RAHMENBEDINGUNGEN Aktuelle Entwicklungen zur Energiewende auf Prof. Dr. Dr. h.c. Reinhard F. J. Hüttl Wissenschaftlicher Vorstand und Sprecher des Vorstands Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ Clusterkonferenz Energietechnik Berlin-Brandenburg 2014, Schönefeld, 5. Dezember 2014 1
Klimadynamik Anthropogene Faktoren Natürliche Faktoren Klimawandel heute und in Zukunft 2
Klimadynamik Global betrachtet sind seit 1990 die CO 2 -Emissionen deutlich angestiegen. Aktuelle Szenarien zeigen für die kommenden Jahre kaum Hinweise auf eine Umkehr dieses Trends. Grund dafür ist nicht zuletzt die wirtschaftliche Entwicklung in Schwellenländern. Quelle: BP Statistical Review of World Energy 2012 3
Gesellschaftspolitische Herausforderung: Wachstum der Weltbevölkerung Quelle: Population Division of the Department of Economic and Social Affairs of the United Nations Secretariat (2013). World Population Prospects: The 2012 Revision. New York: United Nations. 4
Urbanisierungstrend Heute leben erstmals mehr als 50 % der Weltbevölkerung in Städten, bis 2030 werden es voraussichtlich fünf Milliarden Menschen sein. Das städtische Wachstum wird hauptsächlich in Afrika und Asien stattfinden. Dieser Trend hat Auswirkungen auf die globale Nachfrage nach Rohstoffen und Energie. Ballungsräume 2009 Ballungsräume 2025 Quelle: United Nations, Department of Economic and Social Affairs 5
Weltenergiebedarf in Millionen Tonnen Öläquivalent Situation heute wahrscheinliches Szenario 2035 450-Szenario 2035 Kohle 3773 4428 2533 Öl 4108 4661 3577 Gas 2787 4119 3357 Atomkraft 674 1119 1521 Wasser 300 501 550 Bioenergie 1300 1847 2205 Wind-/Sonnenenergie 127 711 1164 Quelle: OECD/IEA World Energy Outlook 2013 6
Stromerzeugung in Deutschland 2013 7
Entwicklung der Stromerzeugung aus einzelnen erneuerbaren Energieträgern 8
405 700 1.084 7.864 9.351 1.675 11.415 13.739 15.371 16.518 17.474 18.578 19.344 20.147 20.965 21.572 22.284 22.962 2.467 3.528 4.326 5.178 6.185 Anlagenzahl [-] [MW] Clusterkonferenz Energietechnik Berlin-Brandenburg 2014 Entwicklung Entwicklung der Anzahl der und Anzahl installierten und installierten Leistung von Leistung Windenergieanlagen von in Deutschland Windenergieanlagen in Deutschland 30.000 Anlagenanzahl, kumuliert [-] 2012: 31.315 MW 32.000 25.000 installierte Leistung, kumuliert [MW] 28.000 24.000 20.000 StromEinspG: Januar 1991 - März 2000 Novelle BauGB: November 1997 20.000 15.000 G: April 2000 16.000 10.000 G: August 2004 G: Januar 2009 G: Januar 2012 12.000 8.000 5.000 4.000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0 Quellen: C. Ender, Internetauftritt Deutsches Windenergie-Institut (DEWI): Windenergienutzung in Deutschland - Stand: 31.12.2012"; 1 MW = 1 Mio. Watt; 1 GWh = 1 Mio. kwh; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; G: Erneuerbare-Energien-Gesetz; BauGB: Baugesetzbuch; Hintergrundbild: BMU / Brigitte Hiss; Angaben vorläufig 9
1 2 3 6 8 11 16 26 32 42 64 76 2.220 3.075 4.420 6.583 162 11.729 19.340 28.000 313 556 1.282 [GWh] [MW p ] Clusterkonferenz Energietechnik Berlin-Brandenburg 2014 Entwicklung Entwicklung der Anzahl der und Strombereitstellung installierten Leistung und von Photovoltaikanlagen installierten in Deutschland Leistung von Photovoltaikanlagen in Deutschland 36.000 Energiebereitstellung [GWh] 2012: 32.643 MW p 36.000 32.000 installierte Leistung [MWp] 32.000 28.000 28.000 24.000 24.000 20.000 20.000 16.000 16.000 12.000 12.000 8.000 8.000 4.000 4.000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 0 Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AG-Stat); 1 GWh = 1 Mio. kwh; 1 MW = 1 Mio. Watt; Hintergrundbild: BMU / Bernd Müller; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig 10
47.881 53.145 54.532 54.967 61.641 60.537 72.351 79.066 84.438 87.934 91.453 98.153 109.235 140.409 123.063 131.190 [GWh] Clusterkonferenz Energietechnik Berlin-Brandenburg 2014 Entwicklung der Entwicklung Biomassenutzung der Biomassenutzung* zur Wärmebereitstellung zur Wärmebereitstellung in Deutschland in den Jahren 1997 bis in Deutschland 2012 150.000 140.000 130.000 120.000 110.000 100.000 90.000 80.000 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 * Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- und Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls; 1 GWh = 1 Mio. kwh; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AG-Stat); Hintergrundbild: BMU / Brigitte Hiss; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig 11
Die Bedeutung des Wärmemarkts Wärmemarkt in Deutschland ca. doppelt so groß wie der Strommarkt. Wärme zu 11% aus erneuerbaren Energien Kälteversorgung überwiegend aus Strom Hohes Wertschöpfungspotential: Sanierungsstau bei Erzeugersystemen und Fernwärmenetzen Anteile Erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch 2011 TWh 1400 erneuerbar 1200 fossil 1000 800 600 400 Die Energiewende kann nur erfolgreich sein, wenn nachhaltige und system-stabilisierende Handlungen im Sektor Wärme generiert werden. Strom Kraftstoff Wärme 200 0 Quelle: Erneuerbare Energien 2012, BMU 12
Heimische Energie aus Erdwärme, e.g. Berlin Potsdam 13 Potenzielle Nutzhorizonte Nutzungs -konzepte Hettang Schaumkalk ~400 m ~ 25 Hydrothermal, Wärmepumpe, Wärmespeicher ~960 m ~ 40 Hydrothermal, Wärmepumpe Buntsandstein ~1500 m ~ 60 Hydrothermal, Heiznetz Zechstein ~3000 m ~100 Tiefe Erdwärmesonde, Wärmepumpe Rotliegend ~4000 m ~ 130 EGS, Heiznetz, ev. Strom Quelle: GFZ, Ernst Huenges, Geothermische Technologien (Vortrag) 13
Energieproduktivität und Wirtschaftswachstum: Das Gebot der Energieeffizienz Ziele: Anhaltender Trend der Entkopplung von BIP und Energieverbrauch. Die Energieproduktivität soll um durchschnittlich 2,1 % pro Jahr bis 2050 gesteigert werden. Eine Fortsetzung des bisherigen durchschnittlichen Entwicklungstempos würde zum Erreichen der quantitativen Ziele bislang nicht ausreichen. 14
Fossil betriebene Kraftwerke Der Ausstieg aus der Kernenergie darf nicht zu Lasten des Klimaschutzes gehen. Aber: als CO 2 -ärmster fossiler Energieträger kann helfen, Versorgungslücken zu schließen. Auch der Einsatz moderner, hocheffizienter Kohlekraftwerke (z. B. in Verbindung mit CCU) ist eine klimapolitische und energiewirtschaftliche Brückentechnologie. 15
Erschließung Hydraulic Fracturing 16
SHIP Shale Gas Information Platform 17
Speicheroptionen der nahen Zukunft Nutzung der Primärelektrizität im gesamten Energiesystem 18
Bedeutung von CCS für neue Speichertechnologien (M. Kühn, GFZ) 19
Infrastruktur: Smart Grids Clusterkonferenz Energietechnik Berlin-Brandenburg 2014 Die Energiewende ist möglich, erfordert aber unbedingt den Umbau der Elektrizitätsnetze zu Smart Grids. Das notwendige Systemverständnis in Wirtschaft, Wissenschaft und Politik ist noch nicht in ausreichendem Maße erreicht. Aufbau und Bestandteile des abstrakten und vereinfachten Systemmodells mit ausgewählten, grundlegenden Technologien, Funktionalitäten und Anwendungsbereichen Quelle: acatech-studie Future Energy Grid - Informations- und Kommunikationstechno logien für den Weg in ein nachhaltiges und wirtschaftliches Energiesystem 20
Infrastruktur: Smart Grids und die Rolle von modernen Kommunikationstechnologien Quelle: EIT ICT Labs 21
Unterschiedliche Stromerzeugung in Deutschland Regionale Vorteile Wind im Norden, Wassergefälle im Süden günstige Transportwege für Kohle an Ruhr, Saar sowie Binnen- und Küstenschifffahrtswegen Braunkohlevorkommen: I) Rheinland II) Mitteldeutsches und Lausitzer Revier Energiesalden in 2011 Größte Exporteure: Brandenburg, Nordrhein-Westfalen, Sachsen Größte Importeure: Hessen, Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz G-Umlage in 2012 Größte Empfänger: Bayern, Schleswig-Holstein, Brandenburg Größte Zahler: Nordrhein-Westfalen, Hessen, Baden-Württemberg 22
Deutschland 5 (5) 12 (14) 16 (23) 18 (19) 24 (15) 25 (24) Atom Steinkohle Erneuerbare Energien () Braunkohle Stromquellen in Deutschland Angaben in Prozent, 2012 (2008) Quellen: AG Energiebilanzen, Umwelt- Bundesamt, 2014 3 8 12 77 Braunkohle 1 5 8 42 44 Braunkohle Steinkohle BW BY BB BE HB HH HE MV NI NW RP SL ST SH 4 4 26 28 38 Steinkohle Atom 3 4 13 33 46 Steinkohle Atom 6 7 24 64 Braunkohle 14 15 29 43 Steinkohle 6 7 16 71 Steinkohle 10 27 31 32 Steinkohle 1 11 32 56 Steinkohle 3 4 9 16 33 35 Braunkohle Steinkohle Atom 6 8 10 29 47 Steinkohle Braunkohle 8 34 58 3 10 11 76 Steinkohle SN 7 20 30 44 Braunkohle 2 3 14 39 41 Steinkohle Atom 23 26 50 TH 23
Unterschiedliche -Ausbauziele in Deutschland Deutschland: 35 % -Anteil am Bruttostromverbrauch bis 2020 Unterschiedliche Referenzwerte und Fristen in den Bundesländern Referenzwerte: Primärenergieverbrauch, Endenergieverbrauch, Brutto-/Netto-Stromverbrauch/-erzeugung Fristen: 2020, 2021 (BY) 2025 (NW), 2030 (RP) Große Variation z.b. beim Anteil am Stromverbrauch Schleswig-Holstein: 300 bis 400 % Saarland: 20 % 24
Energiesysteme der Zukunft Bündelung der Expertise von Technik- und Sozialwissenschaften im gemeinsamen Projekt der Wissenschaftsakademien Bereitstellung wissenschaftlich fundierter Handlungsoptionen als Grundlage für den gesamtgesellschaftlichen Diskurs Versachlichung der Diskussion durch interdisziplinäre Klärung komplexer Kausalzusammenhänge des Energiesystems Identifizierung neuer Forschungsthemen zur Gestaltung der Energiewende Projektlaufzeit 2013-2016 Förderer: BMBF, Robert Bosch Stiftung 25
Kuratorium 26
Energiesysteme der Zukunft als Impulsgeber 27
Akzeptanz und Transparenz Neben technischer Innovation ist eine breite gesellschaftliche Akzeptanz der zu treffenden Maßnahmen für den Umbau des Energiesystems eine wichtige Voraussetzung. In der Energiepolitik wird in diesem Zusammenhang beispielsweise bereits von einem Zielviereck gesprochen: Umwelt- und Klimaverträglichkeit Umwelt- und Klimaverträglichkeit Wirtschaftlichkeit Versorgungssicherheit Wirtschaftlichkeit Energiepolitisches Zielviereck Versorgungssicherheit + gesellschaftliche Akzeptanz Im Zentrum der Bemühungen um eine Öffnung des Dialogs zwischen den gesellschaftlichen Akteuren muss hier auch die Erforschung der Gründe für eine Annahme bzw. eine Ablehnung einer konkreten Innovation durch die potenziellen Nutzer bzw. Betroffenen stehen. gesellschaftliche Akzeptanz 28
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Prof. Dr. Dr. h.c. Reinhard F. J. Hüttl Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ Deutsche Akademie der Technikwissenschaften acatech huettl@gfz-potsdam.de 29