die kalte sonne – warum die klimakatastrophe nicht stattfindet prof. dr. fritz vahrenholt...

Die kalte Sonne –warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet

Prof. Dr. Fritz Vahrenholt

AKE-Frühjahrssitzung19. April 2012Bad Honnef

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Nach überdurchschnittlichen Windjahren in NWE in 2007 & 2008, war insbesondere 2010 ein unterdurchschnittliches Jahr

* NCEP Daten 2010: grün > 100%, rot < 100% vs. 30-Jahresdurchschnitt

2007 2008

2009 2010

überdurchschnittlich vs. langfristiges Mittel*unterdurchschnittlich vs. langfristiges Mittel

2011

2011 war zumindest in UK und Norddeutschland überdurchschnittlich

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Ein Grund für diese jährlichen Windenergie-ertragsschwankungen ist die Nordatlantische Oszillation60-Jahre Trendanalyse des NAO Indizes im Vergleich zum AEP Indize* in Nord- und Südeuropa

> Bei einem negativen NAO Indize waren die Windverhältnisse im Süden stark und Norden schwach> Der Zusammenhang verhält sich bei einem positiven NAO Index umgekehrt; allerdings bei

geringeren Abschlägen im Süden

*) Transfer function of wind speed index to AEP index based on a typical 2MW-90m rotor WTG

85%

90%

95%

100%

105%

110%

115%

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

AEP

Inde

x [5

Jah

re fo

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ufen

der D

urch

schn

itt]

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

NA

O In

dex

[5 J

ahre

fort

lauf

ende

r Dur

chsc

hnitt

]

NCEP AEP Index DE NCEP AEP Index ES NAO Index

* AEP = average energy production = durchschnittliche Windenergieproduktion; Analyse basiert auf einer typischen 2MW-90m Rotordurchmesser Windturbinenanlage

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Es ist jedoch seit 1998 ein Erwärmungsstop eingetretenTemperaturanomalie in Grad Celsius vom Mittelwert des Zeitraums von 1961 bis 1990

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Besteht ein Zusammenhang mit der parallelen Entwicklung der Temperatur, des CO2 und der Sonnenaktivität?

CO2

Sonne

> Sowohl CO2 als auch die solare Aktivität sind im industriellen Zeitalter seit 1850 stark angestiegen.

Temperatur

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> CO2 wird vom IPCC mit 1.66 W/m2 als überaus wirksam angesehen

> Die Sonne spielt mit0,12 W/m2 laut IPCC fast keine Rolle für das Klimageschehen

Wirksamkeit der verschiedenen Klimafaktoren laut IPCC-Modell

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Selbstverständlich hat CO2 einen Einfluss, nur die Stärke ist umstritten

IPCC AR4 Bericht

ohne Verstärkungseffekt

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Der „hockey stick“ – Symbol für die Bedrohung durch den Klimaschutz

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Über einen Zeitraum von zweitausend Jahren lässt sich eine natürliche Zyklik erkennen

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Y. Liu et al. 2011

Auch in Tibet gab es in der Vergangenheit starke Schwankungen in der Temperatur

Temperaturrekonstruktion und -prognose für das zentral-östliche tibetanische Plateau

2006

n. Chr.v. Chr. 2200500

Prognose

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Abdussamatov 2010

letztes Suess/de Vries Minimum

Nächstes Suess/de Vries Minimum

Eintritt historischer Ereignisse korreliert sehr gut mit der Stärke der Sonnenzyklen

Hot sunCool sun

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Der aktuelle 24. Sonnenzyklus ist relativ schwach

> Sonnenzyklus „24“ begann mit starker Verspätung im Januar 2008, war dann längere Zeit inaktiv und erreichte merklich zunehmende Aktivität kurz im Dezember 2009

> Verlängerte Zyklenlängen waren in der Vergangenheit oft mit geringen Sonnenfleckenzahlen bzw. verringerter Strahlung verbunden

24.24.23.23.

23

45 6

24?25?

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Die solaren Schwankungen unterliegen einem 11-Jahres-Zyklus

Sonnenflecken

Total SolarIrradiance

UV

KosmischeStrahlung

nur etwa 0,1%

bis zu 10%

von einigen %bis zu 70%

Gray et al 2010

20101975 200520001995199019851980

20101975 200520001995199019851980

Schwankungsbreite:

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http://joannenova.com.au/2010/02/if-carbon-didn%E2%80%99t-warm-us-what-did/

* kosmische Strahlung: Protonen, Elektronen und ionisierte Atome aus explodierenden Sternen

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Das Sonnenmagnetfeld beeinflusst die Intensität kosmischer Strahlung, die wiederum für die Wolkenbildung verantwortlich ist

> Starke Sonnenaktivität geht einher mit einem starken Sonnenmagnetfeld.

> Je stärker das Magnetfeld der Sonne, desto stärker wird die Erde vom kosmischen Strahlenfluss abgeschirmt.

> Die kosmischen Strahlen tragen als Kondensationskeime zur Bildung von tiefen Wolken bei (maximale Höhe 3km).

> Je weniger Kondensationskeime, desto weniger tiefe, das Sonnenlicht abschirmende Wolken, desto wärmer die Temperaturen auf der Erde.

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Etwa seit dem Jahre 1900 hat die kosmische Strahlung tendenziell abgenommen

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Synchrone Entwicklung der niedrigen Wolkenbedeckung und der kosmischen Strahlung 1980 bis 2003

Sonnenaktivität und Bildung von „tiefen“ Wolken verhalten sich synchron

Marsh & Svensmark 2003

> Tiefe Wolken sind für etwa die Hälfte der Rückstrahlung in den Weltraum der auf die Erde auftreffenden Sonnenenergie verantwortlich.*

> Veränderungen in der tiefen Wolkenbedeckung können daher zu merklichen Klimaänderungen führen.

* L'Ecuyer & Jiang 2010

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Entwicklung der kosmischen Strahlung und globalen Temperatur seit 1965

Kiel Neutronen Monitor

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Abrupte Änderung der Oberflächentemperatur im nördlichen Pazifischen Ozean durch die Pazifische Dekaden Oszillation

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Synchronität zwischen Temperatur und Pazifisch Dekadischer Oszillation

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Die Erwärmungsrate der vergangenen 25 Jahre war historisch keineswegs außergewöhnlich

> Die globale Durchschnittstemperatur ist in den letzten 150 Jahren seit Ende der Kleinen Eiszeit um 0,8°C angestiegen.

> Während der Perioden 1860-1880, 1910-1940 und 1975-1998 hat es Temperaturanstiege einer ähnlichen Größenordnung gegeben (0,15-0,16°C/Dekade), die statistisch nicht voneinander unterscheidbar sind.*

* Phil Jones in einem BBC Interview im Februar 2010

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IPCC-Prognose unterschätzt den Einfluss natürlicher Faktoren und überzeichnet dadurch den Temperaturanstieg

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Setzt sich diese Sichtweise durch, wird der angeschlagene Prozess für ein weltweites Klimaabkommen weiter geschwächt

China: 25,4%

USA: 17,8%

Indien: 5,3%

RU, JP, CA: 10,6%

Hauptentwicklungsländer: 10,7%

Rest der Welt (200+): 15,9%

EU, AU, NZ: 14,3%

keine maßgeblichen Anstrengungen: 85,7%

1,036 0,867 0,790 0,720

21

28

34

43

0

10

15

20

25

30

35

40

45

1990 2006 2015 2030

Deutschland Welt

CO

2-E

mis

sion

en in

Mrd

. t

Jahr

11,5

3,3

6,9

4,8

16,1

Rest der Welt

Europa

USA

Indien

China

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Erneuerbare Energien

Nicht- Erneuerbare Erzeugung

Effizienz-gewinne

640

deutsche Erzeugung

Strom-erzeugung

deutsche Importe

Strom-nachfrage

90

285

550

2008 2050

350

510

Quelle: Bundesregierung

Vor diesem Hintergrund ist der überhastete Umbau der deutschen Energieversorgung in Frage zu stellen, …

130

160

65

in TWh

+ > 300% 80% Strom-erzeugungsanteil

EE Ausbauziel gemäß Energiekonzept der Bundesregierung

überaus ambitionierte Kernpunkte des Energiekonzepts

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Erneuerbare Energien Gesamtkapazität u. -erzeugung

0

20

40

60

80

100

120

140

2008 2050 2008 2050

[GW

]

0

50

100

150

200

250

300

[TW

h]

Wasserkraft (Lauf- u. Speicherwasser) Wind OnshoreWind Offshore BiomassePhotovoltaik GeothermieSonstige EE Wasserkraft (Lauf- u. Speicherwasser)Wind Onshore Wind OffshoreBiomasse PhotovoltaikGeothermie Sonstige EE

…, insbesondere der massive Zubau von Photovoltaik bis 2020

Quelle: Erneuerbare Energien Kapazitäten gemäß Tabelle A I-11, Szenario II A, Energieszenarien EWI, GWS, Prognos

Erneuerbare Energien Zubau gegenüber 2008

0

10

20

30

40

50

60

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80

90

2008 2020 2030 2040 2050

[GW

]

Großteil des Zubaus von EE soll bis 2020 erfolgen

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5

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30

35

40

Wind Onshore PV

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Da dadurch zum einen enorme direkte Kosten durch die Förderung von Erneuerbaren Energien entstehen und …

massive Anstieg der EEG-Umlage durch PV-Zubau

[ Ct / KWh ]Entwicklung der EEG-Umlage seit 2003

e

min

max

Quelle: Mittelfristprognose der ÜNBM; BMU

+ 3,8 GW

+ 7,5 GW

+ 7,5 GW

+ 1,3 GW

Großhandelsstrompreis an der Strombörse

Durchschnittliche EEG-Vergütung für Anlagenbetreiber in 2012

[ Ct / KWh ]

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... zum anderen indirekte Kosten durch die Integration ihrer volatilen Erzeugung in den Strommarkt

-100

-50

0

50

100

150

200

250

1.1 2.1 5.1 6.14.13.1

Preise Spotmarkt in €/MWh Windeinspeisung Deutschland in MW

Netzlast Deutschland in MW Starke Windeinspeisung bei schwacher Nachfrage führt zu negativen Preisen

-20.000

-10.000

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000€/MWh MW

erste Januarwoche 2012

> Neben der Notwendigkeit der Vorhaltung von Back-Up Kapazitäten und der Entwertung bereits investierten Kapitals

> …wird in Starkwind- und Schwachlastzeiten sogar für die Abnahme von Strom gezahlt.

> Hinzu kommen Netz- und Speicherausbaukosten, die den Erneuerbaren zugerechnet werden müssten

* konventionelle Kraftwerke laufen weniger Volllaststunden und können ihren Kapitaldienst nicht in erwarteter Weise leisten.

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10

20

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0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Pumpspeicherkraftwerke sind mit unter 10 Ct/KWh die erste Wahl bei der Stromspeicherung, aber schwer realisierbar

Pumpspeicher

Effizienz in %

[Ct / KWh]*

* Laufzeit 20 Jahre; Lade- und Entladezyklus 1 Tag

Lithium-Ionen-Akkumulator

DruckluftspeicherRedox-Flow

Druckluftspeicher (adiabat)

Blei-AkkumulatorNatrium-Schwefel-Akkumulator

Elektrolyse/Methanisierung/Rückverstromung GuD

Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

SchwungradPolymermembran-Brennstoffzelle

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> Um 3600 km Höchstspannungsleitung zu bauen, müssen 12.000 Masten aufgestellt werden.> Seit 2005 wurden rund 35 km Netz pro Jahr ausgebaut. In den kommenden neun Jahren müssen

rund 470 km/Jahr realisiert werden.

DENA I + IIZusätzlicher Bedarf nach DENA II

3.600

Verbleibender Bedarf nach DENA I

760Bisher realisiert

2005 2011 2015 2020

Netzausbaubedarf entsprechend DENA I und II

Zeit

Erforderlicher Leitungsausbau (in km)

36 km /Jahr 160 km /Jahr

4.450

214*636

3.600

* Quelle: BNetzA, Monitoringbericht 2011

Bisher sind 214 von 4.450 km neuer Übertragungsnetze, die die dena empfiehlt, realisiert

720 km /Jahr

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Schlussfolgerung> Die Sonne gibt uns Zeit das Energiesystem auf vernünftige Weise

umzubauen

> Deshalb brauchen wir keine überhastete, von Angst getriebene Energiepolitik (Bioethanol aus Weizen, Biogas aus Mais, Wald opfern für Wind oder PV)

> Leitlinien sollten daher sein:

> Erneuerbare Energien werden wichtigster Pfeiler der Stromversorgung (50% in 2050); 80 bis 100% führt zu nicht nachhaltigen Ergebnissen (Umwelt, Wirtschaftsstandort, soziale Belastung)

> Anerkennung, dass hocheffiziente und flexible konventionelle Kraftwerke auch in den nächsten Jahrzehnten noch einen unverzichtbaren Beitrag zur Stromversorgung leisten müssen

> zügiger und vernünftiger Ausbau von Netzen und Speichern

> Einbeziehung der europäischen Perspektive in die Energiepolitik

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Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

IPCC-Modelle

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Die Aktivität der Sonne ist augenblicklich sehr schwach, obwohl der Zyklus kurz vor seinem Maximum steht

10. April 201219. Juli 2000

Quelle: www.spaceweather.com