WAS KOSTET DIE ENERGIEWENDE?

WAS KOSTET DIE ENERGIEWENDE? Wege zur Transformation des deutschen Energiesystems bis 2050 Hans-Martin Henning Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Jahrestagung Erneuerbare Energie Sachsen-Anhalt 2016 15. Februar 2016 www.ise.fraunhofer.de Fraunhofer ISE

Folie 2 Süddeutsche Zeitung, 14.12.2015

Relevanz einer systemischen Analyse sich wandelnder Energiesysteme Klima- und Nachhaltigkeitsziele stehen ganz oben auf der globalen politischen Agenda Energieversorgung hat dominanten Anteil am anthropogenen Klimawandel Das Ziel ist klar Energiesysteme mit drastisch reduziertem CO 2 -Ausstoß Der Weg ist unklar und hochkomplex Energiewende ist mehr als Stromwende Werkzeuge, die eine ganzheitliche Analyse der Entwicklung von Energiesystemen ermöglichen (regional, national, international) Folie 3

Übersicht Deutschland Klimaschutzziele Methodik Ausgewählte Szenarien Ergebnisse Zusammenfassung Folie 4

Entwicklung der deutschen Treibhausgasemissionen 1990-2013 und Zielwerte bis 2050 Folie 6 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau, 29.5.2015

Energiebedingte CO 2 -Emissionen Deutschland 2013 21% Strom 44% Brenn-Kraftstoffe für Gewerbe/Industrie 19% Niedertemperaturwärme Verkehr 16% Folie 7 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau, 29.5.2015

Leitfrage Was ist der kostenoptimale Pfad zur Transformation von Energiesystemen unter Einbeziehung aller Energieträger unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren unter Einhaltung der gesetzten Klimaschutzziele sowohl im Zieljahr 2050 als auch auf dem Weg dorthin?? Randbedingung für Deutschland Kernenergieausstieg bis 2022 Folie 9

Regenerative Energien Modell»REMod«Minimierung der Transformationskosten Stromerzeugung und -speicherung Brennstoffe (inkl. Biomasse und Power-to- Hydrogen/Gas/Fuel) Erstes streng Modellbasiertes Werkzeug zur Simulation und Optimierung der Entwicklungspfade nationaler Energiesysteme unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren und Energieträger und von deren Wechselwirkungen Verkehr (unterschiedliche Antriebskonzepte) Wärme (Gebäude, inkl. Fernwärme und Speicher) Prozesse in Gewerbe und Industrie Folie 10

Energiepolitisches Zieldreieck Um- weltver- träglichkeit Einhaltung Klimaschutzziele Wirtschaftlichkeit Kostenminimierung Versorgungssicher- heit Deckung aller Lasten in jeder Stunde Folie 12

Zielwerte energie-bedingter CO 2 -Emissionen Deutschland untersuchte Szenarien historische Daten Folie 14 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Nationale Trendtabellen für die deutsche Berichterstattung atmosphärischer Emissionen. Umweltbundesamt (UBA) Dessau, 29.5.2015

Ausstieg Kohleverstromung Deutschland Folie 15 Eigene Darstellung basierend auf Daten aus: Kraftwerksliste der Bundesnetzagentur. zuletzt aktualisiert am 29.10.2014

Szenarienergebnisse Fluktuierende erneuerbare Energien im Jahr 2050 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Folie 17

Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Ohne Kosten für CO 2 - Emissisonen Konstante Preise für fossile Energieträger Folie 22 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Ref heutiges System eingefroren

Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Ohne Kosten für CO 2 - Emissisonen Konstante Preise für fossile Energieträger Kumulative Mehrkosten der Szenarien # 2 und # 3 rund 1100 Mrd. für den Zeitraum 2014 2050 (entspricht rund 0.8 % des deutschen BIP) Folie 23 #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle

Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Kosten für CO 2 -Emissionen ansteigend bis 100 pro Tonne in 2030; dann fix Preiserhöhung fossile Energieträger 2 % p.a. Folie 24 #1-80 % CO 2, Ausstieg Kohle nicht #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle #4-90 % CO 2, Ausstieg Kohle Ref heutiges System eingefroren

Szenarienergebnisse Kumulative Gesamtkosten im Vergleich Kosten für CO 2 -Emissionen ansteigend bis 100 pro Tonne in 2030; dann fix Preiserhöhung fossile Energieträger 2 % p.a. Kumulative Minderkosten der Szenarien # 2 und # 3 rund 600 Mrd. für den Zeitraum 2014 2050 Folie 25 #2-80 % CO 2, Ausstieg Kohle #3-85 % CO 2, Ausstieg Kohle

Entwicklung fluktuierende erneuerbare Energien 85-%-Szenario Installierte Leistung in 2050 Wind See 33 GW ( 20*heute) Wind Land 168 GW ( 4.5*heute) Photovoltaik 166 GW ( 4.2*heute) Folie 27 Fraunhofer ISE

Entwicklung thermische Kraftwerke und KWK 85-%-Szenario Folie 28 Fraunhofer ISE

Entwicklung Gebäude 85-%-Szenario Passivhaus- Standard entsprechend heutigem Neubaustandard Folie 29 Fraunhofer ISE

Entwicklung Solarthermie 85-%-Szenario Folie 30 Fraunhofer ISE

Entwicklung Heizungstechniken 85-%-Szenario el. WP Außenluft Gaskessel el. WP - Erdreich Gas-WP >80 % Wärmepumpen Ölkessel Biomasse Wärmenetz Folie 31

Beispiel Zeitverlauf Sommerwoche 2050 PV Wind Residuallast positiv Speicherentladung, komplementäre Erzeugung Residuallast negativ Speicherladung, flexible Lasten einschl. Power-to-Gas/Fuel Residuallast = Basislast minus regenerative Erzeugung Folie 32 Palzer, A.: Sektorübergreifende Modellierung Dissertation am Karlsruher Institut für Technologie KIT, geplante Veröffentlichung 2. Quartal 2016

Entwicklung Wärmespeicher 85-%-Szenario Folie 33 Fraunhofer ISE

Stationäre Batterien und synthetische Energieträger 85-%-Szenario Folie 34 Fraunhofer ISE

Br.-/Kr.: Brenn- und Kraftstoffe EE: Endenergie NE: Nutzenerige RE: regenerative Energien NT: Niedertemperatur HT: Hochtemperatur Energiefluss im dt. Energiesystem 2013 (vereinfacht) Wandlung/ Verteilung Endenergie Prim ärenergie Nutzungsarten Nutzenergie + Verluste Gesamteffizienz Nutzenergie / Primärenergie < 40 % Folie 35 Fraunhofer ISE Eigene Darstellung basierend auf: BMWi: Zahlen und Fakten. Energiedaten. Nationale und internationale Entwicklung Überprüfungsdatum 2015-09-22, Daten von Prof. Dr. Eberhard Jochem (IREES) und eigenen Abschätzungen

Br.-/Kr.: Brenn- und Kraftstoffe EE: Endenergie NE: Nutzenerige RE: regenerative Energien NT: Niedertemperatur HT: Hochtemperatur Energiefluss Energiesystem 2050 (-85-%-Szenario) Wandlung/ Verteilung Endenergie Prim ärenergie Nutzungsarten Nutzenergie + Verluste Gesamteffizienz Nutzenergie / Primärenergie > 60 % Folie 36 Fraunhofer ISE

Zusammenfassung Energie und CO 2 85-%-Szenario Folie 37 Fraunhofer ISE

Übersicht Deutschland Klimaschutzziele Methodik Ausgewählte Szenarien Ergebnisse Zusammenfassung Folie 38 Fraunhofer ISE

Zusammenfassung (1/3) Klimaschutzkompatible Transformation des Energiesystems technisch machbar Fluktuierende Erneuerbare (Sonne, Wind) werden dominante Energieträger Mehrere Systementwicklungen mit ähnlichen kumulativen Gesamtkosten Jedoch deutliche Unterschiede hinsichtlich notwendiger installierter Leistung von fluktuierenden erneuerbaren Energien (Sonne, Wind) Notwendige installierte Leistung fluktuierender erneuerbarer Energien kann signifikant begrenzt werden durch hohen Anteil Elektromobilität hohen Anteil Wärmepumpen erhöhte Sanierungsrate Gebäude en Ausstieg aus Kohleverstromung Folie 39 Fraunhofer ISE

Zusammenfassung (2/3) Kipppunkt zwischen Reduktion energiebedingter CO 2 -Emissionen um 85 % und 90 % Starker Anstieg notwendiger installierter Leistung von fluktuierenden erneuerbaren Energien (und vieler weiterer Komponenten) Starker Anstieg Kosten Reduktion energiebedingter CO 2 -Emissionen > 85 % aufwändig ohne Import erneuerbarer Energien im großen Stil Bereitstellung von Flexibilitäten im System essentiell Stromerzeugung: flexible, komplementäre Erzeuger; Stromspeicher Stromnutzung: flexible Lasten (Demand Side Management); Speicher (Strom, Wärme); Umwandlung von Strom in sekundäre Energieträger (Power-to-X), vorzugweise für Nutzung in Verkehr und Industrie Folie 40 Fraunhofer ISE

Zusammenfassung (3/3) Kumulative Gesamtkosten für Umbau Energiesystem hängen signifikant von Preisentwicklung für fossile Energien und Kosten für CO 2 -Emissionen ab (ohne Berücksichtigung externer Kosten) Nach erfolgter Transformation sehr ähnliche und stabile, jährliche Gesamtkosten wie heute Positive volkswirtschaftliche Effekte (nationale Wertschöpfung, Beschäftigung, Entwicklung von Technologien für Export) Folie 41 Fraunhofer ISE

Subventionierung des globalen Energiesystems Internationaler Währungsfond (IWF), Mai 2015 US$ 5.3 trillion; 6½ percent of global GDP that is our latest reckoning of the cost of energy subsidies in 2015. These estimates are shocking. The figure likely exceeds government health spending across the world, estimated by the World Health Organization at 6 percent of global GDP, but for the different year of 2013. 5.3 Trillion US$ 4750 Milliarden (Quelle: http://blog-imfdirect.imf.org/2015/05/18/act-local-solve-global-the-5-3-trillion-energy-subsidy-problem/) Folie 42 Fraunhofer ISE

Fotos Fraunhofer ISE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Hans-Martin Henning, Andreas Palzer www.ise.fraunhofer.de hans-martin.henning@ise.fraunhofer.de andreas.palzer@ise.fraunhofer.de Folie 43