Energieszenarien und das Energiekonzept der Bundesregierung · Energiesystemmodell IKARUS-LP IEK...

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AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011

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

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

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 2

Übersicht über Energieszenarien für Deutschland

Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP

Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)

Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt





Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt


Aktuelle Studien mit Energiebezug für Deutschland


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:

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

Rot: Studien von 2007

Grün: Studien von 2008

Blau - Violett : Studien von 2009

Gelb: Studien von 2010


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

Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien

Klassifikation:

Varianten- Szenarien mit hoher Effizienz und/ oder hohen Einsparungen

ESSO2008 Ref

ESSO2008 KE+CCS PJ

Wert abgeschätzt

Rot: Studien von 2007

Grün: Studien von 2008

Blau - Violett : Studien von 2009

Gelb: Studien von 2010

Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 2011)





Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt


Ausstieg aus der Kernenergie (2022)

THG Emissionen reduziert 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

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

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

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

Raumwärmebedarf reduziert um 20% bis 2020

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

Wichtigste Ziele des Energiekonzeptes (Juni 2011)


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 %/Jahr

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

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

(MW) Sterbelinie der Kernkraftwerke in Deutschland

Annahmen für alle Szenarien


Szenarienvergleich BAU und EK

BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 2030)

EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe (Horizont 2030)

OPT: BAU + CO2-Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO2-Minderung (Horizont 2050)

OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 2050)


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

BAU: „Business as usual“

14255 13979

12470

11200

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030

PJ

Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle

EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)

BAU vs. EK: Primärenergie


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

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

BAU vs. EK: Stromerzeugung


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 CO2-Ziel: 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €

EK CO2-Ziel (-CCS): 295 Mrd. €

EK CO2-Ziel (-CCS) EK CO2-Ziel EK: Energiekonzept

BAU vs. EK: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU





Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt






Szenarienvergleich: OPT und OPT(-CCS)


OPT vs. OPT(-CCS): Primärenergie

14255 13979

12311

11019 1084110421

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

PJ

Steinkohle Braunkohle Sonstige FesteÖl Gas ErneuerbareStrom Kernenergie

14255 13979

12257

10549

96809312

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

PJ

Steinkohle Braunkohle Sonstige FesteÖl Gas ErneuerbareStrom Kernenergie

OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)

OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)

Reduktionspfad der CO2-Emissionen von nun an erzwungen (gem. Energiekonzept) Energieversorgung erfolgt kosteneffizient (mit/ohne CCS-Option)




9509 9486

86988154

7456

6818

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

PJ

Verkehr Haushalt GHD Industrie

9509 9486

8667

7685

69706535

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

PJ

Verkehr Haushalt GHD Industrie

OPT vs. OPT(-CCS): Endenergie


Alle Szenarien: Beispiel Raumwärmebedarf

Prozentuale Änderung des Raumwärmebedarfs (vgl. 2010)

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

"Soll"

BAU

OPT

OPT(- CCS)

EK

Ziel desEnergiekonzeptes


Spezifische CO2-Emissionen für PKW (Flottenmix)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

g/km BAU

EKOPTOPT (-CCS)

- 17%

- 69%- 65%

Alle Szenarien: Beispiel PKW (Flottenmix)


OPT vs. OPT(-CCS): Energiebedingte CO2-Emissionen

798 -22%755

-40%583

-55%437

-70%304

-77%228

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Mio

. t

Primärenergie KraftwerkeHW/HKW RaffinerieGasverteilung VeredlungIndustrie VerkehrHaushalt GHDGesamt*

798 -22%755

-40%583

-55%437

-69%304

-77%228

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Mio

. t

Primärenergie KraftwerkeHW/HKW RaffinerieGasverteilung VeredlungIndustrie VerkehrHaushalt GHDGesamt*




536.9 534.0508.4

484.0510.5

530.2

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TWh

Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Industrie-Strom

536.9 534.0505.6

458.9 456.7 463.2

0

100

200

300

400

500

600

700

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TWh

Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Industrie-Strom Import



OPT vs. OPT(-CCS): Stromerzeugung


128.4

149.8

174.8

209.3

231.7248.3

020406080

100120140160180200220240260280300

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

GW

Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS

Steinkohle Steinkohle-CCS Öl

Gas Gas-CCS Wasser

Wind PV Sonstige

HKW Ind.Str.

*** * * * *

128.4

149.8

172.6

205.1

233.8

211.3

020406080

100120140160180200220240260280300

2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

GW

Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Ind.Str.

*** * * * *



OPT vs. OPT(-CCS): Installierte Nettoleistung


0.03.1

7.310.9

13.317.8

32.3 33.1 33.7

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Mrd

. €/a

GHD Haushalt

Verkehr Industrie

Veredlung Stromerzeugung

Primärenergie Sonstige Umw.

Gesamt

0.7% des BIP

0.03.1

7.8

18.2

28.7

33.9

48.952.2 53.0

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Mrd

. €/a

GHD Haushalt

Verkehr Industrie

Veredlung Stromerzeugung

Primärenergie Sonstige Umw.

Gesamt

1.1% des BIP



OPT vs. OPT(-CCS): Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU





Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt


Szenarienvergleich EK, BAU, OPT, OPT (-CCS)






EK: Energiekonzept | OPT: Kostenoptimal mit CCS | OPT(-CCS): Kostenoptimal ohne CCS

0

5

10

15

20

25

Mrd. €/a

35

2010 2015 2020 2025 2030

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

ca. 0,4% des BIP

Alle Szenarien: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU

EK CO2-Ziel (-CCS): 295 Mrd. € EK CO2-Ziel: 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €

ca. 1,0 % bis

0,9 % des BIP

Kumulativ 2010 – 2030:





Szenarienvergleich

Zusammenfassung

Inhalt


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 Maßnahmen 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


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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