Energieversorgung in Deutschland Probleme, Chancen und Perspektiven

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1 Energieversorgung in Deutschland Probleme, Chancen und Perspektiven Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Universität Stuttgart Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) Aalen, Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland Aalen,

2 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

3 Entwicklung des Primärenergieverbrauchs und der Energieintensität in Deutschland Primärenergieverbrauch [PJ/a] Entwicklung der Energieintensität [1990=100] Steinkohlen Braunkohlen Kernenergie Mineralöle Naturgase Wasser/Wind Sonstige PEV/BIP Quelle: AG Energiebilanzen (2008), BMWi (2008), eigene Berechnungen Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

4 Bruttostromerzeugung in Deutschland Heizöl / Sonstige 5.7% Erdgas 6.5% Erneuerbare Energien 3.4% Steinkohle 25.6% Erdgas 11.9% Erneuerbare Energien 14.1% Steinkohle 22.3% Kernenergie 27.7% Braunkohle 31.1% Heizöl / Sonstige 5.2% Kernenergie 22.1% Braunkohle 24.4% Gesamt: 550 TWh Gesamt: 637 TWh Quelle: AG Energiebilanzen (2008) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

5 Verbleibende Kapazität des Kraftwerkbestandes Elektrische Nettoleistung in [GW el ] Uran Braunkohle Steinkohle Gas Öl Sonstige Therm. KW Wind Wasser PV Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

6 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung Ausbau der erneuerbaren Energien Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

7 Nutzung erneuerbarer Energien in Deutschland im Jahr 2007 (1990) Wasserkraft Wind Biomasse Geothermie Primärenergie [PJ/a] Elektrizität [GWh/a] , ,1 150 k.a. solare Strahlung < 0,1 Gesamt 209,2 (2,2 % * ) 142,2 681,2 8,3 25,9 932,1 (6,7 % * ) (3,4 % ** ) , (14,2 % ** ) * Anteil am Primärenergieverbrauch ** Anteil am Bruttostromverbrauch Quelle: BMU 2008 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

8 Entwicklung der Windenergienutzung und der spezifischen Investitionskosten Kumulierte Leistung [MW] / Stromerzeugung [GWh] Kumulierte Leistung Stromerzeugung Spezifische Investitionskosten Spez. Investitionskosten [ 07/kW] Quelle: Bundesverband Windenergie e.v.; Wind Power Monthly, Jan Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

9 Kosten des Windstroms (Onshore) Erzeugungskosten (je nach Standort) 7,6 bis 12,7 ct / kwh Back-up-Kosten für gesicherte Leistung 1,0 bis 2,0 ct / kwh Netzausbau und Netzverluste ca. 0,2 ct / kwh ca. 9 bis 15 ct / kwh Quelle: Voß, Wissel et al Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

10 Spez. Investitionskosten [ 2005/kW] Lernkurve Windenergie Wirtschaftlichkeitsgrenze ca /kw rd Mrd. global Empirische Daten Lernkurve (PR = 0,902) ca GW Kumulierte Windenergie-Leistung weltweit [GW] ca GW GW Kraftwerksleistung weltweit (2005) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

11 Gestehungskosten von Strom, Wärme und Kraftstoffen aus erneuerbaren Energien Kraftstoffe Strom Wärme Gestehungskosten (EURct/kWh) Referenz: Diesel u. Benzin RME BTL Ethanol Wind (Onshore) Referenz: Fosile Kraftwerke PV Holz HKW (0,5-1,0 MW) Biogas Gülle BHKW (0,1-0,5 MW) Referenz: Zentralheizung Öl u. Erdgas Ztr.-Hzg. 15kW (Scheitholz- Pellets) Solarkoll. (5-100m2) Solarkoll. mit sais. Speicher (2000m2) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

12 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung Ausbau der erneuerbaren Energien CO 2 -Emissionen und Klimaschutz Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

13 CO 2 -Emissionen in Deutschland Steinkohle Braunkohle Mineralöle Gase layout Energie Industrie Transport HH u. GHD Strom u. Wärme % 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% Energiebedingte CO2-Emissionen in Deutschland [Mill. t CO2] Sektorale Anteile an den gesamten energiebedingten CO2-Emissionen 5% 0% Quelle: UNFCCC (2008), BMWI (2008), UBA (2008), AGEB (2007), eigene Berechnungen, zitiert nach Küster (in Vorbereitung) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

14 CO 2 -Emissionen in Europa: Ausgewählte Länder und Regionen (2005) CO 2 je Einwohner [t/capita] CO 2 -Emissionen aus Energieumwandlung je Einwohner CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung je Einwohner Baden- Württemberg Deutschland EU-25 Frankreich Schweden CO 2 der Stromerzeugung umfasst hier jeweils Emissionen aus öffentlicher Strom- u. Wärmeerzeugung. Quelle: UNFCCC (2007), EUROSTAT (2007), Stat. LA BW (2007) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

15 Energiesituation - Ausgangslage Energieversorgung Ausbau der erneuerbaren Energien CO 2 -Emissionen und Klimaschutz Energiepreise Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

16 Entwicklung des Rohölpreises US-$ / Barrel zweiter Ölpreisschock nominal real US-$2008 dritter Ölpreisschock erster Ölpreisschock Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

17 Strompreis für Haushalte Durchschnittlicher Strompreis eines Drei-Personen-Haushaltes mit einem Jahresverbrauch von kwh/a in Cent/kWh 17,11 16,53 0,08 1,79 0,77 0,09 1,79 2,33 2,28 13,94 14,32 1,28 1,53 0,13 0,20 1,79 1,79 1,92 1,97 0,20 0,25 2,05 2,05 2,05 0,88 2,05 0,34 0,31 0,69 1,79 0,33 0,51 1,79 0,25 0,42 1,79 1,79 0,35 1,79 1,79 2,68 2,48 2,57 2,37 2,22 16,11 17,19 17,96 18,66 19,46 20,64 3,30 21,65 2,05 2,05 0,20 0,29 1,17 0,98 0,31 1,79 1,79 3,46 Stromsteuer KWKG* EEG Konzessionsabgabe MWSt Erzeugung, Transport, Vertrieb 12,91 11,60 8,62 8,58 9,71 10,23 10,82 11,22 11,75 12,23 12, *Gesamtbelastung durch KWKG ab 2002, gesunken; durch Entlastung Industrie steigende Belastung für Haushalte Quelle: BDEW, Stand 7/2008 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

18 Durchschnittlicher Strompreis* für die Industrie in Cent/kWh** 9,34 9,15 0,11 0,08 8,86 8,51 0,15 0,11 0,08 6,05 6,47 0,13 0,26 0,19 0,11 0,31 0,20 0,24 5,46 5,62 5,99 6,17 7,02 7,65 9,26 9, Quellen: VEA, BDEW, einschl. 7/2008 6,86 0,36 0,11 0,05 0,35 7,98 1,23 0,11 0,05 0,42 8,92 9,73 1,23 1,23 0,11 0,05 0,11 0,69 0,05 0,51 11,53 1,23 0,11 0,05 0,88 11,41 1,23 0,11 0,05 0,98 12,85 1,23 10,29 0,11 0,05 1,17 Stromsteuer Konzessionsabgabe KWKG StrEG / EEG Erzeugung, Transport, Vertrieb * Mittelspannungsseitige Versorgung; Abnahme von 100 kw/1.600 h bis kw/5.000 h ** inkl. Stromsteuer Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

19 Industrie-Strompreise in der EU in 2007 (Band IF) Dänemark Irland Deutschland Großbritannien Ungarn Niederlande Österreich Italien Belgien EU-27 Spanien Tschech. Rep. Portugal Polen Frankreich Schweden Finnland Strompreis ohne Steuern / Abgaben Steuern / Abgaben Quelle: Eurostat (2008), neue Erhebungsmethodik cent/kwh MWh < Jahresverbrauch < MWh Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

20 Das integrierte Energie- und Klimaprogramm der Bundesregierung Wesentliche Elemente: Verdopplung des Anteils von Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an der Stromproduktion auf ca. 25% bis 2020 Erhöhung des Anteils des Erneuerbaren Energien an der Stromproduktion auf 25-30% bis 2020, danach weitere kontinuierliche Erhöhung Erhöhung des Anteils der Erneuerbaren Energien an der Wärmebereitstellung auf 14% im Jahr 2020 Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz soll bis 2030 auf 10% steigen Steigerung des Anteils der Biokraftstoffe bis 2020 auf etwa 20 Volumenprozent (entspricht 17% energetisch) Verschärfung der energetischen Anforderungen im Gebäudebereich (30% in 2009, nach 2012 erneut in vergleichbarer Größenordnung) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

21 Nachhaltige Entwicklung (Sustainable Development) Brundtland Kommission: Nachhaltige Entwicklung ist eine Entwicklung, die die Bedürfnisse der Gegenwart befriedigt, ohne zu riskieren, dass künftige Generationen ihre eigenen Bedürfnisse nicht befriedigen können. Ziel Die Verbesserung der ökonomischen und sozialen Lebensbedingungen aller Menschen, der heute und zukünftig lebenden, mit der langfristigen Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen in Einklang zu bringen. Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

22 Nachhaltige Energieversorgung was ist darunter zu verstehen? Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

23 "Nachhaltige Entwicklung" Konkretisierung des Leitbildes für den Energiebereich Naturwissenschaftliche Grundlagen Nachhaltigkeit und die Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen Nachhaltigkeit und Ökonomie Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

24 Naturwissenschaftliche Grundlagen 2. Hauptsatz der Thermodynamik Leben sowie die Entfaltung wirtschaftlicher und kultureller Leistungen bedürfen ständiger Zufuhr von arbeitsfähiger Energie und Materie. Wachsendes Wissen (Gestaltungsfähigkeit) und die damit mögliche Weiterentwicklung von Technik sind die Basis zur Erhaltung bzw. Erweiterung der Entfaltungsspielräume kommender Generationen. Energiebedingte Umweltbelastungen resultieren aus der mit der Stoffwandlung verbundenen Stofffreisetzungen in die Umwelt. Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

25 Nachhaltigkeit und die Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen Ist die Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen (z.b Erdöl und Kohle) mit dem Nachhaltigkeitsprinzip vereinbar? Die Bereitstellung von Energiedienstleistungen erfordert neben dem Einsatz von Energieträgern immer auch den von nichtenergetischen Rohstoffen und Materialien. Stand der Technik bestimmt die technisch-wirtschaftlich verfügbare Energie- und Rohstoffbasis. Eine Nutzung vorratsbegrenzter Ressourcen erfordert eine Gegenleistung: die Ausweitung der technisch-wirtschaftlich verfügbaren Ressourcenmenge. Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

26 Entwicklung der sicher gewinnbaren Reserven 200 Mrd. t 10 3 Mrd. m Erdöl Erdgas Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

27 Effiziente Ressourcennutzung und Ökonomie Haushälterischer Umgang mit knappen Ressourcen ist ein zentraler Aspekt von Nachhaltigkeit. Auch das allgemeine ökonomische Prinzip zielt auf die Minimierung des Ressourcenverbrauchs ab. Kosten und Preise dienen dabei als Maß für die Ressourceninanspruchnahme. Vollkosten, die die Umweltinanspruchnahme erfassen, sind ein Maß für den gesamten Ressourcenverbrauch. relative Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

28 Nachhaltige Energieversorgung wenn das Potenzial für die Bereitstellung von Energiedienstleistungen für die nächste Generation größer wird Ausweitung der wirtschaftlich nutzbaren Energie- und Rohstoffbasis die mit der Energienutzung verbundenen Stofffreisetzungen die Assimilationskapazität der Umwelt als Senke nicht überschreiten die Energiedienstleistungen mit möglichst geringem Ressourcenaufwand, einschließlich der Ressource Umwelt bereitgestellt werden Relative Nachhaltigkeit von Energiesystemen lässt sich messen am gesamten Ressourcenverbrauch je Energieeinheit Vollkosten sind Maß für relative Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

29 Stromerzeugungssysteme auf dem Prüfstand der Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

30 Spezifischer kumulierter Energieaufwand (KEA) (ohne Brennstoff) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 [kwhprim/kwhel] Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD-Kraftwerk Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

31 Gesamter Rohstoff und Materialaufwand Eisen Kupfer Bauxit [kg/gwh el ] [kg/gwh el ] [kg/gwh el ] Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

32 Kumulierte Emissionen 1200 CO 2 [g / kwh]; SO 2, NOx [mg / kwh] Kohlendioxid Schwefeldioxid Stickoxide Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

33 Gesundheitsrisiken [YOLL/TWh] Emissionen aus vor- und nachgelagerten Prozessen Kraftwerksemissionen verlorene Lebensjahre Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5kW Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

34 Externe Kosten 3,0 2,5 2,0 Basis: CO2-Vermeidungskosten 19 Euro/t Klimaschäden (Vermeidungskosten) Klimaschäden (Schadenskosten) Materialschäden Ernteverluste Gesundheitsschäden 1,5 1,0 Basis: Schadenskosten 2,4 Euro/t [ -Cent/kWh] 0,5 0,0 Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5kW Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

35 Vollkosten der Stromerzeugung Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 44,0 16,0 46,0 18,0 48,0 20,0 50,0 22,0 Stromgestehungskosten und Externe Kosten [ -Cent/kWh] Stromgestehungskosten Klimaschäden - Vermeidungskosten Externe Kosten (ohne Klimaschäden) Back-up-Kosten Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

36 Entwicklung der Energieversorgung in Deutschland Politische Rahmenbedingungen und Nachhaltigkeit Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

37 Charakterisierung der Szenarien THG-Reduktionsziele: 2010: -21% 2020: -40% 2030: -50% Referenzszenario (REF) Fortschreibung der derzeitigen Energiepolitik Auslaufen der Kernenergienutzung keine weitergehenden Klimaschutzziele Präferenz Erneuerbare Energien (PEE) Steigende Beiträge Erneuerbarer Energien - Primärenergie 16% in Stromerzeugung 25-30% in 2020 Auslaufen der Kernenergienutzung, keine CO 2 -Abtrennung CO 2 -arme Kohlenutzung (CKN) CO 2 -Abtrennung u. Entsorgung zugelassen Auslaufen der Kernenergienutzung Effiziente Ressourcennutzung (ER) Kosteneffiziente Erreichung der Reduktionsziele Kernenergie: Laufzeitverlängerung (ERL) Kernenergie: Ausbau möglich (ERN) Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

38 Preisentwicklung fossiler Energieträger 10.0 Energieträgerpreise [EUR 2000 /GJ] Erdöl Erdöl - moderat Erdöl - hoch Erdgas Erdgas - moderat Erdgas - hoch Steinkohle Steinkohle - moderat Steinkohle - hoch Braunkohle Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

39 Primärenergieverbrauch nach Energieträgern Primärenergieverbrauch [PJ] REF PEE CKN ERL ERN REF PEE CKN ERL ERN REF PEE CKN ERL ERN Statistik Steinkohle Braunkohle Kernenergie Mineralöle Naturgase Importsaldo Strom Wasserkraft Windenergie Biomasse, Müll Geothermie Solar Photovoltaik Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

40 Energieintensität des Bruttoinlandsproduktes [MJ/ 2000] PEV/BIP [MJ/EUR 2000 ] Anm.: PEV nach Wirkungsgradmethode REF PEE CKN ERL ERN Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

41 Nettostrombereitstellung nach Energieträgern 700 Nettostrombereitstellung [TWh] REF PEE CKN ERL ERN REF PEE CKN ERL ERN REF PEE CKN ERL ERN Statistik Steinkohle Braunkohle Kernenergie Heizöl Erdgas Wasserkraft Windenergie Photovoltaik Geothermie Biomasse, Müll Importsaldo Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

42 Anteil der Importe fossiler Energieträger am Primärenergieverbrauch in Prozent Anteil am PEV [%] REF PEE CKN ERL ERN Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

43 Kumulierte Treibhausgasminderungskosten und mittlere Stromgestehungskosten der verschiedenen Szenarien Szenario Referenzszenario (REF) CO 2 -arme Kohlenutzung (CKN) Präferenz Erneuerbare Energien (PEE) Effiziente Ressourcennutzung: Laufzeitverlängerung (ERL) Effiziente Ressourcennutzung: Kernenergieausbau / Laufzeitverlängerung (ERN) * Moderate Energiepreise Kumulierte Minderungskosten bis 2030 [Mrd. Euro 00 ] * 138* -37* -122* Mittlere Stromgestehungskosten 2030 [Cent 00 /kwh] 4,4 5,4 7,4 4,2 2,8 4,2* 4,9* 6,4* 3,7* 2,7* Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

44 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland

45 Entwicklung des Rohölpreises nominal real $ $/bbl Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland Aalen,

46 Ölreserven und -förderung 2006 Nachgewiesene Ölreserven 2006 [Gb] Ölförderung 2006 [Mio. b/d] Nordamerika Süd- & Mittelamerika Frühere Sowjetunion Europa Mittlerer Osten Afrika Asien & Pazifik Welt: 1208 Gb 5.3 Welt: 81.7 Mio. b/d Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland Aalen,

47 Kumulierte Entdeckungen und Reserven bereits gefördert erschlossene Reserven unerschlossene Reserven z.vgl.: 'gesicherte' Reserven (nach BP) [Gb] (Welt ohne USA und Kanada) Quelle: IHS energy Prof. Dr.-Ing. A. Voß Energieversorgung in Deutschland Aalen,