Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie Nuclear Power and Economy Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Universität Stuttgart Conference on Nuclear Energy Council of Europe Strasbourg, 25.-26. November 2010 1
Drei Aspekte Three Issues Wettbewerbsfähigkeit nuklearer Stromerzeugung Competitiveness of nuclear power production Wirtschaftlichkeit der Kernenergie aus der Nachhaltigkeitsperspektive Economics of nuclear energy with regard to sustainability Kernenergie und eine CO 2 -arme Energieversorgung in Europa Economics of nuclear power in the context of a low-carbon energy system in Europe Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 2
Wirtschaftlichkeit nuklearer Stromerzeugung in wettbewerblichen Elektrizitätsmärkten Nuclear Power Economics in Competitive Electricity Marktes Wirtschaftlichkeit neuer Kernkraftwerke Economics of new nuclear plants Wirtschaftlichkeit der Laufzeitverlängerung bestehender Kernkraftwerke Economics of extended operation of existing plants Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 3
Lebenszykluskosten verschiedener Stromerzeugungssysteme in Europa Lifetime Levelised Costs of electricity generation in Europe Kernkraftwerk Nuclear Kohle Gas Coal Gas Onshore Wind Wind Onshore Kernkraftwerk Nuclear Kohle Gas Coal Gas Onshore Wind Wind Onshore Median 0 50 100 150 200 Median 5% Diskontrate 10% Diskontrate AUT, BEL, CHE, CZE, DEU, EDF; Eurelectric/VGB, HUN, ITA, NLD, SVK, SWE Europa 0 50 100 150 200 250 USD/MWh Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 4
Referenzkraftwerke Reference Technologies Kraftwerke Nettoleistung Netto-Wirkungsgrad Spez. Investitionskosten Volllastbenutzungsstunden [MW el ] [%] [ 2007 /kw] [h/a] Kernkraftwerk (LWR) 1600 36 2800 7500 Steinkohle (PCC) 800 46 1300 7500 Braunkohle (PCC) 1050 45 1500 7500 Erdgas-Kombi (GuD) 800 60 700 7500 Wind Onshore 3-1320 1850 Wind Offshore 5-3340 3800 Solar PV 0,5 2230 930 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 5
Stromerzeugungskosten (Lebenszykluskosten) Electricity Generating Costs (Lifetime Levelized Costs) [ 2007 /MWh] 350 300 250 CO2 (20EUR/t) Back-Up Kosten Betriebskosten Brennstoffkosten Kapitalkosten Diskontrate 7,5 % 317,7 200 163,5 150 118,5 100 50 81,8 62,5 51,6 54,3 0 Kernenergie (LWR) Steinkohle (PCC) Braunkohle (PCC) Erdgas (GuD) Wind onshore Wind offshore Solar (PV) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 6
Stromerzeugungskosten (Lebenszykluskosten) Electricity Generating Costs (Lifetime Levelized Costs) [ 2007 /MWh] 350 300 250 CO2 (40EUR/t) Back-Up Kosten Betriebskosten Brennstoffkosten Kapitalkosten Diskontrate 7,5 % 317,7 200 163,5 150 118,5 100 50 88,5 77,2 71,7 51,6 0 Kernenergie (LWR) Steinkohle (PCC) Braunkohle (PCC) Erdgas (GuD) Wind onshore Wind offshore Solar (PV) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 7
Stromerzeugungskosten (Lebenszykluskosten) Electricity Generating Costs (Lifetime Levelized Costs) [ 2007 /MWh] 350 300 250 Back-Up Kosten CO2 (20EUR/t) Betriebskosten Brennstoffkosten Kapitalkosten Diskontrate 5 und 10 % 200 150 100 50 0 5% 10% 5% 10% 5% 10% 5% 10% 5% 10% 5% 10% 5% 10% Kernenergie (LWR) Steinkohle (PCC) Braunkohle (PCC) Erdgas (GuD) Wind onshore Wind offshore Solar (PV) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 8
Stromerzeugungskosten und Vollbenutzungsstunden Electricity Generation Costs and Annual Full Load Hours [ 2007 /MWh] 130 Diskontrate 7,5 % 120 110 20 /t CO 2 LWR (nuklear) Wind offshore Erdgas GuD Steinkohle-Dampf-KW Braunkohle-Dampf-KW 100 90 80 70 60 50 40 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800 7200 7600 8000 8400 8760 [Stunden im Jahr] Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 9
Stromerzeugungskosten und Vollbenutzungsstunden Electricity Generation Costs and Annual Full Load Hours [ 2007 /MWh] 130 Diskontrate 7,5 % 120 110 40 /t CO 2 LWR (nuklear) Wind offshore Erdgas GuD Steinkohle-Dampf-KW Braunkohle-Dampf-KW 100 90 80 70 60 50 40 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6000 6400 6800 7200 7600 8000 8400 8760 [Stunden im Jahr] Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 10
Stromerzeugungskosten - Sensitivitäten Electricity Generation Costs - Sensitivity Diskontrate 7,5 % [ 2007 /MWh] 120 Investitionskosten [ 2007 /MWh] 120 Brennstoffkosten (+/- 40 %) 100 100 80 80 60 60 40 2500-4000 /kw 550-1100 /kw 550-1100 /kw 1400-2400 /kw 1400-2400 /kw 1300-1800 /kw 1300-1800 /kw 20 0 CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) 40 20 0 CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) CO2 (20 /t) CO2 (40 /t) Kernenergie (LWR) Erdgas (GuD) Braunkohle (PCC) Steinkohle (PCC) Kernenergie (LWR) Erdgas (GuD) Braunkohle (PCC) Steinkohle (PCC) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 11
Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerke Wirtschaftliche Aspekte Lifetime Extension of Nuclear Plants Ecomical Aspects Brennstoffzykluskosten 7,5 10 2007 /MWh el wettbewerbliche Strommärkte: Grenzkosten und Strompreise Brennstoff + O&M Bandbreite Entsorgung Grenzkosten/Preise BE-Fabrikation Anreicherung Konversion Uran Verdopplung der Kosten wichtiger Bestandteile der Brennstoffzykluskosten < 15 2007 /MWh el Kernenergie (LWR) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie Steinkohle Erdgas (GuD) Erdgas (Gasturbine)
Laufzeitverlängerung von Kernkraftwerke Wirtschaftliche Aspekte Lifetime Extension of Nuclear Plants Ecomical Aspects Brennstoffzykluskosten 7,5 10 2007 /MWh el wettbewerbliche Strommärkte: Grenzkosten und Strompreise Brennstoff + O&M Bandbreite Nachrüstung Entsorgung Grenzkosten/Preise BE-Fabrikation Anreicherung Konversion Uran Verdopplung der Kosten wichtiger Bestandteile der Brennstoffzykluskosten < 15 2007 /MWh el Kernenergie (LWR) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie Steinkohle Erdgas (GuD) Erdgas (Gasturbine) Laufzeitverlängerung ökonomisch attraktiv
Wirtschaftlichkeit der Kernenergie aus der Nachhaltigkeitsperspektive Economics of Nuclear Energy with regard to Sustainability Externe Kosten und Vollkosten, der gesamte Ressourcenaufwand External Costs and Total Costs, the overall resource requirements Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 14
Kumulierter Energieaufwand (KEA) 1) Cumulative Energy Requirement (CER) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 [kwhprim/kwhel] Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD-Kraftwerk Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW 1) Herstellung, Entsorgung, Energieträgerbereitstellung Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 15
Gesamter Rohstoff und Materialaufwand Material and Resource Use 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Material- und Rohstoffbedarf relativ zu Photovoltaik Eisen /Kupfer [%]; Bauxit [ ]. Eisen Kupfer Bauxit Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 16
Kumulierte Emissionen - Cumulative Emissions 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 CO2 [g / kwh]; SO2, NOx [mg / kwh] 0 Kohlendioxid Schwefeldioxid Stickoxide Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5 kw Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 17
Gesundheitsrisiken Health Risks [YOLL/TWh] 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Emissionen aus vor- und nachgelagerten Prozessen Kraftwerksemissionen verlorene Lebensjahre Steinkohle-Kraftwerk Braunkohle-Kraftwerk Erdgas GuD Kernkraftwerk Holz-HKW Photovoltaik 5kW Wind 1500 kw (5,5) Wind 1500 kw (4,5) Laufwasser 3,1 MW Quelle: IER 2005/07 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 18
Externe Kosten - External Costs 45 40 35 30 25 20 15 10 Klimawandel Materialschäden Ernteverluste Biodiversitätsverluste Gesundheitsschäden Externe Kosten in 2007/MWh 5 0 Steinkohle (PCC) Braunkohle (PCC) Erdgas (GuD) Kernkraftwerk (LWR) Wind onshore Wind offshore Solar (PV) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 19
Vollkosten - Total Costs [ 2007 /MWh] 350 Diskontrate 7,5 % Externe Kosten, CO2-eq. 300 Externe Kosten, ohne CO2-eq 250 Lebenszykluskosten 200 150 100 50 0 Steinkohle (PCC) Braunkohle (PCC) Erdgas GuD Kernenergie (LWR) Wind onshore Wind offshore Solar (PV) Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 20
Kernenergie und CO 2 -arme Energieversorgung in Europa Nuclear power and a low carbon energy system in Europe Szenariencharakterisierung Referenzszenario (REF) - Ausbau der erneuerbaren Energien - Kernenergieausstieg in DE, BE und ES THG-Reduktion 30% bis 2020 75% bis 2050 Laufzeitverlängerung Kernenergie (LVK) ggü. 1990 (EU-weit) - wie REF, aber mit Kernenergie-Laufzeitverlängerung auf 60 Jahre Effizienter Klimaschutz in Europa (EKE) - kosteneffiziente Treibhausgasreduktion - Kernenergiezubau möglich Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 21
Primärenergieverbrauch in der EU-27 Gross Inland Consumption EU-27 90000 80000 70000 Müll 60000 50000 40000 Sonstige Erneuerbare Wasser, Wind, Solar 30000 Kernenergie 20000 Erdgas 10000 0 Stromimportsaldo Mineralölprodukte -10000 Braunkohle Steinkohle 2008 2010 REF LVK EKE REF LVK EKE 2020 2030 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 22 Primärenergieverbrauch [PJ]
Importe fossiler Energieträger in der EU-27 Fossil Fuel Imports EU-27 60% 55% 50% 45% 40% 35% REF LVK EKE Importanteil fossiler Energieträger am PEV 30% 2010 2015 2020 2025 2030 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 23
Nettostromerzeugung in der EU-27 Electricity Generation EU-27 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2008 2010 REF LVK EKE REF LVK EKE 2020 2030 Sonstige / nichtern. Abfall Sonstige Erneuerbare Energien Biomasse / ern. Abfall Solar Photovoltaik Wind Wasser Kernenergie Erdgas Nettostromerzeugung [TWh] Heizöl Braunkohle Steinkohle Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 24
Durchschnittliche Stromerzeugungskosten EU-27 Average Costs of Electricity Generation EU-27 60 50 40 30 20 10 0 REF LVK EKE REF LVK EKE Durchschnittliche Stromerzeugungskosten [EUR2000/MWh] 2020 2030 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 25
Energiesystemkosten - Energy System Costs Veränderung gegenüber REF 2030 LVK EKE jährliche Systemkosten [Mrd. EUR 00 ] - 27-72 kumulierte Energiesystemkosten (2010-2030) [Mrd. EUR 00 ] - 329-696 Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 26
References IEA (2010), Projected Costs of Generating Electricity, 2010 Edition, Paris, 2010 Wissel, S. et al. (2010), Erzeugungskosten zur Bereitstellung elektrischer Energie von Kraftwerksoptionen in 2015, IER Working Paper Nr. 8, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart, 2008. http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/onpub_arbeitsbericht.html Voß, A. (2010), Nachhaltige Energieversorgung in Europa Optionen und Perspektiven, Greifswalder Kollegforum Energie, 11.-12. November 2010, http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/onpub_vortraege.html Mayer-Spohn, O. et al. (2007), Lebenszyklusanalyse ausgewählter Stromerzeugungstechniken Stand 2005, IER Working Paper Nr. 1, http://www.ier.uni-stuttgart.de/publikationen/onpub_arbeitsbericht.html Friedrich, R. et al. (2009), The external and social costs of energy technologies, http://www.needs-project.org/2009/16-02-2009/friedrich.pdf Preiss, P., Blesl, M. (2009), Private, external and social cost calculations for energy life cycles, http://www.needs-project.org/2009/17-02- 09/090225_c_final%20NEEDS_conf%20PP.pdf Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie 27
Prof. Dr.-Ing. Alfred Voß Wirtschaftlichkeitsaspekte der Kernenergie Danke für Ihre Aufmerksamkeit!