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Die kalte Sonne –warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet
Prof. Dr. Fritz Vahrenholt
AKE-Frühjahrssitzung19. April 2012Bad Honnef
Seite 2
Nach überdurchschnittlichen Windjahren in NWE in 2007 & 2008, war insbesondere 2010 ein unterdurchschnittliches Jahr
* NCEP Daten 2010: grün > 100%, rot < 100% vs. 30-Jahresdurchschnitt
2007 2008
2009 2010
überdurchschnittlich vs. langfristiges Mittel*unterdurchschnittlich vs. langfristiges Mittel
2011
2011 war zumindest in UK und Norddeutschland überdurchschnittlich
Seite 2
Seite 3
Ein Grund für diese jährlichen Windenergie-ertragsschwankungen ist die Nordatlantische Oszillation60-Jahre Trendanalyse des NAO Indizes im Vergleich zum AEP Indize* in Nord- und Südeuropa
> Bei einem negativen NAO Indize waren die Windverhältnisse im Süden stark und Norden schwach> Der Zusammenhang verhält sich bei einem positiven NAO Index umgekehrt; allerdings bei
geringeren Abschlägen im Süden
*) Transfer function of wind speed index to AEP index based on a typical 2MW-90m rotor WTG
85%
90%
95%
100%
105%
110%
115%
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
AEP
Inde
x [5
Jah
re fo
rtla
ufen
der D
urch
schn
itt]
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
NA
O In
dex
[5 J
ahre
fort
lauf
ende
r Dur
chsc
hnitt
]
NCEP AEP Index DE NCEP AEP Index ES NAO Index
* AEP = average energy production = durchschnittliche Windenergieproduktion; Analyse basiert auf einer typischen 2MW-90m Rotordurchmesser Windturbinenanlage
Seite 4
Es ist jedoch seit 1998 ein Erwärmungsstop eingetretenTemperaturanomalie in Grad Celsius vom Mittelwert des Zeitraums von 1961 bis 1990
Seite 5
Besteht ein Zusammenhang mit der parallelen Entwicklung der Temperatur, des CO2 und der Sonnenaktivität?
CO2
Sonne
> Sowohl CO2 als auch die solare Aktivität sind im industriellen Zeitalter seit 1850 stark angestiegen.
Temperatur
Seite 6
> CO2 wird vom IPCC mit 1.66 W/m2 als überaus wirksam angesehen
> Die Sonne spielt mit0,12 W/m2 laut IPCC fast keine Rolle für das Klimageschehen
Wirksamkeit der verschiedenen Klimafaktoren laut IPCC-Modell
Seite 7
Selbstverständlich hat CO2 einen Einfluss, nur die Stärke ist umstritten
IPCC AR4 Bericht
ohne Verstärkungseffekt
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Der „hockey stick“ – Symbol für die Bedrohung durch den Klimaschutz
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Über einen Zeitraum von zweitausend Jahren lässt sich eine natürliche Zyklik erkennen
Seite 10
Y. Liu et al. 2011
Auch in Tibet gab es in der Vergangenheit starke Schwankungen in der Temperatur
Temperaturrekonstruktion und -prognose für das zentral-östliche tibetanische Plateau
2006
n. Chr.v. Chr. 2200500
Prognose
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Abdussamatov 2010
letztes Suess/de Vries Minimum
Nächstes Suess/de Vries Minimum
Eintritt historischer Ereignisse korreliert sehr gut mit der Stärke der Sonnenzyklen
Hot sunCool sun
Seite 12
Der aktuelle 24. Sonnenzyklus ist relativ schwach
> Sonnenzyklus „24“ begann mit starker Verspätung im Januar 2008, war dann längere Zeit inaktiv und erreichte merklich zunehmende Aktivität kurz im Dezember 2009
> Verlängerte Zyklenlängen waren in der Vergangenheit oft mit geringen Sonnenfleckenzahlen bzw. verringerter Strahlung verbunden
24.24.23.23.
23
45 6
24?25?
Seite 13
Die solaren Schwankungen unterliegen einem 11-Jahres-Zyklus
Sonnenflecken
Total SolarIrradiance
UV
KosmischeStrahlung
nur etwa 0,1%
bis zu 10%
von einigen %bis zu 70%
Gray et al 2010
20101975 200520001995199019851980
20101975 200520001995199019851980
Schwankungsbreite:
Seite 14
http://joannenova.com.au/2010/02/if-carbon-didn%E2%80%99t-warm-us-what-did/
* kosmische Strahlung: Protonen, Elektronen und ionisierte Atome aus explodierenden Sternen
14
Das Sonnenmagnetfeld beeinflusst die Intensität kosmischer Strahlung, die wiederum für die Wolkenbildung verantwortlich ist
> Starke Sonnenaktivität geht einher mit einem starken Sonnenmagnetfeld.
> Je stärker das Magnetfeld der Sonne, desto stärker wird die Erde vom kosmischen Strahlenfluss abgeschirmt.
> Die kosmischen Strahlen tragen als Kondensationskeime zur Bildung von tiefen Wolken bei (maximale Höhe 3km).
> Je weniger Kondensationskeime, desto weniger tiefe, das Sonnenlicht abschirmende Wolken, desto wärmer die Temperaturen auf der Erde.
Seite 15
Etwa seit dem Jahre 1900 hat die kosmische Strahlung tendenziell abgenommen
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Synchrone Entwicklung der niedrigen Wolkenbedeckung und der kosmischen Strahlung 1980 bis 2003
Sonnenaktivität und Bildung von „tiefen“ Wolken verhalten sich synchron
Marsh & Svensmark 2003
> Tiefe Wolken sind für etwa die Hälfte der Rückstrahlung in den Weltraum der auf die Erde auftreffenden Sonnenenergie verantwortlich.*
> Veränderungen in der tiefen Wolkenbedeckung können daher zu merklichen Klimaänderungen führen.
* L'Ecuyer & Jiang 2010
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Entwicklung der kosmischen Strahlung und globalen Temperatur seit 1965
Kiel Neutronen Monitor
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Abrupte Änderung der Oberflächentemperatur im nördlichen Pazifischen Ozean durch die Pazifische Dekaden Oszillation
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Synchronität zwischen Temperatur und Pazifisch Dekadischer Oszillation
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Die Erwärmungsrate der vergangenen 25 Jahre war historisch keineswegs außergewöhnlich
> Die globale Durchschnittstemperatur ist in den letzten 150 Jahren seit Ende der Kleinen Eiszeit um 0,8°C angestiegen.
> Während der Perioden 1860-1880, 1910-1940 und 1975-1998 hat es Temperaturanstiege einer ähnlichen Größenordnung gegeben (0,15-0,16°C/Dekade), die statistisch nicht voneinander unterscheidbar sind.*
* Phil Jones in einem BBC Interview im Februar 2010
Seite 21
IPCC-Prognose unterschätzt den Einfluss natürlicher Faktoren und überzeichnet dadurch den Temperaturanstieg
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Setzt sich diese Sichtweise durch, wird der angeschlagene Prozess für ein weltweites Klimaabkommen weiter geschwächt
China: 25,4%
USA: 17,8%
Indien: 5,3%
RU, JP, CA: 10,6%
Hauptentwicklungsländer: 10,7%
Rest der Welt (200+): 15,9%
EU, AU, NZ: 14,3%
keine maßgeblichen Anstrengungen: 85,7%
1,036 0,867 0,790 0,720
21
28
34
43
0
10
15
20
25
30
35
40
45
1990 2006 2015 2030
Deutschland Welt
CO
2-E
mis
sion
en in
Mrd
. t
Jahr
11,5
3,3
6,9
4,8
16,1
Rest der Welt
Europa
USA
Indien
China
Seite 23
Erneuerbare Energien
Nicht- Erneuerbare Erzeugung
Effizienz-gewinne
640
deutsche Erzeugung
Strom-erzeugung
deutsche Importe
Strom-nachfrage
90
285
550
2008 2050
350
510
Quelle: Bundesregierung
Vor diesem Hintergrund ist der überhastete Umbau der deutschen Energieversorgung in Frage zu stellen, …
130
160
65
in TWh
+ > 300% 80% Strom-erzeugungsanteil
EE Ausbauziel gemäß Energiekonzept der Bundesregierung
überaus ambitionierte Kernpunkte des Energiekonzepts
Seite 24
Erneuerbare Energien Gesamtkapazität u. -erzeugung
0
20
40
60
80
100
120
140
2008 2050 2008 2050
[GW
]
0
50
100
150
200
250
300
[TW
h]
Wasserkraft (Lauf- u. Speicherwasser) Wind OnshoreWind Offshore BiomassePhotovoltaik GeothermieSonstige EE Wasserkraft (Lauf- u. Speicherwasser)Wind Onshore Wind OffshoreBiomasse PhotovoltaikGeothermie Sonstige EE
…, insbesondere der massive Zubau von Photovoltaik bis 2020
Quelle: Erneuerbare Energien Kapazitäten gemäß Tabelle A I-11, Szenario II A, Energieszenarien EWI, GWS, Prognos
Erneuerbare Energien Zubau gegenüber 2008
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2008 2020 2030 2040 2050
[GW
]
Großteil des Zubaus von EE soll bis 2020 erfolgen
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0
5
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15
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25
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35
40
Wind Onshore PV
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Da dadurch zum einen enorme direkte Kosten durch die Förderung von Erneuerbaren Energien entstehen und …
massive Anstieg der EEG-Umlage durch PV-Zubau
[ Ct / KWh ]Entwicklung der EEG-Umlage seit 2003
e
min
max
Quelle: Mittelfristprognose der ÜNBM; BMU
+ 3,8 GW
+ 7,5 GW
+ 7,5 GW
+ 1,3 GW
Großhandelsstrompreis an der Strombörse
Durchschnittliche EEG-Vergütung für Anlagenbetreiber in 2012
[ Ct / KWh ]
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... zum anderen indirekte Kosten durch die Integration ihrer volatilen Erzeugung in den Strommarkt
-100
-50
0
50
100
150
200
250
1.1 2.1 5.1 6.14.13.1
Preise Spotmarkt in €/MWh Windeinspeisung Deutschland in MW
Netzlast Deutschland in MW Starke Windeinspeisung bei schwacher Nachfrage führt zu negativen Preisen
-20.000
-10.000
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000€/MWh MW
erste Januarwoche 2012
> Neben der Notwendigkeit der Vorhaltung von Back-Up Kapazitäten und der Entwertung bereits investierten Kapitals
> …wird in Starkwind- und Schwachlastzeiten sogar für die Abnahme von Strom gezahlt.
> Hinzu kommen Netz- und Speicherausbaukosten, die den Erneuerbaren zugerechnet werden müssten
* konventionelle Kraftwerke laufen weniger Volllaststunden und können ihren Kapitaldienst nicht in erwarteter Weise leisten.
Seite 27
0
10
20
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40
50
60
70
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0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Pumpspeicherkraftwerke sind mit unter 10 Ct/KWh die erste Wahl bei der Stromspeicherung, aber schwer realisierbar
Pumpspeicher
Effizienz in %
[Ct / KWh]*
* Laufzeit 20 Jahre; Lade- und Entladezyklus 1 Tag
Lithium-Ionen-Akkumulator
DruckluftspeicherRedox-Flow
Druckluftspeicher (adiabat)
Blei-AkkumulatorNatrium-Schwefel-Akkumulator
Elektrolyse/Methanisierung/Rückverstromung GuD
Nickel-Metallhydrid-Akkumulator
SchwungradPolymermembran-Brennstoffzelle
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> Um 3600 km Höchstspannungsleitung zu bauen, müssen 12.000 Masten aufgestellt werden.> Seit 2005 wurden rund 35 km Netz pro Jahr ausgebaut. In den kommenden neun Jahren müssen
rund 470 km/Jahr realisiert werden.
DENA I + IIZusätzlicher Bedarf nach DENA II
3.600
Verbleibender Bedarf nach DENA I
760Bisher realisiert
2005 2011 2015 2020
Netzausbaubedarf entsprechend DENA I und II
Zeit
Erforderlicher Leitungsausbau (in km)
36 km /Jahr 160 km /Jahr
4.450
214*636
3.600
* Quelle: BNetzA, Monitoringbericht 2011
Bisher sind 214 von 4.450 km neuer Übertragungsnetze, die die dena empfiehlt, realisiert
720 km /Jahr
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Schlussfolgerung> Die Sonne gibt uns Zeit das Energiesystem auf vernünftige Weise
umzubauen
> Deshalb brauchen wir keine überhastete, von Angst getriebene Energiepolitik (Bioethanol aus Weizen, Biogas aus Mais, Wald opfern für Wind oder PV)
> Leitlinien sollten daher sein:
> Erneuerbare Energien werden wichtigster Pfeiler der Stromversorgung (50% in 2050); 80 bis 100% führt zu nicht nachhaltigen Ergebnissen (Umwelt, Wirtschaftsstandort, soziale Belastung)
> Anerkennung, dass hocheffiziente und flexible konventionelle Kraftwerke auch in den nächsten Jahrzehnten noch einen unverzichtbaren Beitrag zur Stromversorgung leisten müssen
> zügiger und vernünftiger Ausbau von Netzen und Speichern
> Einbeziehung der europäischen Perspektive in die Energiepolitik
Seite 30
Danke für Ihre Aufmerksamkeit !
IPCC-Modelle
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Die Aktivität der Sonne ist augenblicklich sehr schwach, obwohl der Zyklus kurz vor seinem Maximum steht
10. April 201219. Juli 2000
Quelle: www.spaceweather.com