Kernkraft vom Winde verweht?

Transkript

1 Kernkraft vom Winde verweht? Zukünftige Gestalt einer nachhaltigen Stromwirtschaft Dr. Marcel Krämer, Bremen Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung Konflikte in Gegenwart und Zukunft an der Universität Marburg Marburg, 8. Dezember

2 Übersicht Überblick über Entwicklung und Status Quo der Stromversorgung in Deutschland Darstellung der heutigen und zukünftigen Windenergienutzung und konventionellen Kraftwerkstechnik ökonomische Bewertung möglicher zukünftiger Szenarien mit dem Modell WEsER 2

3 Stromwirtschaft kurze Historie um 1860 Beginn der Elektrifizierung 1927/29 Elektrofrieden zwischen RWE und PreussenElektra 1935 Energiewirtschaftsgesetz politische Entscheidungen: (Stein-)Kohlesubventionen, AKW-Ausbau, Braunkohle 1998 Erneuerung EnWG mit Liberalisierung Strommarkt um Fusionen der großen EVU zu nun vier Unternehmen: eon, RWE, Vattenfall Europe, EnBW 3

4 Warum Liberalisierung? Von der Liberalisierung sollen vor allem die Verbraucher profitieren: Früher Heute Den Marktgesetzen folgend sollen infolge des wachsenden Wettbewerbs die Preise sinken. 4

5 Stromversorgung ist nun komplex Erzeugung liegt noch immer zu mehr als 80% in den Händen der großen Vier Dennoch sollen Spielregeln wie die Verbändevereinbarung (II+) einen diskriminierungsfreien Zugang zu den Stromnetzen ermöglichen, um dadurch Stromhandel zu ermöglichen ( wird in 2004 ersetzt durch Regulierungsbehörde) Etablierung von Strombörsen, Handel Auftauchen (und mittlerweile wieder Verschwinden) neuartiger Akteure (Händler, neue Stromanbieter) Kunden wollen aber weiterhin versorgt werden, weniger umworben 5

6 Regelzonen Gebiete der (Ex-) Monopolisten auf Höchstspannungsebene (Übertragungsnetzbetreiber) sorgen für die Versorgungssicherheit regeln Schwankungen aus 6

7 Anteil der Erzeugungskosten (2001) Quelle: VDEW02, bei02 7

8 Stromerzeugung 2002 installierte Leistung Wasser 8866 Wind* Gas Öl 6702 Steinkohle Uran Braunkohle * Angabe für Wind: Ende 2002 Quelle: VDEW 8

9 Stromerzeugung 2002 Anteile Öl, Sonstige 2% Wasser 5% Wind 4% Gas 7% Steinkohle 22% Uran 31% Grundlast Braunkohle 29% Quelle: VDEW 9

10 Windkraftnutzung kumulierte Leistung in MW Entwicklung und Prognose von installierter Leistung und durchschnittlichem Ertrag Ertrag in TWh Uran Gas Wasser Jahr Quelle: BWE, DEWI 10

11 Ausgangssituation 2002 Installierte Leistung WKA > 12 GW Anteil an der Nettostromerzeugung ca. 4-5% Überkapazitäten in der konventionellen Erzeugung (installiert (2002): ca. 112 GW, Jahreshöchstlast 2001: < 77 GW) Quelle: VDEW Strategische Neubauplanungen für konventionelle KW-Kapazität gegen Null WKA-Zubau-Planungen enorm 11

12 Perspektive 2020 Vorhandene (konventionelle) Kraftwerkskapazität beträgt nur noch gut 40 GW über 50 GW Ersatzbedarf! Mehr als 40 GW Windkraftanlagen allein in D möglich Durch Offshorenutzung dadurch über 25% des Nettostrombedarfs mit WKA gedeckt CO 2 -Emissionen sollen (insgesamt) um 40% (gegenüber 1990) gesenkt werden 12

13 Perspektive 2020 Entwicklung und Struktur des Kraftwerksparks in Deutschland 120 Sonstige 100 Gas Uran Nettoleistung [GW] Steinkohle Braunkohle Öl Ersatzbedarf bei 90 GW Minimum 2010: 13,5 GW 2020: 51 GW Wasser Jahr Quelle: bei00 13

14 Kraftwerksneubau (Steinkohle) Quelle: Babcock Borsig Power 14

15 Einfluss der Windenergienutzung Beispiel 2020 electricity Lastverlauf demand 80,000 70,000 60,000 Mi Do Fr Sa So MW 50,000 40,000 Wind 30,000 20,000 10, HoY 15

16 Einfluss der Windenergienutzung Beispiel ,000 70,000 60,000 50,000 resultierender Lastverlauf resultant electricity demand Mi Do Fr Sa So MW 40,000 30,000 20,000 10, HoY 16

17 Einfluss der Windenergienutzung (II) Lastverlauf mit Wind 80,000 Fr Sa So Mo Di Mi 70,000 60,000 50,000 Wind MW 40,000 30,000 20,000 10, HoY

18 Kraftwerkstypen technische und ökonomische Vorgaben für den Betrieb System der Einteilung in Grund-, Mittel- und Spitzenlast macht nur Sinn bei sehr regelmäßigem Lastverlauf Quelle: VDEW

19 Beispielhafte Erzeugungskosten EUR/MWh el Kapitalaufwand Nennleistung Wirkungsgrad Brennstoffpreis Zinssatz EUR MW EUR/MWh th Braunkohle 1,25E % 5,0 10% Gas/GuD 2,50E % 15,0 10% Braunkohle Gas Volllaststunden 19

20 Schlüsselfrage für die zukünftige Stromversorgungsstruktur: Windenergienutzung an heutige WEsER Modellansatz: Struktur anpassen? Grenze für Windenergieausbau ist erreicht. Anpassen der konventionellen Kraftwerksstruktur an die charakteristischen Eigenschaften der Windenergie? Umbau der Stromversorgung in Richtung Nachhaltigkeit. 20

21 Grundhypothese im WEsER-Modell Durch zukünftig zu erwartende hohe (fluktuierende) Einspeisung von Windenergie ändert sich die (kosten-) optimale KW-Struktur in Richtung flexibler Erzeuger Grundlastkraftwerke verlieren aufgrund geringerer Auslastung ihre (heutigen) Kostenvorteile 21

22 Modellansatz WEsER Wind Energy substitutes conventional Electricity Resources Optimierungs- Algorithmus Zielgröße: GesKost(Jahr) min! 22

23 Das Modell WEsER optimiert Gesamtkosten und Emissionen Betrachtungszeitraum: 1 Jahr in Stundenauflösung Windcharakteristik berücksichtigt untersuchte Jahre: 2000, 2010 und 2020 Eingangsdaten: Parametertabellen, Verlauf von Nachfrage und Windeinspeisung Ergebnis der Berechnungen: KW-Einsatzplan für betrachteten Lastverlauf 23

24 Modellrechnung für 2020: installierte WKA-Leistung: 44 GW vorhandene AKW-Leistung: 4 GW CO 2 -Reduktionsziel: -40% (174 Mio t) Nachfragesteuerung: 3 GW moderate Primärenergiepreise: Standard Hoch Typ EUR/MWh th EUR/MWh th Gas 15,0 30,0 Steinkohle 5,0 5,0 Braunkohle 5,0 5,0 Uran 3,5 3,5 Öl 15,0 25,0 24

25 Beispielergebnis 2020 Installierte Leistung in MW Wind Gas Wasser Öl Uran Braunkohle Steinkohle 25

26 Beispielergebnis 2020 Anteile an der Stromerzeugung Wind 26% Gas 41% Wasser 4% Uran 6% Braun 2% Stein 21% 26

27 Möglicher Einsatz der Kraftwerke MW HoY Wind Gas1 Gas2 Oel2 Oel1 Stein1 Stein2 Braun2 Braun1 Uran2 Uran1 Wasser1 Wasser2 27

28 Modellrechnung für 2020 freier Lauf kein Vorrang der Windeinspeisung Kosten der kwh Wind werden nicht vorgegeben, sondern im Modell bestimmt durch Investitionskosten, Ertrag usw. Auslaufen der AKW-Nutzung nach Atomkonsens Hoher Gaspreis CO 2 -Ziel: -40% Zielgröße: Kostenoptimale Erzeugung 28

29 Beispielergebnis 2020 freier Lauf Installierte Leistung in MW Wind; Gas; Wasser; 5000 Oel; 2591 Uran; 3939 Braunkohle; 9784 Steinkohle;

30 Beispielergebnis 2020 freier Lauf Wind 18% Anteile an der Stromerzeugung Wasser 5% Gas 44% Uran 7% Braunkohle 2% S teinkohle 24% 30

31 Beispielergebnis 2020 freier Lauf K W-E ins atz mit hohem C O 2 -Ziel MW Mi Do Fr Sa So 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10, , HoY Gas1 Gas2 Wind Oel2 Oel1 Stein1 Stein2 Braun2 Braun1 Uran2 Uran1 Wasser1 PSW 31

32 Kostenvergleich Erzeugung 2020 Windeinspeisung nach EEG * Windeinspeisung frei, AKW-Nutzung nach Atomkonsens Windeinspeisung frei, AKW-Zubau möglich, 100% liberalisiert CO 2 -Reduktion: -40% Standard -Gaspreis 22,64 Mrd EUR (AKW: 4 GW, WKA: 44 GW) N/V N/V CO 2 -Reduktion: nicht vorgegeben, zusätzl. Emissionen möglich Standard -Gaspreis 22,11 Mrd EUR (AKW: 4 GW, WKA: 44 GW) CO 2 : -20% 19,05 Mrd EUR (AKW: 4 GW, WKA: 0 GW) CO 2 : +30% 17,99 Mrd EUR (AKW: 0 GW, WKA: 0 GW) CO 2 : +35% CO 2 -Reduktion: -40% 27,76 Mrd EUR 27,17 Mrd EUR 21,8 Mrd EUR Hoher -Gaspreis (AKW: 4 GW, WKA: 44 GW) (AKW: 4 GW, WKA: 44 GW) (AKW: 33 GW, WKA: 12 GW) CO 2 -Reduktion: -21% Hoher -Gaspreis N/V 23,57 Mrd EUR (AKW: 4 GW, WKA: 44 GW) 20,78 Mrd EUR (AKW: 22 GW, WKA: 12 GW) * inklusive Vergütung für Wind 32

33 Schlussfolgerungen aus WEsER Bei hohen Anteilen einer Stromerzeugung aus WKA werden Grundlastkraftwerke aus dem Erzeugungsmix verdrängt. Die zusätzlichen Kosten zur Einbindung der Windenergie in den Kraftwerkspark sind verhältnismäßig gering und kehren sich bei hohen Gaspreisen sogar in Kostenvorteile um (Kosten Wind: 5 ct/kwh). Die Nutzung der Windenergie ermöglicht bei Vorgabe der Klimaschutzziele weiterhin den Einsatz von Steinkohlekraftwerken. Ohne das Förderinstrument EEG erreicht Windenergienutzung nur bei verbindlichen und deutlichen CO 2 -Reduktionszielen einen vergleichbaren Anteil an der Stromerzeugung. Auch weniger ertragreiche Windjahre ändern nichts an der erforderlichen Anpassung der Kraftwerksparkstruktur für eine kostenoptimale Stromerzeugung. 33

34 Visionen Das Klimaschutzziel wird ernst genommen. Der Stromverbrauch sinkt absolut. Der Anteil der REG steigt weiter deutlich mithilfe des EEG. Der Aus- und Neubau konventioneller, d.h. fossiler Kraftwerkskapazität passt sich den Anforderungen der REG an. Gas-/GuD-Kraftwerke werden auf Biogas umgestellt. Nachfrage wird aktiv zur Optimierung des Erzeugungs- /Nachfragegleichgewichts eingesetzt. 34