Energiewende: Sichere Energieversorgung heute und morgen

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1 Energiewende: Sichere Energieversorgung heute und morgen Reinhard F. Hüttl Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ Deutsche Akademie der Technikwissenschaften acatech 7. Brandenburger Wirtschaftstag Neuruppin, Fotos: ZukunftsAgentur Brandenburg GmbH Konferenz Klima im System Erde Berlin November 2009

2 Überblick Die Rahmenbedingungen Ethikkommission Sichere Energieversorgung Energiewende: Die aktuelle Situation Technologische Herausforderungen und Lösungen der Energieforschung Regionale Vernetzung und Nachwuchsförderung 2

3 Die Rahmenbedingungen 3

4 Szenarien: Globaler Energieverbrauch Mögliche Zunahme des Energieverbrauchs um 40 % bis 2030 Quelle: IEA

5 Gesellschaftspolitische Herausforderung: Wachstum der Weltbevölkerung 5

6 Urbanisierungstrend Heute leben erstmals mehr als 50 % der Weltbevölkerung in Städten, bis 2030 werden es voraussichtlich fünf Milliarden Menschen sein. Das städtische Wachstum wird hauptsächlich in Afrika und Asien stattfinden. Auch dieser Trend hat Auswirkungen auf die globale Energienachfrage. Ballungsräume 2009 Ballungsräume 2025 Quelle: Diercke 6 Quelle: United Nations, Department of Economic and Social Affairs

7 Klimadynamik CO 2 -Emissionen weltweit Global betrachtet sind seit 1990 die CO 2 -Emissionen deutlich angestiegen. Aktuelle Szenarien zeigen für die den kommenden Jahre kaum Hinweise auf eine Umkehr dieses Trends. Grund dafür ist nicht zuletzt die wirtschaftliche Entwicklung in Schwellenländern. Quelle: BP Statistical Review of World Energy

8 Ethikkommission Sichere Energieversorgung 8

9 Die (Neu-)Bewertung von Risiken 11. März 2011: Das Tōhoku-Erdbeben vor der japanischen Küste vom 11. März 2011 und der durch den nachfolgenden Tsunami ausgelöste Reaktorunfall von Fukushima haben zu einer Neubewertung der Kernkraft- Risiken geführt. Die Diskussion über dieses Ereignis stieß Entscheidungen zur Neuausrichtung der sicheren Energieversorgung für Deutschland an. 9

10 Ethik-Kommission Sichere Energieversorgung Anlass und Mandat Berufung der Kommission durch die Bundesregierung am , um die verantwortungsethischen Entscheidungsgrundlagen ganzheitlich zu betrachten. Ziele Beschleunigter Ausstieg aus der Kernenergie Beschleunigter Einstieg in Erneuerbare Energien Verbesserte Energieeffizienz Aufgabe Prüfung der Machbarkeit der Ziele in Bezug auf Zeit und Rahmenbedingungen in Deutschland 10

11 Ergebnisse Zeitrahmen der Umsetzung: Ein Jahrzehnt Eckpunkte: Gemeinschaftsaufgabe (z. B. beim Ausbau von Netzen und Speichern) Beachtung des Energiedreiecks (günstig, sicher, umweltverträglich, v.a. Klimaschutz) bzw. des Energievierecks (bei zusätzlicher Berücksichtigung der gesellschaftlichen Akzeptanz) Förderung von erneuerbaren Energieträgern und Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz Energiewende-Beauftragte/Beauftragter beim Bundestag Monitoring (striktes Projektmanagement) Energieforen (national/regional) Fazit: Die Energiewende ist Chance und Herausforderung zugleich! 11

12 Akzeptanz und Transparenz Neben technischer Innovation ist jedoch eine breite gesellschaftliche Akzeptanz der zu treffenden Maßnahmen im Ressourcenschutz eine wichtige Voraussetzung. In der Energiepolitik wird in diesem Zusammenhang beispielsweise bereits von einem Zielviereck gesprochen: Umwelt- und Klimaverträglichkeit Umwelt- und Klimaverträglichkeit Wirtschaftlichkeit Versorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit Energiepolitisches Zielviereck Versorgungssicherheit + gesellschaftliche Akzeptanz Im Zentrum der Bemühungen um eine Öffnung des Dialogs zwischen den gesellschaftlichen Akteuren muss hier auch die Erforschung der Gründe für eine Annahme bzw. eine Ablehnung einer konkreten Innovation durch die potenziellen Nutzer bzw. Betroffenen stehen. gesellschaftliche Akzeptanz 12

13 Energiewende: Die aktuelle Situation 13

14 Der Energiemix in Deutschland Quelle: AG Energiebilanzen, Struktur des Primärenergieverbrauchs in Deutschland

15 Erneuerbare Energien Beitrag der erneuerbaren Energien zur Energieversorgung in Deutschland (BMU 2011) Quelle: BMU 2011 (auf Basis AGEE-Stat und weiterer Quellen; Erneuerbare Energie in Zahlen Nationale und internationale Entwicklung) 15

16 Wasserkraft Entwicklung der energetischen Wasserkraftnutzung in Deutschland Energiebereitstellung [GWh] installierte Leistung [MW] [GWh] [MW] Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 GWh = 1 Mio. kwh; 1 MW = 1 Mio. Watt; Hintergrundbild: BMU / Bernd Müller; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 16

17 Windenergie Entwicklung der Strombereitstellung und installierten Leistung von Windenergieanlagen in Deutschland Stromerzeugung [GWh] installierte Leistung [MW] MW [GWh] StromEinspG: Januar März 2000 Novelle BauGB: November 1997 EEG: April [MW] EEG: August EEG: Januar Quellen: J.P. Molly: "Status der Windenergienutzung in Deutschland, Stand: "; Deutsches Windenergie-Institut (DEWI) und Bundesverband WindEnergie (BWE); Stromerzeugung 2011 auf Grundlage 50Hertz Transmission, Amprion, TenneT TSO, EnBW Transportnetze; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz; BauGB: Baugesetzbuch; 1 MW = 1 Mio. Watt; 1 GWh = 1 Mio. kwh; BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Christoph Edelhoff; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 17

18 Photovoltaik Entwicklung der Strombereitstellung und installierten Leistung von Photovoltaikanlagen in Deutschland Energiebereitstellung [GWh] installierte Leistung [MWp] MW p [GWh] [MW p ] Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); 1 GWh = 1 Mio. kwh; 1 MW = 1 Mio. Watt; Hintergrundbild: BMU / Bernd Müller; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 18

19 Oberflächennahe Geothermie Entwicklung der oberflächennahen Geothermienutzung* zur Wärmebereitstellung in Deutschland in den Jahren 1995 bis [GWh] * Inkl. Luft/Wasser-, Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) und ZSW; Hintergrundbild: ZSW / Ulrike Zimmer; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 19

20 Biomasse Kraftstoffverbrauch Beitrag erneuerbarer Energien zum Kraftstoffverbrauch in Deutschland Bioethanol Pflanzenöl Biodiesel [GWh] Keine Biokraftstoffe im Jahr 1990; Pflanzenöl bereits seit 1992 für biogene Kraftstoffe verwendet, Bioethanol seit 2004; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Dieter Böhme; Stand: März 2012; Angaben vorläufig 20

21 Erneuerbare Energien Investitionen 2011 Investitionen in die Errichtung von Erneuerbare- Energien-Anlagen in Deutschland im Jahr 2011 Investitionen in EE-Anlagen: 22,9 Mrd. Euro Wasserkraft 70 Mio. Euro Biomasse (Wärme) 880 Mio. Euro Geothermie * 960 Mio. Euro Solarthermie Mio. Euro Biomasse (Strom) Mio. Euro Windenergie Photovoltaik Mio. Euro Mio. Euro [Mio. Euro] * Großanlagen und Wärmepumpen; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Quelle: BMU-KI III 1 nach Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW); Stand: März 2012; Angaben vorläufig 21

22 Energieproduktivität und Wirtschaftswachstum: Das Gebot der Energieeffizienz Quelle: Statistisches Bundesamt, Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e. V. Ziel: Anhaltender Trend der Entkopplung von BIP und Energieverbrauch. Zur Erreichung des Zielwerts wäre im verbleibenden Zeitraum bis 2020 eine Steigerung der Energieproduktivität von durchschnittlich 3,3 % erforderlich, im Zeitraum 2000 bis 2009 ist die Energieproduktivität allerdings im Jahresdurchschnitt nur um 1,4 % gestiegen. 22

23 Technologische Herausforderungen und Lösungen der Energieforschung 23

24 Fossil betriebene Kraftwerke Der Ausstieg aus der Kernenergie darf nicht zu Lasten des Klimaschutzes gehen. Aber: Erdgas als CO 2 -ärmster fossiler Energieträger kann helfen, Versorgungslücken klimafreundlich zu schließen. Auch der Einsatz moderner, hocheffizienter Kohlekraftwerke (z. B. in Verbindung mit CCU) ist eine klimapolitische und energiewirtschaftliche Notwendigkeit. Gas- und Dampf-Kraftwerk Irsching, Foto: E.On 24

25 Geothermie: GFZ-Geothermielabor Groß Schönebeck 25

26 Geothermie: Potenzial weltweit United States 3094 MW France 16 MW Portugal 29 MW Iceland 575 MW Germany 6.6 MW Austria 1.4 MW Italy 843 MW Turkey 82 MW Ethiopia 7.3 MW Kenya 167 MW China 24 MW Russia 82 MW Mexico 958 MW Japan 536 MW Guatemala 52 MW Philippines 1904MW El Salvador 204 MW Papua- N. G. 56 MW Nicaragua 88 MW N. Zealand 628 MW Costa Rica 166 MW Total : 10,715 MWe Thailand 0.3 MW Indonesia 1197 MW Australia 1.1 MW Heat Flow Density [milliwatt/m 2 ] IPCC 2010 MW-Angaben: Installierte Kapazitäten für geothermischen Strom 26

27 Schiefergas Gas ist derzeit eine der Schlüsselkomponenten im Energiemix. Unkonventionelle Gasvorkommen sind eine wichtige globale Ressource. Nachhaltige Fördermethoden müssen entwickelt werden. Ein größeres geologisches Prozessverständnis kann zur Erhöhung der Erfolgsquoten und zur Reduzierung der Kosten beitragen. Die gesellschaftliche Akzeptanz und die Berücksichtigung von Umweltbelangen werden in naher Zukunft über den weiteren Erfolg dieser Technologie entscheiden. 27

28 Vermutete und nachgewiesene Hydratvorkommen Gashydrate Literaturwerte zum vermuteten Gehalt an hydratgebundenem Kohlenstoff im Vergleich zum Kohlenstoffgehalt bekannter Erdgas-, Erdöl- und Kohlereserven 28

29 Die Rolle der Biomasse Quelle: BMU

30 Nachwachsende Rohstoffe Nutzung in Deutschland 30

31 Bioenergie und alternative Landnutzungssysteme 31

32 High output at low input 32

33 Infrastruktur: Smart Grids Die Energiewende ist möglich, erfordert aber unbedingt den Umbau der Elektrizitätsnetze zu Smart Grids. Das notwendige Systemverständnis in Wirtschaft, Wissenschaft und Politik ist noch nicht in ausreichendem Maße erreicht. Aufbau und Bestandteile des abstrakten und vereinfachten Systemmodells mit ausgewählten, grundlegenden Technologien, Funktionalitäten und Anwendungsbereichen Quelle: acatech-studie Future Energy Grid Informations- und Kommunikationstechnologien für den Weg in ein nachhaltiges und wirtschaftliches Energiesystem 33

34 Infrastruktur: Smart Grids und die Rolle von modernen Kommunikationstechnologien Today Power Information Micro-Grid- Bi-directional Controller electric vehicle charging Tomorrow station Transformer Monitoring- Station Smart Meter IT Integration 34 Source: EIT ICT Labs

35 Speichertechnologien Aus Wind- und Sonnenkraftwerken kann nur unregelmäßig Energie gewonnen werden, sie unterliegen tages- und jahreszeitlichen Schwankungen. Speichertechnologien werden benötigt, um diese Schwankungen auszugleichen. Die dazu geeigneten Technologien befinden sich jeweils auf unterschiedlichen Forschungsständen und weisen spezifische Vor- und Nachteile auf: - Pumpspeichwerke - Druckluftspeicher - Batterien - Schwungräder - Energiespeicherung in supraleitenden Spulen - Elektrochemische Kondensatoren - Quelle: APS Physics, Challenges of Electricity Storage Technologies 35

36 Beispiel: Wärme- und Kältespeicherung als Teil des Energieversorgungssystems der deutschen Parlamentsbauten seit 2000 im Betrieb saisonale Rückgewinnung % der Wärme/Kälte ~ 5 C ~ 25 C ~ 32 C ~ 65 C GTN 2011

37 Energiespeicherung durch Synthetisches Methan (SNG) Die Speicherung überschüssigen Stroms aus erneuerbaren Energien durch Synthetisches Methan (SNG) bietet einen weiteren Lösungsansatz. Quelle: Sterner 2009, Specht et. al. 2010, Die entscheidenden Nachteile dieser Technologie sind allerdings der derzeit noch sehr geringe Wirkungsgrad und die hohen Kosten der Anlagen. 37

38 Regionale Vernetzung und Nachwuchsförderung 38

39 Regionale Vernetzung: Cluster Energietechnik Berlin-Brandenburg Handlungsfelder umfassen auch zentrale Technologiefelder wie Clean Coal (CCS/CCU), Wasserstoff & Methanisierung von CO2, Geothermie, Smart Grids 39

40 Anwendungen & Potenziale in der Region Produktionsanlagen & Energietechnikprojekte 40

41 Cluster Energietechnik: Entwicklung des Masterplans Ziel Der Masterplan Energietechnik ist das Leitdokument zur Clusterentwicklung, um länderübergreifende Strukturen der Innovations- und Wirtschaftsförderung zu entwickeln Weg Gemeinsam mit Akteuren entwickelt und umgesetzt Entwicklung: Bottom-up, Abstimmung & Verabschiedung: konsensual, bottom-up-top-down 41

42 Masterplan: Maßnahmen in den Handlungsfeldern (Beispiele) 42

43 MINT-Bildung und Nachwuchsförderung Neben technologischen Fortschritten erfordert die Energiewende aber auch eine Förderung der Ausbildung von Nachwuchskräften, v. a. in den sog. MINT-Fächern. Die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften acatech vertritt dabei einen systematischen Ansatz: Förderung von technisch-naturwissenschaftlichen Interessen und Kompetenzen in allen Lebensphasen Kontinuierliche und altersgerechte Technikbildung vom Kindergarten bis zum Hochschulabschluss Professionalisierung der Technikbildung Kontinuierliche, übergreifende Förderung und Zusammenarbeit von verschiedenen Akteuren Plattform/Vernetzung von Wissenschaft, Wirtschaft, Politik Dialog mit Entscheidungsträgern und Bildungseinrichtungen Wichtige Aktivitäten in diesem Zusammenhang: Empfehlungen zur Ingenieurpromotion, Start der Projektdatenbank MoMoTech, Organisation von Round Tables, Evaluationsstudien zur Bildungssituation und zu Motivationskonzepten etc. 43

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 44