Ein Blick auf 25 Jahre Energiewende: die Rolle der Biomasse

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1 Ein Blick auf 25 Jahre Energiewende: die Rolle der Biomasse ForNeBiK-Fachgespräche 21. Mai 2014, Hochschule Biberach Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff Hochschule Biberach (HBC) Studiengänge Gebäudeklimatik & Energiesysteme HBC. Hochschule Biberach Karlstraße Biberach/Riß Energiewende die Rolle der Biomasse Hinweise zu Urheberrecht und Copyright & Haftungsausschluss Diese Unterlagen sind ausschließlich für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Eine weitergehende Nutzung, sowohl kommerziell als auch nichtkommerziell, ist untersagt. In diesen Unterlagen ist z. T. geistiges Eigentum Dritter in zitierender Weise wiedergegeben, weshalb eine unrechtmäßige Weiterverbreitung dieser Unterlagen neben ideellen auch finanzielle Schäden nach sich ziehen kann, für die der Verursacher haftbar gemacht wird. Diese Präsentation wurde nach bestem Wissen und mit größtmöglicher Sorgfalt erstellt. Dennoch können Fehler nie gänzlich ausgeschlossen werden. Die hier gegebenem Einschätzungen und Empfehlungen ersetzen in keinem Fall eine individuelle Beratung und Beurteilung. Folie 2

2 Energiewende aus persönlicher Sicht Inhalt Einleitung & Motivation Energie und Energiewende Status von 25 Jahren Energie und Energiewende Status heute & Zukunftsszenarien Biomasse als Energieträger: Sichtweisen & Bewertungen Fazit Folie 3 Energiewende 1988 ( ) Entwicklung der globalen Temperatur Ist das schon ein Trend? 14,7 14,5 globale Temperatur [ C] 14,3 14,1 13,9 13,7 13,5 13,3 Datenquelle: NASA GISS abgerufen am Folie 4

3 Energiewende 2013 Entwicklung der globalen Temperatur vollständiger NASA-Datensatz 14,7 14,5 globale Temperatur [ C] 14,3 14,1 13,9 13,7 13,5 13,3 Datenquelle: NASA GISS abgerufen am Folie 5 Energiewende 2013 Entwicklung der globalen Temperatur Hat da wer gemogelt? 14,7 14,5 globale Temperatur [ C] 14,3 14,1 13,9 13,7 13,5 13,3 Datenquelle: NASA GISS abgerufen am Folie 6

4 Energiewende 1988 ( ) Theoretisches Potenzial erneuerbarer Energien für Deutschland Energiebilanz Deutschlands im Jahresmittel: Primärenergieverbrauch: 1,2 W/m² Solarstrahlung: 110 W/m² Biomasse: 0,2 0,5 W/m² Quelle & der Landkarte: Folie 7 Energiewende 1988 ( ) Damalige Rahmenbedingungen Grenzen des Wachstums (Meadows et al., 1972) Ölkrisen (1973/74 & 1979/80) Kernenergie: Proteste (ab 70er) und Tschernobyl (1986) Waldsterben = Gefährdung der Ressource Biomasse Ozonloch! Ökobilanzen, MIPS-Konzept Gründung des IPCC (November 1988) Folie 8

5 Energiewende 1988 ( ) Stromerzeugung in Deutschland 1990 Datenquelle: abgerufen am & Folie 9 Energiewende 1988 ( ) Stromerzeugung in Deutschland 1990 noch nichts da!? Datenquelle: abgerufen am & Folie 10

6 Mission Impossible? Anzeigenkampagne 1993 Folie 11 Energiewende bis 2013 Was inzwischen geschah Weltgipfel in Rio de Janeiro (1992) Fernsehspiel / Krimi über Solarkraftwerke (frühe 90er) Kyoto-Protokoll (Weltklimagipfel 1997) Kostendeckende Vergütung (KV) Dächer-Programm Dächer-Programm Energieeinspeise-Gesetz (EEG) Wärmeschutzverordnung / Energieeinsparverordnungen Erneuerbare-Wärme-Gesetze Biomasse: Chancen & Kontroversen Teller-Tank-Problematik Serie von Klimaschutzkonferenzen und IPCC-Berichte Folie 12

7 Energiewende 2013 Entwicklung Struktur Stromerzeugung Deutschland Gross Electricity Generation [10 9 kwh/a] Erneuerbare! PV Wind (Geothermal) Hydropower Biomass Others Mineral Oil Products Natural Gas Coal Nuclear Gross El. Cons Datenquelle: abgerufen am & Folie 13 Mission Impossible? Anzeigenkampagne 1993 Folie 14

8 Energiewende 2013 Entwicklung Stromerzeugung aus Erneuerbaren 25 Biomasse, Wind & PV jeweils > 4 %! Never say never! Gross Electricity Generation [%] PV Wind (Geothermal) Hydropower Biomass 0 Datenquelle: abgerufen am & Folie 15 Energiewende 2013 Passt der Strom ins Netz? Geothermie Wasserkraft Onshore-Wind Offshore-Wind Photovoltaik Last Jahr 2020: EE-Anteil = 40% 60 Leistung (GW) /05 08/05 09/05 10/05 11/05 12/05 13/05 14/05 15/05 16/05 17/05 18/05 19/05 20/05 21/05 Tag/Monat FhG IWES Quelle: Dr. Joachim Nitsch, DLR, 2011 Folie 16

9 Energiewende 2013 (2009) WBGU zu Klimaschutz: Budgetansatz - globale Gerechtigkeit! Quelle: Sondergutachten des WBGU, 2009; Folie 17 Energiewende 2013 (2009) WBGU zu Klimaschutz: Budgetansatz - globale Gerechtigkeit! Auch für Flächen & Biomasse? Import ja oder nein? Quelle: Sondergutachten des WBGU, 2009; Folie 18

10 Energiewende 2038 ( ) CO 2 -Gehalt Erdatmosphäre Keine Anzeichen einer Umkehr? Quelle: Mauna Loa Observatory; Folie 19 Energiewende 2038 ( ): Leitstudie 2011 Blick in die Zukunft: Hauptszenario der Leitstudie 2011 Folie 20

11 Energiewende 2038 ( ) Leitstudie 2011 Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende: Energiesparen! Folie 21 Leitstudie 2011 Voraussetzung für das Gelingen der Energiewende: Stromsparen! Folie 22

12 Leitstudie 2011 Szenario Endenergieeinsatz für Raumwärme Folie 23 Leitstudie 2011 Verkehr/Mobilität - klappt das? Folie 24

13 Leitstudie 2011 Szenario Endenergiebeitrag erneuerbare Energien Folie 25 Leitstudie 2011 Biomasse eine begrenzte Ressource Folie 26

14 Leitstudie 2011 Biomasse eine begrenzte Ressource Folie 27 Bewertung von Biomasse als Energieträger Primärenergie nach DIN V : Energieträger Primärenergiefaktor gesamt nicht erneuerbar Strom-Mix Deutschland 2,8 2,4 Biogene Brennstoffe - Biogas 1,5 0,5 Biogene Brennstoffe - Bioöl 1,5 0,5 Biogene Brennstoffe - Holz 1,2 0,2 Solarenergie 1,0 0,0 Auch erneuerbare Energie ist wertvoll und möglichst effizient zu nutzen Langfristig ist im Vergleich der erneuerbaren Energieträger der gesamte Primärenergieaufwand zur Bewertung heranzuziehen, ebenso der Flächenaufwand Folie 28

15 Bewertung von Biomasse als Energieträger Vergleich nach verschiedenen Kriterien Biomasse ca ha pro GWh/a Strom *) speicher- und transportierbar frei regelbar Flächenkonkurrenz hoch Schadstoffemissionen im Betrieb (noch) kostengünstiger Fotovoltaik ca. 3,5 ha pro GWh/a Strom begrenzt speicherbar fluktuierend Flächenkonkurrenz gering Betrieb schadstofffrei teurer Es gibt eine einfache, eindeutige Bewertung Rahmenbedingungen des Einsatzes entscheidend: Nutzungsart & -profil, energiewirtschaftliche Rolle *) Stromerzeugung aus Biogas Folie 29 Bewertung von Biomasse als Energieträger Exergie- bzw. Gesamt-Primärenergieeinsatz bei der Gebäudebeheizung Anteile erneuerbarer Energie: Primärenergie-Faktor f P der Stromerzeugung: 3,0 2,6 2,0 direkte geoth. Kälte (30) direkte geoth. Kälte (15) Primärenergiefaktor Holz f P = 0,2 (erneuerbar) Primärenergiefaktor Holz f P = 1,2 (gesamt) Holz-Pellets! el. KWP (5,0) el. KWP (4,0) el. KWP (3,0) Solarenergie: f P = 0 (erneuerbar) f P = 1 (gesamt) Gas-BW + solar 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 primärenergetische Anlagen-Aufwandszahl e P Quelle: R. Koenigsdorff, Oberflächennahe Geothermie für Gebäude, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2011 Folie 30

16 Bewertung von Biomasse als Energieträger Physikalische/thermodynamische Bewertung: Exergie Strom beim Primärenergie Kraftwerkspark Deutschland Verteilung & Übergabe Abwärme & Verbraucher (Endenergie) Verteilverluste 100 % 67 % 33 % hoher Exergieanteil Anergie reine Exergie Wasserkraft optimal: 100 % Exergieanteil 80 % Brennstoff im optimalen Kraftwerk: z. B. 80 % Exergieanteil 54 % Raumwärmebedarf: 7 % Exergieanteil Folie 31 Fazit Die Rolle der Biomasse in der Energiewende Biomasse ist eigentlich zu schade für den Ofen zuhause Biomasse ist eine erneuerbare Ressource mit vielen Vorteilen: speicher-, transportier- und regelbar aber auch signifikanten Nachteilen: Flächenbedarf und -konkurrenz, Schadstoffe Im ungünstigsten Fall ist Biomasse eine sinnvolle Brückentechnologie Im günstigsten Fall ein begrenzter, aber systemrelevanter Beitrag Chancen der Biomasse = Chancen & Herausforderungen für FuE: Kraftwerke: Regelenergie, Kraft-Wärme-Kopplung Mobilität Optimierter Einsatz in der Gebäudebeheizung (KWK & Wärmepumpe, Nahwärme...) Folie 32