www.volker-quaschning.de Stromversorgung der Zukunft Die Rolle der Photovoltaik im Energiemix Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin Symposium: Photovoltaik - Praxis, Technik und Visionen 21. Juli 2011 Arnstadt
Vortragsinhalte Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Die Bedeutung der Photovoltaik für Deutschland Bausteine einer nachhaltigen Stromversorgung g 2
Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung 3
Entwicklung der Weltenergieversorgung 100% 90% 80% Kernenergie 70% 60% 50% 40% 30% regenerative Energieträger fossile Energieträger 20% 10% 0% Anteil am Welt-Prim märenergiebedarf _ 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Jahr 4
CO 2 -Emissionen und Treibhauseffekt 30000 0,9 Mt C Energie ebedingte e CO 2 -Em issionen 25000 20000 15000 10000 5000 Temperatur 0,7 0,5 03 0,3 0,1-0,1 raturände erung Global le Tempe CO 2 -Emissionen 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000-0,3 5
Langfristige Entwicklung der CO 2 -Konzentration CO 2 -Konze entration n 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 ppm 1750-2010 -400.000-300.000-200.000-100.000 0 Jahr 6
Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 7
Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 8
Bedrohte Gebiete Hamburg Berlin Grafik: Norbert Geuder, DLR Erfurt 9
Klimaschutzforderungen an Industrienationen Reduktion der CO 2 -Emissionen gegenüber 1990 bis 2005 bis 2020 bis 2050-25 % -50 % -80 % 10
Entwicklung der CO 2 -Emissionen in Deutschland Emission nen_ Wirtschaftskrise Kohlen ndioxid- 1200 Mt 1000 800 600 400 200 0 Referenzjahr 1990 Ziel -25 % Ziel -50 % Wiedervereinigung Gesamtdeutschland alte Bundesländer neue Bundesländer Trend Trend 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Ziel Ziel Ziel Trend 11
Klimaschutz in Deutschland Reduktion der CO 2 -Emissionen gegenüber 1990 bis 2005 bis 2020 bis 2050-25 % -50 % -80 % 12
Optionen zur CO 2 -Reduktion Kernenergie Kohlendioxidfreie fossile Kraftwerke Energiesparen Erneuerbare Energien 13
Brückentechnologien? 14
Sind Kernkraftwerke sicher und preiswert? Auszug aus Kfz-Versicherbedingungen Nicht versichert sind: - Vorsätzlich herbeigeführte Schäden - Schäden infolge von Alkohol- l und Drogenkonsum - Schäden durch Kernenergie Auszug aus Gebäude-Versicherungsbedingungen Nicht versichert sind: - Schäden durch Radioaktivität von Kernreaktoren Die gesetzlich festgelegte Deckungsvorsorge für Kernenergieunfalle beträgt 2,5 Mrd.. 15
These I In Industrieländern wie Deutschland müssen wir 2 bis 3 % pro Jahr an fossilen Energieträgern g durch Einsparungen und/oder regenerative Energien ersetzen. Die Kernenergie bietet t hierfür keine Alternative. 16
Bedeutung der Photovoltaik für Deutschland 17
700 Bruttostrombedarf in Deutschland HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 17 % 100 % 600 Brutto ostromver rbrauch in TWh 500 400 300 200 100 0 20 bis 30%??? Fossile Kraf twerke Kernenergie Import (regenerativ) Photovoltaik Windkraft Geothermie Biomasse Wasserkraft 19 990 19 995 20 000 20 005 20 010 20 015 20 020 20 025 20 030 20 035 20 040 20 045 20 050 18
These II Für eine vollständig regenerative Elektrizitätsversorgung gibt es 3 Optionen, die einen Großteil der Versorgung übernehmen können: Windkraft, Import und Photovoltaik. Möchte man nicht übermäßig von Importen abhängig sein oder extreme Offshore- Windkraftstandorte t d t erschließen, muss die Photovoltaik 20 bis 30 % decken. 19
Ausbauszenarien für die Photovoltaik Instal llierte PV-Leist tung 50 GW 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 tatsächliche Entwicklung BSW Szenario Dynamisch 2010 BMU Leitszenario 2010 BEE Prognose 2009 Energiekonzept 2010 BMU Leitszenario 2009 BMU Leitszenario 2008 BMU Leitszenario 2006 VDI / FZ-Jülich 2009 BMWi Energiereport IV 2005 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 20
EXCEL-Code zur Bestimmung des PV-Ausbaus 21
Potenziale der Photovoltaik in Deutschland Freiflächen 37,5 GW p Summe: 203 GW p 175 TWh/a Verkehrswege 5,9 GW p Fassaden 30 GW p Dachflächen 129,5 GW p Grafik: Volker Quaschning 7 GW entspricht 1 % Solarstromanteil. 203 GW entsprechen 29 %. 22
Flächenbedarf für 203 GW Photovoltaik Deutschland 357 148 km² Siedlungs- und Verkehrsfläche 46 800 km² (13 %) Photovoltaikfläche für 200 GW 1 357 km² (0,4 %) 23
Einfluss der Höhe des jährlichen Zubaus PV-Anteil 200 GW 8 GW p.a. 180 29% 7 GW p.a. 160 140 6 GW p.a. 120 5 GW p.a. 100 4 GW pa p.a. 80 60 40 20 0 11% 2000 2010 2020 2030 2040 3 GW p.a. 24
Zentrale regenerative Energieversorgung Fortgesetztes Versorgungsoligopol Starker Leitungsausbau erforderlich Energiewende zeitlich nicht umsetzbar 25
Dezentrale regenerative Energieversorgung Mehr Konkurrenz und Kosteneffizenz Weniger Leitungsausbau aber mehr dezentrale Speicher erforderlich Energiewende nahezu beliebig schnell umsetzbar 26
These III Für eine vollständig regenerative Elektrizitätserzeugung ist in Deutschland langfristig ein PV-Anteil von 20 bis 30 % sinnvoll. Das bedeutet eine installierte dezentrale PV-Leistung von 150 bis 200 GW. Der dafür nötige jährliche Zubau an PV- Leistung beträgt 6 bis 8 GW. 27
These IV Werden die PV-Anlagen gleichmäßig in der Nähe der großen Verbrauchszentren errichtet, lassen sich erhebliche Leitungsneubauten vermeiden. Die EEG-Vergütung sollte hierzu dringend regional angepasst werden. 28
Bausteine einer nachhaltigen Stromversorgung 700 Bruttostrom mverbrauch in TWh 600 500 400 300 200 100 Fossile Kraftw. Kernenergie Regen. Import Geothermie Biomasse Photovoltaik Windkraft Wasserkraft 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 29
Kohlendioxidemissionen nach Sektoren 10% 19% Energiewirtschaft 43% Wärmesektor Transportsektor Industrieprozesse 28% Grafiken: Michael Hüter 30
700 Bruttostrombedarf in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 17 % 50 % 70 % Brutto ostromver rbrauch in TWh 600 500 400 300 200 100 Fossile Kraf twerke Kernenergie Import (regenerativ) Geothermie Biomasse Photovoltaik Windkraft Wasserkraft 0 19 990 19 995 20 000 20 005 20 010 20 015 20 020 20 025 20 030 20 035 20 040 20 045 20 050 31
Leistung eines regenerativen Kraftwerksparks Monatsmittlere Leistungsabgabe sowie Verbrauch 90 GW 80 70 60 Solar-Import 50 40 30 Geothermie Wasser Biomasse Windkraft 20 Photovoltaik 10 Brutto-Verbrauch 0 32
Verlauf der Stromversorgung, aktueller Bedarf Woche im Frühjahr 2008 90000 MW 80000 70000 60000 50000 40000 Mittel- und Spitzenlast Windkraft PV 30000 PV Wind Braunkohle (Grundlast) 20000 Biomasse Wasserkraft 10000 Mittel- und Spitzenlast Braunkohle Kernenergie (Grundlast) Kernenergie 0 Mo Di Mi Do Fr Sa So 33
Zahngrafik 70 GW-PV im Netzverbund Mögliche Erzeugung einer Woche im Frühjahr 2020 90000 MW 80000 70000 PV Wind (Onshore) Biomasse Mittel- und Spitzenlast Wind (Offshore) Geothermie Wasserkraft 60000 50000 PV 40000 30000 20000 10000 0 Mittel- und Spitzenlast Mo Di Mi Do Fr Sa So 34
Bausteine einer künftigen Stromversorgung Fluktuierende regenerative Erzeugung Regelbare regenerative Erzeugung Verbraucher Zentrale Steuerung Innovative Speicher Überregionaler Ausgleich 35
Künftige Entwicklung der Haushaltsstrompreise 35 30 25 EEG PV EEG-Rest Steuern und Abgaben Erzeugung und Verteilung 20 15 10 5 0 2019 2020 ct/kwh 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 36
Entwicklung der Strompreise 120 100 80 ct/kwh Kohle- oder Atomkraftwerk PV-Dach Deutschland PV-Freifläche Deutschland PV Nordafrika Windkraft Haushaltsstrompreis 60 Netzparität Photovoltaik Volle Konkurrenz- 40 fähigkeit 20 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 37
Photovoltaische Heizungsunterstützung 12 ct/kwh 2020 >12 ct/kwh 25 % 12 ct/kwh Potential: 12 ct/kwh 35 % >30 ct/kwh 1 ct/kwh 40 % 90 GW 38
Netzgekoppeltes Batteriesystem 39
Methanisierung als Speicheroption 40
These V Eine nachhaltige und ökonomische Energie- versorgung, die vollständig auf fder Nutzung regenerativer Energien basiert, ist möglich. Neue Netze und Speicher sind dazu di dringend d erforderlich. lih Verschiede innovative Speicherkonzepte können den nötigen Kurzzeitspeicherbedarf einer regenerativen Energieversorgung decken. 41
Fazit Alle Szenarien und Analysen der letzten Jahre zum Ausbau der PV sind weitgehend wertlos. Die PV sollte bereits 2035 bis zu 30% des deutschen Strombedarfs decken, um den Kernenergieausstieg bei gleichzeitigem Klimaschutz überhaupt zu ermöglichen. 42
Danke für Ihre Aufmerksamkeit Zum Weiterlesen www.volker-quaschning.de 43