Welt im Wandel Energiewende zu Nachhaltigkeit Wissenschaftlicher Beirat
Welt im Wandel: Energiewende zu Nachhaltigkeit Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen Joachim Luther Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg und Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Universität Freiburg
Mitglieder des WBGU I, Stand März 2003 Professor Dr. Hartmut Graßl, Direktor am Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg Professor Dr. Juliane Kokott, Direktorin am Institut für Europäisches und Internationales Wirtschaftsrecht, Universität St. Gallen Professor Dr. Margarete E. Kulessa, Professorin für Allgemeine Volkswirtschaftslehre und Europäische Wirtschaftspolitik an der Fachhochschule Mainz Professor Dr. Joachim Luther, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme, Freiburg Professor Dr. Franz Nuscheler, Direktor des Instituts für Entwicklung und Frieden in Duisburg
Mitglieder des WBGU II, Stand März 2003 Professor Dr. Rainer Sauerborn, Ärztlicher Direktor der Abteilung für Tropenhygiene und Öffentliches Gesundheitswesen am Universitätsklinikum Heidelberg Professor Dr. Hans-Joachim Schellnhuber, Direktor des britischen Wissenschaftsnetzwerks zum Klimawandel (Tyndall Centre) in Norwich (UK) und Direktor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, Potsdam Professor Dr. Renate Schubert, Direktorin des Instituts für Wirtschaftsforschung der ETH Zürich Professor Dr. Ernst-Detlef Schulze, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena
Drei Gründe für die Notwendigkeit einer Transformation der globalen Energiesysteme Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen der Menschheit Beseitigung der Energiearmut in Entwicklungsländern Reduktion von geopolitischen Konfliktpotenzialen
Zum Leitplankenkonzept des WBGU
Leitplanken, Evolution des globalen Energiesystems, Beispiele Ökologische Leitplanken - Klimaschutz - Nachhaltige Flächennutzung - Schutz der Meeresökosysteme -. . . Sozioökonomische Leitplanken - Begrenzung des relativen Anteils der Energieausgaben am Einkommen - Risiken im Normalbereich halten -. . .
Temperature guard-rails for a sustainable development °C per decade 0, 2 global rate of temperature change and 0, 1 global change of temperature 400. . . 450 ppm CO 2 0 Source: German Advisory Council on Global Change, 2003 1 2 °C www. wbgu. de
IPCC storylines (SRES) for global human evolution, examples Regional B 1 heterogeneous world, slow technological progress, not focused on sustainability A (La Tec h n ivin ol er g nd Source: WBGU/IIASA, 2003 Dr y En local and regional development paths, business-as-usual (econ. growth etc. ) o p u at i l on ic ultu re gr -use ) similar to A 1, in addition „green“ and „fair“ B 2 Environmental P B 2 Global y B 1 A 2 A 1 og A 2 very strong economic growth, strong emphasis on R&D, global economic convergence Econom A 1 Economic y e g Forc s
Primärenergiebedarf, exemplarischer Pfad des WBGU Steigerung der Energieeffizienz vom historischen Trend (1%/a) auf 1, 6%/a
Randbedingung bei der energietechnischen Detaillierung des exemplarischen Pfades - Langfristig keine Verwendung von nicht nachhaltigen Techniken (Leitplanke), - keine Verwendung von Techniken deren technischen Machbarkeit heute noch nicht in der Praxis nachgewiesen ist.
Sustainable potentials of selected renewable energy sources, examples modern biomass 100 EJ/a wind * 140 EJ/a hydro 15 EJ/a solar quasi unlimited * higher potential with extensiv off-shore wind energy conversion Source: German Advisory Council on Global Change, 2003
Wachstumsraten bei der Implementierung neuer Energietechnologien Annahme maximale Rate: x 10 pro Dekade (26% pro Jahr)
Grobes Primärenergie Portfolio, exemplarischer Pfad des WBGU
Transformation des globalen Energiesystems, ein exemplarischer Pfad Jährlicher Energiebedarf [EJ/a] Geothermie andere Erneuerbare Solarthermie (nur Wärme) Solarstrom (PV und solarthermische Kraftwerke) Wind Biomasse (modern) Biomasse (traditionell) Wasserkraft Kernenergie Gas Kohle Öl 1400 1000 600 2000 2020 Quelle: Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen, 2003 2040 2100 Jahr
Gebäudeenergieversorgung und übergeordnetes Energiesystem CO 2 fossile Quellen CO 2 Bioenergie Wärme CO 2 Brennstoffe Strom nuklear Wärme Wasser- und Windkraft
Verteilte Stromerzeugung PV Industrie Windkraft Speicher BHKW Zentrale Erzeugung Transport Turbine/ Generator PV Verteilung Import Biomasse Kraftwerk Wärme Strom BZ
Large area electricity grids -> global link
Strom und Wasserstoff aus Sonnenenergie, primäre Energiewandlung, Modularität Photovoltaik 100 W Photovoltaik mit optischer Konzentration 100 k. W solarthermische Kraftwerke 50 MW
Si Solarzelle
Photovoltaischer Generator mit optischer Konzentration, AMONIX Inc. (USA) Leistung 25 k. W (AC) Silizium Punktfokus-Zellen optische Konzentration: 250
Solarthermische Kraftwerke, Euro. Trough Prototyp, Plataforma Solar, Almeria
Kohlenstoff-Speicherung
Kohlenstoffspeicherung im A 1 T-450 Szenario und im exemplarischen Pfad des WBGU 6 Kohlenstoffspeicherung [Gt C/a] 3 Exemplarischer Pfad A 1 T-450 Quelle, WBGU und Riahi (IIASA), 2002 0 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Jahr
Kumulierte Energiesystemkosten 1990 - 2100, nicht diskontiert Quelle: Roehl und Riahi (IIASA), 2000
Kostenreduktion Photovoltaik, ein Beispiel
Global PV market 800 MWp / a 600 400 200 0 1984 Source: PSE- Projektgesellschaft Solare Energiesysteme mb. H, 2003 1988 1992 1996 2000
PV Module, Preiserfahrungskurve 100 $ /Wp 10 1 10 Quelle: PSE Gmb. H, 2003 100 1. 000 10. 000 Kumulierte Leistung MWp 100. 000
Thermodynamische Wirkungsgradgrenzen photovoltaischer Energiekonversion 100% 80% 60% Ts = 5 777 K Tc = 300 K 40% 20% 0% 1 10 10000 optische Konzentration Quelle: R. Sizmann 1991
Wettbewerbsfähigkeit netzgekoppelter Solarstromanlagen €/k. Wh PV-Stromgestehungskosten im Vergleich zu Preisen von EVU für Spitzen- und Grundlaststrom 1, 0 900 h/a*: 0, 60 €/k. Wh 0, 8 1800 h/a*: 0, 30 €/k. Wh 0, 6 0, 4 Photovoltaik Spitzenlast Grundlast Quelle W. Hoffmann, RWE Schott Solar 0, 2 0, 0 1990 2000 2010 * Sonneneinstrahlung pro Jahr 2020 2030 2040
Fazit I Auch bei starkem Wachstum des Primärenergiebedarfs ist ein globales Energiesystem realisierbar, das umfassenden Nachhaltigkeitskriterien genügt Eine übergangsweise Sequestrierung von CO 2 ist notwendig
Fazit II Ein solches System basiert durchweg auf der effizienten Nutzung von Energie, mittelfristig auf einem breiten Spektrum Erneuerbarer Energien, langfristig im wesentlichen auf der Konversion solarer Strahlung Die Transformation des globalen Energiesystems ist eine Jahrhundertaufgabe
Vortragsfolien im Internet unter: www. ise-solar. info Weitere Informationen: www. wbgu. de
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