenfassung n Stand heute: Strom 25 %, Wärme 10 %, Kraftstoff 6 % n Es gibt genügend Flexibilitäten im System n Speicher behindern nicht den weiteren Ausbau Erneuerbarer n Das Speicherproblem ist gelöst n Energiebrücken Power-to-Heat, KWK, Power-to-Gas, Power-to- Liquid nutzen für Langzeitspeicher, Wärme und Stromkraftstoffe n Energiewende ist wirtschaftlich und spart langfristig Kosten n CO 2 Bepreisung als Treiber für Energiewende & Energiespeicher (Kauf: 100 / t CO 2 vs. Entsorgung in der Atmosphäre: 4 / t CO 2 ) n Rahmenbedingungen für statt gegen Energiewende schaffen Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 36
37 Weiterlesen Sterner, Stadler Energiespeicher 600 S., 400 Abb. Ab Mitte 2014 im Springer-Verlag Quelle: Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 37
38 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 (0) michael.sterner a oth-regensburg.de Vielen Dank Prof. Dr. Sterner, OTH Regensburg, S. 38
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