Nachhaltigkeit, Klimaschutz und Energieversorgung. 3. Vaillant
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Nachhaltigkeit, Nachhaltigkeit, Klimaschutz Klimaschutz und und Energieversorgung Energieversorgung Prof. Dr. Volker Quaschning Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin 3. Bauträger Forum: Nachhaltigkeit im Klimawandel 2009 Vortragsinhalte Ökologische Nachhaltigkeit Ökonomische Nachhaltigkeit Soziale Nachhaltigkeit Eigene Handlungsoptionen Prof. Dr. Volker Quaschning 2 Elemente der Nachhaltigkeit Prof. Dr. Volker Quaschning 3 Ökologische Nachhaltigkeit Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Potenziale regenerativer Energien Möglichkeiten regenerativer Energien Prof. Dr. Volker Quaschning 4 Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Prof. Dr. Volker Quaschning 5 Entwicklung der Weltenergieversorgung 90% Kernenergie 80% 70% 60% 50% 40% fossile Energieträger regenerative Energieträger 30% 20% 10% 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 Jahr 1100 0% 1000 Anteil am Welt-Primärenergiebedarf _ 100% Prof. Dr. Volker Quaschning 6 CO2-Emissionen und Treibhauseffekt 30000 0,9 °C 25000 0,7 20000 0,5 Temperatur 15000 0,3 10000 0,1 5000 -0,1 Globale Temperaturänderung Energiebedingte CO 2-Emissionen _ Mt CO2-Emissionen 0 1860 -0,3 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 Prof. Dr. Volker Quaschning 7 Der Treibhauseffekt Rückstrahlung Landwirtschaft Industrie Waldzerstörung Energieverbrauch Prof. Dr. Volker Quaschning 8 Ursachen des Treibhauseffekt 3,5 3 Rückstrahlung in W/m²_ 2,5 2 1,5 Anthropogene Treibhausgase Natürliche Effekte Abkühlende Effekte Wasserdampf Lachgas (N2O) erdnahes Ozon (O3) F(C)KW u. Halone Methan CH4 Kohlendioxid CO2 1 0,5 gesteigerte Sonnenaktivität 0 -0,5 -1 -1,5 Aerosole (Staub, Qualm) und Wolkenbildung Landnutzungsänderung Ozonloch Prof. Dr. Volker Quaschning 9 Langfristige Entwicklung der CO2-Konzentration 400 ppm 380 CO2-Konzentration 360 17502009 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 Jahr 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 10 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA Prof. Dr. Volker Quaschning 11 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA Prof. Dr. Volker Quaschning 12 Gebiete in Bangladesh unter 1 mNN Prof. Dr. Volker Quaschning 13 Bedrohte Gebiete Hamburg Berlin Grafik: Norbert Geuder, DLR Prof. Dr. Volker Quaschning 14 Pro-Kopf-Energiebedarf in Vergleich zum Weltdurchschnitt l kleiner als 25 % 25 % ... 50 % 50 % ... 150 % 150 % ... 200 % 200 % ... 300 % 300 % ... 400 % größer als 400 % Prof. Dr. Volker Quaschning 15 Klimaschutzforderungen an Industrienationen bis 2005 bis 2020 bis 2050 Reduktion der CO2-Emissionen gegenüber 1990 -25 % -50 % -80 % Prof. Dr. Volker Quaschning 16 Entwicklung der CO2-Emissionen in Deutschland Kohlendioxid-Emissionen_ 1200 Mt Referenzjahr 1990 Ziel -50 % Gesamtdeutschland 1000 800 Ziel -25 % alte Bundesländer Trend Kyoto-Ziel Trend 600 Ziel 400 Ziel 200 Ziel neue Bundesländer Trend 0 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Prof. Dr. Volker Quaschning 17 Anforderungen für Deutschland im 21. Jahrhundert bis 2005 Reduktion der CO2-Emissionen lt h e f r ve l Zie -25 % bis 2020 2020-50 ! -2 % p.a. -1 % p.a. Prof. Dr. Volker Quaschning 18 Optionen zur CO2-Reduktion rcen u o s s te Re en Kernenergie z n e r beg risik s t i e h r Siche bar g ü f r ht ve c i n h „Kohlendioxidfreie“ noc r e u zu te fossile Kraftwerke Energiesparen Regenerative Energien Prof. Dr. Volker Quaschning 19 Sind Kernkraftwerke sicher und preiswert? Auszug aus Kfz-Versicherbedingungen §§ „Nicht versichert sind: - Vorsätzlich herbeigeführte Schäden - Schäden infolge von Alkohol- und Drogenkonsum - Schäden durch Kernenergie” Auszug aus Gebäude-Versicherungsbedingungen „Nicht versichert sind: - Schäden durch Radioaktivität von Kernreaktoren” Die gesetzlich festgelegte Deckungsvorsorge für Kernenergieunfalle beträgt 2,5 Mrd. €. Prof. Dr. Volker Quaschning 20 Uranförderung und Bedarf Quellen: Energy Watch Group / Ludwig-Bölkow-Stiftung / IHS Energy Prof. Dr. Volker Quaschning 21 These I In Industrieländern wie Deutschland müssen wir 2 % pro Jahr an fossilen Energieträgern durch Einsparungen und/oder regenerative Energien ersetzen. Die Kernenergie ist keine Alternative. Prof. Dr. Volker Quaschning 22 Potenziale regenerativer Energien 700 Fossile Kraftw. 500 Kernenergie Regen. Import 400 Geothermie Biomasse 300 Photovoltaik Windkraft 200 Wasserkraft 100 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 1990 Bruttostromverbrauch in TWh 600 Prof. Dr. Volker Quaschning 23 Energieträgeranteil am Primärenergiebedarf in Deutschland im Jahr 2008 Kernenergie 11,6 % Solarenergie 0,2 % Windkraft 1,0 % Wasserkraft 0,5 % Biomasse 5,3 % Geothermie 0,1 % Fossile Brennstoffe 81,3 % Prof. Dr. Volker Quaschning 24 Gesamtenergiebilanz in Deutschland zusätzliche Primärenergie 14,3 EJ/a "SoDa"-Energie "SoDa"-Energie Sonne Sonne 1.370 EJ/a 1.370 EJ/a Prof. Dr. Volker Quaschning 25 Primärenergieverbrauch in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 16000 nicht energetisch Fossil Kernenergie 12000 Wasserstof f Wärmepumpe 10000 Geothermie Biomasse 8000 Solar Import Solarthermie 6000 Photovoltaik Windkraf t 4000 Wasserkraf t 2000 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 1990 Primärenergieverbrauch in PJ_ 14000 Prof. Dr. Volker Quaschning 26 Kohlendioxidemissionen nach Sektoren 10% 19% 43% Energiewirtschaft Wärmesektor Transportsektor Industrieprozesse 28% Prof. Dr. Volker Quaschning 27 Bruttostrombedarf in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 700 Fossile Kraf twerke 500 Kernenergie Import (regenerativ) 400 Geothermie Biomasse 300 Photovoltaik Windkraf t 200 Wasserkraf t 100 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 1990 Bruttostromverbrauch in TWh 600 Prof. Dr. Volker Quaschning 28 Regenerative Stromerzeugung in Deutschland 100000 GWh 90000 Photovoltaik Biomasse Windkraft 80000 Wasserkraft 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 0 Prof. Dr. Volker Quaschning Primärenergiebedarf im Transportsektor in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 3000 Wasserstoff 2500 Biomasse Fossil 2000 1500 1000 500 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 1990 Primärenergiebedarf Transport in PJ_ Elektrizität Prof. Dr. Volker Quaschning 30 Primärenergiebedarf im Wärmesektor in Deutschland Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung Fernwärme Strom Fossil Wasserstoff Geothermie Wärmepumpen Solarthermie Biomasse 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 1990 Primärenergiebedarf Wärme in PJ__ 8000 Prof. Dr. Volker Quaschning 31 Beispiel: CO2-neutales Wohnhaus Prof. Dr. Volker Quaschning 32 These II Eine nachhaltige und ökonomische Energieversorgung, die vollständig auf der Nutzung regenerativer Energien basiert, ist möglich. Hierzu müssen die regenerativen Energien noch schneller als bisher eingeführt werden. Prof. Dr. Volker Quaschning 33 Möglichkeiten regenerativer Energien Prof. Dr. Volker Quaschning 34 Künftige Entwicklung der Weltenergieversorgung Entwicklung 1: Aufbrauchen aller Reserven 90% Kernenergie 80% 70% fossile Energieträger 60% 50% traditionelle regenerative Energieträger 40% 30% moderne regenerative Energieträger 20% 10% 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 Jahr 1100 0% 1000 Anteil am Welt-Primärenergiebedarf _ 100% Prof. Dr. Volker Quaschning 35 Künftige Entwicklung der Weltenergieversorgung Entwicklung 2: Klimaschutz 90% Kernenergie 80% 70% fossile Energieträger 60% 50% traditionelle regenerative Energieträger 40% 30% moderne regenerative Energieträger 20% 10% 3000 2900 2800 2700 2600 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 Jahr 1100 0% 1000 Anteil am Welt-Primärenergiebedarf _ 100% Prof. Dr. Volker Quaschning 36 Bausteine einer künftigen Stromversorgung Fluktuierende regenerative Erzeugung Regelbare regenerative Erzeugung Verbraucher Zentrale Steuerung Innovative Speicher Überregionaler Ausgleich Prof. Dr. Volker Quaschning 37 Prinzip eines solarthermischen Rinnenkraftwerks Prof. Dr. Volker Quaschning 38 Orte der Sonne Prof. Dr. Volker Quaschning 39 Option Stromimport aus Nordafrika 1 % der Fläche der Sahara genügt um den Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken Quelle: DLR Ausschlusskriterien: Neigung Geomorphologie Hydrologie Meer Landnutzung Schutzgebiet Bevölkerung nutzbar Prof. Dr. Volker Quaschning 40 Mögliche Stromgestehungskosten im Jahr 2025 Solarthermische Kraftwerke Windkraft Photovoltaik Technologieexport EU Nordafrika Übertragung ca. 1 Cent/kWh 4-5 Cent/kWh 2000-2500 h/a 4-5 Cent/kWh 2500-8000 h/a 2-3 Cent/kWh 3500-4500 h/a 3-4 Cent/kWh 2500-3000 h/a 3-4 Cent/kWh 3000-8000 h/a Prof. Dr. Volker Quaschning 41 Bausteine einer künftigen Wärmeversorgung Biomasse Brennstoffzelle „grüner“ Wasserstoff Tiefengeothermie Solarthermie Wärmepumpe Verbraucher „grüner“ Strom Prof. Dr. Volker Quaschning 42 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Heizungswärmepumpenabsatz Die Zukunft hat bereits begonnen: Wärmepumpenabsatz in Deutschland 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 43 Die Zukunft hat bereits begonnen: Solarkollektorabsatz in Deutschland 2 200 000 m² 2 000 000 1 800 000 1 600 000 1 400 000 1 200 000 1 000 000 800 000 600 000 400 000 200 000 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 44 These III Eine nachhaltige und ökonomische Energieversorgung basiert auf einer breiten Basis regenerativer Energien und bezieht Import von günstigen regenerativen Energien mit ein. Prof. Dr. Volker Quaschning 45 Ökonomische Nachhaltigkeit Prof. Dr. Volker Quaschning 46 Entwicklung der Ölfunde und Ölförderung Quellen: Energy Watch Group / Ludwig-Bölkow-Stiftung / IHS Energy Prof. Dr. Volker Quaschning 47 Verteilung der weltweiten Ölreserven 15 3 7 l 14 6 100 Gt 14 bereits gefördert noch vorhandene Reserven (in Gt) weltweit zusätzlich 82 Gt geschätzte Ressourcen Prof. Dr. Volker Quaschning 48 Erdölförderung in den USA Quellen: Energy Watch Group / Ludwig-Bölkow-Stiftung / IHS Energy Prof. Dr. Volker Quaschning 49 Weltweite Ölförderung Quellen: Energy Watch Group / Ludwig-Bölkow-Stiftung / IHS Energy Prof. Dr. Volker Quaschning 50 Reserven konventioneller Energieträger Steinkohle Steinkohle 207 Braunkohle Braunkohle 198 64 Erdgas Erdgas Erdöl Erdöl 43 Uran Uran 42 00 50 50 100 100 150 150 200 Jahre 250 200 Jahre 250 Daten: BGR Prof. Dr. Volker Quaschning 51 Entwicklung der Rohölpreise 100 größte WirtschaftsKrise seit 1929 ? 80 70 60 50 40 30 20 10 2008 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 0 1972 Rohölpreise in $/barrel 90 Prof. Dr. Volker Quaschning 52 Entwicklung der Heizölpreise 160 Heizölpreis in Cent/Liter 140 120 100 80 +170 % 60 40 20 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Prof. Dr. Volker Quaschning 53 Brennstoffpreisentwicklung Öl / Gas / Holzpellets Holzpellets 450 90 Erdgas 400 80 Erdöl 350 70 300 60 250 50 200 40 150 30 100 20 50 10 0 Jun 09 Dez 08 Jun 08 Dez 07 Jul 07 Dez 06 Jul 06 Dez 05 Jul 05 Dez 04 Jul 04 Jan 04 Jul 03 0 Jan 03 Holzpellets in €/Tonne 100 Heizöl in €ct/l, Erdgas in €ct/10 kWh 500 Prof. Dr. Volker Quaschning 54 Brennstoffpreisentwicklung Öl / Gas / Wärmepumpe Brennstoffpreis in €/kWh_ 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 Erdgas Erdöl Strom, Standardtarif COP=3 Strom, Standardtarif COP=4 Strom, Sondertarif COP=4 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Prof. Dr. Volker Quaschning 55 160 140 120 80 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 Heizölpreis in Cent/Liter Prognose der Ölpreise +12 % +9 % +6 % 100 +3 % 60 40 20 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 56 These IV Durch die zur Neige gehenden fossilen und nuklearen Brennstoffe werden die Energiepreise in Kürze wieder deutlich ansteigen. In absehbarer Zeit werden regenerative Energien erheblich preiswerter sein. Wer heute noch auf konventionelle Energien setzt, riskiert Fehlinvestitionen und Pleiten. Prof. Dr. Volker Quaschning 57 Soziale Nachhaltigkeit Prof. Dr. Volker Quaschning 58 Klimabedingte Völkerwanderungen Prof. Dr. Volker Quaschning 59 Monatliche Belastung in € Risiko Energiepreissteigerung 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Heizkosten Zins und Tilgung Prof. Dr. Volker Quaschning 60 Risiko Energiepreissteigerung Monatliche Belastung in € 1150 1100 Energiepreissteigerung 5 % p.a. 1050 1000 Dreiliterhaus 950 900 Standardneubau Altbau 850 800 Prof. Dr. Volker Quaschning 61 Monatliche Belastung in € Risiko Energiepreissteigerung 1800 1750 1700 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000 950 900 850 800 Energiepreissteigerung 12 % p.a. Dreiliterhaus Standardneubau Altbau Prof. Dr. Volker Quaschning 62 Wertverlust von ineffizienten Wohnhäusern Annahme: Energiepreissteigerung 8 % p.a. bis 2025 Monatliche Belastung in € 1200 1000 800 600 Heizkosten Zins und Tilgung 400 200 0 Altbau Neubau (Standard) Dreiliterhaus Prof. Dr. Volker Quaschning 63 Wertverlust von ineffizienten Wohnhäusern Annahme: Energiepreissteigerung 8 % p.a. bis 2025 Monatliche Belastung in € 1200 1000 800 -20% Heizkosten -30% 600 Wertverlust Zins und Tilgung 400 200 0 Altbau Neubau (Standard) Dreiliterhaus Prof. Dr. Volker Quaschning 64 These V Durch die Vernachlässigung der ökologischen ökonomischen Nachhaltigkeit wird auch die soziale Nachhaltigkeit verletzt. Die Folge werden massive soziale Probleme sein. Industrienationen und Unternehmen tragen hierbei eine große Verantwortung. Prof. Dr. Volker Quaschning 65 Eigene Handlungsoptionen Prof. Dr. Volker Quaschning 66 Können Solaranlagen zum Klimaschutz beitragen? Wie viele Solaranlagen benötigt man, um 2 % des deutschen Primärenergiebedarfs decken zu können? 35.000.000 x 1 kWp PV-Anlagen in Deutschland 40.000.000 x 5 m² Solarkollektoranlagen in Deutschland 35.000 x 1 MWp PV-Anlagen in Deutschland 1.000 x 20 MWp PV-Anlagen in Südeuropa 40 x 200 MW solarth. Kraftwerke in Nordafrika 10 x 900 MW Offshore-Windpark in der Nordsee Prof. Dr. Volker Quaschning 67 Pro-Kopf-Kohlendioxidemissionen in Deutschland indirekte Emissionen 1,24 t 1,05 t direkte Emissionen 2,00 t Stromverbrauch Heizung Transport 2,70 t Ernährung privater Konsum öffentl. Konsum 2,07 t 1,60 t Prof. Dr. Volker Quaschning Pro-Kopf-Kohlendioxidemissionen für Strom 1,24 t 1,05 t 2,00 t Stromverbrauch Heizung Transport 2,70 t Ernährung privater Konsum öffentl. Konsum 2,07 t 1,60 t Prof. Dr. Volker Quaschning Kohlendioxidfreie Stromversorgung Grüne Stromanbieter Grüner Strom Prof. Dr. Volker Quaschning Pro-Kopf-Kohlendioxidemissionen für Transport 1,24 t 1,05 t 2,00 t Stromverbrauch Heizung Transport 2,70 t Ernährung privater Konsum öffentl. Konsum 1,60 t 2,07 t Prof. Dr. Volker Quaschning Kohlendioxidemissionen beim Personentransport PKW 4 3 2 1 Person Flugzeug Transrapid S-Bahn Reisebus ICE IC/EC 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 CO2 -Emissionen in Gramm pro km Prof. Dr. Volker Quaschning Kompensation von Kohlendioxidemissionen Prüfstelle CO2 CO2 € € CO2 Zertifik Geldgeber CO2 Zertifik at CO2-Gutschrift Vermittler at CO2-Gutschrift Reduktionsmaßnahme Prof. Dr. Volker Quaschning Pro-Kopf-Kohlendioxidemissionen für Heizung 1,24 t 1,05 t 2,00 t Stromverbrauch Heizung Transport 2,70 t Ernährung privater Konsum öffentl. Konsum 2,07 t 1,60 t Prof. Dr. Volker Quaschning Kohlendioxidfreie Wärmeversorgung Standardneubau EnEV 2004 Interne Gewinne 35 Solare Gewinne 120 Transmissionsverluste Dreiliterhaus 10 Heizwärmebedarf Passivhaus 62 35 Lüftungs110 kWh m²a verluste 45 10 32 10 30 10 30 15 10 Prof. Dr. Volker Quaschning These VI Um die globale Erwärmung wirksam zu stoppen, müssen wir alle mindestens 2 % pro Jahr an Treibhausgasen einsparen. Das ist technisch und ökonomisch problemlos möglich. Wir können das erreichen! Worauf warten wir noch? Prof. Dr. Volker Quaschning 76 Zum Nachlesen… www.volker-quaschning.de Volker Quaschning Erneuerbare Energien und Klimaschutz Hanser Verlag 2008 340 Seiten in Farbe € 24,90 Prof. Dr. Volker Quaschning 77
