Eine Energiewende mit Versorgungssicherheit ist möglich Technische und strategische Aspekte

Eine Energiewende mit Versorgungssicherheit ist möglich Technische und strategische Aspekte Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner 12. Münchner Wissenschaftstage Nachhaltigkeit Basis unserer Zukunft 20.10.2012 München

Inhalt 1) Erneuerbare Energien und Versorgungssicherheit Strategische Aspekte und Volkswirtschaft 2) Technische Versorgungssicherheit Stabile Stromversorgung durch Netze, Kraftwerke und Speicher 3) Mobilität Chancen für Wind und Sonne 4) Wirtschaftliche und gesellschaftliche Dimensionen 5) Zusammenfassung

Was heißt Versorgungssicherheit? Versorgungssicherheit ENERGIE LEISTUNG Volkswirtschaft, Strategie Technisch Potential Gesicherte Leistung

Klimawandel kann neue Völkerwanderungen verursachen Kostet Geld Kostet Lebensraum

Anfang und Ende des fossilen Zeitalters vereinfachte Darstellung Einzelne Quellen Energieeffizienz Alle fossilen Quellen Verbrauch Wind Solar Wind Solar Wasser Biomasse Wasser Biomasse 0 1000 2000 3000 Zeit Oberirdisch Oberirdisch Unterirdisch

Klimaneutrale Hochtechnologien vs. Wir haben die Wahl

Global! Europa! Deutschland Versorgungssicherheit am Beispiel Gas

Potentiale erneuerbarer Energien reichen bei weiten für eine Vollversorgung Deutschlands Technisch-ökologisches Potential (konservativ): 705 TWh Derzeitiger Strombedarf: 600 TWh

Quelle: Sterner, Schmid, Wickert BWK 2008 Fundamentaler Unterschied: erneuerbarer Strom und konventioneller Strom Nur 1/3 der Primärenergie wird gebraucht, um denselben Strom herzustellen

Wasserkraft, Solarenergie, Biomasse, Geothermie Wasserkraft Ausbaupotential vorhanden Solarenergie Höchstes Potential in Süddeutschland Weitere Potentiale: Energiepflanzen (NaWaRo) (Tank-Teller! Reststoffe), Geothermie

Neue Technologieentwicklungen erschließen größeres Potential (z.b. hohe Windkraftanlagen im Wald) Energie kommt je Anlage in 3-9 Monaten zurück Lärmemissionen minimal

Windenergie in Deutschland Bayern trotz Landesgröße nach wie vor bei den Schlusslichtern

Bayerns Strombedarf bilanziell rein aus Windkraft deckbar " Auf 22% der Fläche (plus Wald und Schutzgebiete) Potential für 316 GW " Auf 2% der Fläche (Vorgabe BWE) Potential für 41 GW (ca. 13 500 Anlagen) heute ausgeschöpft: 0,5 GW (1,2 %) Windstrom-Ertrag ca. 80 TWh Bayern s Strombedarf (2009): 74 TWh! 1% unserer Landesfläche für Wind nutzen! 50% unseres Strombedarfs decken

Energiespeicher Wald Zuwachs übersteigt den bay. Heizölverbrauch Fläche: Zuwachs: Energie: 2,56 Mio. Hektar 23,2 Mio. m 3 / a etwa 1 m³ Festmeter Holz pro Sekunde ca. 52 000 GWh entspricht ca. 5 200 Mio. l Heizöl bay. Heizölverbrauch ca. 5 000 Mio. l Gegenwert ca. 5 000 Mio. EUR Holz als Energie (bei 95 EUR / 100 l Heizöl) Speicherleistung ca. 6 000 MW! der Wald ist Bayerns größter Speicher

Was heißt Versorgungssicherheit? Versorgungssicherheit ENERGIE LEISTUNG Volkswirtschaft, Strategie Technisch Potential Gesicherte Leistung

Stabile Stromversorgung auf Basis EE braucht neue Netze, Kraftwerke und Speicher Nationaler Aktionsplan erneuerbare Energien: 2020 39% EE-Anteil

Quelle: Ahmels, 2011, NEP 2012, Stand 08/12, eigene Ergänzungen Netzausbau elementar, aber nicht die finale Lösung - was lokal hergestellt und verbraucht wird, muss nicht transportiert werden Windenergie Photovoltaik- / Bioenergieanlagen Ballungszentrum Engpass Übertragungsnetz mind. 2000 km (ca. 5% dazu), umgesetzt ca. 214 km Verteilnetz PV: NetzUMbau; Wind: Netzplanung Invest: 20 30 Mrd.

Technische Versorgungssicherheit durch neue Gaskraftwerke Potentielle Standorte durch Verschneidung Strom-Gasnetze Quelle: Gorshkov, Müller-Kirchenbauer, (ITE Clausthal-Zellerfeld) 2012

UBA Umweltbundesamt 100% regeneratives Szenario Quelle: UBA, 2010

Quelle: IWES-Berechnungen für UBA Energieziel 100% Strom aus EE Eine rein regenerative Energieversorgung hat einen sehr großen Speicherbedarf trotz idealem Netzausbau 60 40 Residuallast nach allen Verbrauchern und Lastmanagement und PSW (Meteo-Jahr 2007) Defizite: 62 TWh Überschüsse: - 111 TWh 20 Residuallast (GW) 0-20 -40-60 -80 Pumpspeicher Norwegen (Theorie) 42 Mio. E-KFZ (Theorie) Kapazität und Leistung Pumpspeicher heute -100 Überschüsse: -110.9 TWh Defizite: 62.1 TWh Minimale Residuallast: -59.8 GW Maximale Residuallast 54.1 GW Kapazität und Leistung Gasspeicher heute -120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Monat Fraunhofer IWES 2010 Defizite (Last > EE-Einspeisung) Überschüsse (EE-Einspeisung > Last)! Gasspeicher haben die 1500 bis 3000-fache Kapazität aller Pumpspeicher (bei η GT,GuD = 28-55%)

Quelle: Sterner, 2009 Wie speichert die Natur Energie über lange Zeiträume? IWES, 2010 Chem. Energie (fossil, bio) Effizienz: ca. 1% Energiespeicherung Kernprozess: 1) Spalten von Wasser 2) H 2 reagiert mit CO 2

Erneuerbares Gas Power-to-Gas Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz! Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Quelle: Sterner, Sterner, 2009 2009 Specht Specht et al, 2010 et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. http://www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2

Quelle: DUH, 2011 - E-ON Ruhrgas angepasst, 2012 Gastransport vs. Stromtransport Transportleistung von 1 GW im Vergleich (1 GW = Großkraftwerk oder 200 große Windkraftanlagen oder 200 000 Photovoltaik-Aufdachanlagen) Überlandleitung Gasleitung (0,6 m Durchmesser)

Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011 Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Frühjahr

Netzausbau Strom vs. Gas Pipeline nach Belgien/UK (WEDAL Bau) Energietransport Gaspipeline Faktor 10 größer als Energietransport Stromtrasse Herbst Quelle: Bauer, Wingas Transport 2011

Quelle und : Greenpeace Energy, 2012 Windgas gibt es bei Greenpeace Energy Erster Standort zwischen Braunschweig und Hamburg Am Windpark Suderburg (Niedersachsen) Baujahr 2010 6 MW Leistung Direktvermarktung Strom-Direktleitung Elektrolyseur 1 bis 1,2 MW Genehmigungsverfahren läuft Kooperation mit Gasunie

Quelle: E-ON Ruhrgas, 2012 E-ON Pilotanlage Power to Gas Falkenhagen, Brandenburg Eckdaten # Elektrische Leistung: 2 MW el # Wasserstofferzeugung: 360 m³/h # Einspeisung in das Erdgasnetz der ONTRAS # Inbetriebnahme voraussichtlich Q3/2013 # Projekt der E.ON Gas Storage Pipelineanbindung Niederspannungsversorgung Automation Stromübergabe Ziele # Demonstration der Prozesskette # Optimierung des Betriebskonzepts (variierende Windenergie und Einspeisung) # Nutzung von Windstrom zur Erzeugung # Erfahrungsgewinn bei: Technik, Kosten, Genehmigung Messtechnik Elektrolysen

Vergleich der Optionen zur techn. Versorgungssicherheit Technisch Wirtschaftlich Gesellschaftlich Netze Kraftwerke Speicher Masterplan?! regional leichter als national / europäisch

Quelle: C. Hoffmann - Siemens, 2011 Welche Leistung liegt ständig an den deutschen Tankstellen an? 170 Mio l Benzin / Tag = 64 GW! (Irene kontrolliert gerade einen Leistungsfluss von 16 MW: Energieinhalt Benzin: 9 kwh/l = 32 MJ/l Durchflussmenge: 0,5 l/s) Elektrisches Äquivalent von 32.000 Haushalten (a 500 W Mittelwert)!

Elektromobilität Effizienzsprung Faktor 3-4 aber nur mit erneuerbaren Energien Quelle: Sterner, Schmid, Wickert BWK 2008

Quelle: IWES 2011, FNR 2011, DESTATIS 2011 Wind- und Solarkraftstoffe entschärfen Tank-Teller-Konflikt Hektarertrag für regenerativen Kraftstoff in t Benzin-Äquivalente Größter Vorteil von Windkraftstoff: kombinierte Energie- und Landwirtschaft

Quelle: Audi 2011 Erste industrielle Anlage im Nordwesten im Bau Audi e-gas Projekt 4 WKA à 3.6 MW el Elektromobilität

Sichere, stabile Energieversorgung möglich durch Koppelung der Energienetze Quelle: Sterner, 2011

Quelle: IWES, 2010 Wind- und Solarstrom senkt den Strompreis an der Börse! EEG-Umlage steigt! Haushalte, Gewerbe subventionieren energieint. Industrie Negative Strompreise zu Schwachlastzeiten bei wenig / viel Wind Wind senkt den Spotmarktpreis

Quelle: Die Zeit, 23.08.12 Die Strompreislüge - Titelgeschichte Zeit 23.08.12 Hätten alle gleich viel pro Kilowattstunde bezahlt, hätte die Umlage vergangenes Jahr rund 2,5 Cent betragen.... Tatsächlich werden vor allem industrielle Großverbraucher vom Gesetz privilegiert angeblich um am Weltmarkt keinen Nachteil zu erleiden.... Was diese Firmen sparen, müssen allerdings sämtliche anderen Verbraucher mitübernehmen: ganz normale Familien vor allem, aber auch öffentliche Einrichtungen... Laut Regierungsangaben müssen sie mehr als zwei Milliarden Euro zusätzlich schultern.

Nur erneuerbare Energien in Kombination mit Effizienzinvestitionen ermöglichen mittelfristig eine preiswerte und kostenstabile Energieversorgung Quelle: BMU Langfristszenarien, Nitsch, Pregger, Sterner et al. 2012

Quelle: BMU Langfristszenarien, Nitsch, Pregger, Sterner et al. 2012 Volkswirtschaftliche Kosten und Erlöse aus Erneuerbaren Energien Nach großen Vorleistungen kommen große Renditen Kumulierte Differenzkosten, Mrd.EUR (2009) 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 +71 - Basisszenario 2010 A, Preispfad A - +136 Volkswirtschaftliche Vorleistungen *) Summenwert 2041-2050: - 590 Mrd. -273 bis 2010 2011-2020 2021-2030 2031-2040 -10 Volkswirtschaftliche Rendite Fotovoltaik (PV) Strom ohne PV Wärme Kraftstoffe BASIS10/DIFKUMG 2.11.10 *) gegenüber heutiger betriebswirtschaftlicher Kalkulationsbasis wären externe Kosten (insbes. Klimawandel) voll berücksichtigt, fielen diese Vorleistungen nicht an!

Die Stromgestehungskosten steigen in der Energiewende selbst mit Speichereinsatz nur um ca. 10% bis 2050. $ Die letzte Steigerung des EE-Anteils von 80% auf 100% ist teurer als die Steigerung des EE-Anteils von 17% auf 80%. 120 /MWh 100 80 Variable3Stromgestehungskosten Investitionskosten3Speicher Investitionskosten3Kraftwerke 78 /MWh 79 /MWh 84 /MWh 1003 /MWh 60 40 20 0 2010 40%(A 80%(E 100%(D Stromgestehungskosten für ausgewählte Speicherzubauvarianten bei verschiedenen EE-Anteilen Quelle: VDE, 2012

Quelle: StadtwerkeUnion Nordhessen, 2011 Chance regionale Energiewende Regionale Wertschöpfung durch regionale Versorgungseinheiten Beispiel Nordhessen Geplanter Mix: 60% Wind 14% PV 5% Biomasse 8% Gas 13% Import

Chance regionale Energiewende Regionale Wertschöpfung durch regionale Versorgungseinheiten Geld bleibt in der Region und sichert Umsatz & Arbeitsplätze Quelle: StadtwerkeUnion Nordhessen, 2011! Partizipation schafft Akzeptanz und Wohlstand

Deutschland hat mit der Energiewende eine Riesenchance " Die Energiewende ist " ökologisch / klimatechnisch not-wendig " technisch möglich " ökonomisch vorteilhaft auf lange Sicht kostengünstiger als fossil " Größte Chancen " 100 000e von Arbeitsplätzen & Erzeugung von Know-How & Wohlstand " Erhalt der natürlichen Lebens- und Wirtschaftsgrundlagen " Strategische und technische Versorgungssicherheit gewährleistet " Potentiale ausreichend, mehr Unabhängigkeit und Wertschöpfung durch EW " Netze, Kraftwerke, Speicher Technologien vorhanden " Entscheidend " Umsetzung auf allen Ebenen (Politik, Behörden, Gesellschaft) " Chance regionale Energiewende: Wertschöpfung vor Ort schafft Wohlstand

Quelle: Sterner, 2009 Eine Ernährungspyramide für eine emissionsarme Energieversorgung oder das deutsche / bay. Energie-Reinheitsgebot : Wind, Sonne, Wasser, Luft sonst nicht s!

Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Hochschule Regensburg Fakultät Elektro- und Informationstechnik + 49 (0) 941 943 9888 michael.sterner @ hs-regensburg.de www.power-to-gas.de Vielen&Dank&