Ein zukunftsfähiges, regeneratives Energiesystem

Dr.-Ing. Stephan RamesohlWuppertal Institut für Klima Umwelt Energie

Forschungsgruppe "Zukünftige Energie- und Mobilitätsstrukturen"

Ein zukunftsfähiges,regeneratives Energiesystem

Echte Perspektiveoder schöne Illusion?

SES Fachtagung Energieperspektiven2. Juni 2006, Zürich

2Juni 2006

Energieversorgung der Zukunft - Vielfältige Anforderungen

• Bedarfsgerechte Versorgung

• Versorgungssicherheit (effiziente Ressourcennutzung, Diversifizierung)

• Umwelt- und Klimaverträglichkeit

• Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit

• Sozialverträglichkeit ( ökonomisch tragfähig)

• Risikoarmut

• Industriepolitische Impulse (Technologieentwicklung/Export)

• Internationale Verträglichkeit ( krisenbeständig)

• Geringe Systemverletzlichkeit (technisch, Angriffsziel von Außen)

• Anpassungsfähigkeit an sich verändernde Rahmenbedingungen (Demographie, Klimawandel etc.)

3Juni 2006

Was sind die Handlungsfelder?Strategien und Optionen für Klimaschutz und Versorgungssicherheit

Fortsetzung des fossilen expansiven Pfades

FokusEnergieträger-

substitution

Fokus Energiever-brauchsreduktion

Strukturelle Strukturelle AnpassungAnpassung

CO2-CO2-AbtrennungAbtrennung

KernenergieKernenergie

Erneuerbare Erneuerbare EnergienEnergien

Effizienz-Effizienz-verbesserungverbesserung

Reduktion der Reduktion der EnerEner--giedienstleistungengiedienstleistungen

ad-hocad-hocAnpassungAnpassung

4Juni 2006

Effiziente Kohlenutzung (Vergasung + CO2-Abtrennung/Speicherung (CCS))

Einsatz fester Reststoffe und Biomassen

Nutzung des Synthesegases als Rohstoff (H2 und synthetische Kraftstoffe)

Kohle als Energiebasis der Zukunft?

Voraussetzung: ökologisch tragfähige & ökonomisch sinnvolleOptionen für CO2-Abtrennung/Speicherung verfügbar !!

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5Juni 2006

- fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas -

2000 2010 2020 2030 2040 20500,00

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REG MixBasisszenario

fossiler MixKostenbandbreite

zusätzl.15 EUR/t CO2

CO2-Rückhalt.Kostenbandbreite

oeko/kost-kw.pre; 15.09.03

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kWh

Anstieg der Stromgestehungskosten durch End-of-pipe-Technologien für CO2-Rückhaltung

Quelle:DLR/IFEU/WI 2004

6Juni 2006

Infrastrukturanalyse für Carbon Capture & Storage (CCS)Strategische Standortplanung des Energiesystems

Wo liegen zukünftige CO2-Senken?Onshore - Offshore?Nordwesten - Nordosten...?Inland - Ausland?

Wann können sie erschlossen werden?

Wann werden sie erschöpft sein?

Wo liegen zukünftige KW-Standorte?Verbrauchernah - Brennstoffnah - Senkennah?Zentral - Dezentral?

Was wird transportiert?CO2 - Strom - H2?

Wie wird transportiert?Pipeline - Schiene - Straße - Wasser?

Welche Infrastruktur wird benötigt?Pipelines, Verdichter, Sammler, Zwischenspeicher, Häfen, ...

• CO2-Punktquellen

PQ 1 PQ 2

PQ 3

Sam.

Haf.

Ver.S 1S 2

S 3

ZSp.

Machbarkeit im großen Maßstab?

7Juni 2006

Kernenergie - eine nachhaltige Energieoption?

Neue Diskussionen im Zuge der Debatte um Versorgungssicherheit, aber:grundsätzliche Probleme der Kernenergie bleiben:

weltweit ungelöste Fragen der Entsorgung und sicheren Endlagerung

Risiken der Nutzung (anhaltende Serien von Vorfällen z.B. in Japan, UK)

energiewirtschaftlich derzeit unattraktiv wg. hoher Anfangsinvestitionen(Faktor 4 größer als bei Erdgas-GuD Risiko in liberalisierten Märkten)

Uran ist erschöpfliche Ressource (ca. 60a)Preissteigerungen auf Weltmarkt zu beobachtenZubau von Kapazitäten verschärft das ProblemRückläufige Verfügbarkeit Sekundärquellen (Atomwaffen)Exploration und Produktionsausweitung in Grenzen möglich, erfordert Kapital/Zeit

Techn./Ökon. Probleme bei Aufbereitung (WAA, Brütertechnologie) undProliferationsrisiken beim Einstieg in Plutoniumwirtschaft

Anteil am globalen Primärenergieaufkommen derzeit ca. 7%, d.h. kein wesentlicher Beitrag zur Minderung Klimaschutzrisiken

8Juni 2006

- energy related emissions only -

Sources: DIW-report 10/2004; reduction path: BMU 2004

1990 2000 2010 2020 2030 2040 20500

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1990-2003 Referencecase

ScenarioNat. conservation

Reduction targets

oeko\co2deu.pre;3.1.04

Commitment - 25% in 2005

Kyoto-target 2008-2012

Governmental declaration 2002: - 40% in 2020

Recommendations Enquete; IPCC: - 80% in 2050

CO

2em

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[Mio

. t]

Wie muss sich das deutsche Energiesystem entwickeln? Anforderungen an einen nachhaltigen CO2-Reduktionspfad

9Juni 2006

EE von 6% (2000) auf 19 % (2050)CO2 von 335 auf 330 Mio. t/a

- Szenario Referenz -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20500

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Kond. - KWKohle

Kond. - KWGas

HKW Kohle

HKWGas

BHKW +BZGas

BHKW+BZBiomasse Wind Übrige

Erneuerbare

Baustein 1:Signifikanter Umbau der Stromversorgung notwendig

Inst

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GW


10Juni 2006

- Fossile Kraftwerke 40a; BHKW 30a, EE 20 - 50 a -

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 20300

20

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4338

3634 34 33 32

28 27

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GW

]

REG

Gasturbinen, BHKW

GuD-KW

Gas+Öl-Dampf-KW

Steinkohle< 500 MW

Steinkohle> 500 MW

Braunkohle

Kernenergie

bmu\oeko\altkw2; 30.9.03

Die historische Chance:Sukzessiv steigender Kraftwerksersatzbedarf in D (und EU)

Inst

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GW


11Juni 2006

- Szenario NaturschutzPlus I -

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20500

20

40

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elKond-KW(Kohle, Gas)

HKW(Kohle, Gas)

BHKW + BZ(Gas)

BHKW + BZ(Biomasse)

Wind -Onshore

Wind - Offshore Fotovoltaik Wasser,

GeothermieImportErneuerbare

EE von 6% (2000) auf 68% (2050)CO2 von 335 auf 75 Mio. t/a



2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 20500

20

40

60

80

100

120

140

14,3

32,9

47,7

68,3

88,2

98,8

109,9

119,7125,4

131,1

Inst

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Kond. - KWKohle

Kond. - KWGas

HKW Kohle

HKWGas

BHKW +BZGas

BHKW+BZBiomasse Wind Übrige

Erneuerbare

Also:Signifikanter Umbau der Stromversorgung möglich!

Inst

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GW


12Juni 2006

Voraussetzung I: Überwindung von Hemmnissen in den Problembereichen Landschaftsschutz und Akzeptanz

Umsichtige Planung bzgl.:

- Flächenverbrauch

- Beeinträchtigung Landschaftsbild

- Vogelschutz, Brutverhalten

- Lärm, Diskoeffekt

Spezifische Problembereiche

- offshore

- onshore

- Repowering

13Juni 2006

Voraussetzung III: Strukturelle Vorbereitung REG-ImportoptionenBeispiel Global link (Stromverbund auf HGÜ-Basis)

Solar

Wind

Wasser

Geothermie

EURO-MEDmögliche weitere Verbindungen

Quelle: DLR 2002

Technische Angebots-potenzial Nordafrika

1.360.000 TWh (ca. 100*Weltstrombedarf)

14Juni 2006

2000 2010 2020 2030 2040 20500,04

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0,08

0,10

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Stromimport

Biomasse

Biogas

MittelwertBASIS I

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2003: 0,71 EUR/kWh2003: 0,186 EUR/kWhSt

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Voraussetzung IV: Erreichung kritische Masse für KostendegressionKostenverlauf neuer EE-Referenzanlagen (Technologiegruppen)


15Juni 2006

- fossiler Mix 50% Kohle, 50% Gas -

2000 2010 2020 2030 2040 20500,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

Stro

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kost

en, [

EUR

/kW

h]

REG MixBasisszenario

fossiler MixKostenbandbreite

zusätzl.15 EUR/t CO2

CO2-Rückhalt.Kostenbandbreite

oeko/kost-kw.pre; 15.09.03

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k Wh

MIttel- bis langfristig kann Wettbewerbsfähigkeit erreicht werdenVergleich EE-Strom mit End-of-pipe-Technologien für CO2-Rückhaltung


16Juni 2006

Deshalb: stabile nationale Märkte für Erneuerbare EnergienSchlüsselgröße für Klimaschutz und Wachstum von Zukunftsbranchen

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- Szenario REFERENZ -

2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2030 20500

2.000

4.000

6.000

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12.000

14.000

16.000

18.000

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Wasser Wind Fotovoltaik EE-ImportKollektoren Biomasse Geothermie

oeko/inv-REF; 21.1.04

- Szenario NaturschutzPlus I -

2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2030 20500

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

Wasser Wind Fotovoltaik EE-ImportKollektoren Biomasse Geothermie

oeko/inv-NP1; 21.1.04

„verhaltenes“ Wachstum(REF) führt zum Zusammen-

bruch von Märkten

Längerfristig stabile (Inlands-) Märkte zwischen 12 und 14 Mrd. €/a

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17Juni 2006

Forcierter Ausbau der EE-Stromerzeugung ist Basis für H2-System

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100

150

200

250

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2010 2020 2030 2040 2050

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Import other RESImport SOTGeothermalPVWindHydro

18Juni 2006

Forcierter Ausbau der EE-Stromerzeugung ist Basis für H2-System

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250

300

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2010 2020 2030 2040 2050

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SOT-Import-H2Wind-H2Import other RESImport SOTGeothermalPVWindHydro

19Juni 2006


2000 2010 2020 2030 2040 20500

200

400

600

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*) Anteil Nahwärme

40,0 %

53,5 %


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- Szenario NaturschutzPlus II -

2000 2010 2020 2030 2040 20500

200

400

600

800

1.000

1.200

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PJ/

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KWK mit H2Nahwärme

Geothermie

KollektorenNahwärmeKollektorenEinzelanlagenBiomasseNahwärmeBiomasseEinzelheiz.

oeko/regwae-NP2; 14.1.04

73,8 %

70,1 %

42,7 %

25 %*)

*) Anteil Nahwärme

61,1 %

76,4 %

EE von 3% (2000) auf 42% (2050)CO2 von 340 auf 87 Mio. t/a

Baustein 2:Ausbau REG im Wärmemarkt


20Juni 2006

Aber:Weitreichender Strukturwandel in der Wärmeversorgung nötig!

- Szenario NaturschutzPlus II

2000 2010 2020 2030 2040 20500

1.000

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3.000

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5.000

6.000 5.7975.574 5.529

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5.0084.691

Ende

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"Effizienz" gegen-über REF

Gas direkt

Öl/Kohle direkt

KWK mit H2

Strom direkt

Erdwärme

Kollektoren

Biomasse ohne KWKIndustrielleKWKNahwärme - undObjekt - KWKFernwärme -KWKoeko\waer-NP2; 14.1.04

12,3 14,3 16,7 21,0 24,0 26,7 % 2,6 4,5 9,4 17,5 27,3 35,0 %

KWK einschl. BiomasseEE ohne Biomasse-KWK

Starker Struktur-wandel erforderlich

2000:Einzelvers. 85,7%Fernwärme 13,0%Nahwärme, Objekt-KWK 1,3%

2050:Einzelvers. 43,0%Fernwärme 13,7%Nahwärme, Objekt-KWK 43,3%

Ende

nerg

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PJ


21Juni 2006

Biomasseressourcen

Nachwachsende Rohstoffe- Textilien- Arzneimittel- Naturfaserverstärkte Werkstoffe- etc.

Strombereitstellung- große Kondensations-KW- kleine KWK-Anlagen- innovative Vergasungsanlagen

Kraftstoffe- Ethanol- RME- BTL (Sunfuel)- etc.

Wärmebereitstellung- Pellet-Heizungen- Nahwärmenetze- etc.

Berücksichtigung der Einsatzeffizienz bei der Formulierungvon Politikmaßnahmen und -zielen

Baustein 3: Ausbau der BiomasseViel Nachfrage um begrenzte Ressourcen

22Juni 2006

Stationäre Anwendungen haben höhere KlimaschutzeffizienzPriorität beim Biomasseeinsatz

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BTL

Stromerzeugung W�rmeerzeugung Kraftstoff

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Gutschriften (jeweils inkl. Vorketten):Strom: Substitution von Strommix 2010 (530 g CO2/kWh) (dunkelgr�n) Substitution des fossilen Kondensations-KW-Zubaus (820 g CO2/kWh) (dunkel+hellgr�n)W�rme: Substitution des W�rmemixes (80 g CO2/MJ) Kraftstoff: Substitution von Diesel (84 g CO2/MJ)

je nach Gutschrift-Methode

Substitution von Heizöl= Beitrag zur Reduktion

von Öl-Importen


23Juni 2006

0 50 100 150 200

RME

EtOH-W

EtOH-Z

BTL KUP (nurDiesel)

BTL KUP (ges.Produktmix)

SNG-KUP

BG-Nawaro

GJ/ha*a

Effiziente Nutzung der Biomasseressourcen (inkl. Fläche) Pfade mit hohem Kraftstoffertrag ausbauen

Konv. Biokraftstoffeliefern vglw. geringeFlächenerträge

Neue Biofuels (BTL, SNG)auf Basis BM-Vergasungversprechen höhere Erträge

Bei BTL muss gesamterProduktmix genutzt werden

Biogas (Nawaro) liefert diehöchsten spez. Erträge CH4-Pfad mitberücksichtigen!

Quelle: WI, FZ Jülich 2006

24Juni 2006

Bioenergie: Keinen Aufbau ineffizienter Strukturen durch kurzfristigen Aktionismus!

Flächennutzung für Energiepflanzenanbau muss ökologisch nachhaltig ausgebaut werden (Naturschutzanforderungen, Öko-Landbau etc.)

erst mittel-/langfristig steigende Flächenverfügbarkeit

Vermeidung von Umweltbelastungen durch intensiven Energiepflanzenanbau ( Gesamt-Ökobilanz, Boden-/Gewässerschutz, Artenschutz, Nährstoffkreisläufe, etc.)

Vermeidung ökologisch/sozial unverträgliche Importstrukturen für Biokraftstoffe (Indonesien, Brasilien etc.)

Kritierien/Standards erforderlich

Einbindung der Biokraftstoffstrategie in übergeordnete Bioenergie-/Bioressourcenstrategie (inkl. stoffl. Nutzung, Kaskadennutzung etc.)

25Juni 2006

Perspektiven für weitreichende Nutzung erneuerbaren EnergienPriorität für stationäre Einsatzfelder

2000 2010 2020 2030 2040 20500

10

20

30

40

50

60

70Strom Brennstoffe Kraftstoffe PEV (WM) PEV (SM)

oeko/Fahrplan; 12.2.04

Anteile REG in %

26Juni 2006

(Zwischen-) Fazit:Ein (stark) regeneratives Energiesystem ist keine Illusion, aber ...

Anteil der erneuerbaren Energien am jeweiligen Verbrauch (%):

2000 2003 2010 2020 2050

Strom 6,3 8,0 14 30 65Wärme 3,7 4,2 6,0 14 45Kraftstoffe 0,5 0,8 2,0 5,0 30

Primärenergie 2,4 3,1 5,5 15 45

PEV (PJ/a) 340 445 700 1600 3000


27Juni 2006

2010 2020 2030 2040 20500

100

200

300

400

500

600

700

117

245

382

525

639 REF gegenüber2000ErneuerbareEnergienKWK +effizientere KWNutzungseffizienzVerkehrNutzungseffizienzWärmeNutzungseffizienzStrom

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... regenerative Energien alleine lösen keine Probleme!Klimaschutz ist eine komplexe Aufgabe, Effizienz die Basis

Effizienz


28Juni 2006

„Effizienz“ : abs. (PJ/a) gegenüberREF

Strom = - 450 PJ 25% Wärme = - 1 890 PJ 40% Kraftstoffe = - 1 170 PJ 51% Endenergie = - 3 300 PJ 40% Primärenergie = - 4 600 PJ 41%

2000 2010 2020 2030 2040 20500

100

200

300

400

500 481512

527 529 519505 "Effizienz"

HaushalteIndustrieGHDVerkehr

Strom

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5 .0 0 0

6 .0 0 0 5 .7 9 75 .5 2 6 5 .5 2 9

5 .3 6 2

5 .0 0 8

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" E f f iz ie n z "

W a rm w a s s e ra lleP ro z e s s w ä rm eG H D + H a u s h .P ro z e s s w ä rm eIn d u s tr ieR a u m w ä rm eG H D + In d .R a u m w ä rm eH a u s h a lte

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Wärme

2 0 0 0 2 0 1 0 2 0 2 0 2 0 3 0 2 0 4 0 2 0 5 00

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2 .7 5 72 .6 3 9

2 .4 8 5

2 .3 0 0

"E ffiz ie n z"

G ü te rve rk e h rS c h ie n e , S c h iffG ü te rve rk e h rS tra ß e

F lu g ve rk e h r

Ö ffe n tlic h e rP e rs o n e n ve rk e h rM o t. In d ivid u a l-ve rk e h r

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Verkehr

Endenergie in TWh Endenergie in PJ

Endenergie in PJ

Rationelle Energienutzung in allen Sektoren unverzichtbar


29Juni 2006

Potenziale der EffizienzsteigerungBeispiele Gebäude / PKW / Standby-Geräte / Beleuchtung

Audi A2 1.2 Tdi

3 statt 6 Liter/100km→ - 50 %

ESL und LED

11 statt 60 Watt→ - 80 %

15 statt 70 kWh/(m2a)→ - 79 %

Passivhäuser

0,1 statt 5 Watt→ - 98 %

Standby-Geräte

30Juni 2006

Zentrale Schlussfolgerungen

Klimaschutz erfordert eine engagierte und kontinuierliche Politik zu Gunsten des Ausbaus regenerativer Energien (REG) und der Energieeffizienz (REN)

Der Ausbau von REG/REN leistet einen Beitrag zur langfristigen Stabilisierung der Energiepreise - hierfür sind Vorleistungen unverzichtbar!

Der Aufbau eines REG-Systems muss als ganzheitliche Aufgabe verstanden werden nicht nur isolierte Förderung von (Einzel-)technologien sondern Schaffung der Systemvoraussetzungen!

Klimaschutz- und REG-/REN-Ausbaupolitik ist Baustein einer modernen Beschäftigungs- und Technologiepolitik und setzt auf die Märkte von Morgen

31Juni 2006

Anforderungen an erneuerbare Energien auf dem Weg zum Erfolgsfaktor - Beispiel Politikrahmen Deutschland

Marktdynamik aufrecht erhalten Novellierung EEG (neue heimische Märkte erschließen)Biokraftstoffstrategie (Nutzungskonkurrenz, Einsatzeffizienz)Erfolgsinstrument Wärmemarkt implementieren

Kostendegressionen sukzessive ausschöpfenlangfristige Marktperspektiven schaffen

Neue Technologien stetig weiter entwickeln(z.B. Geothermie, solarthermische Kraftwerke)

Exportchancen aufgreifenZulieferindustrie als StandortfaktorSystemkompetenz in Systemangebote umsetzen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Dr.-Ing. Stephan RamesohlForschungsgruppe "Zukünftige Energie- undMobilitätsstrukturen"Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, EnergiePostfach 10 04 80, D-42004 WuppertalTel. +49 202 2492 -255 (-198 Fax),[email protected]://www.wupperinst.org

33Juni 2006

Ein Wort zum Schluss

Wenn der Wind der Veränderung weht, errichten die einen Mauern, die anderen Windmühlen

(chinesisches Sprichwort)

34Juni 2006

2000 2010 2020 2030 2040 20500

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0123456

20

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50

60

0510152025

100

150

200

250

CO

2 Em

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Pkw

-Neu

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/km

(NEF

Z)

MJ/

100

km

g/k

m

l/10

0 km

-1,5 % per year

Ø new vehicle registration 2004 (source: ifeu/KBA)

ACEA committment for 2008 (JAMA, KAMA 2009)

EU-target for 2012

-14,4 % (3,6% per year)

-58 %

Große Spielräume für EffizienzverbesserungenEntwicklungspfad für Neuwagenflotte in Deutschland

35Juni 2006

Beitrag der technischen Optionen zur Verbrauchssenkung in der Neuwagenflotte

Ener

giev

erbr

auch

(NEF

Z)

2008 2012 2020 2030 2040 20500%

20%

40%

60%

80%

100%

100 % = Pkw 1,4 - 2l, Model 2003

Mix vonkurz-mittelfristigen Optimierungsoptionen- Gewicht- Aerodynamik- Antrieb- Getriebe- Reifen etc.

Hybridisierung

Leichtbau-Konzepte

Ein zukunftsfähiges, regeneratives Energiesystem

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