Energiesysteme für eine low- carbon- society Prof. Dr. Jürgen Schmid Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Kassel Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen
W e l t b e v ö l k e r u n g [ M i l l i a r d e n ] 1 3 1 0 k W h C O 2 - K o n z e n t r a t i o n [ p p m ] Globale Situation und zukünftige Trends W e l t e n e r g i e b e d a r f [ ] 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Globales Wachstum Bevölkerung, Energiebedarf, CO-Konzentration 2 Weltenergiebedarf CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre Weltbevölkerung 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 370 360 360 340 330 320 310 300 290
Beispiele globale Emissionspfade 2010-2050, um die 2 C-Leitplanke mit 67 % Wahrscheinlichkeit einzuhalten Um diese Kurven einzuhalten, sind in den frühen 2030er Jahren jährliche Reduktionsraten von 3,7 % (grün), 5,3 % (blau) bzw. 9,0 % (rot) notwendig (bezogen auf 2008). Max. Emissionsmenge global 750 Mrd. t CO 2 Quelle: WBGU
Transformative Szenarien im Vergleich: Primärenergiebedarf Quelle: WBGU, auf Basis der Daten von Nakicenovic, 1998; EREC und Greenpeace, 2008, 2010; IEA, 2008b; Edenhofer et al., 2009a, 2010; IIASA, 2009; GEA, 2011
Energieflussbild 2010 für Deutschland in Petajoule
Effizienzsprung bei direkter Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien WBGU, 2008
Leitstudie Deutschland: Entwicklung des Endenergieverbrauchs nach Sektoren und des Verbrauchs im Umwandlungsbereich im Szenario 2011 A
Das technische Potential erneuerbarer Energien weltweit DLR / UNDP / Harvard Hoogwijk / DLR DLR FAO / WBGU UNDP / DLR UNDP / DLR UNDP Quellen: s. Abb.
Die Entwicklung geht weiter. 160 m Nabenhöhe in Laasow/Brandenburg
Floating Offshore Wind Source:NREL Vertiwind, FR BlueH, IT EDP, Principal Power, PT Sway, NO Hywind, NO HiPRWind Coordinated by Fh IWES
Beitrag erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung Deutschland 1990-2011
Primärenergiebedarf CO 2 -Emissionen Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen im Stromsektor Primärenergiebedarf und CO -Emissionen im Stroms 2 co 2 PE 25 80 100 Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung [%]
Effizienzsprung Elektromobilität: Faktor 3-4 Verkehr 5) Umstieg auf Elektromobilität 2) Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung Vorteile der Elektromobilität: - Abwärmenutzung möglich - CO 2 -Abtrennung möglich - kein Feinstaub in den Städten - weniger Lärm - Stromspeicher Quelle: Sterner, Schmid, Wickert, 2008; WBGU, 2008
heutige PKW-Flotte (Durchschnitt) Primärenergiebedarf [kwh/km] CO 2 -Emissionen [gco 2 /km] Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen für PKW mit Verbrennungsmotor und Elektromotor Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen für PKWs mit Verbrennungsmotor und mit Elektromotor co 2 PE 25 80 100 Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung [%] Elektromotor
THG-Emissionen rein aus direkter / indirekter Landnutzungsänderung Quelle: Fritsche und Wiegmann, 2008
Absolute Minderung der THG Emissionen für temperate Energiepflanzen bezogen auf die Anbaufläche in t CO 2 -äq. je Hektar und Jahr Quelle: WBGU, 2008
Holzartige Biomasse als Erdölersatz
Primärenergiebedarf [kwh/kwh th ] CO 2 -Emissionen [gco 2 /kwh th ] Primärenergiebedarf und CO2-Emissionen für konventionelle Heizsysteme und elektrische Wärmepumpen Primärenergiebedarf und CO 2 -Emissionen für konv. Heizsysteme und elektr. Wärmepumpen co 2 PE heutige Heizsysteme (Durchschnitt) 25 80 100 Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung elektrische Wärmepumpe [%]
Bruttostromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Strombedarf in Deutschland bis 2050
Nutzenergiebereitstellung Wärme aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Nutzenergiebereitstellung für Wärme aus erneuerbaren Energien 1.400.000 1.200.000 1.000.000 Umweltwärme Kollektoren Biomasse/Erneuerbares Methan Gesamtnutzenergiebedarf für Wärme Quelle: ZSW 800.000 600.000 400.000 200.000 0 2005 2010 2015 2020 2030 2040 2050
Endenergiebereitstellung aus Erneuerbaren Energien [GWh/a] Entwicklung des Endenergiebedarfs des Verkehrs aus erneuerbaren Energien 800.000 700.000 600.000 Benzinersatz (regenerativ) Flugtreibstoff (regenerativ) Wasserstoff Gesamtbedarf Dieselersatz (regenerativ) Erneuerbares Methan Strom Quelle: ZSW 500.000 400.000 300.000 200.000 100.000 0 2005 2010 2015 2020 2030 2040 2050
Differenzkosten der erneuerbaren Stromerzeugung [Mio. Euro] Entwicklung Differenzkosten der erneuerbaren Stromerzeugung in Deutschland 20.000 15.000 10.000 5.000 0-5.000-10.000-15.000-20.000-25.000-30.000-35.000-40.000-45.000-50.000-55.000-60.000-65.000 EEG-Vergütungen (Quelle: Handelsblatt 148/2012, Übertragungsnetzbetreiber) 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030 2040 2050 Wasser Wind Photovoltaik Stromimport Biomasse/Erneuerbares Methan Geothermie Summe Quelle: ZSW in Energiekonzept 2050 des Forschungsverbundes Erneuerbare Energien (erstellt Anfang 2010)
Differenzkosten bis 2050 im Verhältnis zu den Gesamtausgaben für Energie in Deutschland
Leitstudie Deutschland 2009 ohne zusätzliche Verbraucher 2050 (meteorologische Basis 2007)
Transport Stromverbünde
Das Regenerative Kombikraftwerk Deckung von 1/10.000 der Lastkurve Deutschlands zu jedem Zeitpunkt Steuerung realer Anlagen Wind Solar Biogas Hydro Import/ Export 12,6 MW 5,5 MW 4,0 MW 1,0 MW 1,0 MW
Intelligente Verteilnetze Geschäftsmodelle und IT BEMI: Bidirektionales Energiemanagement-Interface
Tiefsee-Pump-Speicher
Erneuerbares Gas Power-to-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz Technische Nachbildung der Photosynthese Wärme Verkehr Verkehr Verkehr
Erneuerbares Methan für den Autoverkehr
Primärenergiebedarf bei vollständiger Elektrifizierung des motorisierten Individualverkehrs und des Raumwärmesektors bisher zukünftig
Vision zur globalen regenerativen Energieversorgung bis 2050: Primärenergie nach Methode der direkten Energieäquivalente IEA World Energy Outlook Reference Scenario Nutzungseffizienzgewinne Effizienzgewinne durch: Quelle: WBGU
Zusammenfassung und Ausblick Erneuerbare Energien verbessern die Energieeffizienz des Gesamtsystems drastisch Eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien ist technisch möglich ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht ökologisch / klimatechnisch notwendig Wichtig: Systemische Betrachtung der Dynamik des Gesamtsystems
Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Bremerhaven und Kassel advancing wind energy and energy system technology Kontakt: Weitere Informationen: Prof. Dr. Jürgen Schmid Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik Kassel Mitglied im Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen WBGU (bis 28. Feb. 2013) juergen.schmid@iwes.fraunhofer.de Tel. 0561 7294-345 www.wbgu.de www.iwes.fraunhofer.de
Transformative Szenarien im Vergleich: Primärenergiebedarf Quelle: WBGU, auf Basis der Daten von Nakicenovic, 1998; EREC und Greenpeace, 2008, 2010; IEA, 2008b; Edenhofer et al., 2009a, 2010; IIASA, 2009; GEA, 2011