welt im wandel: energiewende zu nachhaltigkeit wissenschaftlicher beirat der bundesregierung globale...
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Welt im Wandel:Energiewende zu NachhaltigkeitWissenschaftlicher Beirat der BundesregierungGlobale Umweltveränderungen
Joachim Luther
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg undFakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Universität Freiburg
Mitglieder des WBGU I,Stand März 2003
Professor Dr. Hartmut Graßl,Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
Professor Dr. Dr. Juliane Kokott,Direktorin am Institut für Europäisches und Internationales Wirtschaftsrecht, Universität St. Gallen
Professor Dr. Margarete E. Kulessa,Professorin für Allgemeine Volkswirtschaftslehre und Europäische Wirtschaftspolitik an der Fachhochschule Mainz
Professor Dr. Joachim Luther,Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, Freiburg
Professor Dr. Franz Nuscheler,Direktor des Instituts für Entwicklung und Frieden in Duisburg
Mitglieder des WBGU II,Stand März 2003
Professor Dr. Dr. Rainer Sauerborn,Ärztlicher Direktor der Abteilung für Tropenhygiene und Öffentliches Gesundheitswesen am Universitätsklinikum Heidelberg
Professor Dr. Hans-Joachim Schellnhuber,Direktor des britischen Wissenschaftsnetzwerks zum Klimawandel (Tyndall Centre) in Norwich (UK) undDirektor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, Potsdam
Professor Dr. Renate Schubert,Direktorin des Instituts für Wirtschaftsforschung der ETH Zürich
Professor Dr. Ernst-Detlef Schulze,Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena
Schutz der natürlichen Lebensgrundlagender Menschheit
Beseitigung der Energiearmut in Entwicklungsländern
Reduktion von geopolitischen Konfliktpotenzialen
Drei Gründe für die Notwendigkeit einer Transformation der globalen Energiesysteme
Zum Leitplankenkonzept des WBGU
Ökologische Leitplanken- Klimaschutz- Nachhaltige Flächennutzung- Schutz der Meeresökosysteme- ...
Sozioökonomische Leitplanken- Begrenzung des relativen Anteils der Energieausgaben am Einkommen- Risiken im Normalbereich halten- ...
Leitplanken, Evolution des globalen Energiesystems,Beispiele
Source: German Advisory Council on Global Change, 2003
°C
°C per decade
0 1 2
0,1
0,2
Temperature guard-rails for asustainable development
global rate of temperature changeandglobal change of temperature
400...450 ppm CO2
www.wbgu.de
IPCC storylines (SRES) for global human evolution,examples
A1 very strong economic growth,strong emphasis on R&D, global economic convergence
A2 heterogeneous world, slow technological progress,not focused on sustainability
B1 similar to A1, in addition„green“ and „fair“
B2 local and regional development paths,business-as-usual (econ. growth etc.)
A2
Econ
om
y
Technology En ergy
Agricultu re
(Land-use)
D r i v i n g F o r c e s
A1
B2Global
Economic
Regional
Environmental
B1
Populat ion
Source: WBGU/IIASA, 2003
Steigerung der Energieeffizienz vom historischen Trend (1%/a) auf 1,6%/a
Primärenergiebedarf, exemplarischer Pfad des WBGU
- Langfristig keine Verwendung von nicht nachhaltigen Techniken (Leitplanke),
- keine Verwendung von Techniken deren technischen Machbarkeit heute noch nicht in der Praxis nachgewiesen ist.
Randbedingung bei der energietechnischenDetaillierung des exemplarischen Pfades
* higher potential with extensiv off-shore windenergy conversion
Sustainable potentials of selected renewable energy sources, examples
modern biomass 100 EJ/a
wind * 140 EJ/a
hydro 15 EJ/a
solar quasi unlimited
Source: German Advisory Council on Global Change, 2003
Annahme maximale Rate: x 10 pro Dekade(26% pro Jahr)
Wachstumsraten bei der Implementierungneuer Energietechnologien
Grobes Primärenergie Portfolio, exemplarischer Pfad des WBGU
Transformation des globalen Energiesystems,ein exemplarischer Pfad
2000 2020 2040
200
600
1000
1400
Jahr2100Quelle: Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, 2003
Jährlicher Energiebedarf [EJ/a]
ÖlKohleGas
KernenergieWasserkraftBiomasse (traditionell)
Biomasse (modern)
Solarstrom (PV und solarthermische Kraftwerke)
Solarthermie (nur Wärme)
andere ErneuerbareGeothermie
Wind
Gebäudeenergieversorgung undübergeordnetes Energiesystem
Wasser- und Windkraft
fossil
CO2
nuklear
Wärme
Strom
CO2
CO2
Bioenergie
fossileQuellen Brenn-
stoffe
Wärme
Verteilte Stromerzeugung
PV
BHKW Speicher
PV
BiomasseKraftwerk BZ
Turbine/Generator
WärmeStrom
Industrie
ZentraleErzeugung
Transport
VerteilungImport
Windkraft
Large area electricity grids-> global link
Photovoltaik 100 W
Photovoltaik mit 100kWoptischer Konzentration
solarthermische Kraftwerke 50 MW
Strom und Wasserstoff aus Sonnenenergie,primäre Energiewandlung, Modularität
Si Solarzelle
Leistung 25 kW (AC)
SiliziumPunktfokus-Zellen
optischeKonzentration: 250
Photovoltaischer Generator mit optischer Konzentration, AMONIX Inc. (USA)
Solarthermische Kraftwerke,EuroTrough Prototyp, Plataforma Solar,Almeria
Kohlenstoff-Speicherung
Kohlenstoffspeicherung im A1T-450 Szenario und im exemplarischen Pfad des WBGU
Quelle, WBGU und Riahi (IIASA), 2002
Exemplarischer Pfad
A1T-450 0
3
6Kohlenstoffspeicherung [Gt C/a]
20202000 2040 2060 2080 2100 Jahr
Kumulierte Energiesystemkosten 1990 - 2100,nicht diskontiert
Quelle: Roehl und Riahi (IIASA), 2000
Kostenreduktion Photovoltaik,ein Beispiel
Global PV market
Source: PSE- Projektgesellschaft Solare Energiesysteme mbH, 2003
01980 1984 1988 1992 1996
MWp / a
200
2000
400
600
800
Quelle: PSE GmbH, 2003
$ /Wp
Kumulierte Leistung MWp
PV Module, Preiserfahrungskurve
10
100
110 100 1.000 10.000 100.000
Ts =5 777 KTc = 300 K
Quelle: R. Sizmann 1991
40%
80%
100%
60%
20%
0%1 10 100 1000 10000
Thermodynamische Wirkungsgradgrenzenphotovoltaischer Energiekonversion
optische Konzentration
Wettbewerbsfähigkeit netzgekoppelter Solarstromanlagen
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1990 2000 2010 2020 2030 2040
€/kWh900 h/a*:
0,60 €/kWh
1800 h/a*: 0,30 €/kWh
PhotovoltaikSpitzenlastGrundlast
* Sonneneinstrahlung pro Jahr
PV-Stromgestehungs-kosten im Vergleichzu Preisen von EVUfür Spitzen- undGrundlaststrom
Quelle W. Hoffmann, RWE Schott Solar
Auch bei starkem Wachstum des Primärenergiebedarfs ist ein globales Energiesystem realisierbar, das umfassenden Nachhaltigkeitskriterien genügt
Eine übergangsweise Sequestrierung von CO2 ist notwendig
Fazit I
Ein solches System basiertdurchweg auf der effizienten Nutzung von Energie,mittelfristig auf einem breiten Spektrum Erneuerbarer Energien, langfristig im wesentlichen auf der Konversion solarer Strahlung
Die Transformation des globalen Energiesystems ist eine Jahrhundertaufgabe
Fazit II
Vortragsfolien im Internet unter:
www.ise-solar.info
Weitere Informationen:www.wbgu.de