die bedeutung erneuerbarer energien unter besonderer berücksichtigung der geothermie in...
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Die Bedeutung erneuerbarer Energien unter besonderer Berücksichtigung der Geothermie in
Baden-Württemberg
Dr.-Ing. Martin Sawillion
Tagung „Klimawandel im Unterricht“Karlsruhe, 2. April 2008
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 2www.kea-bw.de
KEAdie Landesenergieagentur seit 1994
50%
25%
16%8% 1% Land Baden-Württemberg
VDEW
GbR 3 (BWHT, Verbände..)
Landesbank
Landesnaturschutzverband
Aufgabe: Mitwirkung an der Klimaschutzpolitik des Landes Baden-Württemberg, vor allem durch Unterstützung von Kommunen und KMU bei
• Energieeinsparung• Rationeller Energieverwendung• Nutzung erneuerbarer Energien
Gesellschafterstruktur:
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KlimawandelTemperatur der letzten 1.000 Jahre
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 4www.kea-bw.de
Treibhauseffekt und KlimawandelWirkungskette
1. Verbrennung von fossilen Energieträgern (Kohle, Erdöl, Erdgas)
2. Emission von Treibhausgasen (CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6)
3. Wichtige Größe: CO2-Gehalt in der Atmosphäre (Anstieg von 280 ppmauf inzwischen knapp 380 ppm in den vergangenen 150 Jahren)
4. Anthropogener Treibhauseffekt (Erwärmung der Erdatmosphäre)
5. Klimawandel (Klima = Statistik des Wetters über ≥ 30 Jahre)
6. Erste Indizien: Orkan Lothar 1999, Elbe-Hochwasser 2002,Jahrhundertsommer 2003, Hurrican-Saison Mittelamerika 2005,Überschwemmungen Süd-Ost-Europa 2005, Hitze-Rekord Juli 2006,wärmster Winter 2006/2007
7. Szenarien: Bis zum Jahr 2100 Erwärmung um 1,4 bis 5,8 Grad(maximal tolerierbar: + 2 Grad) mit diversen gravierenden Auswirkungen
8. Langer Bremsweg (d. h. schnelles und umfassendes Handeln)
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Entwicklung der Rohölpreise (#)
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 6www.kea-bw.de
KlimaschutzWunsch und Wirklichkeit
Quelle: Stuttgarter Zeitung 20.11.2006
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„Weg vom Öl“Sind wir auf dem Weg dorthin?
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Öl
Erdgas
Steinkohle
Kernenergie
Braunkohle
W asser/W ind
Aufkommen in Mio. t SKE
Inlandsförderung Importe
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WeltprimärenergieverbrauchErneuerbare auf dem Vormarsch?
Kohle24,4 %
Öl34,4 %
Gas21,2 %
Kernenergie6,5 %
Erneuerbare13,3 %
Erneuerbare13,8 %
Kernenergie0,5 %
Gas16,0 %
Öl43,8 %
Kohle25,9 %
Anteile 1971 (234.000 PJ)
Anteile 2003 (443.000 PJ)
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 9www.kea-bw.de
Möglichkeiten zur CO2-Minderungauf fünf Ebenen
1. Vermeiden unnötigen Energieverbrauchs (Komfort, Luxus, Freizeit)
2. Verringerung des Energiebedarfs (Wärmedämmung von Gebäuden, Stand-by-Verbrauch, …)
3. Verbesserung der Energienutzung / der Energieeffizienz (optimierte Wartung, Energiesparlampen, BHKW, …)
4. Einsatz CO2-armer Energieträger (Kohle -> Heizöl -> Erdgas)
5. Einsatz regenerativer Energien (Sonne, Wind, Wasser, Biomasse, Erdwärme)
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CO2-Emissionen der Energieträger
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Die Bedeutung erneuerbarer Energien 11www.kea-bw.de
Der Potenzial-Begriff
Theoretisches, technisches, wirtschaftliches, umsetzbares oder „gefühltes“ Potenzial?
Gesamtpotenzial oder zusätzliches Potenzial?
Nachfrage- oder Angebots-Potenzial?
Installierte Leistung oder Jahresarbeit (Energiemenge)?
Betriebswirtschaftliche oder volkswirtschaftliche Sichtweise?
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 12www.kea-bw.de
Struktur der EnergiebereitstellungDeutschland 2005 (Quelle: BMU)
Erdgas22,7 %
Kernenergie12,5 %
Steinkohle12,9 % Braunkohle
11,2 %
Minerälöl36,0 %
Sonstige0,1 %
Erneuerbare4,6 %
Geothermie; 1,0
biogene W ärme46,0 %
Photovoltaik0,6 %
Solarthermie1,8 %
biogener Strom8,1 %
Biokraftstoffe13,5 %
W indenergie16,0 %
W asserkraft13,0 %
Anteile der einzelnen Energieträger am Primärenergieverbrauch 2005 (14.238 PJ) in %
Anteil der einzelnen Erneuerbaren an der Endenergiebereitstellung 2005 (165 TWh = 6,4 % ges.) in %
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Langfristig nutzbares Gesamtpoten-zial in Deutschland (Quelle: BMU)
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Nutzung 2005 langfristiges Potenzial
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REG-Beitrag zum Wärmemarkt in Deutschland (Quelle: DLR)
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2000 2010 2020 2030 2040 2050
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PJ
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Biomasse (Einzelheizungen) Biomasse (Nahwärme) Solarthermie Geothermie
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 15www.kea-bw.de
Anteile der Erneuerbaren in BW(Quelle: ZSW)
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1997 1998 1999 2000 2001 2202 2003 2004 2005 Ziel2010
RE
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n %
Anteil an Bruttostromerzeugung Anteil am PrimärenergieverbrauchAnteil am Gesamtkraftstoffverbrauch
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 16www.kea-bw.de
Stand und Potenziale der REG-Nutzung in BW (Quelle: ZSW, DLR)
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GW
h/a
Nutzung 2005 (Statusbericht ZSW ) Zusätzliches Potenzial 2010 (nach DLR/ZSW )
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 17www.kea-bw.de
Wirtschaftliche Bedeutungder regenerativen Energieträger
Umsatz aus der Errichtung von REG-Anlagen in D in 2005: 9,0 Mrd. €
Umsatz aus dem Betrieb von REG-Anlagen in D in 2005: 7,4 Mrd. €
Sicherung von rund 157.000 Arbeitsplätzen in D in 2004
Umsatz aus der Errichtung von REG-Anlagen in BW in 2005: 1,4 Mrd. €
Umsatz aus dem Betrieb von REG-Anlagen in BW in 2005: 0,5 Mrd. €
„Die Innovationen und Investitionen im Bereich der Erneuerbaren Energien erfolgen ganz überwiegend durch kleine und mittlere Unternehmen (KMU).“
Zitat aus: „Energieversorgung für Deutschland – Statusbericht für den Energiegipfel am 3. April 2006“, BMFT + BMU, Berlin März 2006
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 18www.kea-bw.de
Arbeitsplatzentwicklung D von 2004 bis 2010Umfrage bei 1.100 Unternehmen (Quelle: DLR)
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Die Bedeutung erneuerbarer Energien 19www.kea-bw.de
REG-Minderungspotenziale und –kosten in Baden-Württemberg
Mittlere CO2 - Vermeidungskosten in Abhängigkeit der in 2010 vermiedenen CO2-Mengen in BW J. Nitsch, KS-Programm 2010 (2003)
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0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
CO2-Minderungspotental in Mio. t / a
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Fotovoltaik
Holzpellets
Biomasse-StromGeothermie
solare Nahw ärme
Solarkoll. (groß)
Windenergie
Solarkoll. (klein)
Biogas
Bio-Kraf tstof fe
Wasserkraf t HHS-Heizw erke
Wärmepumpe
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 20www.kea-bw.de
Schwerpunkte der zukünftigen Entwicklung in BW (1)
Biomasse:
Förderung der Wärmeerzeugung aus naturbelassenem Holz (Nahwärmeversorgungs-systeme auf der Basis von Holzhackschnitzeln, Einzelheizungen mit Pelletkesseln), Unterstützung für Zufeuerung in Kraftwerken und Zementöfen, F+E und Pilotanlagen KWK (z. B. Stirling-Motoren), Wärmenutzung aus Biogasanlagen, stabile Rahmenbedingungen für Biogaseinspeisung, F+E Holzvergasung, F+E Biokraftstoffe
Geothermie:
Tiefbohrungen Oberrheingraben und Süddeutsches Molassebecken, dort: Absicherung des Fündigkeitsrisikos; Erdwärmesonden-Wärmepumpen für Niedertemperatur-Heizsysteme (v. a. für kleine und für zu klimatisierende Gebäude), dort: Abgleich der Genehmigungspraxis der Unteren Wasserbehörden, Optimierung des Gesamtsystems sowie Qualitätssicherung
Solarthermie:
Nutzungspflicht für Gebäude, Förderung von Anlagen > 100 m2 sowie von Pilotanlagen mit Langzeitwärmespeicher
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 21www.kea-bw.de
Schwerpunkte der zukünftigen Entwicklung in BW (2)
Solarstromerzeugung:
F+E, Zurverfügungstellung von öffentlichen Dachflächen, internationale Kooperationen (Nordafrika)
Wasserkraft:
Ausbau Kraftwerk Rheinfelden, ggf. weitere größere Kraftwerke am Rhein
Windkraft:
Entspannung der polarisierten Diskussion, konsequente Nutzung der verfügbaren Standorte, Re-Powering, ggf. Ausweisung weiterer Standorte
politisch/ allgemein:
Weiterentwicklung des EEG (Wärmenutzung), EWärmeG (REG-Nutzungspflicht für Gebäudeheizung) / Wärme-EEG Bund, Loslösung der Förderinstrumente von den öffentlichen Haushalten, „Energietag Baden-Württemberg“ am 13. + 14.09.2008
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Schwerpunkt: Erdwärme
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 23www.kea-bw.de
Schema Hydrogeothermale Nutzung
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Schema Hot Dry Rock
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Tiefe Geothermie: Probleme
Projektfinanzierung und -management
Technisches Bohrrisiko
Fündigkeit (Temperatur, Schüttung)
Pumpstrom
Aquifere: Wasserchemie (Salz)
Hot Dry Rock: Diverses
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Funktionsweise der Wärmepumpe
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Energiebilanz der Wärmepumpe?
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Wärmequellen für Wärmepumpen
Erdwärmesonden (sinnvoll, wenn Grundwassernutzung nicht möglich, vertikale Sonden bis 300 m Tiefe, Abstand > 5 m, ganzjährig > 10 °C, hohe Effizienz, aber: hohe Investitionen, wasserrechtliche Unbedenklichkeit zwingend, Zugang, Bohrrisiko)
Erdreichkollektoren (sinnvoll wenn ohnehin Erdbewegungen notwendig, Kunststoff-Rohrschlangen in 1 bis 1,5 m Tiefe, Abstand > 50 cm, + 2 °C während Heizzeit, nicht genehmigungspflichtig, leichte Temperaturdämpfung und -verschiebung, aber: flächenintensiv, geringere JAZ)
Grundwasser (sofern in geringer Tiefe vorhanden, Förder- und Schluckbrunnen im Abstand von > 10 m, ganzjährig + 7 bis + 12 °C, hohe JAZ, aber: genehmigungspflichtig, Wasserchemie ggf. problematisch)
Luft (überall verfügbar, einfache Erschließung, + 5 °C während Heizzeit, kostengünstig, aber: ungünstiger Temperaturverlauf, schlechter Wärmeübergang, geringere JAZ, nicht sinnvoll unter - 12 °C, ggf. Schallprobleme)
Fließgewässer (guter Wärmeübergang, + 2 bis + 15 °C, hohe JAZ, aber: genehmigungspflichtig, kostenintensiv durch wasserbauliche Maßnahmen, Verschmutzungsgefahr bei Hochwasser)
Abwasser / sonstige Abwärmequellen (je nach Temperatur hohe JAZ, aber: Eigentumsverhältnisse, evtl. Korrosionsprobleme)
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Erdwärmesonden Teil des Heizsystems
Potenzial:
Die Wärmepumpe als ein möglicher, regenerativ gespeister Wärmeerzeuger
Das Erdreich als eine mögliche Wärmequelle
Erdwärmesonden als eine mögliche Technik
Aber auch:
Erdwärmesonden als potenzielle „Engstelle“ im System Gebäude <-> Heizsystem <-> Wärmepumpe <-> Erdwärmesonden (bis hin zur Gefahr der Vereisung)
Ausreichende Dimensionierung !
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Erdwärmekollektoren
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Grundwassernutzung
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Wärmequelle Außenluft
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Temperaturverlauf im Erdboden
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Erdwärme (Geothermie) oder Umweltwärme (Solarenergie)?
Welche Wärmequelle wird von Erdwärmesonden genutzt?
Beide Wärmequellen leisten einen Beitrag zum Wärmeangebot.
Das Verhältnis ist unter anderem abhängig von der Sondenlänge.
Entscheidend ist neben der Größe des Wärmestroms das Temperatur- niveau der Wärme. Dieses wird im Wesentlichen durch die Umwelt (jahresmittlere Temperatur der Außenluft ≈ 10 °C) bestimmt.
Die Diskussion über die Frage ist eine akademische, da beide Wärmequellen als erneuerbar anzusehen sind.
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 35www.kea-bw.de
Primärenergieeinsatz im Vergleich
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Wärmepumpe
PelletkesselErdgaskessel Ölkessel
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CO2-Emissionen im Vergleich
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Wärmepumpe
Pelletkessel
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Luftschadstoff-Emissionenim Vergleich
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Staub SO2
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Randbedingungen:
Wärmeversorgung eines Ein-/Zweifamilien-hauses (Wohnfläche 210 m2, Heizleistung 13 kW, Jahresheizwärmebedarf 23 MWh/a)
Jahresnutzungsgrade: HP = 0,80 Erdgas = 0,95, HEL = 0,90, KWK = 0,32 (el) / 0,53 (th), HEL-Spitzen-HK = 0,90, NW_Transport = 0,90
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Sinnvolle Anwendungsgebietefür Wärmepumpen
... in Verbindung mit Niedertemperaturheizsystemen (Fußbodenheizung, Wandheizung)
… bei Verdrängung von Heizöl
… für kleine Gebäude (Ein- und Zweifamilienhäuser, Kindergärten)
… für zu klimatisierende Gebäude (Büro, Verwaltung, Museen, …)
… vor allem in Neubauten
… bei einem günstigen Strombezugspreis
… an emissionssensiblen Standorten (Kurorte, Innenstädte)
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 39www.kea-bw.de
Fördermöglichkeiten Systematik
Förderbereiche: Forschung und Entwicklung (Daueraufgabe) Pilot-/Demonstrationsvorhaben (Transfer Labor Praxis) Flächendeckende Anwendung (Breitenprogramme)
Arten der Förderung: Investitionszuschüsse Zinsverbilligte Kredite (ggf. + Restschulderlass) Gesetzliche Rahmenbedingungen Steuerliche Rahmenbedingungen Öffentlichkeitsarbeit Endkunden Information, Motivation und Schulung von Multiplikatoren
Speziell für regenerative Energien und KWK: Vergütungs-, Bonus- oder Quotenmodelle Ausschreibungsmodelle freiwillige Kundenleistungen („grüne“ Tarife, Beteiligungen,
Spenden/Fonds)
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 40www.kea-bw.de
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
Ziel: Erhöhung des REG-Anteils am Strom bis 2010 auf 12,5 % (20 % bis 2020)
Vorgänger: Stromeinspeisungsgesetz (1990 bis 2000)
Historie: Inkrafttreten im März 2000Änderungen in 2003umfassende Novellierung in 2004
Inhalte: Anschluss- und Abnahmepflicht für Netzbetreiber (ggf. inkl. Netzausbau) Vergütungssätze (privat: vor allem für Photovoltaik)
Langfristige Planungssicherheit für Investoren
Unabhängigkeit von öffentlicher Haushaltslage (Umlage auf Stromverbraucher)
Konkurrenz vor allem zu Bonussystemen und Quotensystemen
Anwendung auf Pflanzenöl-, Biogas-, Klärgas-, Deponiegas- oder Grubengas-BHKW
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Förderprogramme des LandesÜbersicht
Förderprogramme des Landes: EnergieSparCheck (Umweltministerium - UM) Klimaschutz-Plus (UM) Heizen und Wärmenetze mit regenerativen Energien – EFRE (UM) Energieeffizienz in KMU (UM) Umweltschutz in Vereinen (Landesstiftung) Demonstrationsvorhaben (Wirtschaftsministerium - WM) Bioenergiewettbewerb (WM) Infrastrukturprogramm (L-Bank) Wohnen mit Zukunft: Erneuerbare Energien (L-Bank)
Übersicht / Suchhilfen: www.energiefoerderung.info www.energiesparfoerderung-bw.de Übersicht des Informationszentrums Energie im WM BW
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Information und Beratung
Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg, Karlsruhe (www.kea-bw.de)
Programm Zukunft Altbau bei der KEA (www.zukunftaltbau.de)
Informationszentrum Energie im Wirtschaftsministerium, Stuttgart (www.wm.baden-wuerttemberg.de)
Regionale Energieagenturen (Liste und Links siehe www.kea-bw.de; weitere Agenturen in Gründung)
Verbraucherzentralen
Energieversorger / Stadtwerke
Die Bedeutung erneuerbarer Energien 43www.kea-bw.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
KEA Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg GmbH
Kaiserstr. 94 a
D - 76133 Karlsruhe
Tel. (07 21) 9 84 71 - 0
Fax (07 21) 9 84 71 - 20
e-Mail: [email protected]
Internet: www.kea-bw.de