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Open Access
Energie- und gesamtwirtschaftliche Auswirkungen veränderter Rahmenbedingungen auf die Nutzung von Erdgas in Deutschland : Studie für dasZentrum für Energieforschung Stuttgart (ZfES)
(2013) Blesl, Markus; Beestermöller, Robert; Kuder, Ralf; Fahl, Ulrich
Ausgehend von der aktuellen Diskussion über die zukünftige Ausrichtung der deutschen Energiepolitik und Energiewirtschaft stellt sich auch die Frage nach der zukünftigen Rolle der einzelnen Energieträger. Die Option eines höheren Anteils von Erdgas an der Energieversorgung ist im Zusammenhang mit einer neuen Ausrichtung der nationalen Energiepolitik, geprägt von Klimaschutzambitionen, der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien und dem Ausstieg aus der Kernenergie, eine der Lösungsmöglichkeiten. Eine entscheidende Rolle bei diesen Überlegungen spielen dabei die Fragen, welchen Gestaltungsspielraum es für einen denkbaren zukünftig höheren Anteil von Erdgas gibt. Der Einsatz von Erdgas im Energiesystem hängt von den energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen ab. Zu den wichtigsten Maßnahmen und Zielen in diesem Bereich zählen die Reduktion der Treibhausgas(THG)-Emissionen und der Ausbau der erneuerbaren Energien. Eine Reduktion der THG-Emissionen wie auch der Ausbau der erneuerbaren Energien sind Teil der europäischen 20/20/20-Ziele. Diese sind Teil des von der Kommission im Jahr 2008 vorgeschlagenen Klima- und Energiepakets (European Commission 2008). Oftmals wird dem Energieträger Erdgas dabei die Rolle einer Brückentechnologie auf dem Weg zu einer Dekarbonisierung des Energiesystems zugeschrieben. Es stellt sich somit die Frage, welche Auswirkungen unterschiedliche THG-Ziele und Ausbaupfade für erneuerbare Energien auf den Gaseinsatz haben. Um die zukünftige Rolle von Erdgas zu bestimmen, gilt es zudem, die Preissensitivität der Erdgasnachfrage zu untersuchen. In Deutschland stellt sich zudem die Frage, ob Neubauprojekte für Großkraftwerke in Zukunft realisiert werden können oder ob ein verstärkter Ausbau erdgasbetriebener Erzeugungsanlagen mit einer geringeren Leistung verfolgt wird. Ein Verzicht auf den Neubau von Großkraftwerken hätte spürbare Folgen für die Energiewirtschaft, die verarbeitende Industrie oder die Haushalte. Eine dezentrale, von industrieller, kommunaler und/oder privater Eigenerzeugung geprägte Struktur würde eine größere Koordinierung der Netze erfordern - sowohl der Erdgasnetze als auch der Stromnetze und Fernwärmeleitungen -, da Erdgas verstärkt in Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingesetzt würde. Die Einsatzpotenziale für dezentrale KWK-Anlagen hängen stark von den Abnahmemöglichkeiten für die darin erzeugte Prozess- und Nah-/Fernwärme in der Industrie bzw. in den Haushalten und dem Gewerbe-, Handels-, Dienstleistungs- (GHD-)Sektor ab. Hinzu kommt, dass strukturelle Veränderungen in der Stromerzeugung von Großkraftwerken hin zu räumlich verteilten, erdgasbasierten KWK-Anlagen zu einem Anstieg der Stromerzeugungskosten sowie der Strompreise führen können. Strompreiserhöhungen bedeuten eine Kostensteigerung für energieintensive Industrien. Fallen diese Kostensteigerungen zu hoch aus, kann es passieren, dass Standorte unrentabel werden und aufgrund günstiger Energiepreise im Ausland eine Abwanderung der entsprechenden Industrie vollzogen wird. Neben der Produktion würden dadurch auch das produktionstechnische Know-how und Arbeitsplätze ins Ausland verlagert. Dies kann aufgrund der volkswirtschaftlichen Verflechtung negative Rückkopplungseffekte auf andere Sektoren ausüben, so dass es unter Umständen zu einer weiteren Schwächung des Industriestandorts Deutschland kommt. Hieraus ergibt sich die Frage, wo die Schwellenwerte von Strompreiserhöhungen hinsichtlich derartiger Abwanderungen liegen bzw. welche Kostensteigerungen verkraftbar sind und welche nicht. Ziel dieser Studie ist die energie- und gesamtwirtschaftliche Analyse der Bedeutung von Erdgas für die Energiewirtschaft Deutschlands, insbesondere hinsichtlich einer zunehmend dezentraleren Stromerzeugung. In der einführenden Analyse sollen dazu die Auswirkungen von veränderten energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen in Form der THG-Ziele und Ausbaupfade für erneuerbare Energien untersucht werden. Weiterhin soll die Preissensitivität der Erdgasnachfrage näher betrachtet werden. Anschließend werden aktuelle Entwicklungstendenzen im Stromsektor in Deutschland hin zu einer zunehmenden Nutzung kleinerer und räumlich verteilter Erzeugungseinheiten näher analysiert. In der energiewirtschaftlichen Betrachtung soll untersucht werden, inwiefern ein Ausbleiben zukünftiger Großkraftwerksneubauprojekte zu einer Zunahme dezentraler erdgasbasierter Stromerzeugungs- und KWK-Anlagen führt. Mittels der Betrachtung verschiedener Szenarien mit und ohne Investitionen in neue Großkraftwerksprojekte sollen strukturelle Veränderungen in der Stromerzeugung und eventuell damit einhergehende Veränderungen der Strompreise aufgezeigt werden. Im Weiteren sind eine stärkere dezentrale Ausrichtung der Stromerzeugung und die sich dadurch ergebenen Konsequenzen für die Strom-, Gas- und Fernwärmeversorgung zu untersuchen. Aufbauend auf den Ergebnissen der energiewirtschaftlichen Analyse sollen in einer gesamt-wirtschaftlichen Betrachtung die Auswirkungen möglicher strompreisinduzierter Kostensteigerungen auf die Wettbewerbsfähigkeit energieintensiver Industrien analysiert werden. Zudem werden unterschiedliche Kostenumlagekonzepte auf Haushalte, Wirtschaft und Industrie untersucht. Dabei geht es um die Frage, wie sich die Wettbewerbsfähigkeit der energieintensiven Industrie verändert, in welcher Höhe Produktionsverlagerungen zu erwarten sind und welche Besonderheiten sich bei einer unterschiedlichen Verteilung möglicher Strommehrkosten auf bestimmte Stromverbraucher, wie Haushalte, Wirtschaft und Industrie, ergeben. Letzteres ist besonders vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion über die Verteilung der Kosten der Erneuerbaren Energien (EEG-Umlage) auf die Stromverbraucher und damit verbundener Ausnahmeregelungen für einzelne Branchen von Relevanz.
Open Access
Energieeffizienz in der Industrie : modellgestützte Analyse des effizienten Energieeinsatzes in der EU-27 mit Fokus auf den Industriesektor
(2014) Kuder, Ralf; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
Das Thema Energieeffizienz ist von hoher Aktualität und allgegenwärtig in der energiepolitischen Diskussion. Trotz dieser hohen Bedeutung herrscht selbst hinsichtlich der Begriffsdefinition kein einheitliches Verständnis. Zudem gibt es eine Vielzahl von sogenannten Energieeffizienzzielen und zahlreiche Indikatoren. Daher soll diese Arbeit einen Beitrag für ein vertieftes Verständnis der effizienten Nutzung von Energie leisten. Die uneinheitliche Definition des Begriffs Energieeffizienz bezieht sich zunächst auf die Verwendung sowohl von spezifischen als auch absoluten Energieverbräuchen zur Charakterisierung von Effizienz. Zudem kommen sowohl statische Betrachtungen von Effizienz als Zustand als auch dynamische Betrachtungen als Verbesserung eines Zustandes gegenüber einer Referenz zur Anwendung. Weitere Unterschiede herrschen in der Bewertung des Energieeinsatzes sowie hinsichtlich der Wahl einer möglichen Bezugsgröße. Zudem liegt der Fokus im gegenwärtig überwiegend vorherrschenden Verständnis des Begriffs nur auf dem Energieverbrauch. Alle anderen Ressourcen, die zur Erbringung einer Energiedienstleistung notwendig sind, werden trotz der Substitutionsoptionen zwischen diesen einzelnen Ressourcen nicht betrachtet. Daher wird das Verständnis von Energieeffizienz in dieser Arbeit erweitert und um die bislang nicht betrachteten Ressourcen ergänzt. Die effiziente Nutzung der Ressource Energie ist dann diejenige, die sich aus der Optimierung des Verhältnisses des gesamten Aufwands bzw. der gesamten Kosten aller Ressourcen zum erzielten Nutzen ergibt. Um den effizienten Energieeinsatz im Industriesektor in der EU näher bestimmen zu können, ist ein tieferes Verständnis dieses Sektors und seiner Besonderheiten notwendig. Die Industrie ist der größte Stromverbraucher in der EU sowie für ein Viertel des Endenergieverbrauchs und etwa ein Fünftel der CO2-Emissionen verantwortlich. Kennzeichnend sind das hohe und heterogene Temperaturniveau der Wärmenachfrage und die in Umwandlungsverfahren entstehenden Prozessemissionen. Zudem ist eine Unterteilung des Sektors in energieintensive Branchen, in denen branchenspezifische Produktionsverfahren den Energieverbrauch dominieren, und nicht-energieintensive Branchen vorzunehmen. Möglichkeiten zur Reduktion des Energieverbrauchs in der Industrie liegen im Einsatz alternativer oder optimierter Produktions- und Querschnittsverfahren sowie von Einsparmaßnahmen zur Reduktion der Nutzenergienachfrage. Basierend auf der Analyse in dieser Arbeit beläuft sich das gegenwärtige technische Energieeinsparpotenzial in der Industrie auf 21 % in der EU und auf 17 % in Deutschland. Die modellgestützte Szenarioanalyse des europäischen Energiesystems mit Hilfe des weiterentwickelten Energiesystemmodells TIMES PanEU verdeutlicht aufbauend auf dem erweiterten Verständnis von Energieeffizienz, dass der effiziente Energieeinsatz bei einem Emissionsminderungsziel von 75 % aus einem leicht ansteigenden Primärenergieverbrauch mit einem diversifizierten Energieträger- und Technologiemix besteht. Sowohl Erneuerbare Energien, als auch die Nutzung von Kernenergie und CCS-Verfahren spielen langfristig eine bedeutende Rolle. Zudem steigt insbesondere der Stromeinsatz in Kombination mit einer starken Dekarbonisierung der Stromerzeugung. In der Industrie tragen zur Minderung der Emissionen sowohl der verstärkte Einsatz von Strom, CCS und Erneuerbaren Energien als auch die Nutzung von verbesserten und alternativen Verfahren zu einer Emissionsminderung bei. Sowohl regulatorische Eingriffe in den Stromsektor als auch die Vorgabe von Primärenergieverbrauchseinsparzielen sorgen für einen Anstieg der gesamten Energiesystemkosten und somit für einen Rückgang der Effizienz. Der Energieverbrauch wird über das effiziente Maß hinaus reduziert und die Einsparvorgaben sorgen für eine verstärkte Nutzung anderer notwendiger Ressourcen. Insgesamt zeigt die modellgestützte Analyse des effizienten Einsatzes des Inputfaktors Energie, dass ein geringerer Energieverbrauch nicht gleichbedeutend ist mit einem höheren Maß an Effizienz. Die integrierte Systemanalyse in dieser Arbeit verdeutlicht zudem die Wechselwirkungen zwischen Emissionsminderungs- und Energieeinsparzielen. Emissionsminderungspfade wie die verstärkte Nutzung von Kernenergie, CCS oder Biomasse sowie generell der verstärkte Einsatz von Strom werden durch Primärenergieeinsparziele blockiert. Es besteht teilweise ein Zielkonflikt zwischen diesen beiden Zielen. Energieeinsparziele sind insbesondere bei verschärftem Klimaschutz nur schwer zu erreichen und sorgen für einen deutlichen Anstieg der Energiesystemkosten. Sowohl normative Energieeinsparziele als auch politische, regulierende Eingriffe in den Stromsektor führen zu Abweichungen vom energieeffizienten und somit vom kostenminimalen Pfad.
Open Access
Integrierte Szenarioanalysen zu Energie- und Klimaschutzstrategien in Deutschland in einem Post-Kyoto-Regime
(2011) Blesl, Markus; Bruchof, David; Fahl, Ulrich; Kober, Tom; Kuder, Ralf; Götz, Birgit; Voß, Alfred
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Integrierte Szenarioanalysen zu Energie- u. Klimaschutzstrategien in Deutschland in einem Post-Kyoto-Regime“ wird analysiert, wie sich die unterschiedlichen energie- u. klimapolitischen Zielvorstellungen in Deutschland, in Europa u. weltweit auf die Entwicklung von Energieversorgung u. -anwendung in Deutschland auswirken u. welche Folgen dies wiederum auf die Entwicklung der energiebezogenen Emissionen haben wird. Damit sollen Daten u. Analysen vorgelegt werden, die eine belastbare Basis für die Ausgestaltung der energiepolitischen Rahmenbedingungen in Deutschland darstellen, die sich an den Zielen einer sicheren, wirtschaftlichen, umwelt- u. nachweltverträglichen, d. h. dem Leitbild der „nachhaltigen Entwicklung“ entsprechenden Energieversorgung orientiert, so dass sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Anforderungen bestmöglich erfüllt werden können.