12
Energieprognose 2012 – 2040 Deutschland Schwerpunkt: Erdgas: Brücken- oder Basisenergie? Verkehr Wärme Strom
Energieprognose 2012 – 2040 Deutschland
Schwerpunkt:
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
VerkehrWärme Strom
2
Die von der Bundesregierung beschlossene Energiewende stellt Deutschland vor große Herausforderungen. Der neue Energiemix soll im Wesentlichen auf einer Abkehr von der Kernenergie hin zu erneuerbaren Energien basieren. Deren Ausbau ist jedoch nicht un- eingeschränkt möglich. Um die geforderten Klimaschutzziele dennoch zu erreichen, kann das Potenzial eines anderen Energieträgers genutzt werden: Erdgas. Schon heute be-weist der sauberste der fossilen Energielie-feranten seine Flexibilität in verschiedenen Einsatzgebieten, die mehr umfassen als nur die Wärmeerzeugung.
Im September 2010 veröffentlichte die Bun-desregierung ihr Konzept für eine sichere, umweltschonende und wirtschaftliche Ener- gieversorgung Deutschlands. Ausgelöst durch den havarierten Kernreaktor in Fuku- shima wurde im Juni 2011 der vorzeitige Ausstieg aus der Kernenergie beschlos-sen. War zunächst eine Verlängerung der durchschnittlichen Laufzeiten um 12 Jahre geplant, gehen nun alle deutschen Kernkraft-werke innerhalb der nächsten zehn Jahre sukzessive vom Netz. Die 2010 formulier-ten, ambitionierten Klimaschutzziele haben weiterhin Bestand, müssen jetzt aber schon ab 2022 ohne die emissionsfrei betriebenen Kernkraftwerke erreicht werden. Wie soll das gehen?
In ihren Szenarien zur Erreichung der Ziele setzt die Bundesregierung auf Energieeffi-zienz und erneuerbare Energien. Auch wir halten beides für außerordentlich wichtig. In unserer ergebnisoffenen Prognose, deren Zeitraum wir erstmals bis ins Jahr 2040 er- weitert haben, orientieren wir uns jedoch an zu erwartenden Rahmenbedingungen. Deswegen gehen wir zum Beispiel nicht davon aus, dass die Erneuerbaren innerhalb der nächsten 28 Jahre im nötigen Umfang wirtschaftlich genutzt werden können. Ihrem Wachstum sind – zum Teil auch natürliche – Grenzen gesetzt.
Um den bislang größten Wandel in der deut- schen Energieversorgung zu realisieren, wer- den deshalb alle Energieträger gebraucht. Ihr Mix wird sich ändern, ihre Nutzung muss sich flexibler, umweltfreundlicher und effizienter gestalten. Bei der Stromproduktion könnte dazu die CCS-Technologie beitragen. Wir ge-hen allerdings nicht davon aus, dass die Ab- scheidung und Speicherung von CO2 aus Verbrennungsabgasen bis 2040 auf breiter Basis in Deutschland zum Einsatz kommt. Gefordert sind daher andere intelligente Tech- nologien – zum Beispiel für die dezentrale Erzeugung von Strom und Wärme oder die hybride Nutzung verschiedener Energiequel-len. Im zukünftigen Energiesystem kommt Erdgas eine besondere Rolle zu. Ob es das Potenzial hat, sich auch langfristig als zuver-lässige Basisenergie zu etablieren, werden wir im Schwerpunktthema dieser Prognose genauer beleuchten.
PrämissenDen Ausführungen unserer Energieprognose liegen folgende Annahmen zur volkswirtschaft- lichen Entwicklung zugrunde:
Nach den wirtschaftlich starken Jahren 2010 und 2011 geht die durchschnittliche Steige-rungsrate des Bruttoinlandsprodukts (BIP) 2012 wieder zurück und weist am Ende des Prognosezeitraums nur noch ein Wachstum
von rund 1 Prozent pro Jahr auf. Ein Grund dafür ist die Bevölkerungsentwicklung. Bis 2040 nimmt die Einwohnerzahl Deutschlands von ca. 82 Millionen im Jahr 2010 auf rund 77 Millionen Menschen ab. Die Lebenser-wartung steigt, der Anteil der Bevölkerung im arbeitsfähigen Alter geht jedoch zurück.
PrimärenergieverbrauchDer Primärenergieverbrauch (PEV) sinkt von ca. 463 Millionen Tonnen SKE im Jahr 2011 auf rund 356 Millionen am Ende des Prognosezeitraums. Insgesamt geht er damit um fast ein Viertel zurück. Ein Grund dafür ist neben dem bewussteren Umgang mit Energie auch der Einsatz immer effiziente-rer Technologien. Zudem wirkt sich die mit dem Bevölkerungsrückgang einhergehende langsamer wachsende Wirtschaftsleistung mindernd auf den Verbrauch aus.
Mit einem Anteil von zusammen fast 60 Prozent bleiben Mineralöl und Erdgas auch 2040 die wichtigsten Energieträger. Erdgas ist flexibel einsetzbar und hat einen niedrigen CO2-Gehalt. Ab 2030 löst es Mineralöl als Energieträger Nr. 1 ab. Die Kernenergie spielt bereits 2020 kaum noch eine Rolle, ab 2023 ist sie aus dem Energiemix verschwunden. Die Bedeu-tung der Kohle, 2011 noch zweitgrößter Ener-gieträger, geht zurück. Warum? Der fossile Energieträger emittiert bei der Verbrennung am meisten CO2, das aufgrund der noch fehlenden CCS-Nutzung in die Atmosphäre gelangt. 2040 trägt Kohle deswegen mit
Energieprognose 2012 – 2040
2.000
2.200
2.400
2.600
2.800
3.000
3.200
3.400
3.600
3.800
4.000
4.200
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
2000 2010 2020 2030 2040
Bruttoinlandsprodukt Mrd. Eur
■ Primärenergieverbrauch (Pev)
als Primärenergie bezeichnet man die in natürlichen energieträgern (z. b. mineralöl) vorhandene energie, die noch nicht umgewandelt oder aufbereitet wurde (z. b. in benzin oder Diesel). Der Pev wird in Steinkohleeinheiten (SKe) angege-ben. 1 kg SKe entspricht der ener-giemenge, die beim verbrennen von 1 kg Steinkohle frei wird.
Bevölkerung
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20402030202020102000
82 82 81 79 77
66
16
68
14
68 67
13 12
66
11
Mio.
■ über 18 Jahre ■ unter 18 Jahre
vs. Vorjahr %
■ Mineralöl ■ Erdgas ■ Kohle ■ Kernenergie ■ Erneuerbare Energien ■ Sonstige Energieträger ■ Stromaußenhandelssaldo
000000
150
300
450
600
2030202520202015200520000
-50
100
200
300
400
500
600
2040203020202010 20112000
9
11
1,1
92,0
1,6
949
40
111
94
159
20,4
14 9
-2,1 -0,6
9
188
102
122
63
160
105
110
52
45
133
106
96
72
111
119
72
81
90
122
45
88
491 479 463 429 393 356
Mio. t SKE
PEV gesamt
t CO2 /KopfEnergieeffizienz – CO2-Emission/Kopf in Deutschland
3
45 Millionen Tonnen SKE nur noch 13 Pro-zent zum Mix bei.
Die erneuerbaren Energien verzeichnen das größte Wachstum: Bis 2040 werden sie ge-genüber 2011 um ca. 80 Prozent zunehmen. Ihr Anteil am gesamten PEV erhöht sich auf rund 25 Prozent und zieht damit fast mit Mineralöl gleich.
Biomasse und Biogas werden auch 2040 zusammen noch etwas mehr als zwei Drittel der erneuerbaren Energien ausmachen. Im Gegensatz zu Wind und Sonne stehen beide unabhängig vom Wetter zur Verfügung. Die Frage der Nachhaltigkeit spielt besonders bei der Biogasproduktion eine Rolle. Deshalb fällt der Anstieg bei Biogas moderater aus als bei der anderen Biomasse.
Der Ausbau der Windenergie schreitet deutlich voran, ihr Beitrag verdreifacht sich nahezu. Die Anteile von Photovoltaik und Solarthermie werden sich mehr als verdop-peln, tragen aber bis Ende des Prognosezeit-raums insgesamt nur 8 Prozent zum Mix der Erneuerbaren bei. Wasserkraft, Geothermie, Wärmepumpen und sonstige erneuerbare Energien spielen bis 2040 nur eine unterge-ordnete Rolle.
Energieeffizienz In Deutschland wird Energie schon heute sehr effizient genutzt. Die Energiesparpoten-ziale sind jedoch längst noch nicht ausge-schöpft. Der CO2-Ausstoß, umgelegt auf die Bevölkerungszahl, zeigt das deutlich: Er reduziert sich von 1990 bis 2040 um nahezu 60 Prozent. Wachsendes Energiebewusst-sein, eine gezielte Klimapolitik sowie immer energieeffizientere technologische Entwick-lungen bewirken diesen Erfolg. Beispiele, wie man die Energieeffizienz fördern kann, sind Emissionsvorgaben für Industrieanlagen und Autos ebenso wie das Formulieren von Effizienzzielen für Gebäude, Haushaltsgeräte oder Unterhaltungselektronik.
■ energieeffizienz
ziel der energieeffizienz ist es, einen angestrebten nutzen (eine energie-dienstleistung) mit möglichst wenig energieeinsatz zu erreichen. Die energieeffizienz ist umso höher, je geringer die energieverluste bei der gewinnung, umwandlung, verteilung und nutzung von energieträgern für die jeweilige energiedienstleistung sind.
0
20
40
60
80
100
20402030202020102000000
10
202020
30
404040
50
606060
70
808080
90100100100
20300020252020201520202020200520002020 2011
32
1,6
30
9
2
20,7
6
1
11,2
3
3
2
2
1
311
0,7
0,3
10
327
8
4
43
11
10
4
46
12
13
5
47
13
17
5
14 45 49 72 81 88
PEV Erneuerbare Energien
■ andere Biomasse ■ Biogas ■ Wind ■ Wasserkraft ■ Solarthermie ■ Photovoltaik ■ Wärmepumpen (Strom)/Sonstige
Mio. t SKE
Bevölkerung
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
204020302020201020001990
15,6
10,1 9,58,5
7,66,6
Energiebedingte CO2-Emissionen
20402035203020252020201520102005200019951990-50
-40
-30
-20
-10
0
■ CO2 gesamt ■ CO2-Mengeneffekt ■ CO2-Mixeffekt
% vs. 1990
■ andere Biomasse ■ Biogas ■ Wind (on-/offshore) ■ Wasser (ohne Pumpspeicherkraftwerke) ■ Photovoltaik
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
204020302020201020000
555
10000
1555
2000
0
252525
30000
353535
400000
454545
500000
2030002025202020152020202020052000200200 2011
10
8
6
2
2
6 26 28 35 40 46
10
11
5
17
3
10
5
13
10
32
9
2
9
4
9
10
3
11
7
4
21
213
Stromerzeugung Erneuerbare EnergienMio. t SKE
■ Außenhandelssaldo ■ Kohle ■ Erdgas ■ Kernenergie ■ Erneuerbare Energien ■ Sonstige (andere Gase, Öl, Müll etc.) Bruttostromverbrauch
4
Verbrauchssektor StromDie Stromerzeugung ist mit einem Anteil von aktuell 39 Prozent der größte Verbrauchs-sektor des PEVs. Infolge der positiven Wirt-schaftsentwicklung wird der Strombedarf bis etwa 2035 noch weiter steigen. Danach wirkt sich die demografische Entwicklung leicht dämpfend aus. Durch den Wegfall der Kernenergie ändert sich der Energiemix zur Stromerzeugung erheblich.
Die Nachfrage nach Strom wird bis 2040 um mehr als 10 Prozent steigen, trotzdem geht der Energieeinsatz zur Stromerzeugung um ca. 27 Prozent zurück. Zu dieser Effizienz-verbesserung tragen nicht nur moderne Kraftwerkstechnologien bei, sondern auch der geänderte Erzeugungsmix. Während 2011 Strom noch zu mehr als zwei Dritteln aus Koh-le und Kernenergie erzeugt wurde, ändert sich das Bild bis 2040 gravierend: Die Kernenergie ist verschwunden, und auf Kohle entfallen nur noch rund 22 Prozent. Ersetzt werden beide durch Energieträger mit niedrigen CO2-Emissi-onen und höherem Wirkungsgrad: Erdgas und erneuerbare Energien.
Der Beitrag der Erneuerbaren zur Stromerzeu-gung wächst bis zum Ende des Prognose-zeitraums um nahezu zwei Drittel an. Mit ca. 37 Prozent entfällt dann der höchste Anteil auf die Windkraft. 2040 sind die erneuerbaren Energien mit 46 Millionen Tonnen SKE nach Erd- gas der größte Energieträger im Stromsektor.
Mit dem Wechsel der Energieträger allein ist die Umstrukturierung des Energiemixes zur Stromerzeugung jedoch nicht zu bewältigen. Dringend notwendig ist sowohl der Ausbau der Erzeugungskapazitäten als auch der Stromübertragungsnetze. Spezielle Speicher-technologien müssen entwickelt werden, um die wetterabhängige Stromproduktion aus Wind und Photovoltaik zu stabilisieren.
CO2-EmissionenInsgesamt gehen die energiebedingten CO2-Emissionen von 1990 bis 2040 um fast 50 Prozent zurück. Das ist in Anbetracht des Verzichts auf CO2-freie Kernenergie ein großer Erfolg. Trotzdem wird das Ziel der Bundesregierung (-70 Prozent CO2 bis 2040) nicht erreicht. Um die verschiedenen Gründe dafür zu veranschaulichen, zeigen wir den Mengen- und den Mixeffekt separat auf. Es wird deutlich, dass der zurückgehen-de Energiebedarf (CO2-Mengeneffekt) die Emissionen positiver beeinflusst als die Ver-änderungen im Energiemix (CO2-Mixeffekt), da die Kernenergie teilweise durch fossile Energieträger ersetzt werden muss. Auch bei einem steigenden Anteil von Erdgas, das von allen fossilen Energieträgern die niedrigsten Emissionen aufweist, verläuft die CO2-Redu-zierung hin zu einem saubereren Energiemix langsamer als ursprünglich geplant.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0
500
10010000
15015050
200200200
250250250
300300300
350350350
400400400
203020252020201520052000-50
2040203020202010 20112000
-2,1 -0,6
67
0,4 1,1 2,0 1,6
87
6
81
21
40
2811
92 80 7151
29
6352 35
1140
46
2612
13 21 2843
49
612604578
609 608650
681 675
578612
69612612662046080404
182 190 180 155 143 132
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Stromerzeugung gesamt Bruttostromverbrauch Mio. t SKE
TWh
ErdgasversorgungDer Anteil von Erdgas am Primärenergiever-brauch beträgt heute schon ca. 20 Prozent. Bis 2040 wird er auf rund 34 Prozent an-wachsen. Erdgas ist dann der größte Ener- gieträger im deutschen Energiemix. Der wachsenden Nachfrage kann es problem-los gerecht werden: Erdgas ist weit über den Prognosezeitraum hinaus ausreichend verfügbar. Die Versorgung Deutschlands ist langfristig gesichert.
Deutschland bezieht Erdgas aus verschie-denen Quellen und auf unterschiedlichen Wegen. Im Jahr 2011 wurde mit zusammen rund 47 Prozent die größte Menge aus Norwegen und den Niederlanden importiert. Russland als größter Lieferant trug ca. 30 Pro- zent zur Versorgung bei. Hinzu kam das Erdgas aus heimischer Förderung in Höhe von ca. 14 Prozent. Die globalen Erdgasres-sourcen, auf die auch Deutschland Zugriff hat, reichen beim aktuellen weltweiten Ver-brauch noch bis zu 250 Jahre. Dabei flacht das konventionell förderbare Erdgasvolumen
zwar ab, aber mit fortschrittlichen Techno-logien lassen sich noch sehr große weitere Vorkommen erschließen.
5
9%
Sonstige
30%
Deutschland
20%Niederlande
27%
Norwegen
14%
Russland
Erdgasversorgung Deutschland 2011
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
Schon heute ist Erdgas aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Tagtäglich nutzen Millionen Menschen in Deutschland den flexiblen Energieträger zum Heizen, Kochen und Autofahren. Auch in der Stromerzeugung spielt Erdgas sein Leistungspotenzial aus. Tendenz: stark steigend.
Erdgas ist der Energieträger, der entscheidend zum Erfolg der Energiewende in Deutschland beitragen wird. Bislang wurde sein hohes Potenzial bei weitem noch nicht ausgenutzt. Das wird sich in Zukunft ändern. Als der klimaschonendste der fossilen Energieträger spielt Erdgas für die Erreichung der deut- schen Klimaschutzziele eine entscheidende Rolle. Es ist noch für sehr lange Zeit ausrei-chend verfügbar und kann flexibel eingesetzt werden. Das macht Erdgas auch zum opti-malen Partner für die erneuerbaren Energien. Zudem hat es die gleichen chemischen Eigenschaften wie Biogas, so dass eine gemeinsame Nutzung auf vielen Gebieten möglich ist.
■ erDgaS
erdgas ist ein brennbares natur-gas, das hauptsächlich aus methan besteht. es ist farblos, geruchlos und ungiftig. bei seiner verbrennung erzeugt es deutlich weniger Kohlen- und Schwefeldioxid als Kohle oder mineralöl; ruß und Staub entstehen praktisch überhaupt nicht. erdgas tritt häufig zusammen mit erdöl in unterirdischen Lagerstätten auf.
Für die Importe gilt: Die Transportwege, auf denen Erdgas nach Deutschland gelangt, werden immer vielfältiger. Die Kapazitäten der leitungsgebundenen Pipelineversorgung nehmen zu. Zusätzlich gelangt Erdgas in ver-flüssigter Form (LNG = Liquefied Natural Gas) auf dem Seeweg nach Europa. Diese stark zunehmende, pipelineunabhängige Trans-portmöglichkeit per Schiff macht die Erdgas-versorgung Deutschlands noch flexibler.
Zur sicheren Deckung des Bedarfs tragen auch die heimischen Erdgasspeicher bei. Deutschland verfügt heute schon über die größten Erdgas-Speicherkapazitäten Euro-pas. Aktuell kann etwa ein Viertel unseres jährlichen Gasverbrauchs aus den vorhan-denen Speichervolumen gedeckt werden. Der Ausbau der Speicher setzt sich fort: In den nächsten Jahren wird sich ihre Kapazität weiter erhöhen.
Pipeline-/LNG-Importe
PipelinesLNG-Import
6
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
WärmeAus Erdgas werden sowohl Raumwärme und Warmwasser als auch Prozesswärme für den industriellen Einsatz erzeugt. Heute entfallen auf den Verbrauchssektor Wärme etwa drei Viertel des gesamten Erdgasbedarfs.
Im Prognosezeitraum entwickeln sich Raum- und Prozesswärmebedarf unterschiedlich. Während der Bedarf an Prozesswärme infolge des Wirtschaftswachstums noch weiter an-steigt, geht der Raumwärmebedarf insbeson-dere bei privaten Haushalten zurück. Gründe für den sinkenden Bedarf sind der verstärkte Einsatz moderner Heizungstechnologien sowie eine bessere Wärmedämmung.
Wie groß die Energieeffizienzsteigerung in diesem Bereich ist, wird noch deutlicher, wenn man sich die demografische Entwick-lung und das Verbraucherverhalten genauer ansieht. Obwohl die Bevölkerungszahl ab-nimmt, steigen Wohnungsbestand und Größe der Wohnungen weiter an. Trotzdem geht der Bedarf an Heizenergie in diesem Bereich bis 2040 um mehr als 10 Prozent zurück.
Wärme
Das Effizienzziel der Bundesregierung liegt al-lerdings noch deutlich höher. Bereits bis 2020 soll eine Reduzierung des Bedarfs an Wär-meenergie um 20 Prozent erreicht werden. Dazu ist eine Verdopplung der energetischen Sanierungsrate von 1 auf 2 Prozent pro Jahr vorgesehen. Diese Erhöhung erscheint unter
den aktuellen Rahmenbedingungen jedoch nicht realistisch. Es gibt zwar umfangreiche Förderprogramme, aber Gebäudeeigentümer sind nicht zur Wärmedämmung verpflichtet und werden individuell entscheiden, ob sich die Investition lohnt.
Wie in den anderen Sektoren ändert sich auch bei der Beheizung privater Haushalte der Energiemix erheblich. Heute entfallen mit zusammen ca. 42 Millionen Tonnen SKE rund zwei Drittel des Heizenergieeinsatzes auf Öl und Gas. Nimmt man noch die Fern-wärme hinzu, die aus Erdgas erzeugt wird, erhöht sich ihr gemeinsamer Anteil auf mehr als 70 Prozent.
Auch 2040 leisten Öl und Gas noch den größten Beitrag zur Wärmeerzeugung, ein-schließlich der Fernwärme geht ihr Anteil aber auf knapp 55 Prozent zurück. Dagegen wach-sen die erneuerbaren Energien von heute ca. 9 Millionen Tonnen SKE auf rund 19 Millionen Tonnen SKE im Jahr 2040 an und ziehen dann mit Erdgas als Heizenergie gleich.
Wohnfläche je EinwohnerMio./m2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
20402030202020102000
82 82 81 79 7782 82
39 4346 48 48
■ m2 je Bewohner Bevölkerung Mio.
VerbrauchssektorenDie Energiewelt wird vielfältiger. Das betrifft nicht nur die Zahl der Energieträger, sondern auch deren Anwendung sowie die Versor-gungsstrukturen. Rahmenbedingungen, für die Erdgas optimal geeignet ist.
Traditionell wird Erdgas in Deutschland haupt- sächlich als Wärmelieferant wahrgenommen. Es wird aber auch in der Stromerzeugung und als Kraftstoff im Verkehrssektor eingesetzt. Zudem dient es im Industriebereich als Grund- stoff für chemische Prozesse. Dieses Verbrauchs- segment haben wir bei der grafischen Dar- stellung des Industriesektors berücksichtigt.
Dezentralisierung und Hybridisierung (die ge- meinsame Nutzung von unterschiedlichen Systemen) sind Entwicklungen, die insbeson- dere bei der gekoppelten Strom- und Wärme- erzeugung zunehmend an Bedeutung gewinnen und eine noch umfassendere Nutzung von Erdgas im industriellen und gewerblichen, aber auch im privaten Bereich ermöglichen.
0
20
40
60
80
100
120
140
2040203020202010200000
200
400
600
800
100
120
140
2030002025202020152020202020052000200200 2011
27
28
28
7
10
26
21
33
8
13
28
13
32
6
15
31
43
23
7
9
33
49
19
7
9
26
8
12
23
21
0,3
0,80,9
0,80,3
94 101 90 101 114 118
Mio. t SKE
■ Haushalte ■ Heizkraft-/Fernheizwerke ■ Gewerbe ■ Industrie ■ Stromerzeugung ■ Verkehr* ohne Eigenverbrauch
Erdgasverbrauch nach Sektoren*
Strom verkehr
7
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
■ Erdgas ■ Fernwärme ■ Mineralöl ■ Erneuerbare Energien ■ Strom/Kohle
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2040203020202010 20112000
000000
001001001
00200000200000020
003003003
00400400040000000
00500500
00600600600000000
00700700
00800080080000000000
203000203000030020300020252020500122000 5000020212020220220 500201520202020022005200220000002220202000000202 20002
5
25
17
6
9
31
28
4
6
6
32
20
6
10
6
27
14
7
15
4
22
11
7
18
4
19
8
7
19
3
76 74 63 67 63 56
Mio. t SKEBeheizungsstruktur der Haushalte
■ brennWertKeSSeL in Kombi- nation mit SoLarthermie
brennwertheizsysteme sind beson-ders effizient, da sie auch den in den abgasen enthaltenen Wasser-dampf nutzen, der bei der verbren-nung entsteht und normalerweise über den Schornstein entweicht. Der Wasserdampf wird im Kessel heruntergekühlt, so dass er kon-densiert. Die dabei frei werdende energie wird dem heizkreislauf zugeführt. bei der Kombination mit Solarthermie wird das Wasser im Kombipufferspeicher auch durch den geschlossenen heizkreislauf der Solaranlage erwärmt. mit hilfe moderner Steuerungstechnik schal-tet sich der Kessel nur zu, wenn die Sonnenenergie für die erforderliche heizleistung nicht ausreicht.
Abgase
STROMVerbrennungs-motor
externe Wasserversorgung
Kanalisation
Warm-wasser
Wärme
Sonnen-kollektor
Solarthermie
Brennwertkessel
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Generator
Warm-wasser
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Wärmespeicher
externe Wasser-versorgung
Luft
Kondensator
Dampfturbine
Gasturbine
Abhitzekessel
heiße Abgase
ERDGAS
kühlerer Dampf
heißer Dampf
WasserAbgase
Kühl-flüssigkeit
Generator
STROM
Kombipufferspeicher
Generator
STROM
Mikro-KWK-Anlage
Warm-wasser-speicher
Wärme
Warm-wasser-speicher
ERDGASLuft
Abgase
ERDGASLuft heiße
Abgase
Funktionsweise und Aufbau eines Erdgas-Brennwertkessels in Kombination mit Solarthermie
Mit der Energiemixänderung gehen erheb-liche technische und strukturelle Verände-rungen einher. Ältere Öl- und Gasheizungen werden abgelöst durch moderne Brenn-wertkessel, die Energieeinsparungen von bis zu 30 Prozent ermöglichen. Zudem nimmt die dezentrale Wärmeversorgung weiter zu: Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen (KWK-Anlagen), Blockheizkraftwerke (BHKW) und Mini-Blockheizkraftwerke (Mini-BHKW), die am Ort des Wärmeverbrauchs betrieben werden, treten an die Stelle großer, zentraler Heizkraftwerke. Letztere weisen nur einen Wirkungsgrad von ca. 35 Prozent auf. In dezentralen KWK-Anlagen („Nahwärme-Anlagen“), die neben Wärme auch Strom produzieren, kann die eingesetzte Primär-energie bis zu 90 Prozent genutzt werden. Da KWK-Anlagen allerdings vorrangig der Wärmeerzeugung dienen, kommen sie bei milden Temperaturen weniger zum Einsatz und tragen dann in geringerem Maß zur Stromerzeugung bei.
Ein weiterer Trend ist die Hybridisierung von Heizsystemen. Dabei wird die Heizung aus verschiedenen Wärmequellen gespeist. Ein Beispiel dafür sind Erdgas-Brennwert-heizungen, die mit Solarthermie-Systemen kombiniert werden. Erdgas- oder auch Heizöl-Brennwertheizungen sind beson-ders effizient, da sie die Abgaswärme dem Heizkreislauf wieder zuführen. Die Sonnen- energie wird zur Warmwasserbereitung genutzt. Die Kombination von Brennwert und Solar ermöglicht im Vergleich zu älteren Heizsystemen CO2-Einsparungen von bis zu 55 Prozent.
© ExxonMobil · Energieprognose 2012
8
Abgase
STROMVerbrennungs-motor
externe Wasserversorgung
Kanalisation
Warm-wasser
Wärme
Sonnen-kollektor
Solarthermie
Brennwertkessel
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Generator
Warm-wasser
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Wärmespeicher
externe Wasser-versorgung
Luft
Kondensator
Dampfturbine
Gasturbine
Abhitzekessel
heiße Abgase
ERDGAS
kühlerer Dampf
heißer Dampf
WasserAbgase
Kühl-flüssigkeit
Generator
STROM
Kombipufferspeicher
Generator
STROM
Mikro-KWK-Anlage
Warm-wasser-speicher
Wärme
Warm-wasser-speicher
ERDGASLuft
Abgase
ERDGASLuft heiße
Abgase
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
Bei der Verbrennung von Erdgas fallen rund 55 Prozent weniger CO2-Emissionen an als bei Kohle. Nach dem Beschluss zum Ausstieg aus der emissionsfreien Kernenergie bietet sich also mit Erdgas eine klimaschonende Alternative.
Außerdem sind moderne, mit Erdgas in Hybrid-Technologie betriebene Gas- und
StromAls sauberster fossiler Energieträger spielt Erdgas bei der Stromerzeugung eine immer wichtiger werdende Rolle. Sein Anteil an der deutschen Stromproduktion wächst von rund 21 Millionen Tonnen SKE im Jahr 2011 auf ca. 49 Millionen Tonnen SKE im Jahr 2040 an. Das entspricht einem enormen Zuwachs: Er beträgt über 130 Prozent.
■ gaS- unD DamPfKraftWerK (guD)
gas- und Dampfkraftwerke verbin-den bei der Stromerzeugung ver-fahrenstechnisch eine gasturbine und eine Dampfturbine. Die heißen abgase der mit erdgas betriebenen turbine werden dabei als Wärme-quelle für einen Wasserdampfkreis-lauf genutzt. Die nachgeschaltete Dampfturbine produziert zusätzlich noch einmal ca. die hälfte der per gasturbine erzeugten elektrischen Leistung. Daher liegt der Wirkungs-grad von gas- und Dampfkraft-werken mit ca. 60 Prozent deutlich höher als bei herkömmlichen gas-kraftwerken. Die bei der Konden-sation frei werdende Wärme kann auch für die fernwärmeversorgung genutzt werden.
Zudem kommt Erdgas in Mikro-KWK-Geräten zum Einsatz. Die kleinen Kraftwerke für Privathaushalte besitzen in etwa die Größe einer Waschmaschine und können als Strom erzeugende Heizung auch etwa 40 Prozent des Strombedarfs einer vierköpfigen Familie
■ erDgaSbetriebene miKro- KWK-anLage
anlagen, die mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeiten, erzeugen neben Wärme auch Strom. Deswe-gen besitzen sie einen sehr hohen Wirkungsgrad. eine für Privathaus-halte ausgelegte, erdgasbetriebene mikro-KWK-anlage besteht aus einem verbrennungsmotor, der einen Stromgenerator antreibt. gleichzei-tig wird Wasser erwärmt: zunächst, indem es um den heißen motor her-umgeführt wird, danach durch die verbrennungsabgase. von der mikro-KWK-anlage führt der heizkreislauf in den Speicher, wo die Wärme für die beheizung und die Warmwasserbe-reitung genutzt wird.
Funktionsweise und Aufbau einer erdgasbetriebenen Mikro-KWK-Anlage
Funktionsweise und Aufbau eines Gas- und Dampfkraftwerkes (GuD)
decken. Auch mit Erdgas betriebene Brenn-stoffzellen-Heizgeräte nutzen die Vorteile mo-derner KWK-Technologien. Dabei wird Erdgas hier nicht als Brennstoff eingesetzt, sondern elektrochemisch in Energie umgewandelt.
© ExxonMobil · Energieprognose 2012
Abgase
STROMVerbrennungs-motor
externe Wasserversorgung
Kanalisation
Warm-wasser
Wärme
Sonnen-kollektor
Solarthermie
Brennwertkessel
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Generator
Warm-wasser
WARMWASSER FÜR VERBRAUCH
Wärmespeicher
externe Wasser-versorgung
Luft
Kondensator
Dampfturbine
Gasturbine
Abhitzekessel
heiße Abgase
ERDGAS
kühlerer Dampf
heißer Dampf
WasserAbgase
Kühl-flüssigkeit
Generator
STROM
Kombipufferspeicher
Generator
STROM
Mikro-KWK-Anlage
Warm-wasser-speicher
Wärme
Warm-wasser-speicher
ERDGASLuft
Abgase
ERDGASLuft heiße
Abgase
© ExxonMobil · Energieprognose 2012
Gas- und Dampfkraftwerk
9
Erdgas: Brücken- oder Basisenergie?
VerkehrGasbetriebene Fahrzeuge können einen Bei- trag zur Umsetzung der Emissionsziele im Verkehr leisten, denn Erdgas und Flüssiggas verbrennen umweltschonender als Benzin oder Diesel. Besonders die Erdgasnutzung bietet noch weitere Vorteile: Erdgasfahrzeuge sind im Vergleich zu Pkw, die mit flüssigen Kraftstoffen betrieben werden, sparsamer im Verbrauch und flexibler, da sie problemlos mit Biogas fahren können.
Insgesamt umfasst der Pkw-Bestand am Ende des Prognosezeitraums rund 43 Millionen Fahrzeuge. Dabei steigt der Anteil der Pkw mit alternativen Antriebstechnologien von heute nur 600.000 auf rund 12 Millionen im Jahr 2040 an. Sie erreichen dann gemeinsam etwa den gleichen Anteil wie Otto-Pkw. Mit neuen Antriebstechnologien verschiedens-ter Art wird versucht, die besten Wege zum klimaschonenden Pkw zu finden. Wie sich die Anstrengungen der Hersteller, den Kraftstoff-verbrauch aller Pkw zu senken und damit den CO2-Ausstoß zu verringern, auswirken, zeigt
0
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
20402030202020102000
29030160
320
270270
41937
530540
7.750
1.100
2.000
550450
480
1.700
600
7 531 1.465 3.660 11.950Tsd.
Pkw-Bestand alternative Antriebe*
ein Vergleich der Jahre 2010 und 2040: Ob-wohl die Zahl der Pkw leicht ansteigt, gehen die Emissionen um rund 60 Prozent zurück.
Die alternativen Antriebsarten werden im Prog- nosezeitraum immer vielfältiger. Während 2011 noch die Flüssiggasfahrzeuge dominieren, gibt es ab 2030 eine bunte Mischung von Flüssiggas-, Erdgas-, Hybrid- und Elektroautos. Es zeichnet sich aber bereits ab, dass die Plug-in-Hybride sich langfristig durchsetzen werden, da sich mit ihnen die geforderten CO2-Grenzwerte am besten erreichen lassen. Zudem sind sie im Gegensatz zu Elektroautos weniger abhängig von neu zu schaffenden Infrastrukturen, weil sie zur Not auch mit kon- ventionellen Kraftstoffen fahren können. Auch wenn die Zahl der Erdgas-Pkw im Prognose-zeitraum leicht ansteigt, wird die Erdgasnut-zung im Pkw-Bereich im Vergleich zu Plug-in- Hybriden nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Die Zahl der mit Erdgas angetriebenen Lkw und Busse ist aktuell sehr gering. Es gibt aber bereits Ansätze, verflüssigtes Erdgas (LNG) für den Nutzfahrzeugbereich einsetzbar zu machen. Dies könnte die Bedeutung von Erdgas im Straßenverkehr deutlich erhöhen, noch fehlen jedoch die Grundlagen für eine fundierte Schätzung des dafür nötigen Kraft-stoffvolumens.
Für die Schifffahrt ist LNG als Kraftstoff ebenfalls in der Entwicklung, denn auch hier werden höhere Energieeffizienz und eine Reduktion der Emissionen zunehmend gefor-dert. Eine Volumenschätzung des benötigten LNG-Bedarfs in diesem stark international geprägten Bereich haben wir in unserer Prognose für Deutschland nicht abgebildet. Die Einbeziehung der Schifffahrt ist jedoch wichtig, um das Bild der Einsatzsektoren von Erdgas zu vervollständigen.
Pkw CO2-EmissionenMio. t CO2
■ Ottomotor ■ Dieselmotor ■ Sonstige Antriebe
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
20402011
89 36
60
27
11
22
1,7
2,9
Dampfkraftwerke (GuD) optimale Partner für die erneuerbaren Energien: Sie sind flexibel einsetzbar und können Schwankungen durch fehlende Wind- und Sonnenenergie kurzfristig ausgleichen. Gerade im Winter, der Jahreszeit mit dem größten Strombedarf, steht am we-nigsten Energie aus Wind und Sonne bereit. Auch die Verfügbarkeit von Importstrom ist dann limitiert, da unsere Nachbarländer eben- falls einen hohen Strombedarf haben. Erdgas-kraftwerke sorgen bei fluktuierender Einspei-sung aus erneuerbaren Energien schnell für Stabilität im Stromnetz und gewährleisten da-mit die Versorgungssicherheit. Ein Zubau von Gas- und Dampfkraftwerken lässt sich zügig umsetzen, die Technologie ist vorhanden, die Bauzeit beträgt nur etwa 2 bis 3 Jahre.
Auch die Erdgasinfrastruktur ist äußerst flexi- bel: Sie bietet viele Möglichkeiten zur gemein-samen Nutzung verschiedener Energiequellen. Ein Beispiel dafür ist die Biogaseinspeisung.
Der regenerative Energieträger Biogas ver-zeichnet beim Primärenergieverbrauch bis 2040 ein leichtes Wachstum. Die Anforde-rungen zur Nachhaltigkeit werden durch die Nutzung von Bioenergiepflanzen der zweiten und dritten Generation immer besser gelöst. Das gut ausgebaute Erdgasnetz sorgt für einen schnellen Transport des Biogases zum Verbraucher. Das ist allerdings mit Kosten verbunden, denn vor der Einspeisung muss das Biogas auf 20 bar verdichtet werden. Der elektrische Wirkungsgrad von Biogasanlagen liegt bei etwas mehr als 40 Prozent und ist damit vergleichbar mit Kohlekraftwerken. Deshalb verlangt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) für neue Biogasanlagen die Kraft-Wärme-Kopplung, was den Wirkungs-grad auf über 90 Prozent erhöht. Diese An- lagen ermöglichen auch die Einspeisung in ein geschlossenes Biogasnetz. Dann ist zwar keine Verdichtung mehr notwendig, dafür muss aber in den Aufbau einer Netzinfrastruk-tur investiert werden.
Auch für die Power-to-Gas-Technologie ist die Erdgasinfrastruktur sehr gut geeignet. Dabei wird das Erdgasnetz genutzt, um überschüssigen Strom aus Wind- und Pho-tovoltaikanlagen zu speichern. Beim Power-to-Gas-Verfahren wird Wasser mit Strom per Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. Danach wird der Wasserstoff mit Hilfe von CO2 in Methan umgewandelt. Bei der Methanisierung entsteht „synthetisches Erdgas“, das wie natürliches Erdgas in das Leitungsnetz eingespeist werden kann – zum Beispiel zur Wärme- oder Stromerzeugung. Der Umwandlungsverlust ist zwar hoch, das Verfahren aber CO2-neutral und eine gute Möglichkeit, überschüssige Mengen wetterab-hängig erzeugten Stroms zu nutzen, die sonst verloren wären.
■ Flüssiggas ■ Erdgas ■ Voll-Hybrid ■ Plug-in-Hybrid ■ Elektro ■ Elektro mit range Extender Elektrofahrzeuge gemäß Energiekonzept der Bundesregierung: Plug-in-Hybrid + Elektro + Elektro mit range Extender * stichtagsbezogen jeweils auf den 31.12.
10
0
10
20
30
40
50
20402030202020102000000
1000
202020
303030
40400
505050
2030404020252020201520202020200520002020 2011
0,6
12
30
0,5
12
19
12
21
20
3,7
25
17
1,5
30
11
33
6
39 42 42 44 44 43
Pkw-Bestand gesamt*Mio.
■ Ottomotor ■ Dieselmotor ■ sonstige/alternative Antriebe* stichtagsbezogen jeweils auf den 31.12.
Mineralöl
Mineralöl gibt seine Rolle als wichtigster Energieträger bis 2040 an Erdgas ab, bleibt aber mit 25 Prozent eine der tragenden Säu-len im Energiemix. Insgesamt geht der Be-darf an Mineralöl um fast ein Viertel zurück. Der Produktmix ändert sich erheblich.
Otto- und DieselkraftstoffeDer Pkw-Bestand in Deutschland wächst noch bis 2030 und geht dann infolge der abnehmenden Bevölkerungszahl auf rund 43 Millionen Fahrzeuge zurück. Innerhalb des Prognosezeitraums reduziert sich dabei der Bedarf an fossilen Ottokraftstoffen um nahezu 80 Prozent. Das liegt nicht nur am sinkenden Verbrauch der Fahrzeuge, auch die jährlichen Fahrleistungen und besonders die Zahl der mit Ottokraftstoff betriebenen Pkw verringern sich. Diese sinkt von ca. 30 Millionen im Jahr 2011 auf rund 12 Millionen im Jahr 2040. Der Dieselbedarf geht mit 13 Prozent vergleichs-weise nur leicht zurück, was nicht zuletzt auf die steigende Straßengüterverkehrsleistung im Fernverkehr zurückzuführen ist. Zudem erhöht sich der Anteil der Dieselfahrzeuge, da diese durch ihren geringeren spezifischen Verbrauch die vorgeschriebenen CO2-Grenz-werte schneller erreichen. Aus dem gleichen Grund steigt auch der Anteil der Pkw mit alternativen Antriebstechnologien.
FlugkraftstoffBei den Flugkraftstoffen macht sich die positive Wirtschaftsentwicklung bemerkbar, Frachtaufkommen und Passagierzahlen nehmen zu. Aber auch in diesem Bereich verbessert sich die Energieeffizienz, so dass der Verbrauch zum Ende des Prognosezeit-raums sinkt.
HeizölDer Bedarf an leichtem Heizöl halbiert sich bis 2040. Neben dem Ersatz durch andere Energieträger sowie einer zunehmenden Bei-mischung von Biodiesel sind dafür auch die vermehrte Nutzung energiesparender Tech-nologien sowie die fortschreitende energe-tische Gebäudesanierung ausschlaggebend.
Rohbenzin und SonstigeRohbenzin ist ein wertvoller Grundstoff für die chemische Industrie, die Nachfrage wird wegen des Wirtschaftswachstums stabil bleiben. Damit erhöht sich sein Anteil am Mineralöl-Produktmix von fast 16 Prozent auf rund 21 Prozent im Jahr 2040.
Schweres Heizöl wird in Kraftwerken immer weniger eingesetzt; der Bedarf geht daher leicht zurück.
■ Ottokraftstoff, fossil ■ Dieselkraftstoff, fossil ■ biogene Beimischungen (Ethanol/FAME) ■ Flugkraftstoff ■ Leichtes Heizöl ■ Schweres Heizöl ■ rohbenzin (Chemieeinsatzprodukt) ■ Sonstige
0
20
40
60
80
100
120
140
2040203020202010200000000
20020200
4004000
600600
0
800800
0
100
12000
140
20300020252020201520202020200520002020 2011
1
2
3
3
18
30
48
5
3
18
16
4
94
16
9
7
26
4
12
16
4
10
9
26
6
15
16
5
9
11
28
10
21
5
16
93
30
18
6
18
7
28
29
29
120 106 102 98 85 77
Mineralölverbrauch inkl. biogener BeimischungenMio. t
GüterverkehrsleistungMrd. tkm*
050
100150200250300350400450500550600650700750
2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010 20052000
* 1 tkm = Transport einer Tonne über 1 km■ Nah- und regionalverkehr ■ Fernverkehr
11
ImpressumHerausgeber: ExxonMobil Central Europe Holding GmbH
Bereich Öffentlichkeitsarbeit Caffamacherreihe 5 D-20355 Hamburg Telefon: +49 (0)40 6393-3131 und +49 (0)40 6393-1402 www.exxonmobil.de
Wiedergabe mit Quellenangabe gestattet
Fotos: www.emphotos.com, shutterstock, iStockphoto, Foto Seite 8 Sturmbilder/ E.ON Kraftwerke GmbH
Konzept, Design und Text: Ehrenberg 360° GmbH Kommunikationsagentur, Hamburg
Druck: Zenner, Hamburg
FazitVom einstigen Nebenprodukt der Erdölförde-rung wird Erdgas im Prognosezeitraum zum Energieträger Nr. 1. Das hat verschiedene Gründe: Die großen, immer besser nutzbaren Vorkommen sichern die Verfügbarkeit von Erdgas, die bereits bestehende Infrastruk-tur und hohe Flexibilität machen es unter wirtschaftlichen Aspekten interessant und als sauberster fossiler Energieträger ist es zudem relativ klimaschonend.
Gerade letztere Eigenschaft trägt dazu bei, dass der Erdgasanteil im Prognosezeitraum beim Primärenergieverbrauch (+30 Prozent) und in der Stromerzeugung (+133 Prozent) stark zunimmt. Generell geht der Verbrauch an Primärenergie bis 2040 um fast ein Viertel zurück. Neben der steigenden Energieeffizi-enz ist dafür auch der sich ändernde Ener-giemix verantwortlich. Kernenergie und Kohle werden in der Stromerzeugung vorrangig ersetzt durch Energieträger mit höherem Wirkungsgrad und niedrigem CO2-Ausstoß: Erdgas und erneuerbare Energien. Zusam-men leisten beide 2040 einen Beitrag von rund 72 Prozent zur deutschen Stromversor-gung. Das hat auch positive Auswirkungen auf die deutsche Klimabilanz: Die energiebe-dingten CO2-Emissionen sinken bis zum Ende des Prognosezeitraums um fast 50 Prozent. Damit wird das Ziel der Bundesregierung, den CO2-Ausstoß trotz Energiewende bis 2040 um 70 Prozent zu senken, allerdings um rund 20 Prozentpunkte verfehlt.
Aufgrund seiner hohen Flexibilität kann Erdgas – zusammen mit Biogas – nicht nur in großen Gas- und Dampfkraftwerken eingesetzt werden, sondern auch dezentral in kleineren Kraftwerken mit Kraft-Wärme-Kopplung. Durch die fortschreitende Dezen-tralisierung wachsen Wärme- und Stromer-zeugung auch im privaten Bereich immer mehr zusammen – zum Beispiel durch den Einsatz von Mikro-Blockheizkraftwerken in Ein- oder Zweifamilienhäusern.
Im Straßenverkehr wird Erdgas bis 2040 keine entscheidende Rolle spielen. Auf dem Nutzfahrzeug- und Schifffahrtssektor laufen zurzeit jedoch viele Tests zum Einsatz von verflüssigtem Erdgas. Mittelfristig könnten immer mehr Lkw, Busse und Schiffe, die heute noch mit Diesel oder Schweröl fahren, das umweltschonendere LNG als Kraftstoff nutzen.
Große Bedeutung kommt Erdgas in Bezug auf die Nutzung der erneuerbaren Ener-gien zu. Wurde dem fossilen Energieträger früher zu Unrecht nur eine Brückenfunktion zur verstärkten Nutzung der Erneuerbaren zugeschrieben, gilt es nun, seine Rolle richtig zu definieren. Fest steht: Auch wenn heute schon erste Lösungen in der Entwicklung
sind, um Strom aus regenerativen Energien zu speichern, wird die Erzeugung immer fluktuieren. Speicherentwicklung und Netz-ausbau brauchen viel Zeit. Um eine sichere Versorgung Deutschlands zu garantieren, benötigen die erneuerbaren Energien des-wegen einen umweltschonenden, flexiblen Partner, der die Back-up-Funktion dauerhaft übernimmt. Erdgaskraftwerke können schnell zugeschaltet werden, wenn Wind und Sonne nicht ausreichend zur Verfügung stehen. Ihr Betrieb rechnet sich allerdings nur, wenn die Bereitstellung der Kapazitäten wirtschaftlich honoriert wird.
Wie gut die Partnerschaft zwischen Erdgas und erneuerbaren Energien heute schon für private Haushalte funktioniert, zeigen hybride Systeme wie Erdgas-Brennwertheizungen in Kombination mit Solarthermie.
Wird das hohe Potenzial, das Erdgas bietet, voll ausgeschöpft, ist es weit mehr als nur ein Wärmelieferant oder eine temporäre Brückentechnologie. Für Deutschland ist es eine tragende Säule der Energiewende und die zuverlässige Basisenergie der künftigen Versorgung.
In der Energieprognose berücksichtigter Stand der europäischen und deutschen Richtlinien zu Klimaschutzzielen sowie zu Laufzeiten deutscher Kernkraftwerke: März 2012.
Die Internetausgabe dieser Energieprognose weicht von der Printausgabe hinsichtlich der Emissionsziele der Bundesregierung ab. Die Internetversion weist die richtigen Ziel-zahlen aus.
ExxonMobil Central Europe Holding GmbH Caffamacherreihe 5 D-20355 Hamburg Telefon: +49 (0)40 6393-3131 und +49 (0)40 6393-1402 www.exxonmobil.de
