Anforderungen an einen zukunftsfähigen Strom- /Energiemix in Nordrhein-Westfalen Möglichkeiten und Grenzen - Dr.-Ing. Manfred Fischedick ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Anforderungen an einen
zukunftsfähigen Strom-
/Energiemix in Nordrhein-
Westfalen
Möglichkeiten und Grenzen
Dr.-Ing. Manfred Fischedick
Vizepräsident
Pulheim
September 2006
Erwartungen an die Energieversorgung der Zukunft
Fokus Stromerzeugung
• Zuverlässigkeit (bedarfsgerechte Versorgung)
• Versorgungssicherheit (Diversifizierung des Brennstoffmix, zunehmende
Integration erneuerbarer Energien, dezentraler Energietechnologien)
• Effiziente Ressourcennutzung (hohe Wirkungsgrade)
• Umwelt- und Klimaverträglichkeit (inkl. klimaverträgliche Kompensation
des Kernenergieausstiegs)
• Wirtschaftlichkeit (Wettbewerbsfähigkeit der Verbraucher)
• Sozialverträglichkeit (Ï ökonomisch tragfähig)
• Risikoarmut
• Industriepolitische Impulse (Technologietransfer, Exportchancen)
• Geringe Systemverletzlichkeit (technisch, Angriffsziel von Außen)
• Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen
(Demographie, Klimawandel etc.)
September 2006
NRW als Energieland Nr. 1 steht vor besonderen
Herausforderungen
NRW als Energieland Nr. 1 in Deutschland
• hat die höchste installierte Kraftwerksleistung
• erzeugt im Bundesländervergleich die größte Menge an Strom
• weist im Strommix den höchsten Kohleanteil auf
• ist aufgrund der industriellen Struktur der größte Energie- und
Stromanwender in Deutschland
• hat eine ausgewiesene Kompetenz im Bereich des
Energieanlagenbaus und der Energieforschung (Energie ist ein
wichtiger Beschäftigungsfaktor)
• kommt vor diesem Hintergrund eine Vorreiterrolle zu
September 2006
Übersicht über die allgemeine Stromerzeugung 2005
Stand und Tendenzen
Nettostromerzeugung 2005
gesamt: 536 Mrd. kWh
erneuerbar: 59 Mrd. kWh (= 11% )
Quelle: VDEW 2006
–
Steinkohle
21% +
Erdgas Heizöl und
10% sonstige
3% +/–
Braunkohle Windenergie
– 26% 5% +
Wasserkraft
4% +/–
Kernenergie Biomasse & PV
29% 2% +
–
September 2006
Klimaverträgliche Stromversorgung der Zukunft
Grundsätzliche Handlungsoptionen
• Wirkungsgradsteigerung
• Brennstoffswitch (Kohle Õ Ö Erdgas)
• Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung
• Erneuerbare Energien
• CO2-Abtrennung und Speicherung
• Ausschöpfung der nachfrageseitigen
Effizienzpotenziale
September 2006
Wirkungsgradsteigerung Stand der Technik für fossilbefeuerte Kraftwerke Quelle: VGB 2005 September 2006
Kraftwerksstandard weltweit führend
Globale CO2- Minderungsimpulse durch moderne Kohlekraftwerke
55
Zukünftig (2020)
50
Referenzkraftwerk
(2010) 46
Stand der Technik
(2000) 43
Deutschland
38
Welt
30
China/ Russland
22
0 10 20 30 40 50 60
Wirkungsgrad von Steinkohlekraftwerken in %
September 2006
Wirkungsgradperspektiven und Brennstoffswitch
Weitere Perspektiven für sinkende CO2-Emissionen
CO2 Emissions of Coal and Gas-fired
Entwicklungsperspektiven
Plants
1200 100% coal
Durchschnitt
1100 heute EU25
CO2 Emission (g/kWh)
1000 10% biomass Durchschnitt
2010 EU25
900 20% biomass
Referenzkraftwerk
800 AD 700/ Emax Thermie
700 100% Gas Ultimo
600
500
400
300
25 30 35 40 45 50 55 60
Quelle: Tech- Wise Netto Wirkungsgrad (%)
Sinkende CO2-Emissionen mit natürlichen Grenzen
September 2006
Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung
Bandbreite der Optionen
Erprobte Technologien
Gasturbinen
Dampfturbinen
GuD-Anlagen
Motor-BHKW 250 kWel Hot Module (MTU)
„Neue“ Technologien
Mikro-Gasturbinen
Dampfmotoren
Stirling
Brennstoffzelle
800 kWel Dampfturbinenrotor (P.
Brotherhood Ltd.)
SenerTec Dachs
5,5 kWel
12,5 kWth
September 2006
Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung Treibhausgasbilanz in der Regel positiv gegenüber den ungekoppelten Alternativen Quelle: TIPS-Projekt [M. Pehnt / ifeu] September 2006
Erneuerbare Energien
Weit gehend unterschätzte Potenziale, aber zunehmende
Nutzungskonkurrenz beachten
- Endenergie, Szenario B -
Wasserkraft POT
Naturschutz
Wind, onshore Strom zusätzl. ohne
Restriktionen
Wind, offshore gegenwärtige
Wärme Nutzung
Fotovoltaik
Kraftstoffe
Biomasse Randbedingung:
0 20 40 60 80 100
Geothermie
Anteil, % Biogene Reststoffe
Biomasse
für stationäre
Nutzung
Solarkollektoren (KWK, direkt)
Geothermie
Energiepflanzen für
Biomasse Kraftstoffe ( 4,1 bzw.
6,0 Mio. ha in 2050 )
0 50 100 150 200 250 300 350
TWh/a
September 2006CO2-Abtrennung und Speicherung
Technologische Optionen
CO2- Abtrennung nach der Verbrennung (Dampfkraftwerke) Forschungsbedarf
Konv. KW mit CO2- Wäsche
1000 m3/s, 18 vol-% CO2
Kohle Konventionelles
Dampfkraftwerk Rauchgasreinig. CO2- Abtrennung CO2
Luft
Oxyfuel- Prozess
Kohle
Luft Rauchgas-
Luftzerlegung Kessel Kondensation CO2
O2 reinigung
CO2 / H2O
CO2- Abtrennung vor der Verbrennung (Kombikraftwerke)
IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas) H2
Brenn-
Luft stoff Gasreinigung GuD
Luftzerlegung Vergasung CO2- Abtrennung
CO-Shift mit H2-Turbine
O2
10 m3/s, 45 vol- % CO2 CO2
Quelle: Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005
September 2006A fossil fuel based low emission vision for the future - is that
feasible?
Fossil fuels
Products
CO2 to capture/storage/use
Source: Technology Roadmap Australia 2004
September 2006CO2-Abtrennung und Speicherung
CO2-arm ja, CO2-frei nein (Bilanz über die Prozesskette)
CO 2-Emissionen, Treibhausgas-Emissionen und KEA des Steinkohle-Kraftwerks
(CO 2-Abscheidegrad: 88%, Leckagerate: 0%, Eff = 49% ohne / 40% mit CCS)
1200
CO2 -Emissionen
[g CO 2 / kWh,el]
1000
Schwerpunkt: + 34%
800
Effizienzsteigerung
bei Fossilen
600
Energiepolitik
verschärft -65%
95% -76% 87%
400 Einsparungen
Einlagerung
intensiviert Transport
Abscheidung & Verfl ssigung
200 höhere 22% Kraftwerk
Vorkette
22%
Energiesteuern
5% 13% 38%
0 Vorbildfunktion
CO2, ohne CCS CO2, mitöffentliche
CCS Hand
THG, ohne CCS THG, mit CCS KEA, ohne CCS KEA, mit CCS
September 2006
Quelle: Wuppertal Institut u.a 2005Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage
Eine aktuelle Untersuchung in Zusammenarbeit mit E.ON
Analyse von Optionen,
Potenzialen und Wirtschaftlichkeit
70 einzelne Maßnahmen
Statisches Einsparpotenzial: was wäre, wenn alle Gebäude, Anlagen und
Geräte mit einem Schlag dem besten Standard entsprächen?
Dynamisches Einsparpotenzial im Vergleich zum Trend für 2010 und 2015: was
kann bei normalen Erneuerungszyklen und beim Zuwachs im Bestand erreicht
werden?
Mehrkosten pro Maßnahme im Vergleich zur Trendtechnik
Berechnung der Kosten einer eingesparten kWh aus gesamtwirtschaftlicher
und Kundenperspektive
Vergleich dieser Kosten mit langfristig vermeidbaren Systemkosten der
Energiebereitstellung für die Gesamtwirtschaft und mit vermeidbaren variablen
Bestandteilen der Energiepreise für die Kundinnen und Kunden
Berechnung der Treibhausgas-Emissionsminderung und der CO2-
Vermeidungskosten
September 2006Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage
Dynamisches Einsparpotenzial entspricht allein bis 2015 etwa 16% des
Strombedarfs im Trendszenario
Net costs (Cent/kWh)
clothes dryers
2,00
gas process heat*
1,00
clothes and dish washers
0,00
0 20 40 60 80 100 120 Energy
saved
-1,00
(TWh/
year)
gas space heating*
-2,00
cold appliances
ICT, TV, reducing standby
-3,00
pumps commercial and industrial cooling
commercial and industrial lighting
-4,00
domestic lighting
compressed air
-5,00
ventilation & air conditioning
September 2006Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage
Einsparungen sind in allen Sekoren möglich und umsetzbar
250
Dynamisches Potenzial bis
2010
zusätzliches dynamisches
200 Potenzial bis 2015
Differenz zum statischen
Gesamtpotenzial
"verbleibender
Stromverbrauch"
150
100
50
0
Haushalte Gewerbe, Handel, Industrie
Dienstleistungen
Sektor
September 2006Potenziale der Effizienzsteigerung
Beispiel Faktor-4-Pumpen
Stromeinsparpotenziale von bis zu 80% (Faktor 4)
durch richtige Dimensionierung, integrierte Leistungsregelung
(Frequenzumrichter), Permanentmagnetmotor und optimierte Hydraulik
WILO Stratos Eco
5,8 Watt
Biral MC 10
7 Watt
Grundfos Magna
min. 22 Watt
September 2006Potenziale der Effizienzsteigerung
Beispiel Kühlgeräte
Blomberg A
328 kWh/a
Energieeinsparung
gegenüber
Energieeffizienzklasse A:
- 191 kWh/a
- 58 %
Blomberg A++
137 kWh/a
Effiziente Kühlgeräte haben ein A+ oder A++ Label
Kaufen Sie keine Kühlgeräte der Effizienzklasse A (oder schlechter)!!!
September 2006Eine klimaverägliche Stromerzeugung auf der Basis
REG/REN ist aus heutiger Sicht machbar
Diversifizierung, Effizienzsteigerung und erneuerbare Energien
- Szenario NaturschutzPlus I -
600 569 Import
534 REG
Stromerzeugung in TWh
495 504 Photovoltaik
500 489 490
]
Geothermie
Wind
400 Offshore
Wind
g, [
Aber wie wahrscheinlich ist sie Onshore
300 und was müssen wir dafürLaufwasser
tun?
g
Biomasse,
Biogase
KWK, fossil
200
Gas Kond.
Kohle Kond.
100
Kernenergie
oeko\stromer2; 6.1.04
0
2000 2010 2020 2030 2040 2050
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % KWK einschl. Biomasse
5,7 14,0
12,8 30,3
25,7 46,5
40,0 58,0
48,1 67,6% EE ohne Biomasse-KWK
55,6
September 2006
Quelle: DLR, IFEU, WI 2004Stand der Entwicklung: Ziele und Realitäten
Stromerzeugung und Stromerzeugungsmix - Stromnachfrage
moderat steigend statt sinkend
- Szenario NaturschutzPlus I -
600 569 Import
534 REG
in ]TWh
630 504
495 489 490 Photovoltaik
500
inklusive Import/Exportsaldo
Geothermie
Wind
Stromerzeugung
Stromverbrauch (TWh/a)
400 610 Offshore
Wind
g g, [
Onshore
Laufwasser
300 590 Biomasse,
Biogase
KWK, fossil
200
570 Gas Kond.
Kohle Kond.
100
Quelle: Kernenergie
AG Energiebilanzen 2006
550
oeko\stromer2; 6.1.04
0 2000 2001 2002 2003 2004 2005
2000 2010 2020 2030 2040 2050
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % KWK einschl. Biomasse
5,7 12,8
14,0 25,7
30,3 40,0
46,5 48,1
58,0 55,667,6
% EEEE ohne Biomasse-KWK
mit Biomasse-KWK
September 2006Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten
Erneuerbare Energien legen plangemäß zu - positive
Perspektiven schon unter Referenzbedingungen
160
151
Regenerative Stromerzeugung, TWh/a
160 AUSBAU
140 (Bandbreite)
120
120 REF
Stromerzeugung in TWh
80
100 40
REF nach Energiereport IV (2005)
85
0
80 2000 2005 2010 2015 2020
700 Anlagen > 500 kWel
Anlagenanleistung in MWel
600 Anlagen 70 < 500 kWel
60 500
Anlagen < 70 kWel
400
Biogas-Anlagen
39 300
40 200
100
18
20 0
Dez Dez Dez Dez Dez Dez Dez
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Wasser Wind Wind Biomasse, Fotovoltaik Geothermie Europ.
Onshore Offshore biog. Abfälle Verbund
oeko/projekt2020/str20var; 28.11.05
September 2006Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten
Geplante Kraftwerksneubauten (18 - 26 GW) lösen Investitionsstau
auf, führen aber auch zu langfristigen strukturellen Festlegungen
- Szenario NaturschutzPlus I -
600 569 Import
534 REG
495 504 Photovoltaik
500 489 490
[ TWh]
Geothermie
Wind
400 Offshore
g g,in
Wind
Onshore
Stromerzeugung
Laufwasser
300
Biomasse,
Biogase
KWK, fossil
200
Gas Kond.
Kohle Kond.
100
Kernenergie
oeko\stromer2; 6.1.04
0
2000 2010 2020 2030 2040 2050
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % KWK einschl. Biomasse
5,7 12,8
14,0 25,7
30,3 40,0
46,5 48,1
58,0 55,6 EE ohne Biomasse-KWK
% EE
67,6 mit Biomasse-KWK
September 2006Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten
Geplante Kraftwerksneubauten (18 GW) und resultierende
Minderung der CO2-Emissionen
CO2-Emissionen Neubau vs. alterb. Stilllegung der KW in Deutschland
100
88,40
80
67,39 Kraftwerksneubauten führen zu
60
signifikanter CO2-Minderung gg.
Kraftwerksbestand von 24%
CO2 in Mt
40
20
0
-20 -21,01
-40
KW- altersb.
Neubau Delta
Stilllegun CO2
g
September 2006Stand der Entwicklung - Ziele und Realitäten
Geplante Kraftwerksneubauten (18 GW) stehen im Konflikt mit sehr
ehrgeizigen Klimaschutzzielen
Wie gehen wir mit dem Konflikt um?
Nachrüstung von CCS eine Option (ist dies
umsetzbar, wie hoch sind die Kosten)?
Bandbreite der Schätzung nach (ÖI 2006) für early action
September 2006Alternative CO2-Abtrennung
Kostenseitig mit hoher Wahrscheinlichkeit gegensätzliche Entwick-
lungen, Vergleich auf gleicher Augenhöhe (CO2-Emissionen)
Stromgestehungskosten in Euro/kWh
0,16
2003: 0,186 EUR/kWh 2003: 0,71 EUR/kWh Wasser Brennstoffpreis in Euro/GJ
Wind
Kohle Erdgas
5
0,14
Stromgestehungskosten, EUR/kWh
Steinkohlepreis Kraftwerk, [EUR 2000/GJ]
Photovoltaik 10
Erdgaspreis Kraftwerk, [EUR 2000/GJ]
4
0,12 Geothermie
8
Stromimport
3
0,10
Biomasse 6
Biogas 2
0,08 4
Mittelwert
BASIS I
1
0,06 Obere V. Bandbreite 2
Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V. Bandbreite
(+15 EUR/t CO2) Prognosen 2020 Ist in D Untere V. Mittlere V.
oeko/kost2; 2.12.03 (+ 15 EUR/ t CO2) Prognosen 2020
0 0
0,04 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
2000 2010 2020 2030 2040 2050 Projekt2020/St-Preis; 16.03.05
BMU/Projekt20200/Gas-PR.pre; 16.03.05
- fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas -
Stromgestehungskosten, [EUR/kWh]
0,10 Euro/kWh
0,08
0,06
0,04
0,02 REG Mix fossiler Mix zusätzl. CO2-Rückhalt.
Basisszenario Kostenbandbreite 15 EUR/t CO2 Kostenbandbreite
0,00
2000 2010 2020 2030 2040 2050
oeko/kost-kw.pre; 15.09.03
September 2006Schlussfolgerungen
Die Energie-/Stromversorgung der Zukunft ist durch hohe
Anforderungen gekennzeichnet
Für die Realisierung der Ziele stehen unterschiedliche Optionen zur
Verfügung
Im Bereich der Kohleverstromung sind signifikante Minderungen des
spezifischen CO2-Ausstoßes möglich - eine CO2-freie Stromerzeugung
kann nicht erreicht werden (auch mit CCS nicht!)
Eine klimaverträgliche Energieversorgung ist ohne eine deutliche
Erhöhung des Beitrages erneuerbarer Energien und eine signifikante
Steigerung der Energieeffizienz nicht möglich
Klimaschutz ist kein Selbstläufer und erfordert in der Umsetzung
engagiertes politisches und unternehmerisches Handeln
Die Bedeutung von effizienten Kohlekraftwerkstechnologien mag
national umstritten sein, aus globaler Sichtweise ist sie für den
Klimaschutz essentiell.
September 2006Anforderungen des globalen Klmaschutzes
Massiver Zubau von Kohlekraftwerkskapazitäten (Beispiel China)
erwartet
Kraftwerksneubauten
eingrenzen durch:
- Ausbau erneuerbarer
Energien
- Umsetzung
Stromeinsparpotenziale
davon knapp 500 GW Kohle
Verbleibende fossile
Stromerzeugung
optimieren:
- Wirkungsgradsteigerung
- CCS prüfen
Die deutsche Kraftwerkstechnologie kann zur Eingrenzung
des Klimabeitrages Impulse leisten
September 2006Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Kontakt:
Dr. Manfred Fischedick
Wuppertal Institut
Döppersberg 19
42103 Wuppertal
0202-2492-121
0202-2492-198 (FAX)
0202-2492-109 (Sekretariat)
Manfred.Fischedick@wupperinst.orgSie können auch lesen
