EIT-E. Rationelle Energieanwendung Fakultät: EIT-E SS Teil II Energiesituation. Prof. Dr.-Ing. H. R. Fehrenbach

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1 Rationelle Energieanwendung Fakultät: Teil II Energiesituation Rationelle Energieanwendung/ Seite 1

2 Aktuelles - Tagesgesche Entwicklung der Bruttobeschäftigung durch erneuerbare Energien in Deutschland Quelle: BMU Rationelle Energieanwendung/ Seite 2

3 Aktuelles - Tagesgesche Faktor Fünf Ernst Ulrich von Weizsäcker (u.a.) 1995: Ernst Ulrich von Weizsäcker, Amory und Hunter Lovins veröffentlichen Buch: Faktor Vier : Fünfzig Fallbeispielen aus aller Welt zeigen, wie sich, ohne Abstriche bei der Lebensqualität oder den Produkteigenschaften, der Verbrauch von Energie und anderen Ressourcen um den Faktor Vier verringern kann 2009, fünfzehn Jahre später: zu wenig effektive Effizienz-Maßnahmen zusätzlich stieg der Energieverbrauch in diesem Zeitraum Allerdings sehen Ernst Ulrich von Weizsäcker Karlson Hargroves und Michael Smith, die Autoren von Faktor Fünf nun sogar aufgrund neuer bzw. optimierter Technologien das Potential für eine fünffache Erhöhung der Ressourcenproduktivität Diese führt ihnen zufolge zu nachhaltigem Wohlstand und ist nicht nur auf die Industriestaaten beschränkt, sondern kann in jedem beliebigen Land umgesetzt werden gilt auch für ressourcenintensive Branchen Rationelle Energieanwendung/ Seite 3

4 2. Energiesituation: Geschichtliche Entwicklung der Energiewirtschaft 2010: China überholt USA bei Energieverbrauch China hat die USA in 2010 als größter Energieverbraucher der Welt überraschend schnell überholt Vor zehn Jahren verbrauchten die USA drei Mal soviel Energie wie China Rationelle Energieanwendung/ Seite 4

5 2. Energiesituation: Geschichtliche Entwicklung der Energiewirtschaft Hans-Peter Dürr: Die 1,5 kw-gesellschaft Quelle: Wie können wir in Zukunft leben? Ökoinstitut Freiburg, 18. November 2009 Hans-Peter Dürr Global Challenges Network GCN, Max-Planck-Institut für Physik München Rationelle Energieanwendung/ Seite 5

6 2. Energiesituation: Geschichtliche Entwicklung der Energiewirtschaft Hans-Peter Dürr: Die 1,5 kw-gesellschaft Quelle: Wie können wir in Zukunft leben? Ökoinstitut Freiburg, 18. November 2009 Hans-Peter Dürr Global Challenges Network GCN, Max-Planck-Institut für Physik München Rationelle Energieanwendung/ Seite 6

7 2. Energiesituation: Geschichtliche Entwicklung der Energiewirtschaft Der Energiebedarf des Menschen stieg in seiner Geschichte dramatisch an Rationelle Energieanwendung/ Seite 7

8 2. Energiesituation: Geschichtliche Entwicklung der Energiewirtschaft Der Energieverbrauch pro Person hat mit steigenden Kulturstufen erheblich zugenommen: in Europa von ca. 3 GJ/a pro Person bis auf etwa 170 GJ/a pro Person (1975) Auch die Art des Energieverbrauchs hat sich der Entwicklungsgeschichte des Menschen stark verändert Heute ist der Energieeinsatz für Wohnen, Produktion und Transport dominierend Erst etwa die Hälfte der Weltbevölkerung hat Zugang zu kommerziellen Energieträgern China verbraucht heute pro Einwohner etwas mehr Energie als Europa im Mittelalter starker Aufwärtstrend Explosion von weltweitem Energieverbrauch und Bevölkerungszahlen sind eng miteinander verbunden: Beginn der industriellen Revolution um 1750 Beschleunigung der wirtschaftlichen Produktivität Rationelle Energieanwendung/ Seite 8

9 2. Energiesituation: Entwicklung Bevölkerung - Energiebedarf Wichtigster Bestimmungsfaktor für das Energieversorgungssystem der Welt insgesamt ist die Bevölkerung Stellt man den Energieverbrauch den Bevölkerungszahlen gegenüber, so ist am auffälligsten, dass erhebliche Ungleichverteilungen bestehen: So entfallen auf die westlichen Industrieländer (Westeuropa,Nordamerika, Japan, Australien) mit einem Weltbevölkerungsanteil von nur 23 % 73 % des Primärenergieverbrauchs Das Nord-Süd-Gefälle zeigt sich natürlich auch in der mit dem Energieverbrauch unmittelbar verbundenen Umweltbelastung durch CO 2 Es gilt aber auch allgemein für die Treibhausgase Die Entwicklungsländer mit einem Bevölkerungsanteil von 75% verbrauchen nur 17 % der weltweit verfügbaren Energien Dieses Missverhältnis ist neben dem anhaltenden weltweiten Bevölkerungszuwachs ein wesentlicher Grund dafür, dass auch in Zukunft noch mit einer Steigerung des Weltenergiebedarfs gerechnet werden muss Rationelle Energieanwendung/ Seite 9

10 2. Energiesituation: Entwicklung Bevölkerung - Energiebedarf Rationelle Energieanwendung/ Seite 10

13 2. Energiesituation: Entwicklung Bevölkerung - Energiebedarf Ungleiche Verteilung des weltweiten Energieverbrauchs 1 Nordamerikaner verbraucht soviel Energie wie: 3 Europäer oder 7 Chinesen 25 % der Menschheit verbraucht 75% der Energie 75 % der Menschheit müssen mit 25% der Energie auskommen! Deutschland: 3,6% des Weltenergieverbrauchs - das entspricht 75% des Verbrauchs von ganz Afrika Quelle: Heinloth Rationelle Energieanwendung/ Seite 13

14 2. Energiesituation: Entwicklung Bevölkerung - Energiebedarf Prognose Weltbevölkerung Weltenergieverbrauch Rationelle Energieanwendung/ Seite 14

15 2. Energiesituation: Entwicklung Bevölkerung - Energiebedarf Entwicklung der Weltbevölkerung In den letzten 100 Jahren wuchs die Bevölkerung von 1,2 auf über 6 Milliarden Menschen an, d.h. um etwa den Faktor 5 Der Weltprimärenergieverbrauch hingegen stieg in diesem Zeitraum von etwa 250 Mio. t SKE/a auf Mio. t SKE/a, d.h. um etwa den Faktor 56! exponentieller Anstieg Große Geschehnisse, wie der 1. und 2. Weltkrieg und Weltwirtschaftskrisen führten nur zu einer kurzen Unterbrechung des ungehemmten Wachstums Rationelle Energieanwendung/ Seite 15

16 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Status national Im Jahr 2002 wurden in Deutschland rund 490 Mio. t SKE an Primärenergie verbraucht Damit steht Deutschland an 5. Stelle nach den USA, China, Russland und Japan Pro-Kopf-Verbrauch lag bei 6 t SKE gegenüber einem weltweiten Durchschnitt von 2 t SKE Energieeinsatz normiert: 260 kg SKE pro 1000 EUR Bruttoinlandsprodukt (weltweiter Durchschnitt liegt doppelt so hoch) Deckung des Verbrauchs erfolgte zu 40 % aus heimischen Energieträgern einschließlich Kernenergie 60 % mussten durch Importe gedeckt werden Unter den heimischen Energieträgern dominiert die Kohle, während die Erdöl- und Erdgasvorräte gering sind Rationelle Energieanwendung/ Seite 16

17 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Energieflussbild BRD 2003 in Mio. t SKE Rationelle Energieanwendung/ Seite 17

18 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Primärenergieverbrauch 2006 in PJ Rationelle Energieanwendung/ Seite 18

19 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Primärenergieverbrauch: Vorsicht bei der Interpretation! Die Berechnung des PEV erfolgt in Deutschland seit 1995 nach der Wirkungsgradmethode: Bei fossilen Energieträgern: Heizwert wird mit der verbrauchten Menge des Brennstoffs multipliziert Bei Energieträgern wie Biomasse, Müll und Klärschlamm (kein Heizwert bekannt) erfolgt Berechnung nach der Substitutionsmethode Kernenergie: es wird ein Wirkungsgrad von 33% bei der Energieumwandlung angenommen Im PEV geht Kernenergie mit dem dreifachen Anteil des produzierten Stromes ein Wirkungsgradmethode führt im Vergleich zur Substitutionsmethode bei Kernenergie zu einem höheren, bei den anderen Energiequellen zu einem niedrigeren Primärenergieanteil! Bei Stromerzeugung aus anderen Energieträgern (Heizwert!) z. B. erneuerbare Energien, wie Wind oder Photovoltaik, geht nur die erzeugte elektrische Energie in den Primärenergieverbrauch ein Rationelle Energieanwendung/ Seite 19

20 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Primärenergieverbrauch: Substitutionsmethode (Deutschland vor 1995) Auch bei der Substitutionsmethode wird der Heizwert mit der verbrauchten Menge multipliziert Strom aus den Energieträgern, bei denen kein Heizwert angegeben werden kann werden kann (Kernkraft, Wasserkraft, Wind und Photovoltaik) und gegebenenfalls der Stromimportsaldo, wird durch die entsprechende Stromerzeugung in konventionellen Wärmekraftwerken ersetzt (substituiert) Für die Berechnung wird dann die Energie der konventionellen Energieträger benutzt, die zu der Erzeugung des substituierten Stroms im Mittel notwendig gewesen wäre Auch ist der Anteil der erneuerbaren Energien am PEV je nach Berechnung, ob nach der Substitutionsmethode oder der Wirkungsgradmethode unterschiedlich Rationelle Energieanwendung/ Seite 20

21 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Vergleich PEV-Beitrag erneuerbarer Energien nach Wirkungsgradmethode vs. Substitutionsmethode Wirkungsgradmethode: Trotz Vollversorgung mit EE verbleibt ein rechnerischer Restbetrag von 62% 1 kwh elektrischer Energie wird also mit 1 kwh fossiler Primärenergie oder thermischer Energie gleichgesetzt Dies widerspricht den Gesetzen der Thermodynamik Energieformen sind nicht gleichwertig! Quelle: Sterner/Schmid (ISET): Effizienzgewinn durch erneuerbare Energien, Zeitschrift BWK 6/2008 Rationelle Energieanwendung/ Seite 21

22 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Primärenergieverbrauch: Vorsicht bei der Interpretation Beispielhafter Vergleich der Wirkungsgradmethode Endenergieverbrauch für Deutschland 2005 Statistikart Mineralöl Erdgas Steinkohle Braunkohle Erneuerbare Energien Kernenergie Gesamt PEV nach Wirkungsgradprinzip Endenergieverbrauch 36,00% 37,70% 22,70% 32,10% 12,90% 9,40% 11,20% 8,70% 4,60% 12,50% PJ } ~70% 6,40% 5,70% PJ Rationelle Energieanwendung/ Seite 22

23 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Endenergieverbrauch: Bedeutung der verschiedenen Energieträger Rationelle Energieanwendung/ Seite 23

24 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Endenergieverbrauch: Verbrauch nach Verbrauchergruppen Rationelle Energieanwendung/ Seite 24

25 2. Energiesituation:Energiebereitstellung und Verbrauch - national Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung (2010): Rationelle Energieanwendung/ Seite 25

26 2. Energiesituation:Prognosen-Energie-Szenarien (Studie UBA) Leitszenario der Bundesregierung bis 2050: Senkung der C02-Emissionen auf rund 80% des Wertes von 1990 Begrenzung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre auf 450ppm Begrenzung des Temperaturanstieges auf 2 C Ziel soll ohne Kernenergie erreicht werden Quelle: Dr. Nitsch/DLR/2007 Rationelle Energieanwendung/ Seite 26

27 2. Energiesituation:Prognosen-Energie-Szenarien (Studie UBA) Leitszenario der Bundesregierung bis 2050: Quelle: Dr. Nitsch/DLR/2007 Rationelle Energieanwendung/ Seite 27

28 2. Energiesituation:Prognosen-Energie-Szenarien (Studie UBA) Leitszenario der Bundesregierung bis 2050: Rationelle Energieanwendung/ Seite 28