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Michael H. Breitner Institut für Wirtschaftsinformatik, Leibniz Universität Hannover
Vorstand der Leibniz Forschungsinitiative Energie 2050
Leibniz Forschungsinitiative Energie 2050, www.energie.uni-hannover.de3. Ringvorlesung Sommersemester 2013 „Transformation des Energiesystems“, 12. Juni 2013
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze1. EE-Primärenergie kann in Deutschland primär nur aus Sonne und Wind gewonnen werden (größtenteils Strom):
• Biokraft- und Brennstoffe scheitern am Flächenbedarf (ggf. Import aus Osteuropa und Entwicklungsländern)
• Luft- und Erdwärme ist nur „im Kleinen“ nutzbar• Wasserkraft (Regen, Meere) ist wenig verfügbar• Sehr effiziente/wirtschaftliche Solarthermie wird
unterschätzt2. EE dürfen nicht nur zur Stromerzeugung, sondern müssen auch für Mobilität, Wärme/Kälte und Kraft eingesetzt werden (Unternehmen, Organisationen und Privathaushalte)
Umwandlung in erneuerbare Energieträger:• Sonnenwärme und Sonnenstrom• Erd- und Luftwärme• Windkraft und Windstrom• Wasserkraft und Wasserstrom• Biomasse -> Methan, Alkohol, Öle usw.
Speicherung und Transport erneuerbarer Energieträger:• Batterien (Strom, chem.)• „Biotanks“ (Gas und Flüssigkeiten, chem.)• Stauseen und „Druck“ (potent. Energie)• Erdgasnetz und Kavernen (chem.)• Wärme- und Kältespeicher (physik.)
Transformation des EnergiesystemsImportierte (Primär)Energie: Ca. 80 Milliarden € p.a.Öl (45%) mit20% aus Russland8% aus Groß-Britannien4% jeweils aus Norwegen,
Kasachstan and Nigeria Erdgas (40%) mit16% aus Russland 12% jeweils aus Norwegen und den NiederlandenKohle (15%) mit5% jeweils aus Kolumbien, den USA und aus Polen
• 2013 ca. 300.000 (30% Windenergie, 35% Bioenergie, 30% Solarenergie)
• 2020 geschätzt ca. 450.000 bis 550.000
• Investitionen (2013):
• in konventionelle Strom- und Gasversorgung ca. 15 Mrd. Euro/a
• in EE ca. ca. 15 Mrd. Euro/a (2020 dann geschätzt ca. 30 Mrd. Euro/a)
• lt. nationaler Aktionsplan für EE (NAP, 2010) über 30 Mrd. Euro gesamt in zusätzlich 10 GW Offshore-Windenergie (OW) Installation bis 2020 (Vermeidung von 40 Mill. t CO2 p.a. = 5% für 2010)
• Finanzierung eines riskanten OW-Park Projekts i.d.R. 2 – 3 Mrd. Euro
• Deutsche Energieagentur (dena, 2010):
• bis 2020 werden 3.600 km neue Stromleitungen benötigt
• bis 2025 zusätzlich Anpassung von ca. 10.000 km Netz und von ca. 10.000 Umspannstationen und Trafos
Quelle: Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE)
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze1. EE-Primärenergie kann in Deutschland primär nur aus Sonne und Wind gewonnen werden (größtenteils Strom):
• Biokraft- und Brennstoffe scheitern am Flächenbedarf (ggf. Import aus Osteuropa und Entwicklungsländern)
• Luft- und Erdwärme ist nur „im Kleinen“ nutzbar• Wasserkraft (Regen, Meere) ist wenig verfügbar• Sehr effiziente/wirtschaftliche Solarthermie wird
unterschätzt2. EE dürfen nicht nur zur Stromerzeugung, sondern müssen auch für Mobilität, Wärme/Kälte und Kraft eingesetzt werden (Unternehmen, Organisationen und Privathaushalte)3. Heutige Infrastruktur (Strom-/Gasnetz) mussgenutzt und weiterentwickelt werden („Re-Powering“)
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze4. Strom ist ein universell verwendbarer Energieträger (Mobilität, Wärme/Kälte, Kraft und Licht), aber nur schlecht speicherbar (Ausnahme: Batterien in Elektro-Fahrzeugen und Hausspeichern, „teuer“)
5. Strom ist in speicherbare Energieträger transformier-bar, jedoch treten große Energieverluste auf (z.B. Gas)
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze4. Strom ist ein universell verwendbarer Energieträger (Mobilität, Wärme/Kälte, Kraft und Licht), aber nur schlecht speicherbar (Ausnahme: Batterien in Elektro-Fahrzeugen und Hausspeichern, „teuer“)
5. Strom ist in speicherbare Energieträger transformier-bar, jedoch treten große Energieverluste auf (z.B. Gas)
6. EE soll – soweit möglich und sinnvoll – dort erzeugt werden, wo sie gebraucht wird
Langfristige Lastverschiebung (Ort, Zeit)• Große Stromüberschüsse in Norddeutschland können
nicht nur transportiert, sondern auch für die „Energiewende“ sinnvoll genutzt werden („Strom muss dann günstig sein“):
• Verlagerung von energieintensiver Produktion, z.B. Stahlindustrie, chemische Industrie, Baustoffherstellung und Spezialschiffbau
• Zyklische Produktion in Zeiten von Stromüberschüssen
• Elektro-Mobilität in Norddeutschland (1 Million kleinere E-Fahrzeuge a 20.000 km p.a. verbrauchen ca. 4 TWh p.a. = Jahresproduktion von 2 großen Nordsee-Windparks a 500 MW)
• Elektro-Heizungen in öffentlichen und privaten Gebäuden (mit Wärmepumpen) in Norddeutschland
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze4. Strom ist ein universell verwendbarer Energieträger (Mobilität, Wärme/Kälte, Kraft und Licht), aber nur schlecht speicherbar (Ausnahme: Batterien in Elektro-Fahrzeugen und Hausspeichern, „teuer“)
5. Strom ist in speicherbare Energieträger transformier-bar, jedoch treten große Energieverluste auf (z.B. Gas)
6. EE soll – soweit möglich und sinnvoll – dort erzeugt werden, wo sie gebraucht wird7. Strompreise müssen in naher Zukunft zeitabhängig und ortsabhängig sein (mit Ankündigung und planbar)
8. Energieverbraucher (Kunden) müssen sich langfristig teils zeitlich und räumlich der volatilen Erzeugung von EEanpassen (Anreizsysteme und Märkte, statt Regulierung)
Informationen/Prognosen: EE-Erzeugung, Stromverbrauch und Netzentgelte
• Heute leider nur Informationen von Großkunden (haben „Smart Meter“ = intelligente Stromzähler), von „Trafos“ und von Übertragungs- und Verteilnetzen verfügbar
• Bis 2020 sollen alle Stromverbraucher und -erzeuger Smart Meter erhalten (EU Richtlinie)
• Smart Meter sollen langfristig nicht nur messen, sondern auch variable Preissignale empfangen, darstellen und Stromverbraucher und -erzeuger (Photovoltaik und KWK-Anlagen) fernsteuern können
• Smart Meter sollen langfristig automatisch in Verbraucher- und Erzeugerverbünden mitwirken
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze9. Energiekosten steigen mit sinkender Integration undsinkender Kooperation der Energieversorgung (Ort -> Region -> Deutschland -> Europa -> Welt)
• Enorme deutsche Investments (politisch und technologisch riskant!) würden eine sehr, sehr kosteneffiziente Strom- und Energieproduktion in attraktiven Gegenden wie Griechenland oder der Sahara ermöglichen
• Enorme Transformations- (z.B. Wasserstoff oder Methan) und Transport-kapazitäten wären nötig (Stromleitungen, Pipelines, Tankschiffe usw.)
11 Prinzipien für intelligente Stromnetze9. Energiekosten steigen mit sinkender Integration undsinkender Kooperation der Energieversorgung (Ort -> Region -> Deutschland -> Europa -> Welt)
10. Stromerzeugung (Wind/Sonne) wird günstiger, jedoch verursacht der rasch steigende Bedarf an Stromtrans-port sowie Stromtransformation und -speicherung hoheneue Kosten („Eigenverbrauch wird wirtschaftlicher“)
11. Transformation des Energiesystems führt zu stark wach-sender Bedeutung von Strom für Energieversorgung:
• Investitionen müssen privat „von unten kommen“ (nicht nur „vom Staat“ oder von Großkonzernen)
• EE-Erzeugung wird demokratisiert („Teilhabe vieler“)