DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Prof. Dr. Dr.-Ing.(habil) Institut für Technische Thermodynamik
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Das DLR ist das Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt und die Raumfahrtagentur Deutschlands.
Gesamtbudget 2008 1,36 Mrd 800 Alle Angaben in Mio. Euro 700 600 500 400 300 200 100 0 Raumfahrt-Agentur Deutsche ESA-Beiträge BMBF Nationales Raumfahrtprogramm Forschung und Betrieb Institutionelle Förderung Drittmittel
Standorte und Mitarbeiter 5.600 Mitarbeiter arbeiten in 28 Forschungsinstituten und Einrichtungen in 8 Standorten, 7 Außenstellen. Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington. Hamburg Neustrelitz Trauen Berlin- Charlottenburg Braunschweig Berlin-- Adlershof Göttingen Köln-Porz Bonn Sankt Augustin Darmstadt Lampoldshausen Stuttgart Oberpfaffenhofen Weilheim Almería (Spanien)
Prozentualer Anteil der Schwerpunkte an den Gesamterträgen Forschung und Betrieb 2008 9% 7% Weltraum 44% Luftfahrt Verkehr Energie 40%
Energieforschung im DLR Die DLR-Energieforschung konzentriert sich auf Themen der effizienten und nachhaltigen Stromerzeugung mit energiewirtschaftlicher Relevanz. Systemanalyse und Technikbewertung, Effiziente und umweltverträgliche fossile Kraftwerke (Turbomaschinen, Brennkammern), Wärmemanagement (Wärmeübertragung und speicherung), Nieder- und Hochtemperatur-Brennstoffzellentechnik, Solarthermische Kraftwerkstechnik, Solare Stoffumwandlung.
mit einem zunehmenden Anteil an erneuerbaren Energien Prof. Dr. Dr.-Ing. habil Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik, Universität Stuttgart
Weltweiter Primärenergieverbrauch von 1870 bis 2001 Primärenergie, EJ / Jahr 400 300 200 100 konventionelle Biomassenutzung erneuerbare Energien Kernenergie Erdgas Erdöl Kohle 0 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Vorräte an Primärenergieträgern Um bereits heute die täglich verbrannten fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle zu ersetzen benötigt die Natur 1500 Jahre
Die Konzentration der anthropogenen Treibhausgase in der Erdatmosphäre ist in den vergangenen 50 Jahren stark über die Werte der davor liegenden 10000 Jahre angestiegen CO 2 CH 4 N 2 O
Stand der Klimaforschung UN Klimarat IPCC, 2007: Beobachtungen und Messungen lassen keinen Zweifel, dass das Klima sich ändert. In den letzten 100 Jahren hat sich die Erde im Mittel um 0,74 C erwärmt. Die globale Erwärmung und der Meeresspiegelanstieg haben sich beschleunigt, ebenso das Abschmelzen der Gletscher und Eiskappen Diese Änderungen sind mit größter Wahrscheinlichkeit auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen
Energieverursachte CO 2 - Emissionen nach verschiedenen IPCC Szenarien CO 2 Emissionen, [Gt CO 2 / Jahr] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Szenario: BaU "550" "450" 2000 Wert akkumulierte Masse an CO 2 (Gt C): 2200 1000 700 300 CO 2 - Konzentration in 2100 (ppm): 950 550 450 360 mittl.temperaturanstieg ( C): 4.5-5.0 2.5-3.0 1.5-2.0 0.4-0.8 "450" "550" BaU" 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
Deutsches Energieszenario 2007-2050 Projektion technischer und sozio-ökonomischer Entwicklungen Forecasting business-as-usual zukünftige Welt notwendige Handlungen und Investitionen langfristiges Zieljahr Backcasting normative Ziele 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Politische Vorgaben für Deutschland A) Reduktion von CO 2 und anderen Treibhausgasen - 21 % bis 2008-2012, - 40% bis 2020, - 80 % bis 2050 B) Kraft-Wärme-Kopplung bis 2010 verdoppeln; C) Erneuerbare Energien verdoppeln bis 2010, Ziel für 2050: 50%; D) Energieproduktivität verdoppeln bis 2020 im Vergleich zu 1990 E) Alle vorhandenen Kraftwerke werden bis zum Ende der geplanten Laufzeit betrieben F) Keine neuen Kernkraftwerke G) Das EEG wird weitergeführt
Deutscher Gesamtenergieverbrauch (Strom, Wärme und Brennstoffe) Endenergie, PJ/a 10.000 8.000 6.000 4.000 Anteil EE 3,8 % 6,6 % 9234 9219 9187 9,7% 8800 18% 8403 28% 7860 41% 7309 55% Erneuerbare Energien Erdgas Mineralöl Kohlen Kernenergie 2.000 0 2000 2005 2010 2020 2030 2040 2050
Abschätzung des ökologischen Potenzials von erneuerbaren Energieträgern Windgeschwindigkeit m/s Strassen Naturschutzgebiete Landschaftsschutzgebiete Wälder Biotope z.b. Windenergie Landwirtschaftliche Nutzflächen Optische Beeinträchtigung Windgeschwindigkeit an den verbleibenden Flächen
Potenzial der Stromerzeugung mit Photovoltaik 1. Oktober 2005, 12:00-13:00 Bedarf: 345 GWh PV Potenzial: 164 GWh Source: DLR
Biomassepotenziale in Deutschland Holz forest wood Gesamtes Biomasse-Potenzial [TJ/km 2 ] Landwirtschaftliche agricultural Abfälle residues Energiepflanzen energy crops industrial Industrielle waste Holzabfälle wood Gartenabfälle residential Schwarzlauge waste wood black liquor Gras
Kostenentwicklung verschiedener erneuerbarer Energien Energiekosten (2000 = 100%) 100 80 60 40 20 Photovoltaik 0,80-0,90 Wind On-Shore 0,94 Wind Off-Shore 0,90-0,94 Solarthermie 0,88-0,95 Geothermie 0,75-0,90 Solare Wärme 0,90 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Endenergie (Strom, Wärme, Brennstoff) aus erneuerbaren Energieträgern Endenergie erneuerbare Energien, PJ/a Durchschnittliche Steigerung des EE-Anteils 2007-2050: 1 %/a (Anteile in 2020/2050 : Strom - LEITSZENARIO 29/78%; Wärme 2006 14/48%; - Kraftstoffe 17/42% ) 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400 0 346 364 Geothermie Solarstrahlung Biomasse, -gas biog. Abfälle Windkraft Wasserkraft 395 473 523 EE-Anteil: 601 7 % 731 910 1.134 18% 1.439 1.762 29% 2.072 2.686 55% 3.156 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050 Aktual/EE-END; 19.06.07
Szenario für die deutsche Stromerzeugung nach Energiequellen und Kraftwerksarten
Versorgungssicherheit und Netzstabilität: Szenario 2007, Jahr 2050 Power in GW 60 50 40 30 20 10 0 25.6. 26.6. 27.6. 28.6. 29.6. 30.6. 1.7. KWK (fossil) PV, Wind Biomasse, Geothermie, Wasser Imp. Solar Geothermie, Wasserkraft Imp. Pumpspeicher Spitzenlastkraftwerke (fossil) Unterschied zwischen verfügbarem Strom aus 30 erneuerbaren Energien + KWK und Strombedarf 15 GW 0-15 -30 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Jahresverlauf Stunde des in Stunden
Int. Stromnetz Solar (CSP) Solar (PV) Windenergie Wasserkraft Biomasse Geothermie Vision eines Euro-Mediterranen Stromnetzes auf HGÜ Basis zur synergetischen Nutzung der ergiebigsten regenerativen Energiequellen
Bild CSP
Benötigte Wüstenfläche für den Strombedarf der Welt, der EU-25 und von Deutschland Welt EU-25 D
KWK- und EE Anteile im zukünftigen Wärmemarkt in Deutschland Endenergieeinsatz [PJ/a] 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 "Effizienz" gegenüber Referenz Strom Gas direkt Öl/Kohle direkt Erneuerbare Energien KWK 1.000 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 *) einschl. Biomasse 12,3 14,7 17,8 21,5 24,0 25,5 % KWK-Wärme *) 2,3 4,9 10,0 17,5 26,5 35,5 % EE-Wärme oeko\waestru1.pre; 25.5.03
Jährlicher Energieverbrauch von Gebäuden kwh/m 2 Jahr
Wärmeerzeugung (Endenergie), PJ/a 1.200 1.000 Beitrag erneuerbarer Energien zur zukünftigen Wärmeversorgung 800 600 400 200 *) Anteil an gesamtem Wärmebedarf (ohne Stromanteil) 6,3 % *) 14 % 23 % 34 % 48 % Geothermie Nahwärme Geothermie Einzelanlage Kollektoren Nahwärme Kollektoren Einzelanlage Biomasse Nahwärme Biomasse Einzelanlage Nahwärme: 2005: 25% 2050: 64% 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050
Leitszenario 2007 für den deutschen Kraftstoffverbrauch Treibstoffverbrauch in PJ/Jahr 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 500 2.751 2.598 2.525 2.458 2.395 2.320 2.243 2.080 1.825 Wasserstoff Biodiesel Erdgas Kerosin Diesel Benzin Strom Erneuerbare 2005: 3% 2050: 42% 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2040 2050
Entwicklung des Ölpreises 6/2008 Ölpreis (Jahresmittelwerte), $ 2005/bbl 120 100 80 60 40 20 Mittelwert ($2005) Jan 08- Mai 08 Nominal Real (Geldwert 2005) Pfad A: Realistisch Pfad B: Mäßig Ölpreisvar. (Prognos 2005) Ölpreisvar. (Prognos 2006) 0 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Quellen: DIW 2004; BMWi 2008; Tecson 2008; eigene Berechnungen
Kumulierte Differenzkosten für die EE-Technologiesegmente +65 Kumlierte Differenzkosten, Mrd.EUR (2005) 60 40 20 0-20 -40-60 -80 +55-58 -270 Kraftstoffe Wärme Strom - 100 2001-2010 2011-2020 2021-2030 2031-2040
Umsatz deutscher Unternehmen, Mrd. EUR/a 40 30 20 10 Mögliche Umsätze deutscher Unternehmen bei den Anlageninvestitionen optimist. verhalten nur Inland Quelle: Wirkung des Ausbaus erneuerbarer Energien auf den deutschen Arbeitsmarkt Untersuchung von ZSW, DLR, DIW, GWS im Auftrag des BMU, Juni 2006 0 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 Arbeit/Ums-NP; 15.3.06 Arbeitsplatzentwicklung im deutschen erneuerbare Energien Sektor 157.000 354.000 optimistisch 263.000 244.000 307.000 verhalten 415.000 333.000 von 7,5 Mrd. /a in 2004 auf 30 40 Mrd. /a in 2030 0 Steigerung der Produktivität um 36% bis 2020 2004 2010 2020 2030
Importabhängigkeit bei der Elektrizitätsversorgung Importanteil an der Gesamtstromversorung 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Leitszenario 2007 Einschließlich CSP- Stromimporten derzeitige Entwicklung Jahr
Zusammenfassung Es wird geschätzt, dass aufgrund des Klimawandels in Deutschland bis 2050 zusätzliche Kosten von etwa 800 Milliarden anfallen werden, wenn keine konkreten Gegenmaßnahmen getroffen werden. Die Klima- und Ressourcenschutzziele können nur durch eine koordinierte Kombination aus Effizienzerhöhung und verstärkter Einführung von erneuerbaren Energien erreicht werden. Aufgrund der gesetzlichen und finanziellen Rahmenbedingungen durch die Bundesregierung hat sich der darauf aufbauende Energiemarkt in den vergangenen 10 Jahre signifikant entwickelt. Deutschland hat die weltweit höchste installierte Leistung an Windkraftanlagen. Die Photovoltaik-Industrie zählt zu den am schnellsten wachsenden Industrien der Welt und hat Japan 2005 in Bezug auf die an das Netz angeschlossene Kapazität überholt. Deutsche Dienstleistungen und Produkte sind auf dem Weltmarkt stark nachgefragt.
Zusammenfassung Das Leitszenario 2007 beschreibt einen möglichen Weg, auf dem Deutschland bis zum Jahr 2050 eine 80% Reduzierung der CO 2 Emissionen und einen 50% Anteil an erneuerbaren Energieträgern erreichen kann. Dadurch wird die derzeit stark ansteigende Abhängigkeit von Energieimporten wesentlich verringert und eine hohe Versorgungssicherheit gewährleistet. Die zusätzlich auf die Bevölkerung zukommenden Kosten liegen bei etwa 50 pro Haushalt und Jahr. Der positive Cashflow ab etwa 2025, die positiven Effekte auf die Arbeitsplatzsituation und die verstärkte Unabhängigkeit von importierten Brennstoffen stellen eine win-win Situation dar.
Während dieses Vortrags wurden 11 000 000 000 kwh Primärenergie verbraucht wurden 3 300 000 t CO 2 in die Atmosphäre abgegeben wurden mehr als 7 000 neue PKW und LKW produziert erhöhte sich die Weltbevölkerung um 12 000 Menschen