Perspektiven für eine Stromversorgung Europas und seiner Nachbarn zu 100% aus Erneuerbaren Energien Grüner Strom aus Marokko ein Gewinn für alle Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Gregor Czisch Ausgangsfragen: Ist eine rein regenerative Stromversorgung für Europa und seine Nachbarn möglich (Potentiale, Zeitverhalten, Technik)? JA! Welche Lösungen bieten sich aus ökonomischer Sicht? Wie wirken sich unterschiedliche technologische, wirtschaftliche und politische Randbedingungen aus? Welche wirtschaftlichen Perspektiven bieten sich für und in Marokko? Windkraft Photoquelle: http://www.nrel.gov/data/pix/searchpix.cgi 1
Potentielle jährliche Stromerzeugung von 1.5 MW Windkraftanlagen (NH = 80m) mit variabler Drehzahl: Ausgewiesen in Vollaststunden [VLH] pro Jahr 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80-150 -100-50 0 50 100 150 Mittlere Jahresproduktion 1979 1992 [ VLH / a ] 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1979-1992 Vergleich der mittleren Stromproduktion aus Windenergie (JUL JAN) (mittlere Monatswerte aus 15 Jahren) 80 60 40 20 0-20 -40-60 -80 Produktionsverhältnis JUL/JAN 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.4-150 - 100-50 0 50 100 150 Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1979-1992 2
Potentielle jährliche Stromerzeugung von Windkraftanlagen (NH = 80m, NL = 1.5 MW ) in Europa und seiner Nachbarschaft in Vollaststunden [VLH] pro Jahr Stromverbrauch EU & Norwegen: 2100 TWh [ VLH / a ] Potentielle Wind- Energie-Produktion an Landstandorten mit mehr als 1500 VLH bei 4 8 MW/km 2 : 120 000 240 000 TWh Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1979-1992 Mittlere jährliche Prod.: 2050 VLH EU Kasachstan Südmarokko Mauritanien Nord & Norwegen Russland & West Sibirien 2700 2600 3400 3000 3100 VLH 550 400 320 1100 TWh bei0.29 2.4 MW/km 2 Monatsmittelwerte von Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Windenergie in ausgewählten guten Windgebieten mit. Leistung aus Windkraft 1.0 0.8 0.7 0.5 0.4 0.2 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1990 Ausgewählte gute Windgebiete in EU & Norwegen Elektrischer Verbrauch in EU & Norwegen 1.5 1.2 mit. Leistung des el. Verbrauchs 3
Monatsmittelwerte von Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Windenergie in ausgewählten guten Windgebieten mit. Leistung aus Windkraft 1.0 0.8 0.7 0.5 0.4 0.2 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1990 Südmarokko Elektrischer Verbrauch in EU & Norwegen 1.5 1.2 mit. Leistung des el. Verbrauchs Monatsmittelwerte von Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Windenergie in ausgewählten guten Windgebieten mit. Leistung aus Windkraft 1.0 0.8 0.7 0.5 0.4 0.2 0.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Monat Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1990 Kombination der Produktion: 1/3 aus EU & Norwegen, je 1/6 aus den anderen 4 Regionen Elektrischer Verbrauch in EU & Norwegen 1.5 1.2 mit. Leistung des el. Verbrauchs 4
Stromtransport Photoquelle: http://www.nrel.gov/data/pix/searchpix.cgi Einige geschätzte netto Übertragungskapazitäten zwischen Ländern der UCTE und ihren Nachbarn [MW] (Zeitraum: Winter 2004/2005) UCTE NORDEL UKTSOA ATSOI 1300 3360 2520 Mit Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) können große Leistungen verlustarm und kostengünstig über weite Entfernungen transportiert werden. 2000 1000 1400 400 400 1400 Quelle der Karte: ETSO 2001; Datenquelle: ETSO 2005 5
Potentielle jährliche Stromerzeugung von Windkraftanlagen (NH = 80m, NL = 1.5 MW ) in Europa und seiner Nachbarschaft in Vollaststunden [VLH] pro Jahr Stromverbrauch EU & Norwegen: 2100 TWh [ VLH / a ] Potentielle Wind- Energie-Produktion an Landstandorten mit mehr als 1500 VLH bei 4 8 MW/km 2 : 120 000 240 000 TWh Mittlere jährliche Prod.: 2050 VLH Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1979-1992 Potentielle jährliche Stromerzeugung von Windkraftanlagen (NH = 80m, NL = 1.5 MW) in Europa und seiner Nachbarschaft in Vollaststunden [VLH] pro Jahr Stromverbrauch EU & Norwegen: 2100 TWh [ VLH / a ] Potentielle Wind- Energie-Produktion an Landstandorten mit mehr als 1500 VLH bei 4 8 MW/km 2 : 120 000 240 000 TWh Mittlere jährliche Prod.: 2050 VLH Met. Daten: ECMWF, ERA-15, 1979-1992 6
Mögliches Stromversorgungsgebiet HGÜ-System Bevölkerung ca. 1,1 Mrd. Einwohner Stromverbrauch 4000 TWh/a Größte Distanz 8000 km Nordwest-Sibirien Süd-Mauretanien Kosten [ ct/kwh] 23 17 11 5 Jährliche Stromproduktion nach Typ, Strom-Verbrauch, -Transport, -Überschuss und -Kosten Szenario: Heutige Technologie und Kosten (Grundszenario GrSz) 5,6 ct/kwh Jahreserzeugung nach Typ Durchschnittliche Stromkosten Stromkosten DK-D: eigene Erzeugung (DK-D = Region 6) Stromkosten DK-D: inklusive Importstrom (ohne externen Überschuß) Stromkosten nach Typ 4,6 ct/kwh 5750 4250 2750 1250 Jahresenergie [TWh] 4,6 ct/kwh -1 Biomasse Brennstoffzellen = nicht zugelassen Fallwind Fusion Geothermie GuD-Kraftwerke Parabolrinnen Photovoltaik Wasserkraft Windkraft Stromerzeugung Stromtransport Transportverluste Pumpspeicher Stromverbrauch Lastmanagement -250 7
Einfache volkswirtschaftliche Betrachtungen Stromproduktionskosten nach Grundszenario 4,6 ct/kwh Erzeugung inklusive Ferntransport, Transportverluste und Speicherung => Jährliche Kosten für EU & Norwegen 1,1% des BIP Heutige Ausgaben für Strom sind > 2% des BIP (BRD ca. 3%) Erzeugung, Transport, Verteilung und Speicherung Davon Ausgaben für reine Stromerzeugung 0,8% des BIP => Mehrkosten 0,3% des BIP Kostenreduktionspotential groß Reg. Stromversorgung evtl. billiger als die heutige Terminmarkt EEX: German-Baseload-Cal-07 > 6 ct/kwh erreicht Vergleich von möglichen Partnern für eine großräumige Stromversorgung mit regenerativen Energien (volkswirtschaftliche Daten aus den späten 1990 ern) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Relativer Pro-Kopf- Stromverbrauch [%] Sromverbrauch [TWh] Bevölkerung [Mil.] Marokko Deutschland [Mrd. ] 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Investition in WKA für 10% der EU Stromprod. Heutige Ausgaben für Stromerzeugung BIP 3.3% Marokko 100% 100% 100% 100% Deutschland 7% 2,5% 36% 100% 100% 100% 150% 200% 1.7% 2.2% 100% 8
EEG mit Vergütung für regenerativen Strom aus Nachbarländern als Teil einer Umsetzungsstrategie für eine großräumige Stromversorgung Beispiel Windstromproduktion in Südmarokko (konservativ 3400VLh): Phase 1 bis ca. 1 GW (wegen begrenzter Kapazität der Marokkanischen Stromversorgung) Stromgestehungskosten für Windstrom volkswirtschaftlich < 3 ct/kwh Stromgestehungskosten für Windstrom erhöhte Eigenkapitalrendite (EKR) 20% auf 30% des Gesamtkapitals < 4 ct/kwh Anrechnung CDM mit (20 /t CO2, 0,6 kg CO2 /kwh el ) ca. - 1,2 ct/kwh Unterstellte Einspeisevergütung auf dem Strommarkt Betrag der durch EEG gedeckt werden müsste - 2,0 ct/kwh 0,8 ct/kwh Phase 2 bis ca. 5 GW (Einspeisung über HGÜ in bestehendes Südspanisches Netz) Kosten für HGÜ-Leitung und Verluste bei erhöhter EKR Betrag der durch EEG gedeckt werden müsste <1,2 ct/kwh 2,0 ct/kwh Phase 3 mehr als 100GW denkbar (Einspeisung über verschiedene HGÜ-Trassen in verschiedenen Punkten des UCTE-Netzes ) Kosten für HGÜ-Leitung und Verluste bei erhöhter EKR <1,8 ct/kwh Betrag der durch EEG gedeckt werden müsste 2,6 ct/kwh Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die Potentiale regenerativer Energien sind mehr als ausreichend. => Eine regenerative Vollversorgung Europas ist möglich. Das Zeitverhalten des Dargebots erneuerbarer Energien verbessert sich mit Größe und günstiger Wahl der Erzeugungsgebiete. Wasserkraft und Biomasse bieten sich als Backup und Speicher an. Kosten für Backup und Transport werden nicht dominant. Internationale Kooperation und Stromtransport könnten eine Schlüsselrolle bei der zukünftigen Stromversorgung einnehmen. Die Stromkosten müssen nicht weit über den heutigen liegen. Die Ergebnisse der Szenarien verweisen den Handlungsbedarf und den Großteil der Verantwortung in den Bereich der Politik. Die Ziele Entwicklungshilfe und Umbau der Stromversorgung lassen sich gemeinsam sehr gut verfolgen. 9
Einspeiseregelungen in Marokko Möglichkeiten für die Erneuerbare Energien Durchleitung durch das Netz geregelt: Kosten ca. 0,5 ct/kwh Strom aus erneuerbaren Energien (EE) kann selbst verbraucht werden (oder an Kunden weiterverkauft werden?). Strompreis Privathaushalte ca. 8-12 ct/kwh Strompreis Mittelspannung ca. 4 bzw. 8 ct/kwh Nachts bzw. Tags Strompreis Hochspannung ca. 3 bzw. 11 ct/kwh Schwachlast bzw. Spitzenlast Kosten Windstrom bei hoher Eigenkapitalrendite < 4 ct/kwh Strom aus EE ist wettbewerbsfähig wenn er selbst verbraucht oder an Kunden weitergegeben wird. Kombination mit CDM erhöht die Wettbewerbsfähigkeit. Nicht selbst verbrauchter Strom wird mit ca. 3 ct/kwh vergütet Problem: Netzkapazitätsgrenze erlaubt maximal ca. 1,5 GW WKA Lösungsansatz: Export begleitet durch Leitungsausbau. Möglicher Nebeneffekt: Fallwindkraftwerke könnte von den offenen Regelungen profitieren, das finanzielle Risiko wäre überschaubarer. Gregor Czisch gczisch@uni-kassel.de +49-561-804-6377 10