WAS KOSTET DIE ENERGIEWENDE?

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1 WAS KOSTET DIE ENERGIEWENDE? Wege zur Transformation des deutschen Energiesystems bis 2050 Hans-Martin Henning Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Jahrestagung Erneuerbare Energie Sachsen-Anhalt Februar Fraunhofer ISE

2 Folie 2 Süddeutsche Zeitung,

3 Relevanz einer systemischen Analyse sich wandelnder Energiesysteme Klima- und Nachhaltigkeitsziele stehen ganz oben auf der globalen politischen Agenda Energieversorgung hat dominanten Anteil am anthropogenen Klimawandel Das Ziel ist klar Energiesysteme mit drastisch reduziertem CO 2 -Ausstoß Der Weg ist unklar und hochkomplex Energiewende ist mehr als Stromwende Werkzeuge, die eine ganzheitliche Analyse der Entwicklung von Energiesystemen ermöglichen (regional, national, international) Folie 3

4 Übersicht Deutschland Klimaschutzziele Methodik Ausgewählte Szenarien Ergebnisse Zusammenfassung Folie 4

6 Entwicklung der deutschen Treibhausgasemissionen und Zielwerte bis 2050 Folie 6 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

7 Energiebedingte CO 2 -Emissionen Deutschland % Strom 44% Brenn-Kraftstoffe für Gewerbe/Industrie 19% Niedertemperaturwärme Verkehr 16% Folie 7 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

9 Leitfrage Was ist der kostenoptimale Pfad zur Transformation von Energiesystemen unter Einbeziehung aller Energieträger unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren unter Einhaltung der gesetzten Klimaschutzziele sowohl im Zieljahr 2050 als auch auf dem Weg dorthin?? Randbedingung für Deutschland Kernenergieausstieg bis 2022 Folie 9

10 Regenerative Energien Modell»REMod«Minimierung der Transformationskosten Stromerzeugung und -speicherung Brennstoffe (inkl. Biomasse und Power-to- Hydrogen/Gas/Fuel) Erstes streng Modellbasiertes Werkzeug zur Simulation und Optimierung der Entwicklungspfade nationaler Energiesysteme unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren und Energieträger und von deren Wechselwirkungen Verkehr (unterschiedliche Antriebskonzepte) Wärme (Gebäude, inkl. Fernwärme und Speicher) Prozesse in Gewerbe und Industrie Folie 10

11 Energiepolitisches Zieldreieck Um- weltver- träglichkeit Einhaltung Klimaschutzziele Wirtschaftlichkeit Kostenminimierung Versorgungssicher- heit Deckung aller Lasten in jeder Stunde Folie 12

13 Zielwerte energie-bedingter CO 2 -Emissionen Deutschland untersuchte Szenarien historische Daten Folie 14 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau,

14 Ausstieg Kohleverstromung Deutschland Folie 15 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur. zuletzt aktualisiert am

16 Szenarienergebnisse Fluktuierende erneuerbare Energien im Jahr 2050 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Folie 17

21 Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Ohne Kosten für CO 2 - Emissisonen Konstante Preise für fossile Energieträger Folie 22 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Ref heutiges System eingefroren

22 Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Ohne Kosten für CO 2 - Emissisonen Konstante Preise für fossile Energieträger Kumulative Mehrkosten der Szenarien # 2 und # 3 rund 1100 Mrd. für den Zeitraum (entspricht rund 0.8 % des deutschen BIP) Folie 23 #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle

23 Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Kosten für CO 2 -Emissionen ansteigend bis 100 pro Tonne in 2030; dann fix Preiserhöhung fossile Energieträger 2 % p.a. Folie 24 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Ref heutiges System eingefroren

24 Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Kosten für CO 2 -Emissionen ansteigend bis 100 pro Tonne in 2030; dann fix Preiserhöhung fossile Energieträger 2 % p.a. Kumulative Minderkosten der Szenarien # 2 und # 3 rund 600 Mrd. für den Zeitraum Folie 25 #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle

26 Entwicklung fluktuierende erneuerbare Energien 85-%-Szenario Installierte Leistung in 2050 Wind See 33 GW ( 20*heute) Wind Land 168 GW ( 4.5*heute) Photovoltaik 166 GW ( 4.2*heute) Folie 27 Fraunhofer ISE

27 Entwicklung thermische Kraftwerke und KWK 85-%-Szenario Folie 28 Fraunhofer ISE

28 Entwicklung Gebäude 85-%-Szenario Passivhaus- Standard entsprechend heutigem Neubaustandard Folie 29 Fraunhofer ISE

29 Entwicklung Solarthermie 85-%-Szenario Folie 30 Fraunhofer ISE

30 Entwicklung Heizungstechniken 85-%-Szenario el. WP Außenluft Gaskessel el. WP - Erdreich Gas-WP >80 % Wärmepumpen Ölkessel Biomasse Wärmenetz Folie 31

31 Beispiel Zeitverlauf Sommerwoche 2050 PV Wind Residuallast positiv Speicherentladung, komplementäre Erzeugung Residuallast negativ Speicherladung, flexible Lasten einschl. Power-to-Gas/Fuel Residuallast = Basislast minus regenerative Erzeugung Folie 32 Palzer, A.: Sektorübergreifende Modellierung Dissertation am Karlsruher Institut für Technologie KIT, geplante Veröffentlichung 2. Quartal 2016

32 Entwicklung Wärmespeicher 85-%-Szenario Folie 33 Fraunhofer ISE

33 Stationäre Batterien und synthetische Energieträger 85-%-Szenario Folie 34 Fraunhofer ISE

34 Br.-/Kr.: Brenn- und Kraftstoffe EE: Endenergie NE: Nutzenerige RE: regenerative Energien NT: Niedertemperatur HT: Hochtemperatur Energiefluss im dt. Energiesystem 2013 (vereinfacht) Wandlung/ Verteilung Endenergie Prim ärenergie Nutzungsarten Nutzenergie + Verluste Gesamteffizienz Nutzenergie / Primärenergie < 40 % Folie 35 Fraunhofer ISE Eigene Darstellung basierend auf: BMWi: Zahlen und Fakten. Energiedaten. Nationale und internationale Entwicklung Überprüfungsdatum , Daten von Prof. Dr. Eberhard Jochem (IREES) und eigenen Abschätzungen

35 Br.-/Kr.: Brenn- und Kraftstoffe EE: Endenergie NE: Nutzenerige RE: regenerative Energien NT: Niedertemperatur HT: Hochtemperatur Energiefluss Energiesystem 2050 (-85-%-Szenario) Wandlung/ Verteilung Endenergie Prim ärenergie Nutzungsarten Nutzenergie + Verluste Gesamteffizienz Nutzenergie / Primärenergie > 60 % Folie 36 Fraunhofer ISE

36 Zusammenfassung Energie und CO 2 85-%-Szenario Folie 37 Fraunhofer ISE

37 Übersicht Deutschland Klimaschutzziele Methodik Ausgewählte Szenarien Ergebnisse Zusammenfassung Folie 38 Fraunhofer ISE

38 Zusammenfassung (1/3) Klimaschutzkompatible Transformation des Energiesystems technisch machbar Fluktuierende Erneuerbare (Sonne, Wind) werden dominante Energieträger Mehrere Systementwicklungen mit ähnlichen kumulativen Gesamtkosten Jedoch deutliche Unterschiede hinsichtlich notwendiger installierter Leistung von fluktuierenden erneuerbaren Energien (Sonne, Wind) Notwendige installierte Leistung fluktuierender erneuerbarer Energien kann signifikant begrenzt werden durch hohen Anteil Elektromobilität hohen Anteil Wärmepumpen erhöhte Sanierungsrate Gebäude en Ausstieg aus Kohleverstromung Folie 39 Fraunhofer ISE

39 Zusammenfassung (2/3) Kipppunkt zwischen Reduktion energiebedingter CO 2 -Emissionen um 85 % und 90 % Starker Anstieg notwendiger installierter Leistung von fluktuierenden erneuerbaren Energien (und vieler weiterer Komponenten) Starker Anstieg Kosten Reduktion energiebedingter CO 2 -Emissionen > 85 % aufwändig ohne Import erneuerbarer Energien im großen Stil Bereitstellung von Flexibilitäten im System essentiell Stromerzeugung: flexible, komplementäre Erzeuger; Stromspeicher Stromnutzung: flexible Lasten (Demand Side Management); Speicher (Strom, Wärme); Umwandlung von Strom in sekundäre Energieträger (Power-to-X), vorzugweise für Nutzung in Verkehr und Industrie Folie 40 Fraunhofer ISE

40 Zusammenfassung (3/3) Kumulative Gesamtkosten für Umbau Energiesystem hängen signifikant von Preisentwicklung für fossile Energien und Kosten für CO 2 -Emissionen ab (ohne Berücksichtigung externer Kosten) Nach erfolgter Transformation sehr ähnliche und stabile, jährliche Gesamtkosten wie heute Positive volkswirtschaftliche Effekte (nationale Wertschöpfung, Beschäftigung, Entwicklung von Technologien für Export) Folie 41 Fraunhofer ISE

41 Subventionierung des globalen Energiesystems Internationaler Währungsfond (IWF), Mai 2015 US$ 5.3 trillion; 6½ percent of global GDP that is our latest reckoning of the cost of energy subsidies in These estimates are shocking. The figure likely exceeds government health spending across the world, estimated by the World Health Organization at 6 percent of global GDP, but for the different year of Trillion US$ 4750 Milliarden (Quelle: Folie 42 Fraunhofer ISE

42 Fotos Fraunhofer ISE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Hans-Martin Henning, Andreas Palzer Folie 43