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Perspektiven zur Deckung des Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland bis 2020

Examensarbeit 2004 79 Seiten

Physik - Sonstiges

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Abschätzung des künftigen Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland
2.1 Demographische Entwicklungen der Bevölkerung in Deutschland
2.1.1 Entwicklung der Geburtenhäufigkeit
2.1.2 Entwicklung der Lebenserwartung
2.1.3 Entwicklung der Außenwanderung
2.1.4 Zusammenfassung der Prognosen
2.2 Korrelation zwischen wirtschaftlicher Produktivität und Energiebedarf
2.3 Entwicklung des effizienten und rationellen Umgangs mit Energie
2.3.1 Potenzial des Technologischen Fortschritts
2.3.2 Möglichkeiten zur Reduktion des Strombedarfs durch Energiesparen
2.3.3 Rationelle Energienutzung
2.4 Bisherige und zukünftige Entwicklung des Bedarfs an elektrischer Energie
2.5 Entwicklung des Bedarfs an Kraftwerkskapazitäten auf Basis der Stilllegungskurve des Bundesumweltamtes
2.6 Das Protokoll von Kioto und die Folgen für die Energiepolitik
2.6.1 Der Treibhauseffekt
2.6.2 Die Vereinbarungen aus dem Protokoll von Kioto

3 Die Nutzung der Atomkernspaltungsenergie
3.1 Kraftwerkstypen
3.1.1 Leichtwasser-Reaktoren (LWR)
3.1.2 Schwerwasser-Reaktoren (HWR)
3.1.3 Graphitmoderierte Leichtwasser-Reaktoren (RBMK)
3.1.4 Gasgekühlte und graphitmoderierte Reaktoren (GGR und Advanced GGR)
3.1.5 Hochtemperatur-Reaktoren (HTR)
3.1.6 Brut-Reaktoren (BR)
3.1.7 Heizreaktoren
3.2 Geschichtliche Entwicklung der Nutzung der Atomkernspaltungsenergie
3.3 Die Vereinbarung zum Ausstieg aus der Atomkernenergienutzung in Deutschland
3.3.1 Befristung der Regellaufzeiten der Kernkraftwerke (KKW)
3.3.2 Flexible Handhabung der Reststrommengen
3.3.3 Begrenzung der Nutzungsdauer durch festgelegte Strommengen
3.3.4 Entsorgung von radioaktiven Reststoffen
3.3.5 Art und Umfang der radioaktiven Reststoffe
3.3.6 Das Verhalten der europäischen Nachbarländer

4 Potenziale zur Strombedarfsdeckung in Deutschland
4.1 Fossile Energieträger
4.1.1 Vorräte an fossilen Energieträgern
4.1.2 Kraftwerkskonzepte zur Umwandlung fossiler Energieträger in elektrische Energie
4.1.2.1 Kondensationskraftwerke
4.1.2.2 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Entnahmekraftwerke
4.1.2.3 Gas- und Dampfturbinen (GuD) Kraftwerke
4.1.3 Spezifische Investitionskosten fossil befeuerter Kraftwerke (in Preisen von 2002)
4.1.4 Umweltgefährdung durch die Nutzung fossiler Energieträger
4.2 Strom aus erneuerbaren Energiequellen
4.2.1 Windenergienutzung - Offshore und Onshore
4.2.2 Nutzung des direkten Sonnenlichts zur Erzeugung von elektrischer Energie
4.2.3 Nutzung der Wasserkraft
4.2.4 Nutzung von Biomasse
4.2.5 Nutzung anderer Energieträger zur Stromgewinnung

5 Szenarien zur Deckung des zukünftigen Strombedarfs in Deutschland
5.1 Veröffentlichte Szenarien zur Strombedarfsdeckung
5.1.1 Das Referenzszenario der Enquete Kommission „Nachhaltige Energieversorgung“ des 14. Deutschen Bundestages von 27. Mai 2003
5.1.2 Der Energiebericht des Bundeswirtschaftsministeriums vom 27.11.2001
5.1.3 Das Strategiepapier „Anforderungen an die zukünftige Energieversorgung“ des Umweltbundesamtes Berlin vom 15. August 2003

5.2 Entwicklung eines Szenarios anhand der Prognosen dieser Arbeit

6 Resümee und Ausblick

Anhang Teil A - Größen, Einheiten und Abkürzungen Anhang I

Anhang Teil B - Energiegewinnung durch Atomkernspaltung Anhang II-X

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1 Entwicklung der Geburtenhäufigkeit in Deutschland seit 1950

Abbildung 2.2 Entwicklung der Lebenserwartung Neugeborener in Deutschland seit

Abbildung 2.3 Außenwanderungssaldo über die Grenzen Deutschlands seit 1953

Abbildung 2.4 Die Entwicklung der Bevölkerungszahlen in Deutschland im Zeitraum von 1950 bis 2040

Abbildung 2.5 Die Entwicklung des Bruttoinlandprodukts in Deutschland von 1970 bis 2020

Abbildung 2.6 Korrelation von Primärenergiebedarf und BIP in Deutschland seit 1957

Abbildung 2.7 Der Exergiegehalt bei unterschiedlichen Arbeitstemperaturen

Abbildung 2.8 Kohlendioxid-Ausstoß und Bruttostromerzeugung von fossil befeuerten Kraftwerken

Abbildung 2.9 Verteilung des Strombedarfs in Deutschland von 1991 bis 2000

Abbildung 2.10 Strombedarf 1999 in Deutschland in Sektoren aufgeschlüsselt

Abbildung 2.11 Szenarien zur Abschätzung des Strombedarfs in Deutschland bis 2020

Abbildung 2.12 Die installierte Kraftwerksleistung bis 2020 in Deutschland

Abbildung 2.13 Die Bruttostromerzeugung bis 2020 in Deutschland

Abbildung 2.14 Kohlendioxid Emissionen in Deutschland 1990 und 2001 nach Sektoren

Abbildung 3.1 Schematischer Aufbau eines Druckwasserreaktors (DWR)

Abbildung 4.1 Darstellung der weltweit wirtschaftlich gewinnbaren Mengen fossiler Energieträger (1995)

Abbildung 4.2 Darstellung von Import und Eigenproduktion fossiler Energieträger in Deutschland

Abbildung 4.3 Bruttostromerzeugung in Deutschland 2002 nach eingesetzten Energieträgern

Abbildung 4.4 Gasturbine vom Typ Siemens V94.3A, Nettowirkungsgrad 38,5 Prozent

Abbildung 4.5 Kreisprozesse von Gas- und Dampfturbinenanlagen

Abbildung 4.6 Schematischer Aufbau eines modernen GuD-Kraftwerks

Abbildung 4.7 Übersicht der eingesetzten Umwandlungstechniken für Erneuerbare Energien

Abbildung 4.8 Gemittelte spezifische Investitionskosten für Windkraftanlagen von 1987 bis

Abbildung 4.9 Energienutzung von halbleitenden Absorber-Materialien im Sonnenspektrum

Abbildung 4.10 Anregung von Elektronen in Solarzellen

Abbildung 5.1 Struktur der Nettostromerzeugung im Referenzszenario nach Energieträgern in Prozent

Abbildung 5.2 Mögliches Szenario zur Strombedarfsdeckung bis zum Jahr 2020 nach den Prognosen des UBA

Abbildung 5.3 Szenario einer Kraftwerksstruktur basierend auf den in dieser Arbeit gewonnenen Daten

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1 Klimagase und deren Anteil am Treibhauseffekt

Tabelle 2.2 Der Handel mit Emissionszertifikaten als marktwirtschaftliches Instrument zur CO2-Reduktion

Tabelle 3.1 Übersicht der Restlaufzeiten von KKW in Deutschland (Stand November 2002)

Tabelle 3.2 Prognose zum Umfang der radioaktiv belasteten Abfälle in Deutschland

Tabelle 4.1 Vorräte und Ressourcen fossiler Rohstoffe

Tabelle 4.2 Investitionskosten fossil befeuerter Kraftwerke für den Zeitraum 2000 bis 2030 (in Preisen von 2002)

Tabelle 4.3 Preise für fossile Energieträger zur Stromgewinnung in Deutschland

Tabelle 4.4 Emissionen von Kohlendioxid-Äquivalenten in Abhängigkeit vom elektrischen Anlagenwirkungsgrad und Brennstoff in Deutschland

Tabelle 4.5 Strombedarf und potenzielle Stromerzeugung aus Windkraft nach Bundesländern 2002

Tabelle 5.1 Rahmendaten zum Referenzszenario der Enquete-Kommission „Nachhaltige Energieversorgung“

Tabelle 5.2 Rahmendaten zur Auslegung des Kraftwerksbestandes in Deutschland basierend auf den in dieser Arbeit gewonnenen Daten

1 Einleitung

Der Engländer James Watt markierte mit der Erfindung der Dampfmaschine im Jahre 1769 den Beginn der industriellen Revolution. Damit gelang es dem Menschen erstmalig, unabhängig von Ort und Zeit die gespeicherte Energie aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Holz oder später Öl in Form von mechanischer Energie bereit zu stellen. Als Folge davon entwickelte sich nach einem wirt- schaftlichen und sozialen Wandel die moderne industrielle Gesellschaft, die sich durch einen bis heute stark ansteigenden Energiebedarf auszeichnet. Mitte des 20. Jahrhunderts begann der Mensch zudem mit der Nutzung der Atomkernspaltungsenergie zur Stromgewinnung und war so erstmalig in der Lage, auch fossil mineralische Energieträger zur Sättigung des gesteigerten Energiebedarfs einzusetzen. Heute gehören die Energie- und damit auch die Stromversorgung zu den zentralen inf- rastrukturellen Aufgaben eines Landes, denn eine ausreichende Energieversorgung bildet die Basis für die meisten Bereiche, die den Lebensstandard jedes Einzelnen mehren. So zieht sich das Thema Stromversorgungssicherheit in Deutschland und Europa durch viele Bereiche unserer Gesellschaft. Veränderungen in jedem dieser Bereiche leiten immer wieder aufs Neue Debatten zu diesem Thema ein. Es zeigt sich schnell, dass diese Debatten im Wesentlichen auf vier grundsätzlichen Aspekten unseres gesellschaftlichen Zusammenlebens basieren, nämlich den wirtschaftlich, soziologisch, technisch und ökologisch motivierten Fragestellungen, die zu ganz unterschiedlichen Leitfragen führen und deren Beantwortung zur Sicherung unseres Strombedarfs beiträgt.

Von vorrangiger Bedeutung sind oftmals die wirtschaftlichen Aspekte, denn Deutschland und auch die Europäische Union sind zurzeit in einem hohen Maße von der externen Energieträgerversorgung abhängig. Die drastische Erhöhung des Rohöl-Weltmarktpreises Anfang 2000 rief der europäischen Union spürbar die damit verbundene wirtschaftliche Abhängigkeit in Erinnerung. Momentan wird der deutsche Bedarf an Energieträgern zur Stromerzeugung zu etwa 40 Prozent aus Einfuhren ge- deckt. Im Jahr 2020 wird dieser Anteil auf über 60 Prozent anwachsen, wenn die derzeitige Trend- entwicklung anhält. Deshalb befasst sich die Wirtschaftspolitik einerseits mit der Preissicherung der auf dem Weltmarkt zur Verfügung stehenden Energieträger zur Deckung des jeweiligen Bedarfs und andererseits mit der Nutzung aller zur Verfügung stehenden Ressourcen des eigenen Landes. Für eine Planung der zukünftigen Energieversorgung eines Landes müssen auch Abschätzungen über die zukünftige Entwicklung der wirtschaftlichen Produktivität sowie über den möglicherweise durch Steigerung der Energieeffizienz verminderten Bedarf an Energieträgern gemacht werden. Für die Wirtschaftspolitik stellt sich auch die Frage, wie eine Erhöhung der Energieautarkie in Deutsch- land und Europa finanziert werden kann, um die oftmals durch erratische Preisschwankungen ver- ursachten Störungen der eigenen Wirtschaft zu vermeiden. Zudem stellen politische Unruhen häufig einen Unsicherheitsfaktor für die derzeitige Konfiguration von Transportnetzen für Erdöl und Erd- gas dar.

Die bisherige demographische Entwicklung in Deutschland und Europa zeigt, dass auch soziologische Aspekte zur Abschätzung des zukünftigen Strombedarfs berücksichtigt werden müssen. Nicht nur die Veränderung der Bevölkerungszahlen spielt hier eine gewichtige Rolle, sondern auch die qualitative Entwicklung der Lebenshaltungen, die direkt an den Strombedarf gekoppelt sind. Es ist selbstverständlich zu vermuten, dass die meisten Menschen in Deutschland bestrebt sind, ihren derzeitigen Lebensstandard zu halten oder zukünftig zu verbessern. Dazu muss geklärt werden, wie viele Menschen in Zukunft in Deutschland mit welchem Bedarf an Strom leben werden. Hier spielen auch die Potenziale zur sinnvollen Stromeinsparung eine wichtige Rolle.

Die technologischen Aspekte ergeben sich aus den zukünftigen Anforderungen, die an eine effizien- te Nutzung von Energieträgern zur Stromgewinnung gestellt werden. Zur Deckung des Strombe- darfs werden zurzeit in Deutschland immer noch hauptsächlich - mit einem Anteil von etwa 61 Prozent - fossile Brennstoffe verbraucht. Die Atomkernenergie deckt etwa 28 Prozent des Bedarfs und regenerative Energien decken die restlichen 11 Prozent ab. Probleme ergeben sich daraus, dass die Ressourcen dieser Energien zum Teil stark begrenzt und dabei sehr ungleichmäßig auf der Erde verteilt sind. Insbesondere die großen, leicht verfügbaren Erdölvorkommen sind auf eine kleine Region im Nahen Osten beschränkt. Gerade Europa besitzt abgesehen von einigen Kohlevorkom- men so gut wie keine fossilen Energiereserven. Am 24. April 2002 trat außerdem in Deutschland das Gesetz zur geordneten Beendigung der Atomkernenergienutzung zur gewerblichen Erzeugung von Elektrizität in Kraft. Demzufolge werden zukünftig keine Errichtungs- oder Betriebsgenehmi- gungen für neue Kernkraftwerke erteilt und die Laufzeit bestehender deutscher Kernkraftwerke grundsätzlich auf 32 Jahre begrenzt, sodass bis zum Jahr 2021 Kernkraftwerke mit einer Gesamt- leistung von etwa 22000 Megawatt stillgelegt werden. Zudem sind bis zu diesem Zeitpunkt alters- bedingte Stilllegungen von Großkraftwerken zu erwarten, die im Wesentlichen mit den fossilen Energieträgern Kohle, Öl und Erdgas betrieben werden. Für die sich daraus ergebende Umstruktu- rierung des Kraftwerksbestandes bis 2020 ergeben sich zunächst die Fragen, wie einerseits fossile Energieträger leichter verfügbar gemacht und gleichzeitig intensiver genutzt werden können und andererseits regenerative Energieträger in immer bedeutsamerer Weise und immer vielfältigerer Form dem Energiemarkt zur Verfügung gestellt werden können. Zur Beantwortung dieser Fragen ist eine genaue Abschätzung des Aufwands an Intelligenz, Kosten, Technik und Zeit notwendig, der zu einer effizienten Umsetzung der gesetzten Ziele führt.

Schließlich müssen auch ökologische Aspekte in die anstehenden Überlegungen zur Erneuerung des Kraftwerkbestandes in Deutschland einbezogen werden. Über einen Zeitraum von mehreren 100 Millionen Jahren entstanden durch Fotosynthese aus Sonnenenergie große Mengen fossil biogener Energieträger, die nun in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum der menschlichen Industrialisie- rung durch chemische Verbrennungsreaktion im Wesentlichen zu Wasser, Kohlendioxid und Wär- me umgewandelt werden. Wasserdampf und Kohlendioxid haben als Spurengase in der Erdatmo- sphäre messbaren Einfluss auf das Erdklima, was daran liegt, dass Wasserdampf die einfallende Sonnenstrahlung stark schwächt, während Wasserdampf und Kohlendioxid die von der Erde emit- tierte Wärmestrahlung zurückstrahlen. Die Folge ist eine Erwärmung des Erdklimas. Fossil minera- lische Energieträger wie Uran und Thorium gelten ebenfalls als ökologisch problematisch, da sie zu ihrer Nutzung stark konzentriert werden müssen und damit ein erhöhtes Strahlungsrisiko auch nach dem Gebrauch darstellen. Vor allem Unfälle und Störungen in Kernkraftwerken sowie die militäri- sche Verwendung der Kernenergie für Waffen bewirkten innerhalb der Bevölkerung ein stark an- gewachsenes Misstrauen gegenüber der zivilen Nutzung der Kernenergie. So ist der Wunsch der Bevölkerung nach einer massiven Förderung erneuerbarer Energieträger, deren Nutzung sich weit- aus weniger problematisch darstellt, durchaus verständlich. Um vor diesem Hintergrund ein Kon- zept für eine zukünftige Kraftwerksstruktur in Deutschland erstellen zu können, muss zunächst festgestellt werden, aus welchen Energiequellen welche Arten von Belastungen für Mensch und Umwelt entstehen. Ferner muss geklärt werden, welche Veränderungen in unserem Lebensraum zukünftig zu erwarten sind. Eine Entwicklung von ökologischen Modellen, die diesbezüglich mit- tel- und langfristig gesicherte Prognosen liefern, ist hierzu obligat.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, eine mögliche Strategie zur anstehenden Erneuerung des Kraftwerksbestandes für Deutschland bis zum Jahr 2020 unter Berücksichtigung der vorgenannten Aspekte aufzuzeigen. Die Beschränkung auf eine Betrachtung des Zeitraumes bis 2020 ergibt sich vor allem aus der durch das novellierte Atomgesetz vorgegebenen Beendigung der Nutzung der Atomkernspaltungsenergie zur Stromgewinnung bis 2020. Außerdem sollen die aus dem Protokoll von Kioto verbindlichen Reduktionszahlen für Klimagas-Emissionen, die für Deutschland eine Reduktion der Kohlendioxid-Emissionen bis 2012 um 21 Prozent und bis 2020 um 40 Prozent gegenüber dem Referenzjahr 1990 vorschreiben, berücksichtigt werden.

In Kapitel 2 soll zunächst der bis zum Jahr 2020 entstehende Bedarf an elektrischer Energie für Deutschland abgeschätzt werden. Basis hierfür ist zunächst eine Prognose der demographischen Entwicklung in Deutschland, die dann mit Möglichkeiten zur effizienteren Nutzung von elektrischer Energie korreliert wird. Überdies wird auch die reale Entwicklung des Strombedarfs seit 1990 be- trachtet, um die durch rationelle Energienutzung möglichen Potenziale zur Stromeinsparung durch faktische Tendenzen zu relativieren. Den Abschluss dieses Kapitels bildet eine Darstellung der aus den Vorgaben des Protokolls von Kioto erwachsenen Konsequenzen für die Energiepolitik in Deutschland bis 2020.

Das nachstehende Kapitel 3 befasst sich mit der Nutzung der Atomkernspaltungsenergie in Deutschland. Hier werden zunächst typische Kraftwerkskonzepte vorgestellt, die weltweit zum Bau von Kernkraftwerken umgesetzt wurden. Eine Übersicht der geschichtlichen Entwicklung im Zu- sammenhang mit der Nutzung der Atomkernspaltungsenergie leitet auf die Konsequenzen über, die sich aus der Vereinbarung zum Ausstieg aus der Atomkernenergienutzung ergeben. Im vierten Kapitel werden dann die Potenziale erörtert, die fossile und regenerative Energieträger zur Strombedarfsdeckung in Deutschland beitragen können. Da fossile Energieträger erschöpfbar sind, werden zunächst die derzeit bekannten Ressourcen in Zusammenhang mit der wirtschaftlichen Verfügbarkeit dargestellt. Eine Übersicht über moderne Kraftwerkskonzepte, die eine effiziente Nutzung der fossilen Energieträger ermöglichen, schließt diesen Teil des Kapitels ab. Nachfolgend werden die Möglichkeiten zur Energiebedarfsdeckung durch regenerative Energieträger vorgestellt. Das fünfte und letzte Kapitel liefert mit den in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnissen den Ver- such einer Strategie in Form eines Szenarios zur Gestaltung des Kraftwerksbestandes mit dem Ziel einer nachhaltigen Stromerzeugung und Stromnutzung in Deutschland. Dem werden drei Zusam- menfassungen von bisher veröffentlichte Szenarien vorangestellt, die von verschiedenen Quellen mit unterschiedlichen Zielvorgaben stammen.

Der Anhang gibt Auskunft über die in der Arbeit verwendeten Abkürzungen und Einheiten sowie eine Einführung über die physikalischen Grundlagen zur Energiegewinnung durch Atomkernspal- tung.

2 Abschätzung des künftigen Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland

Durch die Fülle von Informationen, welche die Entwicklung Deutschlands am Ende des 20. Jahrhunderts dokumentieren, lässt sich eine recht genaue Abschätzung des Bedarfs an elektrischer E- nergie für die kommenden Jahre extrapolieren.

Die zugehörigen Rahmendaten, die im Folgenden behandelt werden, sollen den engen Zusammenhang zwischen demographischer Entwicklung, wirtschaftlicher Produktivität, Entwicklung der E- nergieeffizienz und dem damit verbundenen Energiebedarf aufzeigen.

2.1 Demographische Entwicklungen der Bevölkerung in Deutschland

Die Annahmen zur Entwicklung der Höhe der Bevölkerung hängen im Wesentlichen von drei Fak- toren ab: der Geburtenhäufigkeit pro Frau, dem mittleren zu erwartenden Lebensalter sowie der Außenwanderung. Zusätzlich können Notstände oder Katastrophen signifikante Auswirkungen auf die Bevölkerungszahlen haben, werden allerdings an dieser Stelle wegen ihrer Unwägbarkeit nicht weiter berücksichtigt.

2.1.1 Entwicklung der Geburtenhäufigkeit

Die hier angegebene Geburtenrate pro Frau gibt die durchschnittliche Kinderzahl an, die eine Frau im Laufe ihres Lebens hätte, wenn die Verhältnisse des jeweils betrachteten Jahres von ihrem 15. bis zu ihrem 49. Lebensjahr gelten würden. Der Vorteil dieser Form der Angabe besteht darin, dass das Geburtenniveau unabhängig von der jeweiligen Altersstruktur der Bevölkerung gemessen wird. Zurzeit wird von einem weitestgehend konstanten Geburtenverhalten in Deutschland ausgegangen. Die derzeitige Geburtenrate von 1,4 Kindern pro Frau bedeutet, dass jede Elterngeneration nur zu etwa zwei Dritteln durch Kinder ersetzt wird. Sie führt zu einer sinkenden und gleichzeitig alternden Bevölkerung. Zur Erhaltung der Bevölkerungszahlen müsste jedoch im Durchschnitt eine Geburtenrate von 2,1 Kindern pro Frau vorliegen. In Abb. 2.1 sind die empirischen Daten zur Geburtenentwicklung in Deutschland seit 1950 dargestellt [BEV03].

Abbildung 2.1 Entwicklung der Geburtenhäufigkeit in Deutschland seit 1950

2.1 Demographische Entwicklungen der Bevölkerung in Deutschland

Bis zur Mitte der 70er Jahre verliefen die Geburtenentwicklungen in beiden Teilen Deutschlands weitestgehend identisch. In den alten Bundesländern setzte sich der seit Mitte der 60er Jahre einsetzende Geburtenrückgang fort, während in der ehemaligen DDR ein umfangreiches staatliches Programm zur Förderung von Familien mit Kindern zu einem deutlichen Anstieg der zusammengefassten Geburtenziffer bis zu einem Maximalwert von 1,94 Kindern pro Frau im Jahr 1980 führte. Bis 1990 ging dann auch dort die Zahl der Geburten langsam wieder zurück.

Die vermutete langfristige Konstanz der Geburtenrate in Deutschland wird auf die Summe ökonomischer, sozialer und psychologischer Faktoren zurückgeführt, die das soziale Leben in Deutschland prägen und oft zum Verzicht auf Kinder führen. Politische Maßnahmen zur Förderung der Familien, die auf die Vereinbarung von Kindeserziehung und Erwerbstätigkeit abzielen, sowie grundsätzliche Förderung des Stellenwertes von Kindern auf politischer und individueller Ebene könnten zu einem dauerhaften Anstieg der Geburtenziffer führen.

2.1.2 Entwicklung der Lebenserwartung

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts hat sich die Lebenserwartung von neugeborenen Kindern um etwa 30 Jahre erhöht. Dieser deutliche Anstieg, der sich in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts vollzog, ist vor allem auf Fortschritte in Gesundheitswesen, Hygiene, Ernährung, Wohnsituation, Arbeitsbedingungen und gestiegenen materiellen Wohlstand zurückzuführen. Dies führte insbesondere zu einer erheblichen Verringerung der Säuglingssterblichkeit.

Die Entwicklung der Lebenserwartung während des letzten Jahrhunderts sowie die Prognosen zur zukünftigen Entwicklung sind in Abb. 2.2 dargestellt [BEV03].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2 Entwicklung der Lebenserwartung Neugeborener in Deutschland seit 1900

Der vergleichsweise starke Anstieg der Lebenserwartung in der ersten Hälfte des Jahrhunderts ist deutlich auf die Verringerung der Säuglingssterblichkeit aufgrund medizinischer Fortschritte zurückzuführen, während der eher schwache Anstieg seit 1950 sich eher als Folge der verbesserten materiellen Verhältnisse ergibt. Seit etwa 1960 ist auch festzustellen, dass sich der Abstand zwischen den Lebenserwartungen von Männern und Frauen vergrößert. Als Begründung hierfür werden Gesundheitsschäden als Folge des Zweiten Weltkrieges vermutet, die hauptsächlich zu einer höheren Sterblichkeit bei Männern führten.

Bei den Prognosen zur Lebenserwartung bis 2040 wurde im Wesentlichen die Sterblichkeitsabnah- me je Altersjahr seit 1970 als Basis für die künftige Entwicklung genommen. Aus diesem Ansatz ergibt sich, wie Abb. 2.2 zeigt, zusätzlich eine deutliche Abschwächung des zunächst erwarteten Anstiegs der Lebenserwartung. Dafür spricht, dass die Verbesserungspotenziale in vielen Bereichen nahezu ausgeschöpft sind. Gerade die Säuglingssterblichkeit liegt auf einem derart niedrigen Ni- veau, dass sich die hier noch marginal erreichbaren Verbesserungen nicht mehr spürbar auf die Le- benserwartung auswirken. Zudem bleibt zu bezweifeln, ob sich die in der Vergangenheit wirksamen Faktoren auch zukünftig auf solch signifikante Weise auswirken. Für den in dieser Arbeit betrachte- ten Zeitraum bis 2020 ist unter diesen Voraussetzungen ein Anstieg der Lebenserwartung bei Mäd- chen von heute 80,8 Jahren auf 83,8 Jahre und bei Jungen von heute 74,8 Jahren auf 78,1 Jahre im Jahr 2020 zu erwarten.

2.1.3 Entwicklung der Außenwanderung

Ein Maß zur Darstellung der Außenwanderung ist das Außenwanderungssaldo. Es beschreibt die Differenz zwischen Zu- und Fortzügen über die Grenzen Deutschlands. Anders als bei Geburtenhäufigkeit und mittlerer Lebenserwartung lässt sich die Entwicklung des Außenwanderungssaldos nicht einfach aus der bisherigen Entwicklung ableiten. Gerade die Zuwanderungen waren in der Vergangenheit oft durch politische Werbekampagnen und durch die soziale und wirtschaftliche Attraktivität in Deutschland einerseits und durch die soziale, wirtschaftliche, politische oder demographische Entwicklung in den Herkunftsländern andererseits geprägt. Wie Abb. 2.3 zeigt, führten diese heterogenen Ursachen zu stark schwankenden Außenwanderungstendenzen mit zeitweiligem Wechsel zwischen positivem und negativem Saldo [BEV03].

Abbildung 2.3 Außenwanderungssaldo über die Grenzen Deutschlands seit 1953

Zur Abschätzung der künftigen Entwicklung des Außenwanderungssaldos können mehrere An- haltspunkte herangezogen werden. So lag das Außenwanderungssaldo in den vergangenen 50 Jah- ren bei durchschnittlich 200 000 Zuwanderungen, von denen etwa 150 000 durch nichtdeutsche Per- sonen erfolgten. Diese bestimmten auch generell Höhe und Verlauf des Wanderungssaldos. Zudem zeigte sich, dass die zuziehenden ausländischen Personen durchschnittlich jünger sind als die fort- ziehenden, was zu einer durchschnittlichen Verjüngung der in Deutschland lebenden ausländischen Bevölkerung führt.

2.1 Demographische Entwicklungen der Bevölkerung in Deutschland

Da nach wie vor ein demographisches und ökonomisches Gefälle zwischen Deutschland und den derzeit typischen Herkunftsländern aus Mittel- und Osteuropa sowie den Nachfolgestaaten der e- hemaligen Sowjetunion besteht, kann hierin auch zukünftig ein gleich bleibend starkes Zuwande- rungspotenzial erwartet werden. Auch führt die beschlossene Erweiterung der Europäischen Union durch eine Beschränkung der Arbeitnehmerfreizügigkeit bei den Beitrittsländern bis 2011 vermut- lich zu einem eher stetig langsamen Anstieg der Zuwanderungszahlen in Deutschland. Da erst nach 2011 vollständige Freizügigkeit für Arbeitskräfte aus den Beitrittsländern besteht, könnten sich in- folgedessen stärkere Schwankungen im Außenwanderungssaldo ergeben [HINT03].

Insgesamt wird davon ausgegangen, dass der durchschnittliche Außenwanderungssaldo von etwa 200 000 Personen pro Jahr trotz vieler Schwankungen weitestgehend konstant bleibt, was einem hierdurch verursachten Bevölkerungszuwachs von insgesamt 4,2 Millionen Menschen bis zum Jahr 2020 und etwa 10,5 Millionen Menschen bis zum Jahr 2050 entspricht.

2.1.4 Zusammenfassung der Prognosen

Eine Kombination der oben beschriebenen Annahmen führt zu der in Abb. 2.4 dargestellten Prog- nose zur Entwicklung der Bevölkerungszahlen, die sich im Wesentlichen mit der „Annahme H5“ aus [BEV03] gleicht. Ferner wurde der Prognose eine maximale respektive eine minimale Annahme zur Entwicklung der Bevölkerungszahl hinzugefügt, die sich jeweils aus den niedrigsten bzw. höchsten Vermutungen für Zuwanderung, Geburtenrate und Lebenserwartung ergeben könnte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.4 Die Entwicklung der Bevölkerungszahlen in Deutschland im Zeitraum von 1950 bis 2040

Langfristig gesehen weisen alle gemachten Prognosen auf ein Schrumpfen der Bevölkerungszahlen hin. Bei sehr hoher Zuwanderung und gleichzeitig stark zunehmender Lebenserwartung wird die Bevölkerungszahl 2050 dennoch etwas geringer sein als heute. Für den in dieser Arbeit betrachteten Zeitraum bis 2020 kann von einer vergleichsweise stabilen Bevölkerungszahl ausgegangen werden, die dem heutigen Stand von rund 82,5 Millionen mit einer Unsicherheit von r 2 Millionen ent- spricht.

2.2 Korrelation zwischen wirtschaftlicher Produktivität und Energiebedarf

Die jährliche Zunahme des Brutto-Inlands-Produktes (BIP) wird als Maß für die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes angesehen. Befindet sich ein Land in einer frühen Phase der wirtschaftlichen Entwicklung, ist die jährliche Zunahme des BIP hoch, während sich Länder mit schwacher oder negativer Zunahme des BIP in der Regel in einer späten Phase ihrer wirtschaftlichen Entwicklung befinden. Letztgenannte Länder streben am Ende ihrer wirtschaftlichen Entwicklung einer Sättigungsgrenze ohne weiteres Wachstum entgegen. Die in der OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) zusammengefassten Industrienationen, zu denen auch Deutschland gehört, sind demnach der oberen Grenze ihrer wirtschaftlichen Produktivität nahe, da diese Länder zurzeit Wachstumsraten von maximal drei Prozent pro Jahr verzeichnen.

In Abb. 2.5 ist die Entwicklung des BIP in Deutschland seit 1970 anhand der Preise vom Basisjahr 1995 dargestellt. Die in der roten Linie zusammengefassten gemittelten Werte der durchschnittli- chen prozentualen Wachstumsraten pro Jahr zeigen einen exponentiell abnehmenden Verlauf. Die extrapolierten Werte deuten darauf hin, dass langfristig gesehen eine Stagnation des Wirtschafts- wachstums in Deutschland zu erwarten ist. Für den in dieser Arbeit betrachteten Zeitraum bis 2020 ist demzufolge noch ein durchschnittliches Wachstum des BIP von knapp einem Prozent pro Jahr zu erwarten. Die blaue Linie zeigt die Veränderung des Wirtschaftswachstums verglichen zum Vorjahr im Zeitraum von 1991 bis 2002. Hier zeigt sich, dass die tatsächliche jährliche Entwicklung des Wachstums keineswegs so gleichmäßig verläuft, wie der gemittelte Wert vermuten lässt. Von 1993 zu 1994 veränderte sich beispielsweise das BIP um über 3,4 % von -1,08 Prozent im Jahr 1993 auf +2,35 Prozent im Jahr 1994. Berücksichtigt man diese Entwicklung, ergibt sich eine Unsicherheit von etwa r0,8 Prozent für die extrapolierten Werte bis 2020.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.5 Die Entwicklung des Bruttoinlandprodukts in Deutschland von 1970 bis 2020

Im Allgemeinen ist die wirtschaftliche Produktivität eines Landes fest mit dem Bedarf an Energie verknüpft. Aus der nachfolgenden Abb. 2.6 wird ersichtlich, dass der Primärenergiebedarf in Deutschland trotz wirtschaftlichen Wachstums zurzeit stagniert und langfristig gesehen sogar einen rückläufigen Trend aufweist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.6 Korrelation von Primärenergiebedarf und BIP in Deutschland seit 1957

Die Grafik ist so angelegt, dass die Werte von Primärenergiebedarf und BIP für die Alten Bundes- länder im Jahr 1990 und für Gesamt-Deutschland im Jahr 1991 auf 100 Prozent gesetzt wurden. Vergleicht man den Verlauf der Trendlinien von 1957 bis 1990, zeigt sich ein nahezu paralleler Anstieg der Kurven. Auffällig bei einer Betrachtung des Primärenergiebedarfs über den gesamten Zeitraum ist, dass dieser seit 1980 nahezu stagniert, während das Wirtschaftswachstum weiter posi- tiv ist. Dies lässt auf eine schleichende Entkopplung der hier betrachteten Größen schließen, die ihre Ursache in der fortschreitenden Verbesserung der Energieeffizienz zu haben scheint. Somit kann in Deutschland das wirtschaftliche Wachstum nicht mehr allein als Indikator für den Primärenergiebe- darf betrachtet werden. Denn für zukünftige Prognosen muss auch der effizientere Umgang mit E- nergie berücksichtigt werden.

2.3 Entwicklung des effizienten und rationellen Umgangs mit Energie

Im vorangegangenen Abschnitt wurde die Bedeutung der Energieeffizienz bei der Abschätzung des zukünftigen Energiebedarfs verdeutlicht. Ein effizienterer Umgang mit Energie lässt sich im We- sentlichen durch das Zusammenspiel von technologischer Verbesserung, Energiesparen und ratio- nellerer Energienutzung erreichen. Das Potenzial dieser drei Faktoren soll nun im Folgenden be- handelt werden.

2.3.1 Potenzial des Technologischen Fortschritts

Anlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie sollen zuverlässig, wirtschaftlich und möglichst emissionsarm sein. Moderne Kraftwerke sind schon heutzutage derart komplex, dass nur noch vergleichsweise wenige Fachleute für Planung, Bau und Betrieb herangezogen werden können. Dennoch ist das Potenzial zur Steigerung des Wirkungsgrades von Kraftwerken recht hoch, wie sich an einem Beispiel zeigen lässt:

Ein modernes kohlebefeuertes Dampfkraftwerk weist einen durchschnittlichen elektrischen Netto- wirkungsgrad von 36 Prozent auf. Dabei wird zunächst die in der Kohle enthaltene chemische E- nergie in einem Verbrennungsprozess in Wärmeenergie umgewandelt. Diese wird dann an einer Turbine in mechanische Energie überführt, um dann letztlich am Generator in elektrische Energie gewandelt zu werden. Der Gesamtwirkungsgrad ergibt sich dann als Produkt der Einzelwirkungs- grade bei jeder Umwandlung. Darin ist auch der Eigenbedarf des Kraftwerks an elektrischer Ener- gie in Höhe von etwa acht Prozent der ursprünglich eingesetzten chemischen Energie zum Betrieb von Maschinen und Teilanlagen enthalten. Demnach gehen einem solchen Kraftwerk insgesamt 64 Prozent in Form von Wärme verloren. Betrachtet man nun die einzelnen Wirkungsgrade dieser Umwandlungskette, zeigt sich, dass bei der Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Ener- gie - wie im 2. Hauptsatz der Wärmelehre1 beschrieben - auch bei idealer Prozessführung nur ein Teil der Gesamtenergie umgewandelt werden kann. Hierbei kommt die Tatsache zum Tragen, dass der Exergiegehalt E, der in der Wärmeenergie Q enthalten ist, von der Arbeitstemperatur des Sys- tems T und dessen Umgebungstemperatur T0 abhängt. Da sich nur die Exergie in andere Energie- formen umwandeln lässt, kann man anhand folgender Formel leicht feststellen, dass der Exergiege- halt durch Erhöhung der Arbeitstemperatur deutlich ansteigt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Trägt man den Exergiegehalt in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur bei konstanter Umgebungstemperatur auf, erhält man das Diagramm in Abb. 2.7. Hier zeigt sich, dass eine Erhöhung der Arbeitstemperatur bei einer konstant niedrigen Außentemperatur (hier 273 K) im Bereich von 0 bis etwa 1000 K signifikanten Einfluss auf den Exergiegehalt der Wärmeenergie hat.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.7 Der Exergiegehalt bei unterschiedlichen Arbeitstemperaturen

Die typischen Arbeitstemperaturen eines Kohlekraftwerkes liegen bei etwa 540°C (813 K). Eine durchaus realistische Erhöhung der Arbeitstemperaturen auf 650°C (923 K) bewirkt eine Erhöhung des Exergieanteils von 66 auf 71 Prozent. Insgesamt ließe sich damit der Nettowirkungsgrad eines Kraftwerks um fast 10 Prozent steigern. Rein rechnerisch bedeutet dies, dass ein durchschnittliches Steinkohlekraftwerk mit 500 MWel Nettoleistung bei einer mittleren Auslastung von 4000 Stunden pro Jahr etwa 430 000 Tonnen Kohlendioxid und damit auch 160 000 Tonnen Steinkohle einsparen kann.

2.3 Entwicklung des effizienten und rationellen Umgangs mit Energie

Durch Kombination mit Gasturbinentechnik (GuD-Kraftwerke), die hinter die vorhandenen Dampf- turbinen geschaltet werden, lassen sich wegen der dort deutlich höheren Prozesstemperaturen von 1200°C schon heute elektrische Wirkungsgrade von knapp 50 Prozent erreichen. Für das Jahr 2005 wird eine Erhöhung des Wirkungsgrades auf 60 Prozent angestrebt. Ein solcher Fortschritt war nur durch eine Verbesserung der verwendeten Werkstoffe und angewandten Verbrennungstechniken zu ermöglichen.

Die Schwerpunkte der staatlichen Förderung liegen zurzeit in der Effizienzsteigerung von Kraftwerkstechniken, die auf den Bereich der fossilen Energieträger wie Kohle und Erdgas aufbauen, sowie im Bereich der Erneuerbaren Energien insbesondere der Wind- und Solarenergie. Vergleicht man, wie in Abb. 2.8 dargestellt, die CO2-Emissionen aller fossilen Kraft- und Fernheizwerke in Deutschland mit der inländischen Bruttostromerzeugung dieser Anlagen, zeigt sich, dass trotz steigender Produktion von Strom deutlich weniger CO2 bei nahezu gleich bleibender installierter Kraftwerksleistung im fossilen Bereich emittiert wird [EDAT03]. Dies lässt sich vor allem auf den Einsatz von verbesserten Kraftwerkstechniken zurückführen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.8 Kohlendioxid-Ausstoß und Bruttostromerzeugung von fossil befeuerten Kraftwerken

Sollte sich dieser Trend in den kommenden Jahren fortsetzen lassen, könnte der CO2 Ausstoß von Kraftwerksanlagen bei gleich bleibender Leistung bis 2020 auf etwa 60 Prozent des Wertes von 1990 gesenkt werden. Noch 1985 benötigte man zur Erzeugung von 1 kWhel Strom etwa 330 Gramm Steinkohle und erzeugte damit einen Ausstoß von 870 Gramm Kohlendioxid. Im Jahr 2001 benötigte man für die gleiche Menge Strom nur 260 Gramm Steinkohle, was einem Ausstoß von 705 Gramm Kohlendioxid entspricht.

2.3.2 Möglichkeiten zur Reduktion des Strombedarfs durch Energiesparen

Die Grafik in Abb. 2.9 zeigt, dass etwa die Hälfte des produzierten Stroms in der Industrie verwendet wird und ein Viertel in privaten Haushalten genutzt wird [EDAT03]. Das letzte Viertel entfällt auf gewerbliche und öffentliche Einrichtungen, Verkehr und Landwirtschaft.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.9 Verteilung des Strombedarfs in Deutschland von 1991 bis 2000

Durch Aufschlüsselung des genutzten Stroms in einzelne Bedarfssektoren ergibt sich die Grafik in Abb. 2.10. Sie zeigt, dass der größte Bedarf für industrielle Prozesse beim Einsatz von elektrischen Antrieben und durch Prozesswärme, die beispielsweise in Schmelzöfen benötigt wird, besteht.

Abbildung 2.10 Strombedarf 1999 in Deutschland in Sektoren aufgeschlüsselt

2.3 Entwicklung des effizienten und rationellen Umgangs mit Energie

Da die meisten energieintensiven industriellen Prozesse schon sehr effizient arbeiten, besteht das größte Einsparungspotenzial bei den so genannten Querschnittstechniken. Diese umfassen alle grundsätzlichen Technologien, die über mehrere Wirtschaftszweige verteilt sind. Beispiele hierfür sind Schmelzen, Trocknen, Trennen oder Zerkleinern.

Das Umweltbundesamt hat hierzu im Jahr 2002 für die Studie „Langfristigkeitsszenarien für eine nachhaltige Energienutzung in Deutschland“ (UBA 2002b) insgesamt 38 energieintensive indus- trielle Querschnittstechniken auf das technisch mögliche bzw. wirtschaftlich vertretbare Einspa- rungspotenzial untersucht. Unter einem wirtschaftlich vertretbaren Einsparungspotenzial versteht man, dass sich der für eine Einsparungsmaßnahme getätigte finanzielle Aufwand innerhalb von fünf Jahren durch die eingesparten Energiekosten amortisiert, während das technische Einsparungspo- tenzial alle technisch möglichen Maßnahmen ohne Rücksicht auf die entstandenen Kosten beinhal- tet. Das Ergebnis dieser Untersuchung zeigt, dass bis zum Jahr 2020 ein gegenüber dem Jahr 2000 gleich bleibender Stand der Stromnutzung bei steigendem Wachstum wirtschaftlich möglich ist und nachfolgend bis 2050 sogar eine Verringerung um 12 Prozent gegenüber 2000 realistisch erscheint. Ein weitaus größeres Potenzial zur Stromeinsparung wird bei den privaten Haushalten gesehen. Diese könnten auf wirtschaftliche Weise bis 2020 immerhin 15 Prozent gegenüber 2000 einsparen. Die größten Einsparpotenziale liegen hier in den Bereichen Kühlen und Gefrieren, Unterhaltungs- elektronik, Bereitschaftsschaltungen und den Leerlaufverlusten (Waschen, Trocknen, Geschirrspü- len, Beleuchtung und Warmwasseraufbereitung). Im Bereich Gewerbe, Handel und Dienstleistun- gen wird bis 2020 ein wirtschaftlich vertretbares Stromsparpotenzial von etwa fünf Prozent prog- nostiziert. Relevante Querschnittstechniken sind hier Licht, EDV-Anlagen, Kommunikationstechni- ken, Antriebe sowie Pumpen und Lüfter.

Zusammenfassend zeigt sich, dass bis zum Jahr 2020 eine Verringerung des Strombedarfs in Deutschland durch Energiesparen wirtschaftlich möglich ist. Anhand der Berechnungen des Bundesumweltamtes wäre demnach eine wirtschaftlich vertretbare Reduktion des Stromverbrauchs von 499,9 TWh im Jahr 2000 auf 479,7 TWh im Jahr 2020 wahrscheinlich.

2.3.3 Rationelle Energienutzung

Das größte Potenzial zur Senkung des Strombedarfs durch rationelle Energienutzung findet sich in den Privathaushalten, da stromintensive industrielle Prozesse in der Regel schon allein aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ein Höchstmaß an rationeller Nutzung aufweisen. In den privaten Haushalten hingegen lassen sich vor allem durch Modernisierung und Neukauf von Geräten mit jeweils strom- effizientester Technik erhebliche Stromeinsparungen erreichen. So besteht seit 1998 eine Kenn- zeichnungspflicht für Haushaltskühl- und -gefriergeräte, -waschmaschinen, -wäschetrockner und -geschirrspüler, in der eine einfache Einteilung in Energieeffizienzklassen vorgenommen wurde. Für elektrische Herde und Warmwasserbereiter ist eine derartige Kennzeichnung vom Gesetzgeber seit Juni 2003 vorgeschrieben. Ein weiteres Instrumentarium ist die so genannte Energieverbrauchshöchstwerteverordnung, die ebenfalls seit 1998 rechtswirksam ist. In ihr wird die Höchstmenge des erlaubten Energiebedarfs von elektrischen Kühl- und Gefriergeräten festgelegt, um den Verkauf von besonders ineffizienten Geräten zu unterbinden.

Im Unterhaltungs- und Büroelektronikbereich kommt neben der Senkung des jeweiligen Strombedarfs dieser Geräte beim Betrieb ganz besonders eine Absenkung des Strombedarfs durch Bereitschaftsschaltungen zum Tragen. Viele ältere Fernsehgeräte haben beispielsweise bei Stand-By- Betrieb eine Leistungsaufnahme von fünf bis zehn Watt, während einzelne moderne Geräte nur noch etwa 0,2 Watt Leistungsaufnahme bei Stand-By-Betrieb aufweisen. Legt man pro Haushalt in Deutschland eine Leistungsaufnahme von insgesamt etwa 50 Watt durch Bereitschaftsschaltungen zugrunde, ergibt sich bei 38,7 Millionen Haushalten eine Gesamtleistung von 1935 MW. Dies entspricht der produzierten Dauerleistung zweier typischer Kohlekraftwerke mit 1000 MWel Nettoleistung und einer damit verbundenen CO2-Emission von etwa 14 Millionen Tonnen CO2, wenn man etwa 830 g Kohlendioxid pro erzeugte Kilowattstunde zugrunde legt.

Die private „Gesellschaft Energielabel Deutschland“ (GED) kennzeichnet besonders effiziente Ge- räte aus dem Büro- und Heimelektronikbereich und unterstützt damit auch die weltweite „Ein Watt Initiative“, die eine Senkung der Stand-By-Leistung unter ein Watt pro Gerät propagiert. Sollte sich eine solche Norm für Elektrogeräte in den kommenden Jahren durchsetzen würde sich der Strom- bedarf privater Haushalte verglichen mit den Werten vom Jahr 2000 um über zehn Prozent senken. Bei Handel, Gewerbe und öffentlichen Einrichtungen ist ein ähnlich hohes Einsparpotenzial zu er- warten, allerdings sind die Instrumentarien zur Umsetzung hierfür anders. Eine Untersuchung von Ostertag, Böde, Gruber und Radgen vom Fraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsfor- schung in Karlsruhe ergab, dass fehlende staatliche Förderungsmaßnahmen sowie die Unsicherheit darüber, ob die prognostizierten Einsparungen tatsächlich realisiert werden, die Modernisierung vieler Unternehmen hemmen [OSTE98]. Eine Lösung hierfür bieten so genannte Contracting- Unternehmen an, die sich vertraglich dazu bereit erklären, die notwendigen Einspar-Investitionen finanziell und organisatorisch durchzuführen, um diese Maßnahmen abzüglich eines Gewinnanteils über festgelegte Contracting-Raten, die sich im Regelfall an der erzielten Energieeinsparung orien- tieren, zu finanzieren. Sollte sich dieses Modell bundesweit durchsetzen, könnten bis 2020 etwa 10 bis 20 Prozent des Strombedarfs in diesem Sektor gegenüber dem Jahr 2000 eingespart werden.

2.4 Bisherige und zukünftige Entwicklung des Bedarfs an elektrischer Energie

Die Potenziale zur Senkung des Energiebedarfs durch effizientere Nutzung und die Hemmnisse, die ihrer Ausschöpfung im Wege stehen, sind vielfach untersucht worden. Die Ergebnisse solcher Un- tersuchungen sind in verschiedenen Szenarien zusammenfassend dargestellt worden, so beispiels- weise 1995 durch die Gruppe „Energie 2010“, die Wege zur Senkung des Bedarfs an elektrischer Energie im Zeitraum 1993 bis 2010 um bis zu 25 Prozent für industrielle Prozesse und bis zu zehn Prozent für Haushalte aufzeigte. Tatsächlich ist dieser Bedarf seit 1993 nicht gesunken, sondern, wie auf der linken Seite in Abb. 2.11 dargestellt, bis 2002 im jährlichen Durchschnitt um knapp 0,58 Prozent angestiegen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.11 Szenarien zur Abschätzung des Strombedarfs in Deutschland bis 2020

In Anbetracht dieser Tatsache ergeben sich grundsätzlich zwei Szenarien zur Abschätzung des zukünftigen Strombedarfs in Deutschland.

1. Der im rechten Bereich von Abb. 2.11 blau dargestellte obere Ast, gibt die Prognose zur Ent- wicklung des Strombedarfs ohne Berücksichtigung der in Kapitel 2.3 dargestellten Möglichkei- ten zu dessen Verringerung durch rationelle Nutzung wieder. Hier zeigt sich im Wesentlichen eine Fortführung des bisherigen Trends einer durchschnittlichen Steigerung des Bedarfs von 0,5bis1 Prozent jährlich trotz leicht abnehmender Bevölkerungszahlen.
2. Der rot dargestellte untere Ast berücksichtigt zusätzlich das Maximum aller heute bekannten wirtschaftlich zumutbaren und technisch möglichen Schritte zur Reduktion des Strombedarfs. Ob die Mechanismen zur Durchsetzung solcher Maßnahmen tatsächlich zukünftig greifen, entschei- det vermutlich letztlich der jeweilige wirtschaftliche Vorteil, der sich aus dem Einsatz rationeller Energienutzung ergibt.

Die dargestellten jeweiligen Abweichungen der Prognosen berücksichtigen die Szenarien zur zukünftigen Bevölkerungsentwicklung in Deutschland. Für die jeweils mittlere Prognose wurde auch das mittlere Szenario zur Bevölkerungsentwicklung herangezogen.

Zusammenfassend ergibt sich nach Auswertung der oben gemachten Prognosen für 2020 im günstigsten Fall ein Strombedarf von 450 TWh und im ungünstigsten Fall ein Bedarf von 550 TWh jährlich. Diese Werte müssen bei der Konzeption und Effizienz eines zukünftigen Kraftwerkbestands in Deutschland zugrunde gelegt werden.

2.5 Entwicklung des Bedarfs an Kraftwerkskapazitäten auf Basis der Stilllegungskur- ve des Bundesumweltamtes [UBA03]

Das Umweltbundesamt (UBA) hat eine Kraftwerks-Datenbank eingerichtet, die nahezu den gesamten Kraftwerksanlagenbestand Deutschlands sowie dessen spezifische Parameter wie AnlagenLeistung, Brennstoffbedarf, Errichtungs- und Stilllegungsdaten enthält. Unter Berücksichtigung aller verfügbaren Informationen zum Ist-Bestand, den geplanten Stilllegungen und bekannten Neubauvorhaben entstand die in Abb. 2.12 dargestellte Grafik zur Prognose der installierten Kraftwerksleistung in Deutschland bis 2020. Die in der Grafik angegebenen Daten beziehen sich ausschließlich auf die installierte elektrische Kraftwerks-Bruttoleistung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.12 Die installierte Kraftwerksleistung bis 2020 in Deutschland

Unter Berücksichtigung der vereinbarten Restlaufzeiten für Atomkraftwerke gemäß dem Atom- energie-Ausstiegsgesetz sinkt die installierte Kraftwerksleistung der KKW gleichmäßig von 22.38 GWel im Jahr 2000 auf 4.24 GWel im Jahr 2020. Auch bei den Kohlekraftwerken ist der Wegfall an installierter elektrischer Leistung erheblich. Bei Steinkohlekraftwerken sinkt die Leistung von 33.34 GWel im Jahr 2000 auf 15.28 GWel im Jahr 2020, was einer Reduktion von 54 Prozent entspricht, während in braunkohlebefeuerten Anlagen ein Rückgang um 45 Prozent von 23.65 GWel im Jahr 2000 auf 12.91 GWel im Jahr 2020 zu erwarten ist. Sehr gleichmäßig sinkt die Leistung der ölbe- feuerten Anlagen von 6.74 GWel auf 0.49 GWel im Jahr 2020 ab. Die Angaben zu den mit Erdgas betriebenen Anlagen sind mit einer vergleichsweise großen Unsicherheit belastet, da der Planungs- vorlauf für derartige Anlagen sehr kurz ist und somit wenige Informationen zu geplanten Neubauten vorliegen. Aufgrund der vorhandenen Daten sinkt die installierte Leistung bei erdgasbefeuerten Anlagen von 19.53 GWel im Jahr 2000 auf 11.4 GWel im Jahr 2020. Bei Wasserkraftwerken ist ein leichter Anstieg von 7.32 GWel auf 7.86 GWel im Jahr 2020 zu erwarten. Ein deutlich größerer An- stieg ist bei den Windenergieanlagen zu erwarten. Im Betrachtungszeitraum von 2002 bis 2020 steigt die installierte Leistung von 12.03 GWel auf 23.04 GWel an. Unter der Rubrik „Sonstige E- nergieträger“ sind alle Energieträger aus den Bereichen Biomasse, Geothermie, Solarthermie, Pho- tovoltaik und Müllverbrennung zusammengefasst. In diesem Bereich wird eine nahezu konstante Leistung von 3.37 GWel im Jahr 2000 bis 3.12 GWel im Jahr 2020 erwartet.

Unter der Prämisse, dass auch zukünftig die Stromerzeugung generell in Deutschland erfolgt, ergibt sich aus der Differenz zwischen verbleibendem Kraftwerksbestand und deutschlandweitem Kapazitätsbedarf der zukünftige Bedarf an neu zu errichtenden oder zu modernisierenden Kraftwerken. So zeigt sich, dass bei etwa gleich bleibendem Bedarf an Kraftwerkskapazitäten in Deutschland bis 2020 ein Ersatzbedarf von etwa 40 GWel installierter Leistung kompensiert werden muss, was einem Drittel der heute vorhandenen Kraftwerksleistung entspricht.

Macht man eine qualitative Betrachtung der zur Verfügung stehenden Kraftwerkstypen und unter- sucht deren tatsächliche Bruttostromerzeugung, ergibt sich die Grafik in Abb. 2.13. Sie zeigt mit besonderer Deutlichkeit im Teilbereich Windenergienutzung die Diskrepanz zwischen installierter Kraftwerksleistung einerseits und tatsächlicher über einen längeren Zeitraum erzeugter Brutto- strommenge andererseits. Nach Abzug des Eigenbedarfs und der Leitungsverluste von der Brutto- strommenge, ergibt sich die Nettostrommenge. Zurzeit beträgt die Differenz zwischen diesen bei- den Werten etwa 13 Prozent.

Abbildung 2.13 Die Bruttostromerzeugung bis 2020 in Deutschland

[...]


1 Wortlaut 2. Hauptsatz: Ein Prozess, bei dem nur Wärme einem Reservoir entnommen und vollständig in Arbeit umgewandelt wird, ist nicht möglich.

Details

Seiten
79
Jahr
2004
ISBN (eBook)
9783638318099
ISBN (Buch)
9783638726795
Dateigröße
3.9 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v30574
Institution / Hochschule
Universität Hamburg
Note
1,0
Schlagworte
Perspektiven Deckung Bedarfs Energie Deutschland

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Titel: Perspektiven zur Deckung des Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland bis 2020