Energieszenarien und das Energiekonzept der Bundesregierung

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1 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft AKE-Herbstsitzung der DPG 2./ Energieszenarien und das Energiekonzept der Bundesregierung T. Pesch, D. Martinsen, J.-Fr. Hake IEK-STE: Forschungszentrum Jülich Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung

2 Inhalt Übersicht über Energieszenarien für Deutschland Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP) Szenarienvergleich Zusammenfassung IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 2

4 Aktuelle Studien mit Energiebezug für Deutschland IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 4

5 Projektionen der CO 2 -Emissionen in Deutschland Rot: Studien von 27 Grün: Studien von 28 Blau - Violett : Studien von 29 Gelb: Studien von 21 CO 2 - Emissionen (199 = 1) Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 211) EET 27 ESSO28 Ref Klassifikation: Referenzoder Business as usual Szenarien Basis/ Referenz- oder Varianten- Szenarien Mit CO 2 - Reduktion 7% oder Maßnahmen, die zu CO 2 - Reduktion 7% führen IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 5 Statistik ENREPIV(25) SZEN27 KV SZEN27 EE SZEN27 KKW EET27 PolIV MMS (28) PolIV MWMS (28) ESSO28 Ref ESSO28 KE+CCS EWI28-1 EWI28-2 EWI28-2a EWI28-3 BMU28 BMU28 E1 BMU28 E2 BMU28 E3 BMU28 D1 BMU28 D2 BMU29 STE29 BAU STE29-6% STE29-77% Öko29 R Öko29 R+CCS Öko29 I Öko29 I+CCS PolV MMS (29) PolV SWS (29) Ffe29 SZ1 Ffe29 SZ2 Ffe29 SZ3 IER29 Ra-Rc IER29 S3a EET29 Base EET29 Ref SZEN21 REF SZEN21 IA SZEN21 IB BMU21 Ziel

6 Projektionen des Primärenergieverbrauchs in Deutschland 16 PJ Rot: Studien von 27 Grün: Studien von 28 Blau - Violett : Studien von 29 Gelb: Studien von 21 ESSO28 KE+CCS ESSO28 Ref Wert abgeschätzt Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 211) Klassifikation: Referenzoder Business as usual Szenarien Varianten- Szenarien mit hoher Effizienz und/ oder hohen Einsparungen IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 6 Statistik ENREPIV(25) SZEN27 KV SZEN27 EE SZEN27 KKW PolIV MMS (28) PolIV MWMS (28) ESSO28 Ref ESSO28 KE+CCS EWI28-1 EWI28-2 EWI28-2a EWI28-3 BMU28 BMU28 E1 BMU28 E2 BMU28 E3 BMU28 D1 BMU28 D2 BMU29 STE29 BAU STE29-6% STE29-77% Öko29 R Öko29 R+CCS Öko29 I Öko29 I+CCS PolV SWS (29) Ffe29 SZ1 Ffe29 SZ2 Ffe29 SZ3 IER29 Ra-Rc IER29 S3a EET29 Base EET29 Ref SZEN21 REF SZEN21 IA BMU21 Ziel

8 Wichtigste Ziele des Energiekonzeptes (Juni 211) Ausstieg aus der Kernenergie (222) THG Emissionen reduziert um 4% bis 22, 55% 23 und mind. 8% bis 25 verglichen mit den Emissionen von 199 Primärenergieverbrauch, PEV um die Hälfte reduziert bis 25 Anteil der Erneuerbaren, EE an PEV mind. 3% bis 23 Bruttostromverbrauch reduziert um 1% bis 22 (25% bis 25) Anteil der EE in Stromerzeugung 5% bis 23 (8% bis 25) Raumwärmebedarf reduziert um 2% bis 22 Anteil EE am EEV des Transportsektors 1% bis 22, 6 Mio. E-PKW bis 23 (1 Mio. E-PKW bis 22) IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 8

9 Energiesystemmodell IKARUS-LP Primärenergie Energieumwandlung und -transport Endverbraucher Nachfrage Stromimport Strom Erdgasförderung Kernbrennstoff Gas Kohle Transport u. Verteilung Kraftwerke Zentrale Kraft-Wärme- Kopplung Dezentrale Kraft-Wärme- Kopplung Transport u. Verteilung Transport u. Verteilung Fern- und Nahwärme Steinkohleimport Kernbrennstoffimport Kohleförderung Erdgasimport Industriesektor Nichtenerget. Verbrauch Haushalte Industrieproduktion Rohstoffnachfrage Beheizte Wohnfläche Aufkommen Erneuerbare Energie Heizöl Kleinverbrauch Anzahl der Beschäftigten Import Rohöl Import Ölprodukte Rohöl Raffinerie Benzin Diesel & Kerosin Verkehr Personenu. Güter verkehrsleistung IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 9

10 Annahmen für alle Szenarien BIP Wachstum: 1,4 %/Jahr Bevölkerung: abnehmend auf ca. 8 Millionen in 23 (76 Mio. bis 25) Rohölpreis: steigt bis auf 135 $/bbl in 23 (2 $/bbl in 25) Atomausstiegsbeschluss vom Juni 211 (MW) 22 Sterbelinie der Kernkraftwerke in Deutschland IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 1

11 Szenarienvergleich BAU und EK BAU: Business as usual ohne CO 2 -Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 23) EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO 2 -Minderungsvorgabe (Horizont 23) OPT: BAU + CO 2 -Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO 2 -Minderung (Horizont 25) OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 25) IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 11

12 BAU vs. EK: Primärenergie BAU: Business as usual EK: Energiekonzept (ohne CO 2 -Minderungsvorgabe) Kernenergie Erneuerbare Strom Kernenergie Erneuerbare Strom 16 Gas Öl Sonstige Feste Braunkohle Steinkohle 16 Gas Öl Sonstige Feste Braunkohle Steinkohle PJ 8 PJ IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 12

13 BAU vs. EK: Energiebedingte CO 2 -Emissionen BAU: Business as usual EK: Energiekonzept (ohne CO 2 -Minderungsvorgabe) GHD Verkehr Veredlung Raffinerie Kraftwerke Gesamt* - 22% Haushalt Industrie Gasverteilung HW/HKW Primärenergie - 26% GHD Verkehr Veredlung Raffinerie Kraftwerke Gesamt* Haushalt Industrie Gasverteilung HW/HKW Primärenergie Ziel Bundesreg. Mio. t Mio. t % IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 13

14 BAU vs. EK: Stromerzeugung BAU: Business as usual EK: Energiekonzept (ohne CO 2 -Minderungsvorgabe) 7 6 Ind.Str. HKW Sonstige PV Wind Wasser Gas Öl Steinkohle Braunkohle Kernenergie Industrie-Strom Sonstige Wind Gas-CCS Öl Steinkohle Braunkohle HKW PV Wasser Gas Steinkohle-CCS Braunkohle-CCS Kernenergie TWh TWh IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 14

15 BAU vs. EK: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU 35 Mrd. /a 25 EK: Energiekonzept EK CO 2 -Ziel EK CO 2 -Ziel (-CCS) ca. 1, % bis,9 % des BIP Kumulativ 21 23: EK: 265 Mrd. EK CO 2 -Ziel: 285 Mrd. EK CO 2 -Ziel (-CCS): 295 Mrd IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 15

17 Szenarienvergleich: OPT und OPT(-CCS) BAU: Business as usual ohne CO 2 -Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 23) EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO 2 -Minderungsvorgabe (Horizont 23) OPT: BAU + CO 2 -Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO 2 -Minderung (Horizont 25) OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 25) IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 17

18 OPT vs. OPT(-CCS): Primärenergie Reduktionspfad der CO 2 -Emissionen von nun an erzwungen (gem. Energiekonzept) Energieversorgung erfolgt kosteneffizient (mit/ohne CCS-Option) OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) 16 Steinkohle Braunkohle Sonstige Feste Öl Gas Erneuerbare Strom Kernenergie OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) 16 Steinkohle Braunkohle Sonstige Feste Öl Gas Erneuerbare Strom Kernenergie PJ 8 PJ IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 18

19 OPT vs. OPT(-CCS): Endenergie OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) 11 Verkehr Haushalt GHD Industrie 11 Verkehr Haushalt GHD Industrie PJ 5 PJ IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 19

20 Alle Szenarien: Beispiel Raumwärmebedarf Prozentuale Änderung des Raumwärmebedarfs (vgl. 21) Ziel des Energiekonzeptes "Soll" BAU OPT OPT(- CCS) EK IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 2

21 Alle Szenarien: Beispiel PKW (Flottenmix) 18 Spezifische CO 2 -Emissionen für PKW (Flottenmix) % 12 g/km BAU EK OPT OPT (-CCS) - 65% - 69% IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 21

22 OPT vs. OPT(-CCS): Energiebedingte CO 2 -Emissionen OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) 9 8 Primärenergie HW/HKW Gasverteilung Industrie Haushalt Gesamt* % 755 Kraftwerke Raffinerie Veredlung Verkehr GHD % 755 Primärenergie HW/HKW Gasverteilung Industrie Haushalt Gesamt* Kraftwerke Raffinerie Veredlung Verkehr GHD 7 6-4% % 583 Mio. t % 437-7% 34 Mio. t % % % % IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 22

23 OPT vs. OPT(-CCS): Stromerzeugung OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS 7 Steinkohle Steinkohle-CCS Öl Gas Gas-CCS Wasser 7 Steinkohle Steinkohle-CCS Öl Gas Gas-CCS Wasser 6 Wind PV Sonstige HKW Industrie-Strom 6 Wind PV Sonstige HKW Industrie-Strom Import TWh TWh IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 23

24 OPT vs. OPT(-CCS): Installierte Nettoleistung OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS Steinkohle Steinkohle-CCS Öl Steinkohle Steinkohle-CCS Öl Gas Gas-CCS Wasser Gas Gas-CCS Wasser 3 28 Wind PV Sonstige HKW Ind.Str Wind PV Sonstige HKW Ind.Str GW GW * * * * * * * * * * * * * * IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 24

25 OPT vs. OPT(-CCS): Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO 2 -Minderungsvorgabe) GHD Verkehr Veredlung Primärenergie Gesamt Haushalt Industrie Stromerzeugung Sonstige Umw..7% des BIP GHD Verkehr Veredlung Primärenergie Gesamt Haushalt Industrie Stromerzeugung Sonstige Umw % des BIP Mrd. /a Mrd. /a IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 25

27 Szenarienvergleich EK, BAU, OPT, OPT (-CCS) BAU: Business as usual ohne CO 2 -Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 23) EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO 2 -Minderungsvorgabe (Horizont 23) OPT: BAU + CO 2 -Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO 2 -Minderung (Horizont 25) OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 25) IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 27

28 Alle Szenarien: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU 35 Mrd. /a 25 2 Kumulativ 21 23: EK: 265 Mrd. EK CO 2 -Ziel: 285 Mrd. EK CO 2 -Ziel (-CCS): 295 Mrd. OPT: 14 Mrd. OPT (-CCS): 22 Mrd. ca. 1, % bis,9 % des BIP 15 1 ca.,4% des BIP EK: Energiekonzept OPT: Kostenoptimal mit CCS OPT(-CCS): Kostenoptimal ohne CCS IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 28

30 Zusammenfassung der Szenarienrechnungen Bereits im Referenzszenario (BAU) autonome Weiterentwicklung gehen die CO 2 -Emissonen bis 23 leicht zurück, trotz des Ausstieges aus der Kernenergie. Mit den Maßnahmen des Energiekonzeptes können die CO 2 -Reduktionsziele der Bundesregierung bis 23 nahezu erreicht werden. Im Vergleich zum kostenoptimalen Szenario (mit CCS) sind die Kosten des Energiekonzeptes ca. doppelt so hoch, da relativ teure Maßnahmen im Haushalts- und Verkehrssektor kostengünstigeren Vermeidungsoptionen im Umwandlungsbereich (v.a. CCS) vorgezogen werden. Ist CCS keine Option nähern sich die jährlichen Kosten des kostenoptimalen Szenarios mit denen des Energiekonzeptes bis 23 an. Hohe Anteile von Wind/PV in der Stromerzeugung führen im Modell zu sehr hohen Back-up Kapazitäten (vor allem Gas), die sehr geringe Einsatzzeiten aufweisen. IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 3

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 31