Technologische und energiewirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien

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1 Technologische und energiewirtschaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien Toblacher Gespräche 27: Wirtschaft und Gesellschaft am Übergang vom Öl zur Sonne Oktober 27 Dr. Joachim Nitsch, Stuttgart 1

2 Faktor Zeit: ein wirksamer Ausbau benötigt eine Vorlaufzeit von 2 Jahren (Beispiel: Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland) Wasser Wind Biomasse, biog. Abfälle Fotovoltaik Geothermie Regenerative Stromerzeugung, TWh/a Anteile an Bruttostromerzeugung, % Ölpreiskrise 6 Marktanreizprogramm Stromeinspeisungsgesetz EEG bmu/aktual/str-5;

3 Globaler Energieverbrauch: Stetiges, sich derzeit beschleunigendes Wachstum; erneuerbare Energien fallen seit 1995 zurück! globaler Primärenergieverbrauch EJ/a Anteil erneuerbarer Energien (%) 13,2% 13,4% 13,5% 13,2% 13,8% 13,6% 13,1% Solarenergie, Meeeresenergie Geothermie Strom+Wärme Wind Biomasse modern Biomasse traditionell Wasser Kernenergie Gas Öl Kohle global/pevglob;

4 Primärenergie 24: 463 EJ/a Öl 34,5% Kernenergie 6,5% Die globale Ausgangssituation Übrige,5% Biomasse modern 2,3% Solar,4 % Wind,7 % Gas 2,7% Erneuerbare 13,1% Biomasse trad. 8,1% Geothermie,4 % Kohlen 25,2% Wasser 2,3% Stromerzeugung 24: 17 5 TWh/a Kohle 4,1% Übrige,8% Solar,3 % Geothermie,23 % Erneuerbare 17,9% Wasser 16,1% Öl 6,7% Wind,54 % Gas 19,6% Kernenergie 15,7% Biomasse 1,% 4

5 Angebot natürlicher Energieströme und technisches Potenzial erneuerbarer Energien Globaler Primärenergieverbrauch 24 (463 EJ/a = 11 6 Mio. t ROE/a) 1 Strahlung (Kontinente) 1 8 Wind 2 Biomasse 2 1 Geothermie Wasser Wellen, Gezeiten 2 1 3,7,4,3,7,1,15 Physikalisches Angebot: ~ 2 Technisches Potenzial (heutige Technologien) > 5 5

6 Die heimischen Potentiale erneuerbarer Energien in Deutschland sind hoch - auch unter anspruchsvollen Kriterien des Naturschutzes Strom Wasserkraft Wind, onshore Wind, offshore Fotovoltaik Biomasse Geothermie 12% 6% 6,5% Kraftstoffe Wärme Strom Anteil, % POT "Naturschutz Plus" zusätzl. ohne Restriktionen Nutzung 26 Biogene Reststoffe: 1% für stationäre Nutzung (75% KWK, 25% Heizwärme) Wärme Biomasse Solarkollektoren Geothermie Energiepflanzen: 1% für Kraftstoffe 4,5 Mio. ha in 25 (ohne Restriktionen 6, Mio. ha) Kraftstoffe Biomasse Endenergie, TWh/a oeko/potenz; Zusätzlich Import - potenzial EE- Strom aus europäischem Stromverbund 6

7 Neue Solar - Techniken: schon lange entdeckt - heute verfügbar

8 Erneuerbare Energien bieten auch beträchtliche Perspektiven für eine fruchtbare internationale Kooperation Beispiel Mittelmeerraum Besonders große und kostengünstige Potenziale: Solar Wind Wasser Erdwärme EUR-NET Mögliche Erweiterungen Das technisch-strukturelle Potenzial der solaren Stromerzeugung in Nordafrika liegt beim 1-fachen des gegenwärtigen Weltstromverbrauchs. 8

9 Solarthermische Kraftwerkstechnologien in Kalifornien seit 1986 in Betrieb; ab 28 auch in Spanien Parabolrinne (PSA) Solarturm (SNL) bis 55 C Dampfturbinen bis 1 C Gasturbinen, Motoren Linear Fresnel (MAN/SPG) Dish-Stirling (SBP) 9

10 Marktentwicklung und Kostendegression am Beispiel des Windenergieausbaus in Deutschland (Leitszenario 26),18 36.,16 Leistung Onshore Leistung Offshore Kosten Onshore Kosten Offshore 32. Stromgestehungskosten, EUR/kWh,14,12,1,8,6, Installierte Leistung, MW,2 4., Leit/wind-kos;

11 Historische Kostenentwicklung einiger EE -Technologien und Fortschreibung bis : 1,4 EUR/kWh 1, Kosten Wind, Kollektoren, EUR(22)/kWh,9,8,7,6,5,4,3,2,1 Wind Fotovoltaik Kollektoren, aktual/str-kos5;

12 Lernraten ausgewählter Technologien: Je stärker die Nutzung erneuerbarer Energien, desto geringer ihre Kosten. 1 - EE - Marktwachstum nach Leitszenario 26 - Wind -Onshore Lernrate,94 Kosten (2 = 1%) Wind-Offshore,9 ->,94 Fotovoltaik,8 ->,9 Soltherm. KW,88 ->,95 Geothermie,75 ->,9 Kollektoren, LEIT/Lern,

13 Die Einführung neuer (Energie-) Technologien verlangt volkswirtschaftliche Vorleistungen und unternehmerischen Weitblick F & E - Phase Markteinführung Marktdurchdringung Energiekosten Kostensprung durch F & E Zeitlich begrenzte Förderung der Marktetablierung Klimaschutzkosten Gesamtkosten konvention. Energien (Ressourcen, Umwelt) Verteuerung fossiler Brennstoffe Gesamtkosten erneuerbare Energien (Technologie) Anlagenkosten konvention. Energien (Technologie) Kumulierte Produktion; Zeit 13

14 Die Preise fossiler Energien werden stetig steigen (Beispiel Rohölpreis) Ölpreis (Jahresmittelwerte), $ 2/bbl Historische Entwickl. NIEDRIG (REF 25) MÄSSIG DEUTLICH Quellen: Massarat 22; BMWi 25; Tecson 26; EWI/Prognos 25/26; BMU 24 eigene Berechnungen. oeko/epreise/oelpr-1;

15 Die wirtschaftliche Bewertung des EE-Ausbaus hängt stark von den Annahmen zur zukünftigen Entwicklung fossiler Energiepreise und CO 2 -Vermeidungskosten ab Gesamte EE-Differenzkosten (Strom, Wärme, Kraftstoffe) im LEITSZENARIO Differenzkosten, Mrd. EUR (22)/a : 75 $ 2 /b 2 / t CO 2 Pfad A Pfad B Pfad C 22: 32 $ 2 /b 1 / t CO 2 22: 6 $ 2 /b 15 /t CO Aktual/DIFGES;

16 Eignung als Hauptenergiequelle: Kohle?? Zu schmutzig! Kernenergie?? Zu gefährlich! Kernfusion?? Zu spät! 16

17 Fahrplan für den Aufbau einer zukunftsfähigen Energieversorgung in Deutschland - LEITSZENARIO 26 - Primärenergie, PJ/a EFF EE Kernenergie Braunkohle Steinkohle Mineralöl Erdgas Geothermie Solarstrahlung Wind, Wasserkraft Biomasse aktual/primstru/ CO 2 -Emiss (Mio. t/a) 17

18 Ausbaustrategie Erneuerbare Energien für Deutschland: Durchschnittliche Steigerung des EE-Anteils 26-25: ~1 %/a - LEITSZENARIO 26-55% Endenergie erneuerbare Energien, PJ/a ,8% Geothermie Solarstrahlung Biomasse, -gas biog. Abfälle Windkraft Wasserkraft Anteil EE am Gesamtverbrauch 61 8% % % % Aktual/EE-END;

19 Szenarien der globalen Energieversorgung im Jahr 25 - Die Höhe des EE-Beitrags ist allein keine Gewähr für Klimaverträglichkeit 1.4 Kohlen Mineralöl Erdgas Kernenergie EE Primärenergie, EJ/a Ist 24 WBGU 23 Shell SCA 2 IEA SD 23 IEA-REF 26 Shell DAS 2 EREC DCP 24 EREC AIP 24 DLR 2 -SZEN 26 global\szenar-1;

20 Entwicklung des globalen Primärenergieverbrauchs im 2 - Szenario Eine völlige Umkehr des bisherigen Trends ist erforderlich globaler Primärenergieverbrauch EJ/a Anteil erneuerbare Energien (%) 13,4 13,8 13,6 13,1 16,8 24,5 34,8 43,1 49,8 Effizienz (IEA WEO 24) Solarenergie, Meeeresenergie Geothermie Strom+Wärme Wind Biomasse modern Biomasse traditionell Wasser Kernenergie Gas Öl Kohle global/pevglob;

21 Entwicklung der installierten Kraftwerksleistung im 2 - Szenario Installierte Leistung, GW el Jährliche Wachstumsraten Wind 25% 2% 36% 26% 14% 7% PV 7% Fossil, Nuklear Erdwäeme, Meeresenergie Solarthermie Fotovoltaik Biomasse Wind Wasser global/e-leist; Gesamte Erzeugung, TWh/a Erneuerbare Energien, TWh/a 21

22 Weltmarktentwicklung erneuerbare Energien im globalen 2 - Szenario. Investitionen, Mrd. EUR / a Globales "2 - Szenario" (Greenpeace, EREC, DLR) davon in Deutschland getätigt 3,8 % 3,3 % 2,7 % Solartherm. Kollektoren Erdwärme Wärme Biomasse, -gas Wärme Erdwärme, Meer Strom Solartherm. Kraftwerke Fotovoltaik Biomasse, -gas Strom Wind Wasser Arbeit/INV-GLOB; % GW/a Wind PV ~ Strom, ges. ~ Kollekt. (1 6 m²) Biomasse, GW th ~ Wärme, ges

23 Bandbreite zukünftiger Umsätze der deutschen EE-Branche in 23 können die Gesamtumsätze zwischen 4 und 6 Mrd. /a liegen 6 18 Umsatz deutscher Unternehmen, Mrd. EUR/a optim. verhalten optim. verhalten nur Inland *) Umsatz Anteile *) Leitszenario GlobalUmsatz; Weltmarktanteile deutscher Unternehmen, % 23

24 Die wesentlichen Schlussfolgerungen Die Erwartungen an erneuerbare Energien (EE) sind in allen Konzepten der zukünftigen Energieversorgung beträchtlich. Trotz erfreulicher Wachstumstendenzen in einigen regionalen Märkten muss eine globale Wachstumsdynamik jedoch erst noch aufgebaut werden. Nur in Verbindung mit einer grundsätzlichen Trendumkehr beim globalen Energieverbrauchswachstum können EE einen wirksamen und rechtzeitigen Klimaschutz gewährleisten. Grenzen technischer Potenziale stellen keine Einschränkung für die Nutzung von EE dar. Die Veränderungsgeschwindigkeit struktureller Randedingungen und die Qualität politischer Steuerungsinstrumente werden die Intensität der EE-Nutzung bestimmen. Eine sachgerechte Bewertung von Energiekosten muss zwingend die Kosten des erforderlichen Klimaschutzes berücksichtigen. Die dadurch jetzt erforderlichen Vorleistungen werden in einem absehbaren Zeitraum einen beträchtlichen volkswirtschaftlichen Nutzen bewirken. Der Weltmarkt für erneuerbare Energien wird im nächsten Jahrzehnt mindestens mit 2%/a wachsen (müssen). Die globalen EE-Anlageninvestitionen werden dadurch von derzeit ~ 6 Mrd. /a auf ~ 38 Mrd. /a in 22 und ~ 5 Mrd. /a in 23 steigen. In 22 kann der Gesamtumsatz der deutschen EE-Industrie rund 4 Mrd. /a erreichen, in 23 kann er bis auf 6 Mrd. /a steigen. Unter diesen Voraussetzungen kann von einem Beschäftigungszuwachs in der EE-Branche auf (Brutto-) Arbeitsplätze in 22 und auf mehr als 5. in 23 ausgegangen werden. Da spätestens ab 22 die meisten EE-Technologien kostengünstiger als die konventionelle Energiebereitstellung sein werden, werden auch die Nettobeschäftigungseffekte dauerhaft hoch sein. 24

25 Der Fahrplan für die Schaffung einer nachhaltigen Energieversorgung Bis 21: Energiepolitisch gestützter Einstieg durch Zielvorgaben und wirksame, auf erneuerbare Energien spezifisch zugeschnittene Förderinstrumente; 21 22: Stabilisierung des Wachstums bei allmählicher Einbeziehung der Unterstützung erneuerbarer Energien in Instrumente eines generellen Klimaschutzes; 22 23: Vollwertige Etablierung aller Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien in allen Verbrauchssektoren und beginnende Verwertung großer kostengünstiger Potenziale im Rahmen einer europäischen Verbundversorgung; 23 25: Beginnende Dominanz erneuerbarer Energien in allen Bereichen der Energieversorgung und Einstieg in den energiewirtschaftlich relevanten Einsatz von Wasserstoff; Nach 25: Fortschreitende Ablösung der fossilen Energien und Etablierung einer vollständig auf erneuerbaren Energien beruhenden Energiewirtschaft. 25

26 1878: Solare Dampfmaschine von Muchot 1978: Die neuen EE beginnen ihren Einstieg in die Energiewirtschaft 278: 65 75% des weltweiten Energiebedarfs kommen aus Erneuerbaren Energien 26

27 Weitere Informationen J. Nitsch, M. Fischedick u. a: Ökologisch optimierter Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland. Studie imm Auftrag des BMU, Arbeitsgemeinschaft DLR Stuttgart, WI Wuppertal, IFEU Heidelberg, April 24. F. Trieb, C.Schillings u.a: TRANS-CSP - Trans-Mediterranean Interconnection for Concentrating Solar Power. Studie im Auftrag des BMU. DLR Stuttgart u. a., April 26 M. Kratzat, J. Nitsch, D. Edler, C. Lutz u. a.: Wirkungen des Ausbaus der EE auf den deutschen Arbeitsmarkt unter besonderer Berücksichtigung des Außenhandels. Untersuchung im Auftrag des BMU. ZSW Stuttgart, DLR Stuttgart, DIW Berlin, GWS Osnabrück, August 26 W. Krewitt, S. Simon u. a.: Energy (R) Evolution A Sustainable World Energy Outlook Studie im Auftrag von Greenpeace International und des European Renewable Energy Council (EREC), DLR Stuttgart, ECOFYS Utrecht, Januar 27. J. Nitsch: Leitstudie 27 Ausbaustrategie Erneuerbare Energien, Aktualisierung und Neubewertung. Untersuchung im Auftrag des BMU, Februar 27. Prognos, EWI: Energieszenarien für den Energiegipfel 27. EWI Köln, Prognos Basel, Studie im Auftrag des Bundeskanzleramtes, Bericht vom Mai 2 www. erneuerbare-energien.de und 27