Die kalte Sonne – warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet

Die kalte Sonne –warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet

Prof. Dr. Fritz Vahrenholt & Dr. Sebastian LüningEuropäisches Parlament 3. Juli 2012Straßburg

RWE Dea AG <Datum> Ändern über Ansicht Kopf und Fusszeile... Seite 2

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 Mittel2011

2011 war zumindest in UK und Norddeutschland überdurchschnittlich

Seite 2


Ein Grund für diese jährlichen Windenergie-ertragsschwankungen ist die Nordatlantische Oszillation

60-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

AE

P I

nd

ex [

5 Ja

hre

fo

rtla

ufe

nd

er D

urc

hsc

hn

itt]

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

NA

O I

nd

ex [

5 Ja

hre

fo

rtla

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nd

er D

urc

hsc

hn

itt]

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


Es ist jedoch seit 1998 ein Erwärmungsstop eingetreten

Temperaturanomalie in Grad Celsius vom Mittelwert des Zeitraums von 1961 bis 1990


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

RWE Dea AG <Datum> Ändern über Ansicht Kopf und Fusszeile...

Sonnenaktivität der vergangenen 10.000 Jahren

> Die Sonnenaktivität der vergangenen Dekaden war eine der höchsten der letzten 10.000 Jahre

1717

Solanki et al. 2004 (nature):

Seite 6


Wirksamkeit der verschiedenen Klimafaktoren laut IPCC-Modell

> CO2 wird vom IPCC mit 1.66

W/m2 als überaus wirksam

angesehen

> Die Sonne spielt mit

0,12 W/m2 laut IPCC fast keine

Rolle für das Klimageschehen


CO2 und die Temperatur haben sich lediglich zwischen 1977 und 1998 parallel entwickelt

Seite 8


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


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


Korrelation zwischen der solaren Aktivität und der Temperatur im Nordatlantik

Bond et al. 2001

In blau: solare Aktivität: C14 als Annäherung für kosmische Strahlung, die von einem solarmagnetischen Feld beeinflusst wirdin schwarz: Temperature (black curve): HSG=Hematite Stained Grains=ice berg debris

eintausend Jahre vor heute

kalt

warm

Seite 11

heute


Bond et al. 2001

Cléroux et al. 2012

Steinhilber et al. 2012Neff et al. 2001

Gupta et al. 2005

Hong et al. 2010

Schulz & Paul 2002

Springer et al. 2008

Kemp et al. 2012

Fohlmeister et al. 2012

Marchitto et al. 2010

Asmerom et al. 2007Marchitto & de Menocal

2003

Varma et al. 2010

De Menocal et al. 2000

Pena et al. 2010

Liew et al. 2006

Tan et al. 2003

Xu et al. 2002

> Rahmstorf in seinem Blog in 2010 über Bond et al (2001):

– Bond Zyklen konnten von anderen Wissenschaftlern nicht reproduziert werden.

– Bond Zyklen sind eine Sackgasse in der Klimaforschung.Bond Rahmstorf

Übersicht der von solarer Aktivität hervorgerufenen weltweiten Millenniums-Zyklen

Hu et al. 2003

Schmidt et al. 2012


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


Bond-Zyklen in Südost Australien

> Niederschlag (obere Kurve) und Temperatur (untere Kurve) verlaufen synchron mit den nordatlantischen Zyklen von Bond

> Nordatlantische Kälteperioden durch graue Streifen markiert

Kemp et al., Jan 2012 in Quaternary Research Seite 14


Bond-Zyklen vor der Ostküste der USA am Kap Hatteras, North Carolina

> Temperatur vor Kap Hatteras (blaue Kurve) und solare Aktivität (rote Kurve) sind ebenfalls synchron mit den nordatlantischen Zyklen von Bond

Cléroux et al., Feb 2012 in Paleoceanography

Seite 15


Bond-Zyklen in einer chinesischen Höhle

> Delta 18O gibt den Niederschlag und die Stärke des asiatischen Monsuns an

> hohe Korrelation mit der solaren Aktivität

Steinhilber et al., April 2012 in PNAS

Seite 16


Primäre solare Aktivitätszyklen

> Eddy Zyklus (1000 Jahre)

> Hallstatt Zyklus (2300 Jahre)

Spektralanalyse von Sonnenfleckendaten

Edd

y

Solanki et al. 2004, Analyse von Kern et al. 2012 Seite 17


Der solare 1000-Jahres-Zyklus und seine klimatischen Auswirkungen

Wie würde der Zyklus ohne anthropogenen Einfluss weitergehen? 1850

100001000nach Chr.vor Chr. HEUTE

Sonne

2CO

Mittelalterliche Wärmphase

RömischeWärmephase

MinoischeWärmephase

ModerneWärmphase

KleineEiszeit

Kältephase der Völker-

wanderungen

KältephaseKältephase

Temperatur

Seite 18


Synchronität zwischen Sonnenaktivität und der Abflußrate des Parana

> Wie schafft es die Sonne, die Abflussrate des zweitgrößten Flusses Südamerikas zu beeinflussen, wenn Schwankungen der Sonnenaktivität angeblich keine Rolle für das Klima spielen?

nach Mauas et al. (2010) Seite 19


Synchronität zwischen der Sonnenaktivität (11 Jahres-Zyklus) und Wasserstand des Victoriasees (Ostafrika)

Stager et al. 2007

Seite 20


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


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?


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:


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

14

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.


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


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


Synchronität zwischen Temperatur und Pazifisch Dekadischer Oszillation


0,16°C/Dekade

0,15°C/Dekade

Die Erwärmungsrate der vergangenen 25 Jahre war historisch keineswegs außergewöhnlich


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


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 M

rd. t

Jahr

11,5

3,3

6,9

4,8

16,1

Rest der Welt

Europa

USA

Indien

China


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

Umbau des Energiesystems gemäß Energiekonzept der Bundesregierung

überaus ambitionierte Kernpunkte des Energiekonzepts


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

min

max

Quelle: Mittelfristprognose der ÜNBM; BMU

+ 3,8 GW

+ 7,5 GW

+ 7,5 GW

+ 1,3 GW

Prognose der Netzbetreiber


... 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 Reservekapazitäten 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.


Zur Sicherung der Reservekapazität müssen ökonomische Anreize geschaffen werden, damit die Systemstabilität gewährleistet bleibt

Quelle: Entso-E, RWE Schätzungen


0

10

20

30

40

50

60

70

80

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-Akkumulator

Natrium-Schwefel-Akkumulator

Elektrolyse/Methanisierung/Rückverstromung GuD

Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

SchwungradPolymermembran-Brennstoffzelle


Zur Überbrückung einer 10-tägigen Flaute wird in 2050 das 230-fache der heute verfügbaren Pumpspeicherkapazität benötigt

3502

TWh/a

12,5

Pumpspeicherleistung Deutschland

Bruttostromverbrauch Deutschland 1

9,63

10 Tage Windflaute Die derzeit installierte

Leistung entspricht ca. 7.000 MW. PSP können eine Dauer von nur 6 h Volllast fahren. Dann ist

das Beckenvolumen erschöpft.

Sollte der Wind in 2050 10 Tage nicht wehen,

werden 12,5 TWh Pumpspeicherleistung benötigt, um die Flaute

abzufangen.

9,6

Ein entsprechender Ausbau der Pumpspeicherleistung in Deutschland ist u.a. aufgrund der Akzeptanzproblematik unrealistisch.

ca. x 230

2012 20502050 20501 Es wird ein 100% Wind Szenario unterstellt. Dies könnte z. B. im Winter bei bedecktem Himmel auftreten. 2 Gemäß dem Energiekonzept der Bundesregierung soll die Bruttostromnachfrage von heute c. 650 TWh durch Energieeffizienzmaßnahmen und Importe auf 350 TWh reduziert werden. 3 Rechnung: 350/365*10; es wurde unterstellt, dass es keinen Lastgang gibt, d.h. dass die Stromnachfrage an jedem Tag gleich groß ist

0,042


Die Bundesregierung hat mit dem kürzlich vorgelegten 10 Jahres Netzausbauplan einen möglichen Pfad skizziert

> Netzverstärkungen: 4.200 – 4.500 km

> neue Wechselstromleitungen: c. 1.700 km

> neue Gleichstromleitungen:c. 2.100 km

> Investitionsvolumen:19 – 20 Mrd. €

neue Wechselstromleitungen

neue Wechselstromleitungen bei mehr Erneuerbaren

neue Direktstromleitungen

Netzverstärkungen

Netzverstärkungen bei mehr Erneuerbaren


> 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

760

Bisher realisiert

2005 2011 2015 2020

Netzausbaubedarf entsprechend DENA I und II

Zeit

Erforderlicher Leitungsausbau (in km)

36 km /Jahr 160 km /Jahr

4.450

214636

3.600

Quelle: BNetzA, Monitoringbericht 2011

Die dena prognostiziert einen ähnlichen Ausbaubedarf; bisher sind aber erst 214 von 4.450 km neuer Übertragungsnetze realisiert

720 km /Jahr


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


Danke für Ihre Aufmerksamkeit !

Weitere aktuelle Informationen finden Sie auf:www.kaltesonne.de

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