Die kalte Sonne – warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet
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Die kalte Sonne –warum die Klimakatastrophe nicht stattfindet
Prof. Dr. Fritz Vahrenholt & Dr. Sebastian LüningEuropäisches Parlament 3. Juli 2012Straßburg
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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 Mittel2011
2011 war zumindest in UK und Norddeutschland überdurchschnittlich
Seite 2
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Ein Grund für diese jährlichen Windenergie-ertragsschwankungen ist die Nordatlantische Oszillation
60-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
AE
P I
nd
ex [
5 Ja
hre
fo
rtla
ufe
nd
er D
urc
hsc
hn
itt]
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
1,5
NA
O I
nd
ex [
5 Ja
hre
fo
rtla
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nd
er D
urc
hsc
hn
itt]
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
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Es ist jedoch seit 1998 ein Erwärmungsstop eingetreten
Temperaturanomalie in Grad Celsius vom Mittelwert des Zeitraums von 1961 bis 1990
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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
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Sonnenaktivität der vergangenen 10.000 Jahren
> Die Sonnenaktivität der vergangenen Dekaden war eine der höchsten der letzten 10.000 Jahre
1717
Solanki et al. 2004 (nature):
Seite 6
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Wirksamkeit der verschiedenen Klimafaktoren laut IPCC-Modell
> CO2 wird vom IPCC mit 1.66
W/m2 als überaus wirksam
angesehen
> Die Sonne spielt mit
0,12 W/m2 laut IPCC fast keine
Rolle für das Klimageschehen
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CO2 und die Temperatur haben sich lediglich zwischen 1977 und 1998 parallel entwickelt
Seite 8
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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
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Korrelation zwischen der solaren Aktivität und der Temperatur im Nordatlantik
Bond et al. 2001
In blau: solare Aktivität: C14 als Annäherung für kosmische Strahlung, die von einem solarmagnetischen Feld beeinflusst wirdin schwarz: Temperature (black curve): HSG=Hematite Stained Grains=ice berg debris
eintausend Jahre vor heute
kalt
warm
Seite 11
heute
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Bond et al. 2001
Cléroux et al. 2012
Steinhilber et al. 2012Neff et al. 2001
Gupta et al. 2005
Hong et al. 2010
Schulz & Paul 2002
Springer et al. 2008
Kemp et al. 2012
Fohlmeister et al. 2012
Marchitto et al. 2010
Asmerom et al. 2007Marchitto & de Menocal
2003
Varma et al. 2010
De Menocal et al. 2000
Pena et al. 2010
Liew et al. 2006
Tan et al. 2003
Xu et al. 2002
> Rahmstorf in seinem Blog in 2010 über Bond et al (2001):
– Bond Zyklen konnten von anderen Wissenschaftlern nicht reproduziert werden.
– Bond Zyklen sind eine Sackgasse in der Klimaforschung.Bond Rahmstorf
Übersicht der von solarer Aktivität hervorgerufenen weltweiten Millenniums-Zyklen
Hu et al. 2003
Schmidt et al. 2012
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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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Bond-Zyklen in Südost Australien
> Niederschlag (obere Kurve) und Temperatur (untere Kurve) verlaufen synchron mit den nordatlantischen Zyklen von Bond
> Nordatlantische Kälteperioden durch graue Streifen markiert
Kemp et al., Jan 2012 in Quaternary Research Seite 14
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Bond-Zyklen vor der Ostküste der USA am Kap Hatteras, North Carolina
> Temperatur vor Kap Hatteras (blaue Kurve) und solare Aktivität (rote Kurve) sind ebenfalls synchron mit den nordatlantischen Zyklen von Bond
Cléroux et al., Feb 2012 in Paleoceanography
Seite 15
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Bond-Zyklen in einer chinesischen Höhle
> Delta 18O gibt den Niederschlag und die Stärke des asiatischen Monsuns an
> hohe Korrelation mit der solaren Aktivität
Steinhilber et al., April 2012 in PNAS
Seite 16
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Primäre solare Aktivitätszyklen
> Eddy Zyklus (1000 Jahre)
> Hallstatt Zyklus (2300 Jahre)
Spektralanalyse von Sonnenfleckendaten
Edd
y
Solanki et al. 2004, Analyse von Kern et al. 2012 Seite 17
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Der solare 1000-Jahres-Zyklus und seine klimatischen Auswirkungen
Wie würde der Zyklus ohne anthropogenen Einfluss weitergehen? 1850
100001000nach Chr.vor Chr. HEUTE
Sonne
2CO
Mittelalterliche Wärmphase
RömischeWärmephase
MinoischeWärmephase
ModerneWärmphase
KleineEiszeit
Kältephase der Völker-
wanderungen
KältephaseKältephase
Temperatur
Seite 18
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Synchronität zwischen Sonnenaktivität und der Abflußrate des Parana
> Wie schafft es die Sonne, die Abflussrate des zweitgrößten Flusses Südamerikas zu beeinflussen, wenn Schwankungen der Sonnenaktivität angeblich keine Rolle für das Klima spielen?
nach Mauas et al. (2010) Seite 19
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Synchronität zwischen der Sonnenaktivität (11 Jahres-Zyklus) und Wasserstand des Victoriasees (Ostafrika)
Stager et al. 2007
Seite 20
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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
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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?
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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:
RWE Dea AG <Datum> Ändern über Ansicht Kopf und Fusszeile... Seite 24
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.
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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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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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0,16°C/Dekade
0,15°C/Dekade
Die Erwärmungsrate der vergangenen 25 Jahre war historisch keineswegs außergewöhnlich
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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 M
rd. t
Jahr
11,5
3,3
6,9
4,8
16,1
Rest der Welt
Europa
USA
Indien
China
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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
Umbau des Energiesystems gemäß Energiekonzept der Bundesregierung
überaus ambitionierte Kernpunkte des Energiekonzepts
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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
min
max
Quelle: Mittelfristprognose der ÜNBM; BMU
+ 3,8 GW
+ 7,5 GW
+ 7,5 GW
+ 1,3 GW
Prognose der Netzbetreiber
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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 Reservekapazitäten 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.
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Zur Sicherung der Reservekapazität müssen ökonomische Anreize geschaffen werden, damit die Systemstabilität gewährleistet bleibt
Quelle: Entso-E, RWE Schätzungen
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0
10
20
30
40
50
60
70
80
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-Akkumulator
Natrium-Schwefel-Akkumulator
Elektrolyse/Methanisierung/Rückverstromung GuD
Nickel-Metallhydrid-Akkumulator
SchwungradPolymermembran-Brennstoffzelle
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Zur Überbrückung einer 10-tägigen Flaute wird in 2050 das 230-fache der heute verfügbaren Pumpspeicherkapazität benötigt
3502
TWh/a
12,5
Pumpspeicherleistung Deutschland
Bruttostromverbrauch Deutschland 1
9,63
10 Tage Windflaute Die derzeit installierte
Leistung entspricht ca. 7.000 MW. PSP können eine Dauer von nur 6 h Volllast fahren. Dann ist
das Beckenvolumen erschöpft.
Sollte der Wind in 2050 10 Tage nicht wehen,
werden 12,5 TWh Pumpspeicherleistung benötigt, um die Flaute
abzufangen.
9,6
Ein entsprechender Ausbau der Pumpspeicherleistung in Deutschland ist u.a. aufgrund der Akzeptanzproblematik unrealistisch.
ca. x 230
2012 20502050 20501 Es wird ein 100% Wind Szenario unterstellt. Dies könnte z. B. im Winter bei bedecktem Himmel auftreten. 2 Gemäß dem Energiekonzept der Bundesregierung soll die Bruttostromnachfrage von heute c. 650 TWh durch Energieeffizienzmaßnahmen und Importe auf 350 TWh reduziert werden. 3 Rechnung: 350/365*10; es wurde unterstellt, dass es keinen Lastgang gibt, d.h. dass die Stromnachfrage an jedem Tag gleich groß ist
0,042
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Die Bundesregierung hat mit dem kürzlich vorgelegten 10 Jahres Netzausbauplan einen möglichen Pfad skizziert
> Netzverstärkungen: 4.200 – 4.500 km
> neue Wechselstromleitungen: c. 1.700 km
> neue Gleichstromleitungen:c. 2.100 km
> Investitionsvolumen:19 – 20 Mrd. €
neue Wechselstromleitungen
neue Wechselstromleitungen bei mehr Erneuerbaren
neue Direktstromleitungen
Netzverstärkungen
Netzverstärkungen bei mehr Erneuerbaren
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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
760
Bisher realisiert
2005 2011 2015 2020
Netzausbaubedarf entsprechend DENA I und II
Zeit
Erforderlicher Leitungsausbau (in km)
36 km /Jahr 160 km /Jahr
4.450
214636
3.600
Quelle: BNetzA, Monitoringbericht 2011
Die dena prognostiziert einen ähnlichen Ausbaubedarf; bisher sind aber erst 214 von 4.450 km neuer Übertragungsnetze 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
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit !
Weitere aktuelle Informationen finden Sie auf:www.kaltesonne.de