www.volker-quaschning.de Solar Cities Energiewandel für die Stadt der Zukunft Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin 8. Erfurter Technologiedialog 18. Juni 2012 Erfurt
Vortragsinhalte Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Solar Cities Motor der deutschen Energiewende Strom für die Bürger Die solare Revolution 2
Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung 3
CO 2 -Emissionen und Treibhauseffekt 35000 1,1 Mt C Energiebedingte CO 2 -Emissionen 30000 25000 20000 15000 10000 5000 Temperatur CO 2 -Emissionen 0,9 0,7 0,5 0,3 0,1-0,1 Globale Temperaturänderung 0-0,3 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 4
Langfristige Entwicklung der CO 2 -Konzentration CO 2 -Konzentration 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 ppm 1750-2010 -400.000-300.000-200.000-100.000 Jahr 0 Daten: CDIAC 5
Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 6
Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA 7
Bedrohte Gebiete +7 m Hamburg Berlin Grafik: Norbert Geuder 8
Bedrohte Gebiete +70 m Hamburg Berlin Grafik: Norbert Geuder 9
40000 Mt 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1860 1870 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Energiebedingte CO2-Emissionen 2020 2030 2040 2050 Globale Klimaschutzforderungen Reduktionspfad für das 2-Grad-Ziel bisherige CO 2 -Emissionen Daten: WRI, IEA, PIK-Potsdam 10
Entwicklung der CO 2 -Emissionen in Deutschland 1200 Mt Referenzjahr 1990 Ziel -25 % Ziel -50 % Wiedervereinigung Kohlendioxidemissionen 1000 800 600 400 200 alte Bundesländer Gesamtdeutschland neue Bundesländer Wirtschaftskrise Trend Trend Trend 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Ziel Ziel Ziel 11
Mögliche Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland Prognose anhand des Energiekonzepts der Bundesregierung 700 Prognose 600 500 400 300 200 100 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 Bruttostromverbrauch in TWh Kernenergie Fossile Kraftwerke oder Import Regenerative Grafik: Michael Hüter 12
Photovoltaikausbau in Deutschland 8000 MW 7000 6000 5000 4000 3000 2000 Entwicklung der Photovoltaik Ziele der Bundesregierung max min 1000 0 13
These I Für eine nachhaltige Energiepolitik müssen die Kohlendioxidemissionen bis 2040 auf null zurückgefahren werden. Ansonsten lässt sich das 2-Grad-Ziel nicht mehr erreichen und extreme Klimafolgen sind kaum noch zu vermeiden. Das Energiekonzept der Bundesregierung liefert dazu nicht einmal annähernd die nötigen Voraussetzungen. 14
Solar Cities Motor für die Energiewende 15
Zentrale regenerative Energieversorgung Fortgesetztes Versorgungsoligopol Starker Leitungsausbau erforderlich Energiewende zeitlich nicht umsetzbar 16
Dezentrale regenerative Energieversorgung Demokratisierung der Energieversorgung Mehr Konkurrenz und Kosteneffizenz Weniger Leitungsausbau aber mehr dezentrale Speicher erforderlich Energiewende nahezu beliebig schnell realisierbar 17
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 %. 18
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 %) 19
700 Bruttostrombedarf in Deutschland HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 20 % 100 % 600 Bruttostromverbrauch in TWh 500 400 300 200 100 20 bis 30%? 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050? Fossile Kraf twerke Kernenergie Import (regenerativ) Photovoltaik Windkraft Geothermie Biomasse Wasserkraft 20
Ausbauszenarien für die Photovoltaik in Deutschland 200 GW 180 160 140 120 100 HTW Berlin BMU Leitstudie 2011, Szenario A BMU Leitstudie 2008 SRU Szenario 2.1.b BSW Szenario Energiekonzept 2010 VDI 2009 IST 80 60 40 20 reale Entwicklung 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 21
Einfluss der Höhe des jährlichen Zubaus 200 GW 180 160 140 120 100 80 PV-Anteil 29% 11% 60 40 20 0 2000 2010 2020 2030 2040 8 GW p.a. 7 GW p.a. 6 GW p.a. 5 GW p.a. 4 GW p.a. 3 GW p.a. 22
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 erschließen, muss die Photovoltaik 20 bis 30 % decken. 23
These III Der nötige jährliche Zubau an PV-Leistung beträgt 7 bis 8 GW. Es müssten nur die Neubauzahlen von 2010 und 2011 die nächsten 25 Jahre fortgeführt werden. Ein Absenken des Zubaus wäre fatal, würde den Kernenergieausstieg gefährden und einen effektiven Klimaschutz unmöglich machen. 24
Strom für die Bürger Die solare Revolution 25
Bisheriger Verlauf der Stromversorgung Woche im Frühjahr 2008 90000 MW 80000 70000 60000 50000 40000 Mittel- und Spitzenlast Windkraft PV 30000 20000 10000 0 PV Wind Biomasse Wasserkraft Mittel- und Spitzenlast Braunkohle Kernenergie Braunkohle (Grundlast) Kernenergie (Grundlast) Mo Di Mi Do Fr Sa So 26
Verlauf der Stromversorgung, künftige Entwicklung Woche im Frühjahr 2020, 70 GW PV, 10 % Solarstromanteil 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 27
These IV Setzen wir die hohen Installationsraten für erneuerbare Energien in den nächsten fünf Jahren fort, lassen sich Braunkohle- und Kernkraftwerke nicht mehr ins Netz integrieren bzw. nicht mehr wirtschaftlich betreiben. Darum versuchen große Energiekonzerne und einige Politiker den schnellen Ausbau erneuerbarer Energien zu verhindern. 28
Aktuelle Strompreisniveaus in Deutschland fossile Kraftwerke 3 8 ct/kwh Erzeugungsebene CO 2 - Abgabe CCS 6 25 ct/kwh Stromkunden EEG- Umlage Verbraucherebene 9 10 ct/kwh 19 26 ct/kwh Industrie Haushalt und Gewerbe 29
Rein Netzgekoppeltes Photovoltaiksystem EEG-Vergütung 30
Entwicklung der Strompreise 60 50 40 Kostenvorteil durch Eigenverbrauch Grid- Parity PV Haushalt EEG Haushaltsstrompreis mittlerer Gewerbebetrieb 30 20 10 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 ct/kwh 31
Photovoltaisches Eigenverbrauchssystem >25 ct/kwh 19 ct/kwh 32
5 kw 4 3 2 1 0 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Eigenverbrauch im Haushaltsbereich Annahmen: Wochenende im Sommer, Elektrizitätsbedarf 11 kwh/d, PV-Anlage 5 kwp Lastgang PV-Erzeugung Überschuss Netzbezug Eigenverbrauch 33
Eigenverbrauchssystem mit Batterie 2015 34
Entwicklung der Preise für Haushaltsbrennstoffe Annahmen: Brennerwirkungsgrad 80%, Heizwert Heizöl 10,5 kwh/l ct/kwh 60 50 40 30 20 PV Haushalt EEG Heizöl + 10% p.a. Heizöl + 1% p.a. 10 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Oil- Parity 35
Photovoltaische Heizungsunterstützung 2017 36
These V Bereits in wenigen Jahren, wird die Photovoltaik deutlich preiswerter Strom und Wärme erzeugen können als Anlagen mit fossilen Brennstoffen. Die Erzeugungsstrukturen werden sich dann rasant demokratisieren und dezentrale Eigenverbrauchsanlagen rechnen sich künftig auch ohne staatlich garantierte Einspeisevergütung. 37
Würde da nicht nur das Licht ausgehen? Jürgen Großmann, RWE, 2010: Im Januar blies wenig Wind, es gab kaum Sonne. Stellen Sie sich vor, 80 Prozent unserer Stromerzeugung hingen von erneuerbaren Energien ab: Da würde in Zeiten wie diesen nicht nur das Licht ausgehen. 38
Mögliche Stromversorgung 2040 Monatsmittlere Erzeugung bei 80% Wind und PV und Bedarf 90 GW 80 70 60 Andere Wind onshore Bedarf Wind offshore Photovoltaik 50 40 30 20 10 0 Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. 39
Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, sonnige Frühjahrswoche 160 GW 140 120 Wind offshore Wind onshore Photovoltaik Bedarf 100 80 60 40 20 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. 40
Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, sonnige Frühjahrswoche 160 GW 140 120 Speicher Wind onshore Bedarf Wind offshore Photovoltaik 100 80 60 40 20 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. 41
Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, windarme Winterwoche 160 GW 140 120 100 Speicher Wind offshore Wind onshore Photovoltaik Bedarf nötige Speicherkapazität ca. 30 TWh (5%) Gasspeicherpotenzial >100 TWh 80 60 40 20 EE-Gasspeicher Erdgas- Blockheizkraftwerk 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. 42
Speicherlösungen einer regenerativen Stromversorgung Wärme Elektrizität Erdgasspeicher Erdgas- Blockheizkraftwerk Erdgasnetz Überschüsse dezentrale Batteriespeicher Wasser (H 2 O) Elektrolyse Sauerstoff (O 2 ) Kohlendioxid (CO 2 ) Wasserstoff (H 2 ) Methanisierung Methan (CH 4 ) Wasser (H 2 O)
Beitrag der Photovoltaik zur weltweiten Stromversorgung Annahmen: 30% Marktwachstum pro Jahr bis 2025, dann 550 GW p.a. 0,3 % 50 % 45000 TWh 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 44
Fazit Die Technologien für eine nachhaltige Stromversorgung sind bekannt. Der Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Klimaschutzziele erfolgt viel zu langsam. Die Photovoltaik kann aufgrund der schnell sinkenden Preise eine globale urbane Revolution der Energieversorgung auslösen und damit unsere Lebensgrundlagen sichern. 45
Danke für Ihre Aufmerksamkeit Zum Weiterlesen www.volker-quaschning.de 46