Energietechnologien 2050 Themenbereich Erneuerbare Energien Stand der Arbeiten & erste Ergebnisse

1. Energietechnologien 2050Themenbereich Erneuerbare EnergienStand der Arbeiten & erste Ergebnisse Wolfram Krewitt 19. März 2009 Frankfurt

2. Stand der Arbeiten

3. offene Fragen Methodik • Kriterium Entwicklungsstadium PV: Entwurf DLR - PV Workshop

4. offene Fragen Methodik • Kriterium Entwicklungsstadium Solarthermische Kraftwerke Wind

5. offene Fragen Methodik • Kriterium Versorgungssicherheit/Zuverlässigkeit

6. offene Fragen Methodik • Kriterium Vorlaufzeit • das EEG ist so konzipiert, dass ein wirtschaftlicher Betrieb der Anlagen ermöglicht wird • ‚unter aktuellen Fördermechanismen‘ wird für alle EEG-Anlagen der kommerzielle Betrieb schon heute erreicht • zusätzliche Kategorie in Tabelle ‚Vorlaufzeiten bis zur Kommerzialisierung‘

7. offene Fragen Methodik Vorschlag Spinnendiagramm: nur die folgenden Indikatoren aufnehmen: • Kosteneinsparpotenzial • vermiedener Primärenergieeinsatz • vermiedene CO2-Emissionen • inländische Wertschöpfung

8. ‚realisierbare Potenziale‘ • PV • Deutschland: BMU Leitstudie, doppelte PV Leistung (entspricht ungefähr neuer BEE Prognose) • Weltweit: EPIA Advanced Scenario • Solarthermische Kraftwerke • > Greenpeace/EREC; < EU REACCESS (Abschätzung DLR) • Wind • Deutschland: BMU Leitstudie • Weltweit: „Global Wind Energy Outlook 2008“ (GWEC) • Biomasse: • Deutschland: DBFZ Potenzialabschätzung • Weltweit: Orientierung anGreenpeace/EREC Szenario (noch in Diskussion) • Geothermie • Deutschland: TAB Studie • Weltweit: IPCC Abschätzung

9. realisierbares Potenzial EE-Stromerzeugung - Deutschland Bruttostromerzeugung BMU Leitstudie 584 TWh/a 577 TWh/a Stromerzeugung in TWh/a

10. realisierbares Potenzial EE-Stromerzeugung - global Bruttostromerzeugung IEA ETP BLUE Map 42340 TWh/a Stromerzeugung in TWh/a

11. CO2- Vermeidungspotenzial im Jahr 2050 - Deutschland CO2 Emissionen 2006: 843 Mio t Mio. t CO2 pro Jahr

12. CO2- Vermeidungspotenzial im Jahr 2050 - global CO2 Emissionen 2006: 29195 Mio t Mio. t CO2 pro Jahr

13. Kosteneinsparpotenzial im Jahr 2050 - Deutschland Mrd. € pro Jahr

14. Kosteneinsparpotenzial im Jahr 2050 - global Mrd. € pro Jahr

15. Potenzial inländische Wertschöpfung im Jahr 2030 Mrd. € pro Jahr

16. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel Wind Defizite bei Forschung und Entwicklung • Erfolgreiche Offshore-Einführung in Dänemark und den Niederlanden, in Deutschland wurde zu spät mit der forcierten Entwicklung des Offshore-Marktsegmentes begonnen  zusätzlicher Erfolgsdruck bei ohnehin massiv steigendem internationalen Konkurrenzdruck • Unzureichende Verknüpfung zu anderen Industriezweigen und deren Forschung. Kompetenzen aus dem Flugzeugbau (Aerodynamik, Dynamik) könnten stärker in aktuelle F&E einfließen. • Das Thema Netzintegration und Netzausbau ist völlig unzureichend entwickelt. Fehlende Technologie ist ein Flaschenhals, die den Ausbau der Windenergie verzögern kann.

17. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel Wind (2) Empfehlungen für die F&E Ausrichtung: • Analyse der Windbedingungen • Windenergieanlagen: Optimierung der Konzeption und der Auslegung • Netzintegration • Offshore Windenergienutzung • Forschungs- und Demonstrationsinfrastruktur

18. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel Wind (3) Analyse der Windbedingungen • Offshore Windenergiemeteorologie (z. B. Ressourcenermittlung, maritime Grenzschicht, Fernerkundungsverfahren) • Windparkströmungen (z.B. Energieertrag in großen Offshore-Windparks, Belastungen durch dynamische Nachlaufeffekte, aktive Beeinflussung) • Windprofile in großen Höhen und Fernerkundungsverfahren (LiDAR; SAR) • Kurzzeitprognose (messdatengestützte Prognose, avancierte Prognosemodelle, Integration in Kraftwerks- und Netzbetrieb) • Entwurfsbedingungen und Ressourcen in komplexen Terrain und Wald

19. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel Wind (4) Optimierung der Konzeption und Auslegung • Aerodynamik, Aeroelastizität & Aeroakustik (z.B. instationäre CFD Berechnungen in Bodengrenzschicht und Windparkströmung) • Werkstoffe und mechanische Komponenten (z.B. neue Blatt- und Stahlwerkstoffe, hochfeste Gusslegierungen, aktive Materialien, Lager, Verzahnungen, Serienfertigung großer Komponenten) • Elektro-mechanische Wandlung und Netzeinbindung (z.B. netzstützende fehler-tolerante Leistungselektronik, supraleitende Generatoren) • Anlagenregelung und –steuerung (z.B. individuelle Blattregelung, smart blades, adaptive Regelung in besonderen Windbedingungen und Windparks) • Innovative Anlagenkonzepte und integrierter Entwurf (z.B. erhöhter Wirkungsgrad, neue leichtere, zuverlässigere Triebstrangkonzepte, smart blade) • Betrieb und Wartung (z.B. Condition and Load Monitoring, zuverlässigkeitszentrierter Entwurf und Betrieb)

20. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel Wind (5) Forschungs- und Demonstrationsinfrastruktur • Remote Sensing (LiDAR, SAR) von Windströmungen im Multi-Skalenbereich • Windkanäle für 3D-Rotorumströmung, Windturbulenz, Bodengrenzschicht und Windparkströmungen • Full-scale Betriebsfestigkeitstests von Rotorblätter, Triebstränge und Hauptkomponenten von Multi-MW-Windenergieanlagen • Windparks (skalierte, full-scale) zur Entwicklung von aerodynamischen und elektrischen Windparkregelungsstrategien

21. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel solarthermische Kraftwerke Empfehlungen für die F&E Ausrichtung: • technologische Weiterentwicklung • kosteneffiziente Herstellungsverfahren • Systemoptimierung • Betriebsoptimierung

22. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel solarthermische Kraftwerke (2) Technologische Weiterentwicklung (Beispiele) • Parabolrinne / Linear-Fresnel: • Weiterentwicklung und Demonstration der Direktverdampfungs-Technologie; • Entwicklung neuer Wärmeträgermedien für höhere Betriebstemperaturen; • Weiterentwicklung der Absorberrohre im Hinblick auf Effizienz, Lebensdauer, selektive Schichten, H2-Diffusion; • innovative Ansätze für linear-fokussierende Konzentratoren

23. F&E Empfehlungen für die öffentliche HandBeispiel solarthermische Kraftwerke (3) Qualitätskontrolle und Betriebsüberwachung • Entwicklung der notwendigen Messverfahren und industrieller Sensorik; • Entwicklung der Verfahren zur Qualitätskontrolle und Fertigungsunterstützung; • Definition von Standards für die Messverfahren und die Betriebskontrolle; • Entwicklung von Verfahren zur in-situ Betriebsüberwachung und vorbeugenden Schadenserkennung