Energieszenarien für Deutschland und das Energiekonzept ... · Kosteneffiziente Szenarien für...

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t

Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft AKE 6: Energieszenarien und intelligente Energiesysteme

Energieszenarien für Deutschland und das Energiekonzept der Bundesregierung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch

IEK-STE: Forschungszentrum Jülich Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 2

Übersicht über Energieszenarien für Deutschland

Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP

Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)

Kostenvergleich

Zusammenfassung & Ausblick

Inhalt


Inhalt




Kostenvergleich



Aktuelle Studien mit Energiebezug für Deutschland


Projektionen des Primärenergieverbrauchs in Deutschland

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Statistik

ENREPIV(2005)

SZEN2007 KV

SZEN2007 EE

SZEN2007 KKW

PolIV MMS (2008)

PolIV MWMS (2008)

ESSO2008 Ref

ESSO2008 KE+CCS

EWI2008-1

EWI2008-2

EWI2008-2a

EWI2008-3

BMU2008

BMU2008 E1

BMU2008 E2

BMU2008 E3

BMU2008 D1

BMU2008 D2

BMU2009

STE2009 BAU

STE2009 -60%

STE2009 -77%

Öko2009 R

Öko2009 R+CCS

Öko2009 I

Öko2009 I+CCS

PolV SWS (2009)

Ffe2009 SZ1

Ffe2009 SZ2

Ffe2009 SZ3

IER2009 Ra-Rc

IER2009 S3a

EET2009 Base

EET2009 Ref

SZEN2010 REF

SZEN2010 IA

BMU2010

Ziel

Rot: Studien von 2007

Grün: Studien von 2008

Blau - Violett : Studien von 2009

Gelb: Studien von 2010 Ziel des Energie - konzeptes der Bundesregierung (Juni 2011)

Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien

Klassifikation:

Varianten- Szenarien mit hoher Effizienz und/ oder hohen Einsparungen

ESSO2008 Ref

ESSO2008 KE+CCS PJ

Wert abgeschätzt


Projektionen der CO2-Emissionen in Deutschland

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

CO 2 - Emissionen (1990 = 1) Statistik ENREPIV(2005) SZEN2007 KV SZEN2007 EE SZEN2007 KKW EET2007 PolIV MMS (2008) PolIV MWMS (2008) ESSO2008 Ref ESSO2008 KE+CCS EWI2008-1 EWI2008-2 EWI2008-2a EWI2008-3 BMU2008 BMU2008 E1 BMU2008 E2 BMU2008 E3 BMU2008 D1 BMU2008 D2 BMU2009 STE2009 BAU STE2009 -60% STE2009 -77% Öko2009 R Öko2009 R+CCS Öko2009 I Öko2009 I+CCS PolV MMS (2009) PolV SWS (2009) Ffe2009 SZ1 Ffe2009 SZ2 Ffe2009 SZ3 IER2009 Ra-Rc IER2009 S3a EET2009 Base EET2009 Ref SZEN2010 REF SZEN2010 IA SZEN2010 IB BMU2010 Ziel

EET 2007 ESSO2008 Ref

Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien

Klassifikation:



Blau - Violett Studien von 2009

Gelb: Studien von 2010

Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 2011)

Basis/ Referenz- oder Varianten- Szenarien

Mit CO2- Reduktion ≥70% oder Maßnahmen, die zu CO2- Reduktion ≥70% führen

Ffe2009 SZ1: Schwacher Rückgang der CO2-Emissionen


Projektionen der BIP-Entwicklung in Deutschland

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050

Destatis

ENREPIV(2005)

SZEN2007 KV

EWI2008-1

EWI2008-2

EWI2008-2a

EWI2008-3

BMU2008

BMU2009

ÖKO2009

PolV MMS (2009)

Ffe2009 SZ1

IER2009 Ra

SZEN2010 REF

SZEN2010 IA

BMU2010



Blau - Violett: Studien von 2009

Gelb: Studien von 2010

Ffe2009 SZ1: Starker Anstieg des BIP

Mrd. €2000


Bewertungsmatrix

ENR

EPIV

SZEN

2007

EET2

007

PolIV

PRIM

ES20

08

ESSO

2008

EWI2

008

BM

U20

08

Shel

lPK

W

BM

U20

09

STE2

009

ÖK

O20

09

Esso

2009

PolV

FfE2

009

IWES

2009

IER

2009

Shel

lLK

W

FVEE

2010

UB

A201

0

EET2

009

SZEN

2010

BM

U20

10

SRU

2011

Technische Maßnahmen X ○ X ○ - X X ○ ○ ○ ○ ○ X ○ ○ ● ○ X X ○ X X ○ X

Politische Maßnahmen X X ○ ● ○ - ○ X X X X X - ● X - ○ X X X ● ○ - ●

Nachhaltigkeitskonzept - - X - - C - X X X - C - - - - X - H H - - H H

Nachhaltigkeitsbewertung Z - Z C ○ - Z X X X - ○ - C X - P - H H Z P H H

● Komplexere methodische Ausarbeitung ○ Einfache methodische Ausarbeitung Χ Berücksichtigt, aber nicht methodisch ausgearbeitet - Nicht berücksichtigt

C: NH reduziert auf Klimaschutz H: NH gleichgesetzt mit 100% EE Z: Energiewirtschaftliches Zieldreieck P: Politisch definierte NH-Ziele

Ausgewählte Bewertungskriterien


Inhalt




Kostenvergleich



Wichtigste Ziele des Energiekonzepts (Juni 2011)

Ausstieg aus der Kernenergie (bis Ende 2022)

Reduktion der THG Emissionen um 40% bis 2020, 55% 2030 und mind. 80% bis 2050 verglichen mit den Emissionen von 1990

Primärenergieverbrauch, PEV um die Hälfte reduziert bis 2050

Bruttostromverbrauch reduziert um 10% bis 2020 (25% bis 2050)

Raumwärmebedarf reduziert um 20% bis 2020

Anteil der Erneuerbaren, EE an PEV mind. 30% bis 2030

Anteil der EE in Stromerzeugung 50% bis 2030 (80% bis 2050)

Anteil EE am EEV des Transportsektors 10% bis 2020, 6 Mio. E-PKW bis 2030 (1 Mio. E-PKW bis 2020)


Import Ölprodukte

Primärenergie

Steinkohle-import

Kernbrenn-stoffimport

Energieumwandlung und -transport Endverbraucher

Import Rohöl

Auf- kommen

Kohle-förderung

Erdgas-import

Industrie-sektor

Nicht- energet.

Verbrauch

Haushalte

Verkehr

Klein- verbrauch

Dezentrale Kraft-Wärme-

Kopplung

Zentrale Kraft-Wärme-

Kopplung

Erdgas- förderung

Kraftwerke Transport u. Verteilung

Erneuerbare Energie

Kernbrennstoff

Gas

Strom

Fern- und Nahwärme

Kohle

Rohöl Heizöl

Benzin Diesel & Kerosin

Transport u. Verteilung

Transport u. Verteilung

Strom-import

Raffinerie

Industrie-produktion

Beheizte Wohn-fläche

Anzahl der Beschäftig-

ten

Personen-u. Güter

verkehrs-leistung

Rohstoff-nachfrage

Nachfrage

Energiesystemmodell IKARUS-LP


BIP Wachstum: 1,4 %/a Bevölkerung: abnehmend auf ca. 80 Millionen in 2030 (76 Mio. bis 2050) Rohölpreis: steigt bis auf 135 $/bbl in 2030 (200 $/bbl in 2050) Atomausstiegsbeschluss vom Juni 2011 Entwicklung der Nachfrage nach Energiedienstleistungen

Annahmen für alle Szenarien

60

80

100

120

140

160

180

200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

%

Personenverkehr

Güterverkehr

BWS Industrie

Wohnfläche

Beschäftigte GHD


BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen

EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe

EK (+CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option verfügbar ab 2020

EK (-CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option nicht verfügbar

OPT (+CCS): BAU + CO2-Minderungsvorgabe, d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie- Portfolio zur CO2-Minderung (mit CCS-Option ab 2020)

OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option

Betrachtete Szenarien (Horizont 2030)


14255 13979

12921

11938

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ

Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle

14255 13979

12470

11200

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ


BAU vs. EK: Primärenergie

BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)


798755

596

486-50%

798.0755.2

582.6

437

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2005 2010 2015 2020 2025 2030

Mio

. t

GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt* Ziel Bundesreg.

798755 739

715

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2005 2010 2015 2020 2025 2030

Mio

. t

GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt*

- 26% - 22%

BAU vs. EK: Energiebedingte CO2-Emissionen



536.9 534.0 528.0 531.8

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030

TWh

Ind.Str. HKW SonstigePV Wind WasserGas Öl SteinkohleBraunkohle Kernenergie

536.9 534.0

483.6 483.6

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030

TWh

Industrie-Strom HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie

BAU vs. EK: Nettostromerzeugung



Mrd. €/a

0

5

10

15

20

25

35

2010 2015 2020 2025 2030

ca. 1,0 % bis

0,9 % des BIP

Kumulativ 2010 – 2030:

EK (+CCS): 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €

EK (-CCS): 295 Mrd. €

EK (-CCS) EK (+CSS) EK: Energiekonzept

BAU vs. EK: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU


Inhalt




Kostenvergleich



BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen

EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe

EK (+CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option verfügbar ab 2020

EK (-CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option nicht verfügbar

OPT (+CCS): BAU + CO2-Minderungsvorgabe, d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie- Portfolio zur CO2-Minderung (mit CCS-Option)

OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option

Betrachtete Szenarien (Horizont 2030)


EK (+CCS) OPT (+CCS)

EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Primärenergie

14255 13979

12297

10954

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ


OPT (-CCS)

Mit CO2-Minderungsvorgabe (-55% bis 2030 vgl. 1990)

-22%

14255 13979

12311

11015

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ


-21%

14255 13979

12257

10549

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ

Kernenergie Strom ErneuerbareGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle

-25%


EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Nettostromerzeugung

-22% -24% -27% -32%

536.9 534.0

483.6456.9

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030

TWh


536.9 534.0508.4

483.4

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030

TWh


536.9 534.0505.6

458.9

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030

TWh

Import Industrie-Strom HKWSonstige PV WindWasser Gas-CCS GasÖl Steinkohle-CCS SteinkohleBraunkohle-CCS Braunkohle Kernenergie


EK (+CCS) OPT (+CCS) OPT (-CCS)


-22% -24% -27% -32%

128.4

149.8

180.1

200.8

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

2005 2010 2015 2020 2025 2030

GW

Ind.Str. HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie

**

128.4

149.8

171.3

205.1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

2005 2010 2015 2020 2025 2030

GW


** *

128.4

149.8

174.8

209.3

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

2005 2010 2015 2020 2025 2030

GW


** *



EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Installierte Nettoleistung


-22% -24% -27% -32%

0.0

5.4

14.0

22.1

31.1

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2010 2015 2020 2025 2030

Mrd

. €/a

GHD Haushalt VerkehrIndustrie Umwandlung PrimärenergieGesamt

Kumulativ 2010 – 2030: 285 Mrd. €

Kumulativ 2010 – 2030: 140 Mrd. €

2030: 1,0% vom BIP

Kumulativ 2010 – 2030: 218 Mrd. €

2030: 0,4% vom BIP 2030: 0,9% vom BIP

0.0

3.1

7.3

10.913.4

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2010 2015 2020 2025 2030

Mrd

. €/a

GHD Haushalt Verkehr

Industrie Stromerzeugung Primärenergie

Gesamt

0.0

3.1

7.8

18.2

28.7

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2010 2015 2020 2025 2030

Mrd

. €/a

GHD Haushalt Verkehr

Industrie Umwandlung Primärenergie

Gesamt

EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Jährliche Mehrkosten im Vergleich zu BAU




Inhalt




Kostenvergleich



EK: Energiekonzept | OPT: Kostenoptimal

0

5

10

15

20

25

Mrd. €/a

35

2010 2015 2020 2025 2030

OPT (-CCS): 220 Mrd. € OPT (+CCS): 140 Mrd. €

ca. 0,4% des BIP

EK (-CCS): 295 Mrd. € EK (+CCS): 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €

ca. 1,0 % bis

0,9 % des BIP

Kumulativ 2010 – 2030:

Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU


Durchschnittskosten Marginalkosten

62

90 92

112

47 45 48

36

50

76

103

0

20

40

60

80

100

120

140

2010 2015 2020 2025 2030

EK (+CCS)

OPT (+CCS)

OPT (-CCS)

€ 201

0/t

36

47 49 58

109 114

171

55

130

355

470

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

2010 2015 2020 2025 2030

EK (+CCS)

OPT (+CCS)

OPT (-CCS)

€ 201

0/t

Spezifische CO2-Minderungskosten


Inhalt




Kostenvergleich



Bereits im Referenzszenario (BAU) – autonome Weiterentwicklung – gehen die CO2-Emissonen bis 2030 leicht zurück, trotz des Ausstieges aus der Kernenergie.

Mit den Maßnahmen des Energiekonzeptes können die CO2-Reduktionsziele der Bundesregierung bis 2030 nahezu erreicht werden.

Im Vergleich zum kostenoptimalen Szenario (mit CCS) sind die Kosten des

Energiekonzeptes ca. doppelt so hoch, da relativ teure CO2-Reduktionsmaßnahmen im Haushalts- und Verkehrssektor kostengünstigeren Vermeidungsoptionen im Umwandlungsbereich (v.a. CCS) vorgezogen werden.

Ist CCS keine Option, nähern sich die jährlichen Kosten des kostenoptimalen Szenarios mit denen des Energiekonzeptes bis 2030 an.

Hohe Anteile von Wind/PV in der Stromerzeugung führen im Modell zu sehr hohen Back-up Kapazitäten (vor allem Gas), die sehr geringe Einsatzzeiten aufweisen.

Zusammenfassung der Szenarienrechnungen


Schlussfolgerungen & Ausblick

Bisherige Szenarien widmen sich den politischen Zielen der Nachhaltigkeit nicht in ausreichendem Maße.

Szenarien werden bisher eher als Prognose verstanden.

Wichtiger ist es, die Bandbreite möglicher Zukünfte und die Haupttreiber ihrer Entwicklungspfade darzustellen.

Deswegen ist es Aufgabe zukünftiger Szenarientechniken und -modellierung,

• Nachhaltigkeit integrativ zu betrachten, • die Robustheit von Zielsystemen gegenüber Parametervariationen zu

untersuchen, • Wechselwirkungen der Einflussgrößen zu benennen, • die Beschneidung der Bandbreite möglicher Zukünfte durch getroffene

Entscheidungen und Festlegungen zu analysieren und • mehr Gewicht auf die Gewinnung von Einsicht, als auf scheinbar konkrete

Zahlen zu legen.


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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