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Anforderungen an einen zukunftsfähigen Strom-
/Energiemix in Nordrhein-Westfalen
Möglichkeiten und Grenzen
Dr.-Ing. Manfred Fischedick
Vizepräsident
Pulheim
September 2006
September 2006
Erwartungen an die Energieversorgung der ZukunftFokus 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 ( ökonomisch tragfähig)
• Risikoarmut
• Industriepolitische Impulse (Technologietransfer, Exportchancen)
• Geringe Systemverletzlichkeit (technisch, Angriffsziel von Außen)
• Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen (Demographie, Klimawandel etc.)
September 2006
• 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
NRW als Energieland Nr. 1 in Deutschland
NRW als Energieland Nr. 1 steht vor besonderen Herausforderungen
September 2006
Nettostromerzeugung 2005gesamt: 536 Mrd. kWh
erneuerbar: 59 Mrd. kWh (= 11%) Quelle: VDEW 2006
Heizöl und sonstige
3%
Windenergie5%
Wasserkraft4%
Biomasse & PV2%
Erdgas10%
Steinkohle21%
Braunkohle26%
Kernenergie29%
Übersicht über die allgemeine Stromerzeugung 2005Stand und Tendenzen
+/–
–
–
+
+–
+/–
+
September 2006
Klimaverträgliche Stromversorgung der Zukunft Grundsätzliche Handlungsoptionen
• Wirkungsgradsteigerung
• Brennstoffswitch (Kohle Erdgas)
• Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung
• Erneuerbare Energien
• CO2-Abtrennung und Speicherung
• Ausschöpfung der nachfrageseitigen Effizienzpotenziale
September 2006
WirkungsgradsteigerungStand der Technik für fossilbefeuerte Kraftwerke
Quelle: VGB 2005
September 2006
5055
30
22
38
43
46
0 10 20 30 40 50 60
China/ Russland
Welt
Deutschland
Stand der Technik(2000)
Referenzkraftwerk(2010)
Zukünftig (2020)
Wirkungsgrad von Steinkohlekraftwerken in %
Kraftwerksstandard weltweit führendGlobale CO2- Minderungsimpulse durch moderne Kohlekraftwerke
September 2006
CO2 Emissions of Coal and Gas-fired Plants
100% coal
10% biomass
20% biomass
100% Gas
300400500600700800900
100011001200
25 30 35 40 45 50 55 60
Netto Wirkungsgrad (%)
CO
2 Em
issi
on (g
/kW
h)
Durchschnitt heute EU25
ReferenzkraftwerkThermieUltimo
Durchschnitt 2010 EU25
AD 700/ Emax
Quelle: Tech- Wise
Wirkungsgradperspektiven und BrennstoffswitchWeitere Perspektiven für sinkende CO2-Emissionen
Entwicklungsperspektiven
Sinkende CO2-Emissionen mit natürlichen Grenzen
September 2006
Kraft-Wärme-(Kälte)-KopplungBandbreite der Optionen
250 kWel Hot Module (MTU)
800 kWel Dampfturbinenrotor (P. Brotherhood Ltd.)
SenerTec Dachs5,5 kWel
12,5 kWth
Erprobte TechnologienGasturbinenDampfturbinenGuD-AnlagenMotor-BHKW
„Neue“ TechnologienMikro-GasturbinenDampfmotorenStirlingBrennstoffzelle
September 2006
Kraft-Wärme-(Kälte)-KopplungTreibhausgasbilanz in der Regel positiv gegenüber den ungekoppelten Alternativen
Quelle: TIPS-Projekt [M. Pehnt / ifeu]
September 2006
- Endenergie, Szenario B -
Wasserkraft
Wind, onshore
Wind, offshore
Fotovoltaik
Biomasse
Geothermie
Biomasse
Solarkollektoren
Geothermie
Biomasse
0 50 100 150 200 250 300 350TWh/a
POTNaturschutzzusätzl. ohneRestriktionengegenwärtigeNutzung
0 20 40 60 80 100Anteil, %
Strom
Wärme
KraftstoffeRandbedingung:
Biogene Reststoffefür stationäreNutzung (KWK, direkt)
Energiepflanzen fürKraftstoffe ( 4,1 bzw.6,0 Mio. ha in 2050 )
Erneuerbare EnergienWeit gehend unterschätzte Potenziale, aber zunehmende Nutzungskonkurrenz beachten
September 2006
CO2-Abtrennung und SpeicherungTechnologische Optionen
Forschungsbedarf
Vergasung GasreinigungCO-Shift CO2- Abtrennung
CO2
Brenn-stoff
CO2- Abtrennung vor der Verbrennung (Kombikraftwerke)
KonventionellesDampfkraftwerk Rauchgasreinig.
KohleLuft
Oxyfuel- Prozess
O2
CO2
Kohle
CO2- Abtrennung
Rauchgas-
reinigungKondensation
Konv. KW mit CO2- Wäsche
CO2
CO2- Abtrennung nach der Verbrennung (Dampfkraftwerke)1000 m3/s, 18 vol-% CO2
IGCC- Prozess (Kohle) o. NGCC- Prozess (Gas)
10 m3/s, 45 vol- % CO2
GuDmit H2-Turbine
CO2 / H2O
H2
LuftKesselLuftzerlegung
O2
LuftLuftzerlegung
Quelle: Ewers, Renzenbrink, VGB PowerTech 4/2005
September 2006
A fossil fuel based low emission vision for the future - is that feasible?
Source: Technology Roadmap Australia 2004
Fossil fuelsProductsCO2 to capture/storage/use
September 2006
CO2-Abtrennung und SpeicherungCO2-arm ja, CO2-frei nein (Bilanz über die Prozesskette)
Schwerpunkt:Effizienzsteigerung bei Fossilen
Energiepolitik verschärft
Einsparungen intensiviert
höhere Energiesteuern
Vorbildfunktion öffentliche Hand
CO2-Emissionen, Treibhausgas-Emissionen und KEA des Steinkohle-Kraftwerks(CO 2-Abscheidegrad: 88%, Leckagerate: 0%, Eff = 49% ohne / 40% mit CCS)
0
200
400
600
800
1000
1200
CO2, ohne CCS CO2, mit CCS THG, ohne CCS THG, mit CCS KEA, ohne CCS KEA, mit CCS
CO2-Emissionen[g CO 2 / kWh,el]
EinlagerungTransportAbscheidung & Verfl�ssigungKraftwerkVorkette
-76%
+ 34%
-65%-76%
+ 34%
-65%95%
5%
87%
13%
22%
22%
38%
95%
5%
87%
13%
22%
22%
38%
Quelle: Wuppertal Institut u.a 2005
September 2006
Analyse von Optionen,Potenzialen und Wirtschaftlichkeit
70 einzelne MaßnahmenStatisches 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 TrendtechnikBerechnung der Kosten einer eingesparten kWh aus gesamtwirtschaftlicherund KundenperspektiveVergleich 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
Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Eine aktuelle Untersuchung in Zusammenarbeit mit E.ON
September 2006
Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Dynamisches Einsparpotenzial entspricht allein bis 2015 etwa 16% desStrombedarfs im Trendszenario
-5,00
-4,00
-3,00
-2,00
-1,00
0,00
1,00
2,00
0 20 40 60 80 100 120
Net costs (Cent/kWh)
Energy saved (TWh/ year)
pumps
clothes dryers
clothes and dish washers
gas process heat*
compressed air
domestic lighting
ventilation & air conditioning
gas space heating*
cold appliances
ICT, TV, reducing standby
commercial and industrial cooling
commercial and industrial lighting
September 2006
0
50
100
150
200
250
Haushalte Gewerbe, Handel,Dienstleistungen
Industrie
Sektor
Dynamisches Potenzial bis2010zusätzliches dynamischesPotenzial bis 2015Differenz zum statischenGesamtpotenzial"verbleibenderStromverbrauch"
Effizienzsteigerung im Bereich der Stromnachfrage Einsparungen sind in allen Sekoren möglich und umsetzbar
September 2006
Potenziale der EffizienzsteigerungBeispiel Faktor-4-Pumpen
Stromeinsparpotenziale von bis zu 80% (Faktor 4)durch richtige Dimensionierung, integrierte Leistungsregelung (Frequenzumrichter), Permanentmagnetmotor und optimierte Hydraulik
WILO Stratos Eco5,8 Watt
Biral MC 107 Watt
Grundfos Magnamin. 22 Watt
September 2006
Potenziale der EffizienzsteigerungBeispiel Kühlgeräte
Blomberg A++137 kWh/a
Blomberg A328 kWh/a
Energieeinsparunggegenüber
Energieeffizienzklasse A:
- 191 kWh/a- 58 %
Effiziente Kühlgeräte haben ein A+ oder A++ LabelKaufen Sie keine Kühlgeräte der Effizienzklasse A (oder schlechter)!!!
September 2006
- Szenario NaturschutzPlus I -
2000 2010 2020 2030 2040 20500
100
200
300
400
500
600 569534
495 489 490 504
gg,
[]
ImportREG
Photovoltaik
Geothermie
WindOffshoreWindOnshore
Laufwasser
Biomasse,Biogase
KWK, fossil
Gas Kond.
Kohle Kond.
Kernenergie
oeko\stromer2; 6.1.04
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %
KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK
Quelle: DLR, IFEU, WI 2004
Eine klimaverägliche Stromerzeugung auf der Basis REG/REN ist aus heutiger Sicht machbarDiversifizierung, Effizienzsteigerung und erneuerbare Energien
14,0 30,3 46,5 58,0 67,6
Stro
mer
zeug
u ng
in T
Wh
Aber wie wahrscheinlich ist sie und was müssen wir dafür tun?
September 2006
- Szenario NaturschutzPlus I -
2000 2010 2020 2030 2040 20500
100
200
300
400
500
600 569534
495 489 490 504
gg,
[]
ImportREG
Photovoltaik
Geothermie
WindOffshoreWindOnshore
Laufwasser
Biomasse,Biogase
KWK, fossil
Gas Kond.
Kohle Kond.
Kernenergie
oeko\stromer2; 6.1.04
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %
KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK
Stand der Entwicklung: Ziele und RealitätenStromerzeugung und Stromerzeugungsmix - Stromnachfrage moderat steigend statt sinkend
14,0 30,3 46,5 58,0 67,6 EE mit Biomasse-KWK
550
570
590
610
630
2000 2001 2002 2003 2004 2005
Stro
mve
rbra
uch
(TW
h/a)
inklusive Import/Exportsaldo
Quelle: AG Energiebilanzen 2006
Stro
mer
zeug
u ng
in T
Wh
September 2006
Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenErneuerbare Energien legen plangemäß zu - positive Perspektiven schon unter Referenzbedingungen
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 20200
20
40
60
80
100
120
140
160
Reg
ener
ativ
e St
rom
erze
ugun
g, T
Wh/
a
Wasser WindOnshore
WindOffshore
Biomasse,biog. Abfälle Fotovoltaik Geothermie Europ.
Verbund
oeko/projekt2020/str20var; 28.11.05
18
39
85
151
2000 2005 2010 2015 20200
40
80
120
160
REF nach Energiereport IV (2005)
AUSBAU (Bandbreite)
REF
Stro
mer
zeug
u ng
in T
Wh
0
100
200
300
400
500
600
700
Anl
agen
anle
istu
ng in
MW
el
Dez1999
Dez2000
Dez2001
Dez2002
Dez2003
Dez2004
Dez2005
Anlagen > 500 kWelAnlagen 70 < 500 kWelAnlagen < 70 kWel
Biogas-Anlagen
September 2006
- Szenario NaturschutzPlus I -
2000 2010 2020 2030 2040 20500
100
200
300
400
500
600 569534
495 489 490 504
gg,
[]
ImportREG
Photovoltaik
Geothermie
WindOffshoreWindOnshore
Laufwasser
Biomasse,Biogase
KWK, fossil
Gas Kond.
Kohle Kond.
Kernenergie
oeko\stromer2; 6.1.04
14,3 21,2 29,5 35,9 40,2 39,9 % 5,7 12,8 25,7 40,0 48,1 55,6 %
KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK
Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 - 26 GW) lösen Investitionsstau auf, führen aber auch zu langfristigen strukturellen Festlegungen
14,0 30,3 46,5 58,0 67,6 EE mit Biomasse-KWK
Stro
mer
zeug
u ng
in T
Wh
September 2006
Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 GW) und resultierende Minderung der CO2-Emissionen
KW-Neubau
altersb.Stilllegun
g
DeltaCO2
67,39
88,40
-21,01
-40
-20
0
20
40
60
80
100
CO
2 in M
tCO2-Emissionen Neubau vs. alterb. Stilllegung der KW in Deutschland
Kraftwerksneubauten führen zusignifikanter CO2-Minderung gg. Kraftwerksbestand von 24%
September 2006
Stand der Entwicklung - Ziele und RealitätenGeplante Kraftwerksneubauten (18 GW) stehen im Konflikt mit sehrehrgeizigen 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 2006
Alternative CO2-AbtrennungKostenseitig mit hoher Wahrscheinlichkeit gegensätzliche Entwick-lungen, Vergleich auf gleicher Augenhöhe (CO2-Emissionen)
2000 2010 2020 2030 2040 20500,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
Stro
mge
steh
ungs
kost
en, E
UR
/kW
h
Wasser
Wind
Photovoltaik
Geothermie
Stromimport
Biomasse
Biogas
MittelwertBASIS I
oeko/kost2; 2.12.03
2003: 0,71 EUR/kWh2003: 0,186 EUR/kWh
Stro
mge
ste h
ungs
k os t
en in
Eur
o/k W
h
- fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas -
2000 2010 2020 2030 2040 20500,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
Stro
mge
steh
ungs
kost
en, [
EUR
/kW
h]
REG MixBasisszenario
fossiler MixKostenbandbreite
zusätzl.15 EUR/t CO2
CO2-Rückhalt.Kostenbandbreite
oeko/kost-kw.pre; 15.09.03
1990 2000 2010 2020 2030 2040 20500
1
2
3
4
5
Stei
nkoh
lepr
eis
Kra
ftwer
k, [E
UR
200
0/G
J]
Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V.(+15 EUR/t CO2)
BandbreitePrognosen 2020
Projekt2020/St-Preis; 16.03.051990 2000 2010 2020 2030 2040 20500
2
4
6
8
10
Erdg
aspr
eis
Kra
ftwer
k, [E
UR
200
0/G
J]
Ist in D Untere V. Mittlere V. Obere V.(+ 15 EUR/ t CO2)
BandbreitePrognosen 2020
BMU/Projekt20200/Gas-PR.pre; 16.03.05
Brennstoffpreis in Euro/GJKohle Erdgas
Eur
o /kW
h
September 2006
Die Energie-/Stromversorgung der Zukunft ist durch hohe Anforderungen gekennzeichnetFür die Realisierung der Ziele stehen unterschiedliche Optionen zur VerfügungIm 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 möglichKlimaschutz ist kein Selbstläufer und erfordert in der Umsetzung engagiertes politisches und unternehmerisches HandelnDie Bedeutung von effizienten Kohlekraftwerkstechnologien mag national umstritten sein, aus globaler Sichtweise ist sie für den Klimaschutz essentiell.
Schlussfolgerungen
September 2006
Anforderungen des globalen KlmaschutzesMassiver Zubau von Kohlekraftwerkskapazitäten (Beispiel China) erwartet
Kraftwerksneubauteneingrenzen durch:
- Ausbau erneuerbarer Energien
- Umsetzung Stromeinsparpotenziale
Verbleibende fossile Stromerzeugung optimieren:
- Wirkungsgradsteigerung- CCS prüfen
Die deutsche Kraftwerkstechnologie kann zur Eingrenzungdes Klimabeitrages Impulse leisten
davon knapp 500 GW Kohle
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Kontakt:
Dr. Manfred FischedickWuppertal InstitutDöppersberg 1942103 Wuppertal0202-2492-1210202-2492-198 (FAX)0202-2492-109 (Sekretariat)[email protected]