Solar Cities - Volker Quaschning
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www.volker-quaschning.de Solar Cities – Energiewandel für die Stadt der Zukunft Prof. Dr. Volker Quaschning Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin 8. Erfurter Technologiedialog 18. Juni 2012 Erfurt Vortragsinhalte Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Solar Cities – Motor der deutschen Energiewende Strom für die Bürger – Die solare Revolution Prof. Dr. Volker Quaschning 2 Ziele einer nachhaltigen Energieversorgung Prof. Dr. Volker Quaschning 3 35000 Mt 1,1 30000 0,9 25000 0,7 20000 0,5 °C Temperatur 15000 0,3 10000 0,1 Globale Temperaturänderung Energiebedingte CO2-Emissionen CO2-Emissionen und Treibhauseffekt -0,1 5000 CO2-Emissionen 0 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 -0,3 2020 Prof. Dr. Volker Quaschning 4 Langfristige Entwicklung der CO2-Konzentration 400 ppm 380 CO2-Konzentration 360 17502010 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 Jahr 0 Daten: CDIAC Prof. Dr. Volker Quaschning 5 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA Prof. Dr. Volker Quaschning 6 Auswirkungen der globalen Erwärmung Quelle: NASA Prof. Dr. Volker Quaschning 7 Bedrohte Gebiete +7 m Hamburg Grafik: Norbert Geuder Berlin Prof. Dr. Volker Quaschning 8 Bedrohte Gebiete +70 m Hamburg Grafik: Norbert Geuder Berlin Prof. Dr. Volker Quaschning 9 Globale Klimaschutzforderungen 40000 40000 Mt Mt Reduktionspfad für das 2-Grad-Ziel 30000 30000 25000 25000 20000 20000 15000 15000 10000 10000 5000 5000 2050 2040 2030 2020 2010 2000 1990 1980 1970 1960 1950 1920 1910 1900 1890 1880 1870 1860 00 1940 bisherige -Emissionen bisherige CO CO22-Emissionen 1930 Energiebedingte CO22-Emissionen 35000 35000 Daten: WRI, IEA, PIK-Potsdam Prof. Dr. Volker Quaschning 10 Entwicklung der CO2-Emissionen in Deutschland Kohlendioxidemissionen 1200 Mt 1000 800 Referenzjahr 1990 Ziel -25 % Ziel -50 % Wiedervereinigung Gesamtdeutschland Wirtschaftskrise alte Bundesländer Trend 600 Trend Ziel 400 Ziel 200 0 1985 Ziel neue Bundesländer 1990 1995 2000 2005 Trend 2010 2015 2020 Prof. Dr. Volker Quaschning 11 Mögliche Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland Prognose anhand des Energiekonzepts der Bundesregierung Bruttostromverbrauch in TWh 700 Prognose 600 Regenerative 500 Kernenergie 400 300 Fossile Kraftwerke oder Import 200 100 Grafik: Michael Hüter 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 1990 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 12 Photovoltaikausbau in Deutschland 8000 MW 7000 6000 5000 4000 3000 2000 Ziele der Bundesregierung Entwicklung der Photovoltaik max min 1000 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 13 These I Für eine nachhaltige Energiepolitik müssen die Kohlendioxidemissionen bis 2040 auf null zurückgefahren werden. Ansonsten lässt sich das 2-Grad-Ziel nicht mehr erreichen und extreme Klimafolgen sind kaum noch zu vermeiden. Das Energiekonzept der Bundesregierung liefert dazu nicht einmal annähernd die nötigen Voraussetzungen. Prof. Dr. Volker Quaschning 14 Solar Cities – Motor für die Energiewende Prof. Dr. Volker Quaschning 15 Zentrale regenerative Energieversorgung Fortgesetztes Versorgungsoligopol Starker Leitungsausbau erforderlich Energiewende zeitlich nicht umsetzbar Prof. Dr. Volker Quaschning 16 Dezentrale regenerative Energieversorgung Demokratisierung der Energieversorgung Mehr Konkurrenz und Kosteneffizenz Weniger Leitungsausbau aber mehr dezentrale Speicher erforderlich Energiewende nahezu beliebig schnell realisierbar Prof. Dr. Volker Quaschning 17 Potenziale der Photovoltaik in Deutschland Freiflächen 37,5 GW p Summe: 203 GWp 175 TWh/a Verkehrswege 5,9 GW p Fassaden 30 GW p Dachflächen 129,5 GW p Grafik: Volker Quaschning 7 GW entspricht 1 % Solarstromanteil. 203 GW entsprechen 29 %. Prof. Dr. Volker Quaschning 18 Flächenbedarf für 203 GW Photovoltaik Deutschland 357 148 km² Siedlungs- und Verkehrsfläche 46 800 km² (13 %) Photovoltaikfläche für 200 GW 1 357 km² (0,4 %) Prof. Dr. Volker Quaschning 19 Bruttostrombedarf in Deutschland HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 20 % 700 100 % 20 bis 30% 500 Fossile Kraf twerke Kernenergie Import (regenerativ) 400 Photovoltaik Windkraf t 300 Geothermie Biomasse 200 Wasserkraf t ? 2050 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 2005 2000 1995 0 2045 ? 100 1990 Bruttostromverbrauch in TWh 600 Prof. Dr. Volker Quaschning 20 Ausbauszenarien für die Photovoltaik in Deutschland 200 GW 180 160 140 120 100 HTW Berlin BMU Leitstudie 2011, Szenario A BMU Leitstudie 2008 SRU Szenario 2.1.b BSW Szenario Energiekonzept 2010 VDI 2009 IST 80 60 40 reale 20 Entwicklung 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Prof. Dr. Volker Quaschning 21 Einfluss der Höhe des jährlichen Zubaus 200 PV-Anteil GW 29% 180 160 8 GW p.a. 7 GW p.a. 6 GW p.a. 140 120 5 GW p.a. 100 4 GW p.a. 11% 80 3 GW p.a. 60 40 20 0 2000 2010 2020 2030 2040 Prof. Dr. Volker Quaschning 22 These II Für eine vollständig regenerative Elektrizitätsversorgung gibt es 3 Optionen, die einen Großteil der Versorgung übernehmen können: Windkraft, Import und Photovoltaik. Möchte man nicht übermäßig von Importen abhängig sein oder extreme OffshoreWindkraftstandorte erschließen, muss die Photovoltaik 20 bis 30 % decken. Prof. Dr. Volker Quaschning 23 These III Der nötige jährliche Zubau an PV-Leistung beträgt 7 bis 8 GW. Es müssten nur die Neubauzahlen von 2010 und 2011 die nächsten 25 Jahre fortgeführt werden. Ein Absenken des Zubaus wäre fatal, würde den Kernenergieausstieg gefährden und einen effektiven Klimaschutz unmöglich machen. Prof. Dr. Volker Quaschning 24 Strom für die Bürger – Die solare Revolution Prof. Dr. Volker Quaschning 25 Bisheriger Verlauf der Stromversorgung Woche im Frühjahr 2008 90000 MW 80000 70000 60000 PV 50000 Windkraft 40000 30000 20000 10000 0 Mittel- und Spitzenlast PV Wind Biomasse Wasserkraft Mittel- und Spitzenlast Braunkohle Kernenergie Mo Di Mi Braunkohle (Grundlast) Kernenergie (Grundlast) Do Fr Sa So Prof. Dr. Volker Quaschning 26 Verlauf der Stromversorgung, künftige Entwicklung Woche im Frühjahr 2020, 70 GW PV, 10 % Solarstromanteil 90000 MW PV Wind (Onshore) Biomasse Mittel- und Spitzenlast 80000 Wind (Offshore) Geothermie Wasserkraft 70000 60000 PV 50000 40000 30000 20000 Mittel- und Spitzenlast 10000 0 Mo Di Mi Do Fr Sa So Prof. Dr. Volker Quaschning 27 These IV Setzen wir die hohen Installationsraten für erneuerbare Energien in den nächsten fünf Jahren fort, lassen sich Braunkohle- und Kernkraftwerke nicht mehr ins Netz integrieren bzw. nicht mehr wirtschaftlich betreiben. Darum versuchen große Energiekonzerne und einige Politiker den schnellen Ausbau erneuerbarer Energien zu verhindern. Prof. Dr. Volker Quaschning 28 Aktuelle Strompreisniveaus in Deutschland fossile Kraftwerke 3…8 ct/kWh CO2Abgabe CCS 6…25 ct/kWh Erzeugungsebene EEGUmlage Verbraucherebene 9…10 ct/kWh 19…26 ct/kWh Stromkunden Industrie Haushalt und Gewerbe Prof. Dr. Volker Quaschning 29 Rein Netzgekoppeltes Photovoltaiksystem EEG-Vergütung Prof. Dr. Volker Quaschning 30 Entwicklung der Strompreise 60 PV Haushalt EEG Haushaltsstrompreis 50 40 30 Kostenvorteil durch Eigenverbrauch 20 10 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 0 2004 ct/kWh mittlerer Gewerbebetrieb GridParity Prof. Dr. Volker Quaschning 31 Photovoltaisches Eigenverbrauchssystem 19 ct/kWh >25 ct/kWh Prof. Dr. Volker Quaschning 32 Eigenverbrauch im Haushaltsbereich Annahmen: Wochenende im Sommer, Elektrizitätsbedarf 11 kWh/d, PV-Anlage 5 kWp 5 kW Lastgang PV-Erzeugung 4 Überschuss 3 2 1 Netzbezug 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 8:00 7:00 6:00 5:00 4:00 3:00 2:00 1:00 0:00 9:00 Eigenverbrauch 0 Prof. Dr. Volker Quaschning 33 Eigenverbrauchssystem mit Batterie 2015 Prof. Dr. Volker Quaschning 34 Entwicklung der Preise für Haushaltsbrennstoffe Annahmen: Brennerwirkungsgrad 80%, Heizwert Heizöl 10,5 kWh/l 60 PV Haushalt EEG Heizöl + 10% p.a. 50 Heizöl + 1% p.a. OilParity 30 20 10 2020 2019 2018 2017 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 0 2004 ct/kWh 40 Prof. Dr. Volker Quaschning 35 Photovoltaische Heizungsunterstützung 2017 Prof. Dr. Volker Quaschning 36 These V Bereits in wenigen Jahren, wird die Photovoltaik deutlich preiswerter Strom und Wärme erzeugen können als Anlagen mit fossilen Brennstoffen. Die Erzeugungsstrukturen werden sich dann rasant demokratisieren und dezentrale Eigenverbrauchsanlagen rechnen sich künftig auch ohne staatlich garantierte Einspeisevergütung. Prof. Dr. Volker Quaschning 37 Würde da nicht nur das Licht ausgehen? Jürgen Großmann, RWE, 2010: „Im Januar blies wenig Wind, es gab kaum Sonne. Stellen Sie sich vor, 80 Prozent unserer Stromerzeugung hingen von erneuerbaren Energien ab: Da würde in Zeiten wie diesen nicht nur das Licht ausgehen.“ Prof. Dr. Volker Quaschning 38 Mögliche Stromversorgung 2040 Monatsmittlere Erzeugung bei 80% Wind und PV und Bedarf 90 GW 80 Andere Wind onshore Bedarf Wind offshore Photovoltaik 70 60 50 40 30 20 10 0 Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez. Prof. Dr. Volker Quaschning 39 Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, sonnige Frühjahrswoche 160 GW Wind offshore Wind onshore Photovoltaik Bedarf 140 120 100 80 60 40 20 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. Prof. Dr. Volker Quaschning 40 Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, sonnige Frühjahrswoche 160 GW Speicher Wind onshore Bedarf 140 Wind offshore Photovoltaik 120 100 80 60 40 20 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. Prof. Dr. Volker Quaschning 41 Mögliche Stromversorgung 2040 bei 80% Wind und PV, windarme Winterwoche 160 GW nötige Speicherkapazität ca. 30 TWh (5%) Gasspeicherpotenzial >100 TWh Speicher Wind offshore Wind onshore Photovoltaik Bedarf 140 120 100 80 ErdgasBlockheizkraftwerk 60 40 EE-Gasspeicher 20 0 Mo. Di. Mi. Do. Fr. Sa. So. Prof. Dr. Volker Quaschning 42 Speicherlösungen einer regenerativen Stromversorgung ErdgasBlockheizkraftwerk Wärme Elektrizität Erdgasnetz Überschüsse dezentrale Batteriespeicher Elektrolyse Wasser (H2O) Sauerstoff (O2) Wasserstoff (H2) Methanisierung Kohlendioxid (CO2) Methan (CH4) Wasser (H2O) Erdgasspeicher Prof. Dr. Volker Quaschning Beitrag der Photovoltaik zur weltweiten Stromversorgung Annahmen: 30% Marktwachstum pro Jahr bis 2025, dann 550 GW p.a. 45000 TWh 40000 0,3 % 50 % 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Prof. Dr. Volker Quaschning 44 Fazit Die Technologien für eine nachhaltige Stromversorgung sind bekannt. Der Ausbau erneuerbarer Energien zum Erreichen der Klimaschutzziele erfolgt viel zu langsam. Die Photovoltaik kann aufgrund der schnell sinkenden Preise eine globale urbane Revolution der Energieversorgung auslösen und damit unsere Lebensgrundlagen sichern. Prof. Dr. Volker Quaschning 45 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Zum Weiterlesen… www.volker-quaschning.de Prof. Dr. Volker Quaschning 46
