Energie für die Zukunft – Sind wir auf dem Weg zu einem nachhaltig globalen Energiesystem ?

1. Energie für die Zukunft – Sind wir auf dem Weg zu einem nachhaltig globalen Energiesystem ? Tagung „Solarenergie an Schulen“ Evangelische Akademie Loccum, 6. bis 7. Juli 2006 Dr. Joachim Nitsch DLR-Institut für Technische Thermodynamik Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung

2. Direkter Energieverbrauch (Heizung, PKW, Warmwasser, Kochen Elektrische Geräte, Beleuchtung u. ä. = 34 200 kWh/Jahr) • Indirekter Verbrauch: • Güterherstellung • Handel, Dienstleistungen • Gütertransport • Verluste bei der Energie- • bereitstellung und –verteilung: • Stromerzeugung • Andere Energieträger Wissen wir eigentlich, wie viel Energie wir verbrauchen ? Gesamtverbrauch eines deutschen Durchschnittshaushalts (2,15 Pers.): Insgesamt: 104 000 kWh/Haushalt oder 48 600 kWh/Kopf , das entspricht für Deutschland gesamt 500 Mio. Tonnen Kohle pro Jahr an „Primärenergie“.

3. Die derzeitige Energieversorgung stößt an Grenzen ! - Globaler Energieverbrauch seit 1870 - • Öl- und Gasressourcen • schwinden, die noch vorhanden • Ressourcen sind höchst un- • gleich verteilt. • Das globale Klima gerät aus dem • Gleichgewicht. • Die Welt ist aufgeteilt in Energie- • verschwender und Energie- • habenichtse. • Ein weiterer, gar ein globaler • Ausbau der Kernenergie steigert • deren Risiken dramatisch. 1870 2004 Energieverbrauch: 25-fach; Pro-Kopf-Verbrauch 6-fach; Pro-Kopf-Verbrauch Industrieländer:18 - fach

4. Über einen längeren Zeitraum verfügbar ist nur noch der „schmutzige“ Energieträger Kohle Reichweite der „Reserven“ bei konstantem Verbrauch

5. Energieverschwender und –habenichtse – ein brisanter Zustand Industrieländer: 24% der Bevölkerung 70% der Primärenergie 65% der CO2-Emissionen 172 GJ/Kopf, a = 48 600 kWh/Kopf, a Die Welt benötigt mehr Energie – selbst wenn zukünftig Energie wesentlich effizienter genutzt wird. Jährlicher Pro-Kopf- Energieverbrauch

6. Anzustrebender Beitrag Deutschlands zum Klimaschutz bis 2050 • Minderung von CO2 und weiteren Treibhausgasen • (gegenüber 1990): • - 21 % bis 2008/ • 2012; • - 40% bis 2020; • - 80% bis 2050

7. Teilstrategie I : Deutliche Steigerung der Energieeffizienz oder „Mehr Grips (und Technik) statt Öl“ Einsparpotenziale (Basis 1998) Technisch Einzelwirtschaftlich in Deutschland (heutige Technologien) (Preisbasis 1998 !) Industrie 22% 10 – 15 % Handel, Gewerbe, Dienstleistungen 40% ca. 20% Private Haushalte, Strom 50% 20 – 35% Private Haushalte, Raumwärme bis zu 70% (je nach Sanierungsart ) Verkehr bis zu 50% Strombereitstellung bis zu 70% (KW- Struktur) Quellen : Enquete 2002, Cremer (ISI),2001, Öko-Institut, Wuppertal-Institut 1998,2000 Der Energieverbrauch in Deutschland (und anderen Industrieländern) kann bis 2050 - bei gleichbleibendem Komfort/Mobilität/Güterproduktion – mindestens halbiert werden. Die rasche und vollständige Mobilisierung dieser Potenziale ist ein unverzichtbarer Schritt in Richtung nachhaltiger Energiesysteme.

8. Teilstrategie II Eignung als Hauptenergiequelle: Kohle ?? Zu schmutzig ! Kernenergie ?? Zu gefährlich ! Kernfusion ?? Zu spät !

9. - heute verfügbar „Neue“ „Solar“- Techniken: schon lange entdeckt 1954 1878

10. Wasserkraft hat noch zusätzliche Potenziale – insbesondere bei der Modernisierung bestehender Kraftwerke: Beispiel Rheinfelden

11. Windenergie – eine rasante Technologieentwicklung 17 000 Windanlagen produzierten im Jahr 2005 rund 26 Mrd. kWh. Das entspricht 4,5% der gesamtem Stromerzeugung Deutschlands

12. Windenergie wird zukünftig zu großen Teilen auf dem Meer („offshore“) genutzt werden

13. Biomasse und Biogas: vielfältige Nutzungsmöglichkeiten Heizkraftwerk in Pfaffenhofen (6 MW el, 32 MW th)

14. Mit der Sonne heizen: Gebäude mit solar unterstützter Nahwärme in Friedrichshafen mit dachintegriertem Kollektorfeld. Quelle: ITW Stuttgart

15. Wohnsiedlung mit solarer Nahwärmeversorgung und saisonalem Warmwasserspeicher in Hamburg - Bramfeld Quelle: ITW Stuttgart

16. Kollektorfeld zur Unterstützung einer Heizzentrale für eine Nahwärmeversorgung in einer Neubausiedlung

17. Fotovoltaik: Dezentralität und Flexibilität gepaart mit High-Tech und großen technologischen Entwicklungspotenzialen

18. 1 2850 200 2 20 1 5 0,7 0,15 0,1 0,4 0,5 4,0 Physikalisches Angebot: ca. 3 000 Technisches Potenzial (heutige Technologien) ca. 6 Angebot natürlicher Energieströme und technisches Potenzial erneuerbarer Energien Globaler Energieverbrauch Strahlung (Kontinente) Wind Wellen, Gezeiten Biomasse Erdwärme Wasser

19. Strom 10,2% Wärme 5,4% Kraftstoffe 3,4% Beiträge erneuerbarer Energien zur Energieversorgung 2005 - Beispiel Deutschland: Anstieg von 2,6% in 2000 auf 4,6 % in 2005 -

20. Heimische Potenziale erneuerbarer Energien unter anspruchsvollen Auflagen des Naturschutzes (Deutschland) Aufteilung Biomasse: Anbauflächen 2050 (4,1 Mio. ha ) zu 100% für Kraftstoffe; Reststoffe 100% stationäre Nutzung mit 75% KWK Zusätzlich „Import - potenzial“ Strom in der Größenordnung der gesamten heutigen Stromerzeugung.

21. Regenerative Stromerzeugung bis 2020 in Deutschland (EEG-Bedingungen)

22. REF Fossile KWK = 23% Anzustrebende Strukturveränderungen der Stromerzeugung bis 2020

23. Wachstumsvorstellungen der Szenarien im regenerativen Wärmemarkt

24. Sehr starker Struktur- wandel erforderlich: 2000: Einzelversorgung 85,7% Fern- Nahwärmenetze und Objekt-KWK 14,3% 2050: Einzelversorgung 43% Fern- Nahwärmenetze und Objekt-KWK 57% Erforderliche Strukturänderungen in der Wärmeversorgung

25. Wachstumsdynamik bei Biokraftstoffen und Vorstellungen der Szenarien EU-Ziel

26. REF 2005 Wachstumstrends der regenerativen Primärenergie: Ist und Szenarien 12,7 (10,3) 7,0 (6,4) 4,6% 2 %

27. ….. und damit den Zeitpunkt ihrer wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit Vier wesentliche Faktoren bestimmen die Einführungsgeschwindigkeit von EE Marktdurchdringung F & E - Phase Markteinführung Gesamtkosten konvent. Energien Zeitlich begrenzte Förderung der Marktetablierung Förderung von F & E Klima- schutz- kosten Energiekosten konv. erneuerbar anlagenbedingte Kosten Verteuerung fossiler Brennstoffe Kumulierte Produktion ( Zeit )

28. Je stärker die Nutzung erneuerbarer Energien, desto geringer ihre Kosten Deutliche Kosten-degression bereits eingetreten und weiterhin möglich. 1990 – 2000: Von ca. 17 ct/kWh auf knapp 10 ct/kWh 2000 - 2020: von knapp 10 ct/kWh auf 6,5 bis 7 ct /kWh Bis 2050 : 5,5 ct/kWh (nicht optimal nur bis 7 ct /kWh )

29. Die Zukunft der fossilen Energiepreise (Real, Geldwert 2000)

30. Externe Kosten „fossiler“ und „erneuerbarer“ Stromerzeugung - Bandbreite der Schadenskosten durch CO2-Emissionen: 15 – 280 €/tCO2 - Quelle: W. Krewitt, B. Schlomann: Externe Kosten der Stromerzeugung, DLR/ISI, April 2006

31. Wert 2025: 62 $2000/b 20 €/ t CO2 Wert 2025: 34 $2000/b 12 €/ t CO2 EE gewährleisten eine langfristig erschwingliche Energieversorgung

32. Primärenergiebeitrag erneuerbarer Energien in EU -25 bis 2050 - DLR EU-25 Alternative Scenario (2005) -

33. EE können in absehbarer Zeit die Stromerzeugung in der EU-25 dominieren

34. Strom aus dem sicheren Fusionsreaktor „Sonne“

35. Solarthermisches Kraftwerke in Kalifornien – seit 1986 sind 350 MW in Betrieb Ab 2008 werden derartige Kraftwerke auch in Südspanien Solarstrom erzeugen

36. Solar Wind Hydro Geothermal EURO-MED possible further inter-connections Erneuerbare Energien bieten beträchtliche Perspektiven einer internationalen Kooperation – Beispiel Mittelmeerraum

37. Im globalen Maßstab sind die Probleme ungleich größer  Der weltweite Energieverbrauch wird in jedem Fall noch zunehmen

38. Keine „Energiezukunft“ kommt ohne beträchtliche Beiträge an EE aus … aber die wenigsten Szenarien sind klimaverträglich und ressourcenschonend !! Fossile Grenze ohne Rückhaltung von Kohlendioxid

39. Mögliche Umsätze deutscher Unternehmen bei den Anlageninvestitionen nach 2010 dominiert der Exportmarkt Globaler Wachstumsmarkt Erneuerbare Energien von 43 Mrd. €/a in 2004 auf 450 Mrd. €/a in 2030

40. Kurzfristig: Beträchtliche Investitionen, (Brutto-) Arbeitsplätze und Wertschöpfung in innovativen Technologiebereichen mit großen Wachstums- und Exportpotenzialen. Eine wirkungsvolle EE + EFF- Strategie hat beträchtliche volkswirtschaftliche Vorteile Mittel- und langfristig: Ein stabiles Kostenniveau (unterhalb anderer Optionen) mit klimaverträglichen, risikoarmen, weltweit verfügbaren und nicht begrenzten Energiequellen und Technologien. Nur diese Strategie erlaubt einen wirksamen Strukturwandel in Richtung Nachhaltigkeit unter Beibehaltung wirtschaftlicher Leistungsfähigkeit in Industrieländern und ermöglicht die Schaffung zukunftsfähiger Energieversorgungen in Schwellen- und Entwicklungsländern.

41. 1878: Solare Dampfmaschine von Muchot 1978: Die „neuen“ EE beginnen ihren Einstieg in die Energiewirtschaft 2078: 65 – 75% des weltweiten Energiebedarfs kommen aus Erneuerbaren Energien

42. Quellen und einige wesentliche Studien: J. Nitsch, M. Fischedick u.a: „Ökologisch optimierter Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland.“ Im Auftrag des BMU, Arbeitsgemeinschaft DLR Stuttgart, WI Wupper- Tal, IFEU Heidelberg, April 2004. Prognos, EWI: „Die Entwicklung der Energiemärkte bis zum Jahr 2030 – eine energie- wirtschaftliche Referenzprognose.“ Energiereport IV im Auftrag des BMWA. EWI Köln Prognos Basel, April 2005. BMU-Broschüre: „Erneuerbare Energien – Innovationen für die Zukunft.“ 4. Auflage, Berlin, Mai 2004 (demnächst 5. Auflage) J. Nitsch, F. Staiß u.a.: „Ausbau erneuerbarer Energien im Stromsektor bis zum Jahr 2020 – Vergütungszahlungen und Differenzkosten durch das EEG.“ Im Auftrag des BMU, DLR Stuttgart, ZSW Stuttgart, WI Wuppertal, Dezember 2005 F. Staiß: „Jahrbuch Erneuerbare Energien 02/03“ Verlag Bieberstein, Radebeul, 2003. (Band 04/05 erscheint demnächst) und „Erneuerbare Energie in Zahlen“ jährliche Broschüre des BMU mit Daten für D, EU, weltweit zum Nutzungsstand der EE (aktuell vom Dezember 2005). Noch mehr bei: www. erneuerbare-energien.de und www.dlr.de/tt/system