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07-08 | 2015

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Special Erneuerbare

Special Erneuerbare Energien Weltweite Biokraftstoffproduktion in PJ 2.500 2.000 1.500 1.000 500 0 Bioethanol Biodiesel 2010 2011 2012 2013 2014 … 2020* die Ethanolerzeugung kommerziell nutzbar wird und dies die Option eröffnet, Stroh und andere Halmgüter dafür zu nutzen; aus heutiger Sicht wird dies aber nicht vor 2020 der Fall sein. Damit dominiert bis 2020 „konventionelles“ Ethanol den Markt. Unterstellt man aus den genannten Gründen bis 2020 ein Nullwachstum, könnten bis dahin nach wie vor zwischen 2 und 2,1 EJ an Ethanol als Kraftstoff genutzt werden. Brasilien USA Asien EU andere Deutschland Frankreich USA Brasilien Argentinien andere ? EU Bild 8 Produktion von Biokraftstoffen; ohne Berücksichtigung von reinem Pflanzenöl als Kraftstoff (* Abschätzung) [66]. man für 2014 aufgrund der schwierigen wirtschaftlichen Lage sowie den sinkenden Marktanreizen für einen weiteren Anlagenausbau – unter anderem in Deutschland – von einer Zunahme der Biogasproduktion nur von etwa 5 % (halbe Zunahme im Vergleich zum Vorjahr), dürften 2014 etwa 54,9 TWh elektrischer Energie bei einer dann installierten elektrischen Leistung von 8,2 GW aus Biogas in der EU erzeugt worden sein. Ein Teil dieser Anlagen wird in KWK betrieben. In Anlehnung an die Wärmeauskopplung 2013 (15,8 PJ [54]) dürften 2014 etwa 16,6 PJ KWK-Wärme aus Biogasanlagen in der EU ausgekoppelt worden sein. Bisher wurde dieser Ausbau maßgeblich durch eine wohlwollende energiewirtschaftliche Rahmensetzung vorangetrieben; außer für Deutschland gilt das beispielsweise auch für Italien, Tschechien und die Slowakei [5]. Deutschland ist hierbei das europäische Land, das über die meisten Biogasanlagen verfügt; Ende 2014 waren hier fast 3,9 GW installiert, die etwa 27 TWh (2014) erzeugten [63]. Auch in der EU wird die Stromproduktion aus Biogas weiter – wenn auch deutlich verlangsamt – ausgebaut; dies gilt primär für die Nutzung organischer Abfälle und weniger für Energiepflanzen. Wird eine weiter reduzierte Zuwachsrate von nur noch 4 %/a unterstellt, könnte die Stromerzeugung aus Biogas bis 2020 auf 64 bis 66 TWh/a ansteigen [54]. An diesem Zubau dürften einzelne Länder (zum Beispiel Tschechien, Frankreich, Spanien, Polen) einen überproportionalen Anteil haben. Geht man von einem ähnlichen Verhältnis an ausgekoppelter Wärme aus dem Biogas-KWK-Prozess wie 2014 aus, dürften 2020 etwa 19 bis 20 PJ Wärme in der EU genutzt werden. Flüssige Brennstoffe Strom kann auch aus flüssigen Bioenergieträgern (zum Beispiel Ethanol, Pflanzenöl) insbesondere in KWK-Anlagen erzeugt werden. Global und auch EU-weit hat diese Option jedoch nur eine nahezu vernachlässigbare Bedeutung, da Flüssigkraftstoffe für einen KWK-Einsatz im Allgemeinen zu teuer sind und – wenn überhaupt – im Transportsektor genutzt werden. Kraftstoffbereitstellung Global haben bisher nur Bioethanol und Biodiesel eine begrenzte Bedeutung auf den globalen Kraftstoffmärkten erlangt. Beide Optionen werden nachfolgend diskutiert. „Neue“ Optionen (zum Beispiel Biomethan) werden auch bis 2020 energiewirtschaftlich global und EU-weit nahezu bedeutungslos bleiben; sie werden deshalb nicht näher betrachtet. Bioethanol Bioethanol wird – je nach geografischer Großregion – aus Zuckerrohr, Mais oder Getreide produziert. ? Welt Weltweit wurden 2014 etwa 90 Mrd. l Ethanol (2 058 PJ, Bild 8) erzeugt; das sind rund 2 % mehr als 2013. Davon wurden etwa 49 % in den USA (44 Mrd. l; 1 000 PJ; primär aus Mais) und 25 % in Brasilien (22,7 Mrd. l; 513 PJ; primär aus Zuckerrohr) hergestellt. Die verbleibenden 26 % werden in Europa und Asien produziert. In Asien ist China mit rund 6 Mrd. l (136 PJ) der größte Produzent [64]. Ethanol wird auch in den kommenden Jahren produziert. Die derzeitige Nutzung dürfte aber global nicht signifikant ausgeweitet werden. Dies liegt unter anderem am damit verbundenen Subventionsbedarf in bestimmten Ländern und an den gefallenen Rohölpreisen. Dies könnte sich gegebenenfalls dann ändern, wenn Lignozellulose als Ausgangsmaterial für Ende 2013 wurden in der EU 4,3 Mrd. l (97,5 PJ) Ethanol primär aus Getreide erzeugt. Größte Produzenten sind dabei Frankreich, Deutschland und Spanien [64]. Bei einer in den letzten Jahren nahezu konstanten Erzeugung dürfte auch 2014 von einer Ethanolerzeugung in einer ähnlichen Größenordnung auszugehen sein. Auch in Europa ist kein merkliches Marktwachstum zu erwarten; der Ölpreis ist niedrig – und damit der Subventionsbedarf hoch, die Akzeptanz schlecht und die ursprünglich als wesentlicher politischer Treiber angestrebte Klimagasreduktion bescheiden. Damit dürfte auch in der EU die Ethanolerzeugung bis 2020 etwa auf dem heutigen Niveau verbleiben; hier wird ein minimaler Zuwachs auf maximal 100 bis 105 PJ/a unterstellt. Biodiesel/Pflanzenöl Pflanzenöle können als Reinkraftstoff oder in weiterverarbeiteter Form (zum Beispiel FAME (Fatty Acid Methyl Ester), HEFA (Hydrogenated Esters and Fatty Acids)) genutzt werden. Reinkraftstoffe haben aber kaum eine weitergehende Marktbedeutung erlangt. Pflanzenöle werden nahezu ausschließlich in Form von FAME eingesetzt; HEFA hat bisher eher eine Nischenbedeutung. ? Welt Weltweit wurden 2014 insgesamt etwa 26 Mrd. l (849 PJ, Bild 8) Biodiesel erzeugt; dies sind etwa 11 % mehr als 2013. Dabei konzentriert sich die Biodieselproduktion auf wenige Regionen. In Südamerika sind vor allen Dingen Brasilien bzw. Argentinien mit einer jährlichen Produktion von 3 Mrd. l (98 PJ) bzw. 2,6 Mrd. l (85 PJ) bedeutende Biokraftstofferzeuger auf Pflanzenölbasis. Aber auch auf dem asiatischen Markt ist Biodiesel – insbesondere wenn billiges Palmöl verfügbar ist – ein zunehmend genutzter Kraftstoff. Hier sind Indonesien mit 2,8 Mrd. l (91 PJ) und 20 BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8

Erneuerbare Energien Special Thailand mit 1 Mrd. l (etwa 33 PJ) führend. Der nordamerikanische Markt wird maßgeblich durch die USA mit einer Produktion von 4,2 Mrd. l (137 PJ) bestimmt [64]. Ähnlich wie der Bioethanolmarkt stagnierte auch der Biodieselmarkt weitgehend in den letzten Jahren; und diese Entwicklung wird sich aus zu Bioethanol vergleichbaren Gründen potenziell auch in den kommenden Jahren fortsetzen. Die möglichen Klimagasreduktionen werden kritisch diskutiert, die Konkurrenzsituation zu einer stofflichen Pflanzenölnutzung im Nahrungsmittelsektor bzw. in der Industrie ist nach wie vor in der öffentlichen Diskussion, und auch die dafür aufzuwendenden Kosten werden immer kritischer hinterfragt; insgesamt werden die Biokraftstoffe der so genannten 1. Generation von der Politik immer häufiger hinterfragt. Allerdings profitiert der Kraftstoffmarkt heute schon zum Teil vom Futtermittelmarkt (das heißt Einsatz von Extraktionsschrot als Kraftfutter); nimmt der globale Fleischkonsum auch zukünftig weiter deutlich zu – und das ist zu erwarten –, könnte das auch Auswirkungen auf die Biodieselmärkte haben. Insgesamt ist bis 2020 nur von geringen Mengenzuwächsen bei der globalen Biodieselproduktion auszugehen (Bild 8). Mit einer zur Vergangenheit vergleichbaren Entwicklung errechnet sich für 2020 eine Biodieselerzeugung von rund 27 Mrd. l/a (1 EJ/a). ? EU In der EU wurden 2014 mit 10 Mrd. l (323 PJ) etwa 39 % des global genutzten Biodiesels erzeugt; dazu trägt Deutschland mit 3 Mrd. l (98 PJ) und Frankreich mit 1,9 Mrd. l (62 PJ) bei [64]. Auch in der EU werden bis 2020 aus den genannten Gründen keine signifikanten Änderungen bei der Biodieselherstellung zu verzeichnen sein. Legt man die Entwicklungen der letzten Jahre zugrunde, dürften bis 2020 maximal 10,5 bis 11 Mrd. l/a (310 bis 360 PJ/a) Biodiesel erzeugt werden. Zusammenfassung Ausgehend von den Einzelanalysen wird nachfolgend der Stand 2014 und die 2020 zu erwartende Situation zusammenfassend dargestellt. Leistung in GW Stromerzeugung in TWh/a Stand 2014 Ausblick 2020 Stand 2014 Ausblick 2020 Wasserkraft 1 025 bis 1 030 1 131 bis 1 201 3 850 bis 4 120 4 400 bis 4 600 Laufwasser-KW 1 025 bis 1 030 1 130 bis 1 200 3 850 bis 4 119 4 399 bis 4 599 Gezeiten- & Wellen-KW ca. 0,6 max. 1 0,8 bis 1 1,2 bis 1,3 Windenergie 370 570 665 bis 813 1 020 bis 1 300 Onshore 361 k.A. 634 bis 777 k.A. Offshore ca. 9 k.A. 32 bis 36 k.A. Solarenergie 189 523 bis 524 193 bis 232 531 bis 641 Solarthermie 4 8 bis 9 8 bis 10 16 bis 23 Photovoltaik 185 515 185 bis 222 515 bis 618 Geothermie 13 17 74 93 Biomasse 78 bis 82 94 bis 95 431 bis 563 484 bis 591 biogene Festbrennstoffe ca. 46 51 228 bis 275 257 bis 307 organische Müllfraktion ca. 16 19 bis 20 76 bis 95 95 bis 116 Biogas 16 bis 20 24 127 bis 193 132 bis 168 Summe, weltweit 1 675 bis 1 684 2 335 bis 2 407 5 213 bis 5 802 6 529 bis 7 226 ? Welt Stromerzeugung Ende 2014 waren weltweit etwa 1 804 GW in Anlagen zur Nutzung regenerativer Energien installiert, mit denen zwischen 5 213 und 5 802 TWh (2014) Strom erzeugt wurden. Global trug die Wasserkraft mit 3 850 bis 4 120 TWh am meisten zur Stromerzeugung aus regenerativen Energien bei (etwa 72 %). Aus Windenergie stammt zwischen 13 bis 14 % und aus Biomasse zwischen 8 bis 10 % des Stroms aus erneuerbaren Energien. Global weniger bedeutend waren die solare (3,6 bis 4,0 %) und die geothermische (rund 1,3 %) Stromerzeugung (Tabelle 4). Werden die sich heute abzeichnenden Entwicklungen bis 2020 fortgeschrieben, ist dann eine Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien von 6 757 bis 7 346 TWh/a möglich (Tabelle 4). Der größte Anteil stammt dabei nach wie vor aus der Nutzung der Wasserkraft (4 400 bis 4 600 TWh/a). Ein zunehmend bedeutenderen Anteil stellt die Windkraftnutzung dar (1 020 bis 1 300 TWh/a); diese könnte 2020 bereits einen Anteil von etwa 18 % Installierte Leistung in GW Tabelle 4 Weltweite Stromerzeugung aus re - generativen Energien in 2014 und Ausblick 2020 (Werte zum Teil geschätzt; k. A. = keine Angaben). an der Stromproduktion aus regenerativen Energien haben. Auch wird zukünftig der Beitrag der Solarenergie (primär Photovoltaik) und der Biomasse (das heißt biogene Festbrennstoffe und Biogas) weiter zunehmen, aber aus heutiger Sicht bis 2020 nicht die Bedeutung der Wasserkraft oder der Windenergie erlangen. Wärmebereitstellung Die globale Wärmebereitstellung (Nutzwärme) aus erneuerbaren Energien lag bei rund 13,3 bis 13,5 EJ (2014) (Tabelle 5); hinzu kommen noch rund 0,5 EJ aus KWK-Wärme. Die Wärme ist und bleibt die Domäne biogener Festbrennstoffe (etwa 86 % der insgesamt aus regenerativen Energien erzeugten Wärme stammt aus fester Biomasse), von der derzeit rund 11,4 EJ (2014; einschließlich KWK-Wärme) an Wärmeenergie erzeugt werden; im Vergleich dazu sind alle anderen Optionen zur Wärmebereitstellung (das heißt oberflächennahe und tiefe Geothermie, Solarthermie, Biogas) global gesehen von untergeordneter Bedeutung. Wärmeerzeugung in PJ/a Stand 2014 Ausblick 2020 Stand 2014 Ausblick 2020 Solarenergie 383 530 bis 540 600 bis 765 840 bis 1030 Geothermie 70 83 587 701 Wärmepumpensysteme 49,9 58 325 376 tiefe Geothermie 20 25 262 325 Biomasse mind. 423 517 12 063 14 679 Biogene Festbrennstoffe a mind. 400 490 11 415 13 953 Biogas b mind. 23 27 648 726 Summe, weltweit 876 1 130 bis 1 140 13 250 bis 13 415 16 220 bis 16 410 Tabelle 5 Weltweite Wärmeerzeugung durch regenerative Energien in 2014 und Ausblick 2020 (Werte zum Teil geschätzt; k. A. = keine Angaben; a inklusive Wärme aus dem KWK-Prozess feste Biomasse und organische Abfälle: 468 bis 530 PJ (2014), 525 bis 494 PJ (2020); b inklusive Wärme aus dem KWK-Prozess Biogas 20 bis 25 PJ (2014), 24 bis 28 PJ (2020)). BWK Bd. 67 (2015) Nr. 7/8 21

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