Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor
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Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Endbericht einer Studie von der Prognos AG und dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) Studie 2030 2020 2034 2038 2028 2036 2026 2024 2022 2032 2014 2018 2016 2012 Referenzszenario Effizienz plus Energiekonzept Referenzszenario Effizienz plus Energiekonzept
Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Impressum Studie Autoren Positive Effekte von Energieeffizienz Marco Wünsch (Projektkoordination) auf den d eutschen Stromsektor Ruth Offermann, Friedrich Seefeldt, Karsten Weinert, Inka Ziegenhagen Endbericht einer Studie von der Prognos AG Prognos AG und dem Institut für Elektrische Goethestraße 85 | 10623 Berlin Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) David Echternacht, Dr.-Ing. Ulf Kasper, Erstellt im Auftrag von Julian Lichtinghagen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Albert Moser Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft Agora Energiewende (IAEW) Rosenstraße 2 | 10178 Berlin Schinkelstraße 6 | 52062 Aachen Projektleitung: Alexandra Langenheld alexandra.langenheld@agora-energiewende.de Redaktion: Nikola Bock Begleitkreis Wir danken den Mitgliedern des Begleitkreises für European Climate Foundation (ECF) ihre Unterstützung. Die Verantwortung für die Studie Neue Promenade 6 | 10178 Berlin und deren Ergebnisse liegt ausschließlich bei Agora Ansprechpartner: Katrin Riegger, Huy Tran Energiewende, ECF und RAP sowie den beteiligten Forschungsinstituten. The Regulatory Assistance Project (RAP) Rosenstraße 2 | 10178 Berlin Im Begleitkreis waren vertreten: Ansprechpartner: Andreas Jahn, Meg Gottstein ■ B undesministerium für Wirtschaft und Technologie ■ B undesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Korrektorat: Infotext GbR, Berlin ■ B undesnetzagentur Satz: UKEX GRAPHIC, Ettlingen ■ B undesverband der Deutschen Industrie e. V. Druck: Oktoberdruck AG, Berlin ■ B undesverband Neuer Energieanbieter e. V. Recycling-Offset aus 100% Altpapier ■ Deutsche Unternehmensinitiative Energieeffizienz e. V. Titelbild: Eigene Darstellung ■ D eutscher Industrie- und Handelskammertag e. V. ■ F orum Ökologisch-Soziale Marktwirtschaft e. V. 032/01-S-2014/DE ■ V erband kommunaler Unternehmen e. V. ■ V erbraucherzentrale Bundesverband e. V. Veröffentlichung: März 2014 ■ W orld Wide Fund For Nature
Vorwort Liebe Leserin, lieber Leser, die langfristigen Ziele – Senkung des Primärenergieverbrauchs bis 2050 um 50 Prozent und des Stromverbrauchs bis zum Jahr die Frage nach den Kosten beherrscht die öffentliche Debatte 2020 um 10 Prozent beziehungsweise bis 2050 um 25 Prozent um die Energiewende. Darin wird bisher vernachlässigt, dass – zu erreichen. mit einer Steigerung der Energieeffizienz die Energiewende deutlich günstiger umzusetzen ist. Die vorliegende Studie ist daher auch als ein Plädoyer dafür zu verstehen, die Rolle der Energieeffizienz im Stromsektor ent- In welcher Größenordnung der finanzielle Wert des Stromspa- sprechend ihrer Bedeutung zu würdigen und der Effizienz eine rens für den Stromsektor insgesamt liegt, ist bislang noch nicht prominente Rolle im Zuge der gegenwärtigen Energiewende- beziffert worden. Hier setzt die gemeinsame Studie von Agora Diskussion einzuräumen. Energiewende, der European Climate Foundation (ECF) und dem Regulatory Assistance Project (RAP) an. Mit der Umsetzung der Europäischen Energieeffizienzricht- linie in nationales Recht sowie dem im Koalitionsvertrag an- Konkret zeigt die Studie, in welchem Umfang durch Energie- gekündigten Nationalen Energieeffizienz-Aktionsplan gibt es effizienz die Kosten der Stromerzeugung gesenkt werden kön- hierfür konkreten Anlass. nen, und zwar in den Bereichen konventionelle und erneuer- bare Erzeugung sowie bei Übertragungs- und Verteilnetzen. Wir wünschen Ihnen eine anregende Lektüre! Die bemerkenswerten und durchaus überraschenden Ergeb- nisse halten Sie in Ihren Händen. Ihr Die neue Bundesregierung steht vor der Aufgabe, für die Ener- Patrick Graichen, Direktor Agora Energiewende giewende entscheidende Politiken auf den Weg zu bringen. Johannes Meier, CEO European Climate Foundation Gerade bei der Energieeffizienz gibt es Handlungsdruck, um Meg Gottstein, Principal Regulatory Assistance Project Die Ergebnisse auf einen Blick Die Steigerung der Energieeffizienz senkt die Kosten des deutschen Stromsystems deutlich. 1. Jede eingesparte Kilowattstunde Strom reduziert Brennstoffe, CO2-Emissionen, fossile und erneuerbare Kraftwerksinvestitionen sowie Netzausbau. Eine Reduktion des Stromverbrauchs bis 2035 um 10 bis 35 Prozent gegenüber der Referenzentwicklung senkt die Kosten im Jahr 2035 um 10 bis 20 Milliarden Euro2012. Die Steigerung der Energieeffizienz im Strombereich ist gesamtwirtschaftlich sinnvoll. 2. Eine eingesparte Kilowattstunde Strom bewirkt je nach betrachtetem Szenario eine Kosteneinsparung im Stromsystem zwischen 11 und 15 Cent2012 im Jahr 2035. Sehr viele Effizienzmaßnahmen sind wesentlich günstiger umzusetzen, ihre Umsetzung ist damit aus gesamtwirtschaftlicher Sicht sinnvoll. Je geringer der Stromverbrauch, desto geringer fällt auch der Ausbaubedarf der Stromnetze aus. 3. Der langfristige Ausbaubedarf im deutschen Übertragungsnetz bis zum Jahr 2050 kann bei einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz von 8.500 Kilometern Leitungslänge auf einen Ausbaubedarf zwischen 1.750 und 5.000 Kilometern gesenkt werden. Eine Senkung des Stromverbrauchs senkt CO2-Emissionen und Brennstoffimportkosten. 4. Durch eine Reduktion des Stromverbrauchs um mehr als 15 Prozent gegenüber einer Referenzentwicklung können im Jahr 2020 die CO2-Emissionen um 40 Millionen Tonnen und die Importausgaben für Steinkohle und Erdgas um 2 Milliarden Euro2012 reduziert werden. 1
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Inhalt Zusammenfassung 7 Summary 13 1. Zielsetzung und Aufgabenstellung 17 2. Vorgehen und Rahmenannahmen 19 2.1 Verbrauchsszenarien 19 2.2 Energiewirtschaftliche Rahmendaten 24 2.2.1 Politischer Rahmen 24 2.2.2 Brennstoffpreise 24 2.2.3 Kohlendioxid-Preise 25 3. Berechnung der Kosten der Stromerzeugung 27 3.1 Konventionelle Stromerzeugung 27 3.2 Erneuerbare Stromerzeugung 31 3.3 CO2-Emissionen in den Szenarien 38 3.4 Importkosten für Primärenergieträger zur Stromerzeugung 38 3.5 Regionalisierung der Daten für die Netzmodellierung 39 4 Berechnung der Netzkosten 41 4.1 Zusammensetzung der Netzkosten 41 4.2 Vorgehensweise Netzmodellierung 41 4.3 Übertragungsnetz 42 4.3.1 Methodisches Vorgehen 42 4.3.2 Aufbereitung der Eingangsdaten 42 4.3.3 Übertragungsnetzmodell 46 4.3.4 Regionalisierung der Einspeisung 47 4.3.5 Methodik zur Ermittlung des Ausbaubedarfs im Übertragungsnetz 48 4.3.6 Ergebnisse des Übertragungsnetzausbaus 51 4.3.7 Kosten für das Übertragungsnetz 57 4.4 Verteilungsnetz 59 4.4.1 Methodisches Vorgehen 59 4.4.2 Eingangsdaten und Ableitung von Modellnetzen 59 4.4.3 Methodik zur Ermittlung des Ausbaubedarfs im Verteilungsnetz 61 4.4.4 Ergebnis des Verteilungsnetzausbaus 64 4.4.5 Kosten für das Verteilungsnetz 65 3
Inhalt 5 Gesamtkosten des Stromsystems 67 5.1 Ergebnisse der Kostenberechnungen 67 5.2 Einordnung der Ergebnisse 71 6 Schlussfolgerungen 73 7 Anhang 75 7.1 Weiterführende Beschreibung der betrachteten Szenarien 75 7.1.1 Übergeordneter Rahmen 75 7.1.2 Annahmen zur Effizienzentwicklung in den Verbrauchssektoren 76 7.2 Exkurs: Einfluss eines verringerten Stromverbrauchs auf die zu erwartenden Großhandelspreise 80 7.3 Sensitivität: Höhere Erneuerbare-Energien-Anteile durch mehr Energieeffizienz 81 8 Literaturverzeichnis 83 4
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildung 0-1: Gegenüberstellung der Einsparpotenziale aus den Studien und den im Vergleich zum BAU-Szenario unterstellten Stromeinsparungen der Szenarien 8 Abbildung 0-2: Gesamtkosten für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur 9 Abbildung 0-3: Einsparungen für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur gegenüber dem BAU-Szenario 10 Abbildung 2-1: Entwicklung des Endenergiestromverbrauchs in den fünf betrachteten Szenarien 20 Abbildung 2-2: Vergleich der Bandbreite der Szenarien in dieser Studie mit den Szenarien der Leitstudie 2011 21 Abbildung 2-3: Entwicklung des Endenergiestromverbrauchs und der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in den fünf Szenarien 22 Abbildung 3-1: Entwicklung von fossil-thermischer Stromerzeugungsstruktur, Speichern und Lastmanagement 28 Abbildung 3-2: Installierte Leistung von fossil-thermischen Kraftwerken, Speichern und Lastmanagement 28 Abbildung 3-3: Vollkosten der fossil-thermischen Stromerzeugung und Speicher nach Energieträgern 30 Abbildung 3-4: Vollkosten der fossil-thermischen Stromerzeugung nach Kostenarten 31 Abbildung 3-5: Entwicklung der produzierbaren und nutzbaren Strommengen aus Erneuerbaren Energien 32 Abbildung 3-6: Entwicklung der installierten Leistungen der Erneuerbaren Energien 33 Abbildung 3-7: Vollkosten der erneuerbaren Stromerzeugung nach Energieträgern 37 Abbildung 3-8: Durchschnittliche Stromgestehungskosten der erneuerbaren Stromproduktion (bezogen auf die im Stromsystem nutzbare Strommenge) 37 Abbildung 3-9: Netzknoten und zugeordnete Versorgungsgebiete 40 Abbildung 4-1: Karte der deutschen Niederspannungsnetzbetreiber 42 Abbildung 4-2: Methodisches Vorgehen für die Ermittlung der Übertragungsnetzausbaukosten 43 Abbildung 4-3: Aus energiebilanziellen Gründen abzuregelnde Energiemenge 44 Abbildung 4-4: Jahresdauerlinie der Einspeisung aus Onshore-Windenergieanlagen vor und nach simulierter Abregelung im Szenario Bau 2050 45 Abbildung 4-5: Maximale Einspeiseleistung aus Erneuerbare-Energien-Anlagen vor und nach Abregelung 45 Abbildung 4-6: Übertragungsnetzmodell Deutschland (inklusive Anrainerstaaten) 46 Abbildung 4-7: Zuweisung von Versorgungsgebieten mittels Voronoi-Zerlegung 47 Abbildung 4-8: Allokation der Erneuerbare-Energien-Anlagen 2012 48 Abbildung 4-9: Veränderung der Allokation von Erneuerbare-Energien-Anlagen bis 2035 basierend auf eigenen Daten und dem Netzentwicklungsplan 49 Abbildung 4-10: Methodik zur Ermittlung des Netzausbaubedarfs im Übertragungsnetz 50 Abbildung 4-11: Ausschnitt aus einem exemplarischen Ergebnis einer (n-1)-Ausfallsimulation (nur 380-kV-Leitungen) 51 Abbildung 4-12: Entwicklung des Netzausbaubedarfs zur Gewährleistung eines (n-1)-sicheren Netzes 52 Abbildung 4-13: Entwicklung des Netzausbaubedarfs im Übertragungsnetz 53 Abbildung 4-14: Regionale Verteilung des Netzausbaubedarfs 54 Abbildung 4-15: Jährliche Stromerzeugungsmenge in Norddeutschland 54 Abbildung 4-16: Vergleich der maximalen Einspeisung in den Szenarien Bau und WWF mit der dena-Studie 55 Abbildung 4-17: Investitionskosten für Übertragungsnetzausbau 56 Abbildung 4-18: Vergleich der maximalen Einspeisung mit Netzentwicklungsplan 57 Abbildung 4-19: Zusammensetzung der Übertragungsnetzkosten 2011 58 Abbildung 4-20: Aufschlüsselung der Übertragungsnetzinfrastrukturkosten 58 Abbildung 4-21: Spezifische Übertragungsnetzinfrastrukturkosten 59 5
Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Abbildung 4-22: Methodisches Vorgehen zur Modellierung von Verteilungsnetzen 60 Abbildung 4-23: Struktureller Aufbau der Modellnetze 61 Abbildung 4-24: Qualitativer Zusammenhang zwischen installierter EE-Leistung und Netzausbau 62 Abbildung 4-25: Exemplarische Weibull-Verteilung zur Beschreibung der Häufigkeitsverteilung von PV-Anlagen 62 Abbildung 4-26: Verfahrensablauf zur Bestimmung des Netzausbaubedarfs in der Mittelspannungsebene 63 Abbildung 4-27: Vergleich der Investitionskosten und Einspeiseleistung mit der dena-Verteilnetzstudie 65 Abbildung 4-28: Kosten Verteilungsnetzinfrastruktur im Jahr 2011 65 Abbildung 4-29: Entwicklung der spezifischen Verteilungnetzinfrastrukturkosten 66 Abbildung 5-1: Gesamtkosten für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur 68 Abbildung 5-2: Einsparungen für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur gegenüber dem BAU-Szenario 69 Abbildung 5-3: Spezifische Kosten der Stromerzeugung und Netzinfrastrukur 69 Abbildung 5-4: Spezifische Kosteneinsparung im Vergleich zum BAU-Szenario 70 Abbildung 5-5: Vermiedene CO2-Emissionen der Stromerzeugung in den Jahren 2020, 2030, 2040, 2050 gegenüber dem BAU-Szenario 70 Abbildung 5-6: Vermiedene Importausgaben für Erdgas und Steinkohle gegenüber dem BAU-Szenario 70 Abbildung 5-7: Gegenüberstellung der Einsparpotenziale aus den Studien und den im Vergleich zum BAU-Szenario unterstellten Stromeinsparungen der Szenarien 72 Abbildung 7-1: Sortierte Preiskurve (auf Grenzkostenbasis) der Szenarien im Jahr 2030 80 Abbildung 7-2: Sortierte Preiskurve (auf Grenzkostenbasis) der Szenarien im Jahr 2050 81 Abbildung 7-3: Konzept des Sensitivitätsszenarios 82 Tabelle 2-1: Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 in den Szenarien 21 Tabelle 2-2: Rahmendaten der untersuchten Szenarien 22 Tabelle 2-3: Preise fossiler Brennstoffe 2012 und deren angenommene Entwicklung bis 2050 25 Tabelle 2-4: CO2-Preis 2012 und angenommene Preisentwicklung bis 2050 25 Tabelle 3-1: Annahmen zu Investitions- und Betriebskosten der konventionellen Stromerzeugung 29 Tabelle 3-2: Fossil-thermische Mindestleistung 33 Tabelle 3-3: Annahmen zur Berechnung der Gesamtkosten der erneuerbaren Stromerzeugung 35 Tabelle 3-4: EEG-Vergütungssätze für 2012 und Stromgestehungskosten bezogen auf die produzierbare Strommenge – unabhängig von der Abregelung 36 Tabelle 3-5: Direkte CO2-Emissionen der Stromerzeugung in den Szenarien 38 Tabelle 3-6: Förderung von Erdgas und Steinkohle in Deutschland 39 Tabelle 3-7: Importausgaben für Erdgas und Steinkohle für die Stromerzeugung 39 Tabelle 4-1: Aggregierte Investitionskosten für den Netzausbau in der Verteilungsnetzebene von heute bis 2035 beziehungsweise von heute bis 2050 64 Tabelle 7-1: Eckdaten der fünf Szenarien 75 Tabelle 7-2: Annahmen in den Szenarien zur Entwicklung des Industriesektors 76 Tabelle 7-3: Annahmen in den Szenarien zur Entwicklung des Privathaushaltssektors 77 Tabelle 7-4: Annahmen in den Szenarien zur Entwicklung des GHD-Sektors 78 Tabelle 7-5: Annahmen in den Szenarien zur Entwicklung des Verkehrssektors 79 Tabelle 7-6: Annahmen und Ergebnisse der Sensitivitätsrechnung für das Jahr 2042 82 6
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Zusammenfassung Zielsetzung und Aufgabenstellung Die vier Vergleichsszenarien sind, ebenso wie das Referenz- szenario, keine für diese Studie vollständig neu entwickel- Ziel der vorliegenden Studie ist die Bewertung der wirt- ten Szenarien, sondern basieren auf von Prognos erstellten schaftlichen Vorteile unterschiedlich effizienter Entwick- und bereits veröffentlichten Szenarien, inklusive ihrer zu- lungen des Stromverbrauchs (sogenannte Effizienzszena- grunde liegenden Annahmen. rien) gegenüber einer weniger effizienten Entwicklung. Hierzu werden die Gesamtkosten des Stromsystems be- Für alle Szenarien wurde neben der stündlichen Einspei- rechnet und gegenübergestellt. Zur gesamtwirtschaftlichen sung aus Erneuerbaren Energien die verbleibende not- Bewertung werden die Vollkosten des gesamten Stromsys- wendige konventionelle Stromerzeugung (Residual-Last) tems ermittelt, diese entfallen im Wesentlichen auf die Be- mithilfe des Prognos-Kraftwerksmodells berechnet. Dieses reiche: bildet den deutschen Kraftwerkspark anlagenscharf ab und simuliert den stündlichen Kraftwerkseinsatz entsprechend → konventionelle Stromerzeugung (inklusive Speicher der Merit Order. Der ermittelte Kraftwerkspark kann in je- und Lastmanagement), dem Moment die für die Systemstabilität notwendige Er- → erneuerbare Stromerzeugung, zeugungsleistung bereitstellen. Eine verstärkte Nutzung von → Stromverteilung (alle Netzebenen von 400 Volt Lastmanagement zur Senkung der Lastspitzen sowie der bis 380 Kilovolt). Ausbau von weiteren Stromspeichern wurden in allen Sze- narien berücksichtigt. Die Berechnungen erfolgen für alle Szenarien für den Zeit- raum von 2012 bis 2050. Zur Quantifizierung des Netzausbaubedarfs im Übertra- gungsnetz kommt ein dezidiertes Übertragungsnetzmo- In dieser Zeitspanne sind durch den demografischen Wan- dell des IAEW zum Einsatz. Das genutzte Übertragungs- del und den technischen Fortschritt spürbare Verbrauchs- netzmodell enthält die Leitungen der 220-Kilovolt- und änderungen in den einzelnen Sektoren zu erwarten. 380-Kilovolt-Spannungsebene, die Netzkuppeltransfor- matoren zwischen diesen beiden Spannungsebenen sowie Die Szenarien und Modelle im Überblick die Phasenschiebertransformatoren. Insgesamt besteht das Modell für Deutschland aus etwa 390 Stationen und etwa Es wurden fünf Szenarien betrachtet. Im Vergleich zu dem 600 Trassen. Für die Ermittlung der Kosten für den Über- genutzten Referenzszenario (vgl. hierzu Prognos/EWI/GWS, tragungsnetzausbau wurden die Investitionskosten für den 2011) werden vier weitere Szenarien mit unterschiedlichen ermittelten Netzausbau bestimmt. Verläufen des Stromverbrauchs betrachtet. Drei Szenarien unterstellen zusätzliche Anstrengungen zur Senkung des Für das Verteilungsnetz ist es aufgrund von mehr als einer Stromverbrauchs. Das vierte Szenario stellt die Fortschrei- Million Stromkreiskilometern und mehr als 860 Netzbe- bung bisheriger Entwicklungen ohne politische Aktivitäten treibern nicht möglich, den Ausbaubedarf im Verteilungs- dar (business as usual [BAU]) und geht von einem Anstieg netz analog zum Übertragungsnetz für jedes Verteilungsnetz des Stromverbrauchs aus. In allen Szenarien steigt der An- einzeln zu simulieren. Stattdessen erfolgt die Bestimmung teil der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung auf des Netzausbaubedarfes mittels eines Modellnetzansatzes. 81 Prozent bis zum Jahr 2050. Dabei wurden die fünf Modellnetzklassen „stark windge- prägt“, „windgeprägt“, „gemischte Prägung“, „PV-geprägt“ und „städtisch“ genutzt. 7
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Potenziale der Energieeinsparung auf telten wirtschaftlichen Einsparpotenziale (welche sich auf der Nachfrageseite die Zeithorizonte von 2020 beziehungsweise 2030 bezie- hen) ausreichen, um im Jahr 2020 den WWF-Verbrauchs- Die für die Analyse unterstellten Stromeinsparungen sind pfad zu erreichen, und bis zum Jahr 2030 die notwendige das Ergebnis einer Vielzahl von Effizienz- und Einspar- Verbrauchsreduktion des Energiekonzeptes erreichbar ist. maßnahmen in allen Sektoren. Was die Umsetzung der Bei der langfristigen Betrachtung bis zum Jahr 2050 ist des Energieeffizienz- und Einsparmaßnahmen auf der Nach- Weiteren zu bedenken, dass in dem Zeitraum ab 2020 be- frageseite kostet, lag nicht im Untersuchungsfokus der vor- ziehungsweise 2030 voraussichtlich weitere wirtschaft- liegenden Studie. liche Effizienzpotenziale erschlossen werden können, die in den ausgewerteten Potenzialstudien noch nicht berück- Vielmehr wird hier stellvertretend auf ausgewählte Studien sichtigt wurden. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass verwiesen, die gezeigt haben, dass es ein hohes Potenzial sich ein Großteil der in den Szenarien angenommenen Ein- von wirtschaftlich realisierbaren Einsparungen im Strom- sparungen wirtschaftlich realisieren lässt. bereich gibt. Exemplarisch wurden hierzu die Ergebnisse der Studien (zum Beispiel EMSAITEK von IZES, BEI, Wup- pertal Institut, 2011; BDI & McKinsey, 2007; IFEU, Fraun- hofer ISI, Prognos, GWS et al., 2011) ausgewertet, die sich mit dem Kostenaspekt des Stromsparens vertieft auseinan- dergesetzt haben. Die drei Studien zeigen, dass die ermit- Gegenüberstellung der Einsparpotenziale aus den Studien und den im Vergleich zum BAU-Szenario unterstellten Stromeinsparungen der Szenarien Abbildung 0-1 250 195 200 152 150 BDI, McKinsey, 2007 117 TWh 117 EMSAITEK 97 100 100 IFEU, ISI, et al., 2011 85 69 69 50 50 35 30 29 24 22 0 Stromeinsparung von 2012 bis 2020 Stromeinsparung von 2012 bis 2030 Stromeinsparung von 2012 bis 2050 Referenz Effizienz plus Energiekonzept WWF Prognos 8
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Gesamtkosten für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur Abbildung 0-2 100 2035 2050 80 71 65 6 60 7 55 56 52 Mrd. €2012 50 6 5 6 44 43 5 40 5 5 39 51 34 32 40 27 36 20 31 17 14 14 11 10 8 7 5 0 BAU Effizienz Energie- WWF BAU Effizienz Energie- WWF plus konzept plus konzept Offshore-Netzanbindung Verteilungnetz Übertragungsnetz erneuerbare Stromerzeugung konventionelle Stromerzeugung BNetzA (2012): Monitoringbericht; BMU (2013): Zeitreihen zur Entwicklung der Kosten des EEG; Berechnungen Prognos und IAEW Kosten des Stromsystems: die Ergebnisse liarden Euro2012 um etwa 10 Prozent über dem heutigen im Überblick Niveau. → Im Szenario Energiekonzept wird von einem Rückgang Die Kosten für die Stromerzeugung und die Netzinfra- des Endenergiestromverbrauchs von 20 Prozent gegen- struktur lagen im Jahr 2012 bei rund 50 Milliarden Euro. In über heute ausgegangen. Mit 52 Milliarden Euro2012 im Abhängigkeit von der Entwicklung des Stromverbrauchs Jahr 2035 und 50 Milliarden Euro2012 im Jahr 2050 liegen werden diese Gesamtkosten langfristig steigen oder sinken. die Kosten in etwa auf dem heutigen Niveau. Die durchgeführten Strommarkt- und Netzmodellierungen → Wenn es gelingt, den Endenergiestromverbrauch so stark kommen zu folgenden Ergebnissen: zu senken, wie es das WWF-Szenario vorsieht (40 Pro- zent bis 2050), werden die Gesamtkosten des Stromsys- → Im BAU-Szenario steigen die jährlichen Kosten we- tems mittel- und langfristig unter den heutigen Kosten gen des im Vergleich zu den anderen Szenarien höchs- liegen. Gegenüber heute ergibt sich in den Jahren 2035 ten Stromverbrauchs bis zum Jahr 2035 auf 65 Milliarden und 2050 eine Kosteneinsparung um sechs beziehungs- Euro2012 und bis 2050 auf 72 Milliarden Euro2012. weise sieben Milliarden Euro2012.1 → Im Szenario Effizienz plus, in dem der Endenergiestrom- verbrauch langfristig um 16 Prozent gegenüber heute 1 Die Methodik zur Ermittlung des Netzausbaubedarfes unterschei- det sich von der der deutschen Übertragungsnetzbetreiber im sinkt, liegen die Gesamtkosten in den Jahren 2035 und Rahmen des NEPs. Deshalb sollte der ermittelte Netzausbaubedarf 2050 mit 55 Milliarden Euro2012 beziehungsweise 56 Mil- nicht direkt mit dem Bundesbedarfsplan verglichen werden. 9
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Einsparungen für die Stromerzeugung und die Netzinfrastruktur gegenüber dem BAU-Szenario Abbildung 0-3 40 2035 2050 35 30 28 25 1 Mrd. €2012 21 21 20 2 1 15 15 20 12 1 10 2 12 10 15 1 7 11 5 5 6 4 3 3 1 3 0 Effizienz Energie- WWF Effizienz Energie- WWF plus konzept plus konzept Offshore-Netzanbindung Verteilungnetz Übertragungsnetz erneuerbare Stromerzeugung konventionelle Stromerzeugung BNetzA (2012): Monitoringbericht; BMU (2013): Zeitreihen zur Entwicklung der Kosten des EEG; Berechnungen Prognos und IAEW Diese Gegenüberstellung zeigt, dass durch eine deutli- Netzinfrastruktur in allen Szenarien mit rund 120 Euro2012 che Senkung des Stromverbrauchs die Gesamtkosten des pro MWh in etwa gleich hoch. Stromsystems auch bei einem starken Ausbau der Erneuer- baren Energien mittel- bis langfristig sinken können. Hinsichtlich der CO2-Emissionen unterscheiden sich die Im Vergleich zum BAU-Szenario ergeben sich in den effizi- Szenarien dagegen erwartungsgemäß deutlich. Im BAU- enteren Szenarien Kosteneinsparungen von 10 bis 20 Milli- Szenario liegen die Emissionen, bedingt durch den im Ver- arden Euro2012 im Jahr 2035 und 15 bis 28 Milliarden Euro2012 gleich zu den anderen Szenarien hohen konventionellen im Jahr 2050. Den größten Beitrag zu diesen Kostenein- Stromanteil, über den gesamten Zeitraum am höchsten. Die sparungen leistet die erneuerbare Stromerzeugung. Dieser niedrigsten Emissionen ergeben sich wegen des geringen Kostenblock ist insgesamt am größten, kann aber durch eine Strombedarfs im WWF-Szenario. Der mit der Stromerzeu- Verbesserung der Effizienz deutlich reduziert werden. Im gung verbundene direkte CO2-Ausstoß liegt hier im Jahr Jahr 2035 entfällt bereits mehr als die Hälfte der Kostenein- 2030 um 22 Prozent beziehungsweise 35 Millionen Tonnen sparungen auf die erneuerbare Stromerzeugung, 2050 tra- unter dem Ausstoß im BAU-Szenario. Im Jahr 2050 beträgt gen die Erneuerbaren Energien mehr als 70 Prozent zu den der Unterschied 37 Prozent beziehungsweise 19 Millionen Kosteneinsparungen bei. Tonnen. Obwohl die Finanzierung der Infrastrukturkosten auf weni- Durch eine Senkung des Stromverbrauchs können die Aus- ger Megawattstunden verteilt werden muss, liegen die spe- gaben für den Import von Steinkohle und Erdgas gegenüber zifischen Kosten pro MWh für die Stromerzeugung und die einer weniger effizienten Entwicklung gesenkt werden. Im 10
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Vergleich zum BAU-Szenario können im WWF-Szenario die Importe im Jahr 2020 um 2 Milliarden Euro2012 gesenkt werden. Langfristig gehen diese Einsparungen leicht auf 1,8 Milliarden Euro2012 pro Jahr zurück. Je geringer der Stromverbrauch in den Szenarien ist, desto geringer fällt auch der Ausbaubedarf der Stromnetze aus. Die Berechnungen haben gezeigt, dass der langfristige Aus- baubedarf im Übertragungsnetz von über 8.500 Kilometern im BAU-Szenario im Jahr 2050 auf etwa 5.000 Kilometer im Effizienz-plus-Szenario, etwa 4.000 Kilometer im Ener- giekonzept-Szenario und sogar auf etwa 1.750 Kilometer im WWF-Szenario gesenkt werden kann. Über den monetären Wert hinaus führt ein geringerer Stromverbrauch zusätzlich zu weiterem, in dieser Studie nicht bewertetem Nutzen. Zu nennen sind beispielsweise Schadstoffemissionen der konventionellen Kraftwerke, aber auch eine geringere Landnutzung durch den verringerten Ausbau der Erneuerbaren Energien. 11
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor 12
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Summary Objectives and scope of work based on scenarios and associated assumptions previously developed and published by Prognos. The aim of this study was to assess the economic benefits of different development paths for electricity consumption The Prognos Power Plant Model served as the basis for cal- (referred to as “efficiency scenarios”). This assessment was culating the power generation from conventional sources performed by comparing various scenarios for the devel- that is required beyond the hourly feeding of electricity opment of electricity consumption. In this connection, the from renewable sources into the grid (i.e. residual load). The overall costs of the electric power system were calculated model simulates Germany’s fleet of power stations and es- and compared. timates the operation of power stations on an hourly basis according to merit order. This fleet of power stations is able The costs of the electric power system are primarily attrib- to provide the generation capacity needed for the stabil- utable to three areas: ity of the system at each moment. All scenarios consider an optimized use of load management in order to achieve a de- → conventional generation of electricity (including storage crease in load peaks as well as the further expansion of elec- and load management) tricity storage systems. → power generation from renewable energy sources → electrical grids (all voltage levels from 400 V up to 380 kV) A specific transmission grid model developed by IAEW was used in order to quantify the necessity of expanding the The calculations for all scenarios extend from 2012 to 2050. electricity transmission grid. The applied transmission grid Due to demographic changes and technological progress that model covers both 220 kV and 380 kV lines, transformers as will occur over this time frame, significant changes in con- well as phase shifters. In total, the model consists of about sumption across several sectors can be expected. 390 grid nodes and around 600 power line corridors. In or- der to determine the costs of transmission grid expansion, Scenarios and models at a glance associated investment costs have been estimated. Five different scenarios are examined in this study. In addi- As there are more than one million circuit kilometres and tion to the reference scenario (see also Prognos, EWI & GWS, more than 860 grid operators to take into account, it is im- 2011), we consider four additional scenarios with varying possible to estimate how much the German distribution power consumption trends. Three of these scenarios assume network needs to be expanded (as could be estimated for the that considerable efforts will be undertaken to reduce power transmission network). Accordingly, grid expansion was consumption. The fourth scenario depicts the continuation estimated by using a reference grid approach that relies on of existing trends without any regulatory activism (i.e. the modelling five prospective grid types “dominated by strong “business as usual”, or BAU, scenario). Furthermore, this sce- wind”, “dominated by wind”, “mixed”, “dominated by PV” and nario assumes an increase in power consumption. In all sce- “urban”. narios the share of electrical power generated from renew- able energy will rise to 81 percent by 2050. Demand-side energy savings potential The four comparative scenarios as well as the reference The electricity savings projections detailed in this study are scenario were not newly developed for this study. They are a result of many efficiency and savings measures in all sec- tors. To estimate the costs of implementing efficiency and 13
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor savings measures on the demand side, a further and more economic efficiency will presumably be explored that are detailed analysis of the costs for these measures would be not yet apparent and were not part of the analysed studies. necessary. However, this was not the focus of the present We assume that it will be feasible to implement the majority study. of savings projected in the scenarios in an economic manner. Thus, while data on specific measures are lacking, we can Costs of the power system: The results draw attention to studies that indicate there is still a high at a glance potential for economically feasible savings in the area of electrical power. Studies that examine the cost aspects of In 2012 the costs for power generation and grid infrastruc- energy savings were taken into account in our analysis ture amounted to approximately 50 billion Euros2012. De- (e.g. the EMSAITEK study by IZES, BEI, Wuppertal Institute, pending on electricity consumption trends, these costs will 2011; BDI & McKinsey, 2007; IFEU, Fraunhofer ISI, Prognos, rise or fall on a long-term basis. The modelling we con- GWS, et al., 2011). These three studies show that potential ducted for the power market and power grid shows the fol- energy savings are large enough to allow adherence to the lowing results: consumption corridor for 2020 allowed by the WWF as well as the consumption reductions set forth for 2030 by the → The BAU scenario exhibits the highest electricity German government’s Energy Concept. Taking the long term consumption. Under this scenario, annual costs will rise view up to 2050, it must additionally be considered that up to 65 billion Euros2012 by 2035 and up to 72 billion starting from approx. 2020 or 2030, additional potentials for Euros2012 by 2050. The energy savings potential from different studies, as well as electricity savings compared to the BAU scenario Figure 1 250 195 200 152 150 BDI, McKinsey, 2007 117 TWh 117 EMSAITEK 97 100 100 IFEU, ISI, et al., 2011 85 69 69 50 50 35 30 29 24 22 0 Electricity savings from 2012 to 2020 Electricity savings from 2012 to 2030 Electricity savings from 2012 to 2050 Reference Efficiency Plus Energy Concept WWF Prognos 14
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Total costs of electricity generation and network infrastructure Figure 2 100 80 71 65 6 60 7 55 56 Billion € 2012 52 50 6 5 6 44 43 5 40 5 5 39 51 34 32 40 27 36 20 31 17 14 14 11 10 8 7 5 0 BAU Efficiency Energy WWF BAU Efficiency Energy WWF Plus Concept Plus Concept Offshore grid connection Distribution grid Transmission grid Renewable power generation Conventional power generation BNetzA (2012); BMU (2013); calculations by Prognos and IAEW → Under the Efficiency Plus scenario, which forecasts a power system – even with greater use of renewable energy drop in electricity consumption of 16 percent compared to – can drop on a mid- to long-term basis. today’s figures on a long-term basis, the overall costs will be 55 billion Euros2012 by 2035 and 56 billion Euros2012 by In the more efficient scenarios cost savings will be between 2050, a 10 percent increase over the present level (2012). 10 and 20 billion Euros2012 by 2035 and between 15 and 28 → Under the Energy Concept scenario, a 20 percent reduc- billion Euros2012 by 2050 compared to the BAU scenario. tion in final electricity consumption is expected com- Power generation from renewable sources will contrib- pared to 2012 figures. Here, the overall costs will be 52 ute the largest share. Renewable energy is on a whole the billion Euros2012 by 2035 and 50 billion Euros2012 by 2050, biggest cost factor, but can be significantly minimized by and will thus be equivalent to the present level. improving efficiency. The generation of electricity from re- → With a successful reduction in electricity consumption newables will represent more than half of savings by 2035, of 40 percent by the year 2050, as expected in the WWF and some 70 percent of savings by 2050. scenario, the overall costs of the power system will be lo- wer than the present level on a mid- and long-term basis. Costs per MWh of generated electricity and grid infrastruc- Savings will amount to 6 billion Euros2012 by 2035 and 7 ture are about the same in all scenarios at 120 Euros2012. billion Euros2012 by 2050. As expected, there are significant differences between sce- The above comparison shows that through a significant re- narios regarding CO2 emissions. Due to the high share of duction in electricity consumption, the overall costs of the electricity from conventional sources in the BAU scenario, 15
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Electricity generation and grid infrastructure savings compared to the BAU scenario Figure 3 40 2035 2050 35 30 28 25 1 Billion € 2012 21 21 20 2 1 15 15 20 12 1 10 2 12 10 15 1 7 11 5 5 6 4 3 3 1 3 0 Efficiency Energy WWF Efficiency Energy WWF Plus Concept Plus Concept Offshore grid connection Distribution grid Transmission grid Renewable power generation Conventional power generation BNetzA (2012); BMU (2013); calculations by Prognos and IAEW CO2 emissions are the highest in the scenario over the entire nario, 5,000 km under the Efficiency Plus scenario, approx- period until 2050. By contrast, the lowest emissions can be imately 4,000 km under the Energy Concept scenario, and found in the WWF scenario due to lower electricity needs. 1,750 km under the WWF scenario.1 Under this scenario, CO2 emissions, which are directly con- nected to the generation of power, will be 35 million tonnes Beyond monetary savings, a reduction in electrical energy less than in the BAU scenario by 2030. Emissions savings consumption leads to further benefits that have not been will represent 19 million tonnes in 2050. assessed in this study, including lower pollutant emissions by conventional power plants and reduced land use due to Through a decrease in electricity consumption the import less development of renewable energy. costs for hard coal and natural gas are lower in the scenar- ios with more efficient trends. In comparison to the BAU scenario, the WWF scenario forecasts that imports can be lowered by 2 billion Euros2012 in 2020. On a long-term basis these savings drop to 1.8 billion Euros2012 per annum. The lower the electricity consumption in each respective 1 The method used in our study to determine network expansion scenario, the lesser the need to expand the power supply requirements diverges from the method applied by Germany’s transmission network operators within the scope of the Network grid. Our calculations show that by 2050, the need to ex- Expansion Plan (NEP). Accordingly, the figures for network ex- pand the transmission grid can be significantly reduced: pansion requirements presented here should not be compared grid expansion needs equal 8,500 km under the BAU sce- directly with the figures from the federal expansion plan. 16
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor 1 Zielsetzung und Aufgabenstellung Ziel der Studie ist die Bewertung der wirtschaftlichen ren Energien, die Entwicklung des Stromverbrauchs und Vorteile verschiedener Stromverbrauchspfade (bezie- die Nutzung der Kernenergie in den Nachbarländern. Diese hungsweise Effizienzszenarien) gegenüber einer weniger können – unabhängig von der Entwicklung des Stromver- ambitionierten Effizienzentwicklung. Dafür werden die Ge- brauchs in Deutschland – die deutsche Stromerzeugung samtkosten des Stromsystems berechnet und gegenüberge- und den notwendigen Netzausbau erhöhen oder senken. stellt. Die Berechnungen erfolgen für alle Szenarien für den Langfristig ist für die Stromerzeugung jedoch davon aus- Zeitraum 2012 bis 2050. zugehen, dass die meisten Länder schon aus Gründen der Versorgungssicherheit und Systemstabilität vor Ort im Die Vollkosten des Stromsystems entfallen im Wesentlichen Jahresmittel eine ausgeglichene Bilanz aus Strombedarf auf die Bereiche: und Stromerzeugung anstreben werden. Die Kosten für die Stromerzeugung gleichen sich also langfristig denen aus → konventionelle Stromerzeugung (inklusive Speicher der ausschließlich nationalen Betrachtung an. Ein aus der und Lastmanagement), europäischen Betrachtung resultierender unterschiedlicher → erneuerbare Stromerzeugung, Netzausbaubedarf kann durchaus zu abweichenden Kosten → Stromnetze (alle Spannungsebenen von 400 V bis 380 kV). führen. Allerdings machen die Kosten des Stromnetzaus- baus – im Vorgriff auf ein Ergebnis dieser Studie – in allen Weitere Nutzenebenen einer verringerten Stromnachfrage, Szenarien nur einen kleinen Anteil an den Gesamtkosten wie ein geringerer Ausstoß von Kohlendioxid (CO2) sowie des Stromsystems aus. Deshalb würde eine europaweite Be- reduzierte Brennstoffimporte, werden zusätzlich zu den di- trachtung der Szenarien und ein sich daraus ergebender hö- rekten Effekten im Stromversorgungssystem berechnet und herer oder niedrigerer Stromnetzausbau die Ergebnisse der dargestellt. Studie auf der Kostenseite nur unwesentlich verändern. . Für die drei wesentlichen Kostenbereiche – konventionelle und erneuerbare Erzeugung sowie das Stromnetz – werden jeweils die fixen und variablen Betriebskosten sowie die Kapitalkosten ermittelt. Das genaue Vorgehen wird in den nächsten Unterkapiteln beschrieben. Alle Betrachtungen und Berechnungen in dieser Studie be- ziehen sich auf den Bilanzraum Deutschland. Die Einflüsse des internationalen Stromaustauschs werden im Rahmen dieser Studie nicht betrachtet. Dieses Vorgehen ermöglicht es, die Effekte einer Senkung des Stromverbrauchs durch eine gesteigerte Energieeffizienz für den Betrachtungsraum Deutschland bestimmen zu können. Bei einer europaweiten Betrachtung würden diese Effekte durch Entwicklungen in unseren Nachbarländern über- lagert, auf die Deutschland nur wenig Einfluss hat. Hierzu zählen unter anderem der dortige Ausbau der Erneuerba- 17
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STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor 2 Vorgehen und Rahmenannahmen 2.1 Verbrauchsszenarien → Das Business-as-usual-Szenario (BAU) stellt eine Modi- fikation des Referenzszenarios dar und geht von geringe- Die Betrachtungen in dieser Studie beziehen sich auf den ren Erfolgen bei der Energieeffizienz aus. Die bisherigen Zeitraum von 2012 bis 2050. In dieser Zeitspanne sind Entwicklungen werden fortgeschrieben, bestehende Ins- durch den demografischen Wandel und den technischen trumente werden weitergeführt, aber nicht weiterentwi- Fortschritt spürbare Verbrauchsänderungen in den einzel- ckelt und angepasst. nen Sektoren zu erwarten. Für die Bewertung von Strom- → Das Szenario Effizienz plus ist ebenfalls eine Modifika- einsparungen ist daher die Festlegung eines grundlegenden tion des Referenzszenarios und greift zusätzlich Aspekte energiewirtschaftlichen Szenarios als Vergleichsmaßstab des Energiewende-Szenarios auf. Es unterstellt, dass in- für zusätzliche Anstrengungen notwendig. Insbesondere folge der Umsetzung der europäischen Effizienzrichtlinie müssen für dieses Szenario Annahmen zur Entwicklung des (EED) zusätzliche Instrumente eingeführt werden, die zu Stromverbrauchs nach Sektoren, zum Ausbau der Erneuer- einer Verbesserung der Energieeffizienz führen. baren Energien, zur Entwicklung der Brennstoffpreise und → Das Szenario Energiekonzept spiegelt die Zielentwick- der europäischen Klimapolitik beziehungsweise zum CO2- lung der deutschen Energiewende wider. Es wurde wie Preispfad getroffen werden. das Referenzszenario im Rahmen der Studie Energiesze- narien für ein Energiekonzept der Bundesregierung durch Das gewählte Referenzszenario entspricht dem aktuellen Prognos, EWI und GWS erarbeitet. Referenzszenario der Bundesregierung. Dieses wurde 2010 → Das ambitionierteste Effizienzszenario stammt aus der von Prognos zusammen mit dem Energiewirtschaftlichen Studie Modell Deutschland – Klimaschutz bis 2050, die Institut an der Universität zu Köln (EWI) und der Gesell- 2009 von Prognos zusammen mit dem Öko-Institut und schaft für wirtschaftliche Strukturforschung (GWS) erstellt Dr. Hans-Joachim Ziesing im Auftrag des WWF erstellt und bildete die Grundlage für die Erstellung des Energie- wurde. Es trägt in dieser Studie die Bezeichnung WWF- konzepts der Bundesregierung. Das Referenzszenario stellt Szenario. eine Entwicklung dar, die von einer Weiterführung und Anpassung der aktuellen Instrumente, auch im Bereich der Die fünf Szenarien geben unterschiedliche Entwicklungen Energieeffizienz, ausgeht. des Stromverbrauchs bis 2050 vor. In Abbildung 2-1 sind die unterschiedlichen Entwicklungspfade dargestellt. Im Vergleich zu dem erstellten Referenzszenario werden vier weitere Szenarien mit unterschiedlichen Verläufen des Die Szenarien decken eine relativ große Bandbreite mögli- Stromverbrauchs betrachtet. Drei Szenarien unterstellen cher Entwicklungen ab. Das BAU-Szenario weist 2050 mit höhere Anstrengungen zur Senkung des Stromverbrauchs. 556 TWh den höchsten Stromverbrauch aus. Der Stromver- Das vierte Szenario stellt die Fortschreibung bisheriger Ent- brauch des WWF-Szenarios bildet die untere Abschätzung wicklungen dar (business as usual [BAU]) und geht von ei- und liegt mit 324 TWh etwa bei 40 Prozent des Stromver- nem Anstieg des Stromverbrauchs aus. brauchs des BAU-Szenarios. Die vier Vergleichsszenarien sind, ebenso wie das Referenz- Auch im Vergleich mit Szenarien anderer Studien bildet das szenario, keine für diese Studie vollständig neu entwickel- WWF-Szenario eine äußerst ambitionierte Effizienzent- ten Szenarien, sondern basieren auf von Prognos erstellten wicklung ab. Es gibt kaum ein anderes Szenario, das eine und bereits veröffentlichten Szenarien, inklusive ihrer da- ähnlich hohe Einsparung des Stromverbrauchs annimmt. hinterliegenden Annahmen. Das WWF-Szenario beschreibt damit eine Entwicklung, die 19
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Entwicklung des Endenergiestromverbrauchs in den fünf betrachteten Szenarien Abbildung 2-1 600 500 400 TWh 300 200 100 0 2008 2044 2050 2005 2020 2002 2029 2038 2026 2047 2023 2035 2032 1990 1999 1996 2014 2041 1993 2017 2011 BAU Referenzszenario Effizienz plus Energiekonzept WWF Prognos als untere Abschätzung gelten kann und nah an die Grenzen Auch wenn also ein höherer Anstieg des Stromverbrauchs der realisierbaren Effizienzpotenziale heranreicht. als im BAU-Szenario möglich erscheint, eignen sich die ge- wählten Szenarien gut, um die gesamtwirtschaftlichen Ef- Im Gegensatz dazu stellt das BAU-Szenario als obere Ab- fekte einer ambitionierteren Effizienzstrategie aufzuzeigen. schätzung in dieser Studie nicht das Extrem der in der Li- teratur diskutierten Szenarien dar. Die aktuelle Leitstudie Abbildung 2-2 vergleicht die Bandbreite der Szenarien in 2011 zeigt mit dem THG95-Szenario beispielsweise einen dieser Studie mit vier Szenarien aus der Leitstudie 2011. Pfad auf, der 2050 in einem Stromverbrauch von knapp Die Szenarien der Leitstudie orientieren sich an den Zielen 600 TWh resultiert. Weitere Studien wie das Energiekon- des Energiekonzepts und erreichen diese weitgehend. Das zept 2050 des ForschungsVerbunds Erneuerbare Energien Szenario 2011A stellt bezüglich des Ausbaus Erneuerbarer (FVEE) von 2010 oder das Sondergutachten des Sachver- Energien das mittlere Szenario dar. Abweichend dazu bildet ständigenrats für Umweltfragen (SRU) von 2010 nehmen das Szenario 2011A‘ eine Entwicklung ab, die nur die heuti- in einzelnen Szenarien sogar einen Anstieg des Stromver- gen Stromverbraucher (ohne Wärmepumpen, ohne Elektro- brauchs auf 700 TWh bis 2050 an. Die Hochverbrauchs- mobilität, ohne gegebenenfalls höherem Stromverbrauch für szenarien unterstellen eine starke Ausweitung der Elektro- Prozesswärme) einbezieht. Die Szenarien 2011B und 2011C mobilität sowie eine deutlich zunehmende Bedeutung von entsprechen den Energieverbrauchs- und Erzeugungs- Strom im Bereich der Wärmeerzeugung. Das SRU-Szenario strukturen des Szenarios 2011A. Unterschiede bestehen nimmt zusätzlich eine weniger ehrgeizige Effizienzent- hinsichtlich der Bereitstellung und Nutzung von Methan wicklung an. im Verkehrssektor. Das Szenario THG95 schließlich zeigt, welcher Ausbau der Erneuerbaren Energien und welche Ef- fizienzentwicklung zum Erreichen der oberen Grenze des 20
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Vergleich der Bandbreite der Szenarien in dieser Studie mit den Szenarien der Leitstudie 2011 Abbildung 2-2 600 500 400 TWh 300 200 100 0 2000 2009 2006 2048 2003 2042 2030 2039 2045 2036 2024 2033 2027 2018 2015 2021 2012 Bandbreite zwischen BAU und WWF 2011C 2011A 2011A‘ THG95 Prognos, DLR et al. (2012) Zielkorridors für die Reduktion der Treibhausgasemissionen hier vorgelegte Untersuchung von der Bedarfsstruktur der des Energiekonzepts notwendig wären. einzelnen Szenarien und verwendet lediglich den jeweiligen Für alle Szenarien wird angenommen, dass der Anteil der Stromverbrauch und Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien im Jahr 2050 in Erneuerbaren Energien an der Nettostromerzeugung im den Szenarien Tabelle 2-1 Jahr 2050 mehr als 80 Prozent beträgt. Die Entwicklung der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien ist in Abbil- dung 2-3 zusätzlich zur Strombedarfsentwicklung darge- Refe Effizienz Energie BAU renzsze WWF stellt, Tabelle 2-1 listet die absoluten Werte für den Strom- nario plus konzept verbrauch und die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien Endenergie- im Jahr 2050 in den unterschiedlichen Szenarien auf. Stromverbrauch 556 497 449 402 324 2050 in TWh Nettostromerzeu- Die Szenarien weisen keine einheitliche Datengrund- gung 2050 in TWh 638 569 511 457 366 lage auf, da sie aus unterschiedlichen Studien stammen. Stromerzeugung aus Erneuerbaren Die wichtigsten Annahmen der Szenarien sind im Anhang Energien 2050 in 517 461 414 370 297 zusammengefasst. Das WWF-Szenario beruht auf einer TWh älteren Studie als das Referenz- und das Energiekonzept- Anteil Erneuerba- rer Energien an Szenario. Daher enthalten die Szenarien unterschiedliche 81 % der Nettostromer- zeugung 2050 Annahmen zur Entwicklung des Stromverbrauchs für ver- schiedene Anwendungszwecke, wie beispielsweise Elek- Prognos tromobilität und Wärmepumpen. Deshalb trennt sich die 21
Agora Energiewende | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Entwicklung des Endenergiestromverbrauchs und der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in den fünf Szenarien Abbildung 2-3 600 500 400 TWh 300 200 100 0 2000 2040 2004 2044 2048 2006 2008 2046 2050 2020 2002 2030 2042 2034 2038 2028 2036 2026 2024 2022 2032 2010 2018 2014 2016 2012 BAU Referenzszenario Effizienz plus Energiekonzept WWF EE: BAU EE: Referenzszenario EE: Effizienz plus EE: Energiekonzept EE: WWF Prognos kumulierten Strombedarf über alle Verbrauchssektoren aus Die in dieser Studie berechneten Effekte zeigen daher nicht, den Szenarien. Die Hauptfunktion der ausgewerteten ener- wie sich die Entwicklungen des Stromverbrauchs in un- giewirtschaftlichen Szenarien liegt in dem Nachweis, dass terschiedlichen Anwendungszwecken auf die gesamtwirt- entsprechende Entwicklungspfade des Gesamtstrombedarfs schaftlichen Kosten des Stromsystems auswirken. Statt- im energiewirtschaftlichen Gesamtsystem schlüssig und dessen bilden die Ergebnisse ab, welche Auswirkungen die ohne Systembrüche erreichbar sind. Einsparung einer bestimmten Menge Strom auf die Erzeu- gungs- und Netzkosten hat. Tabelle 2-2 fasst die Rahmen- annahmen der fünf Szenarien zusammen. Rahmendaten der untersuchten Szenarien Tabelle 2-2 BAU Referenzszenario Effizienz plus Energiekonzept WWF Entwicklung der Energieproduktivität pro Jahr im Zeitraum 2011 bis 2050 1,3 % 1,8 % 2,1 % 2,4 % 2,6 % jährliche Veränderung des Stromverbrauchs +0,3 % -0,1 % -0,4 % -0,6 % -0,9 % Veränderung des Stromverbrauchs zwischen 2011 und 2050 +7 % -5 % -16 % -20 % -40 % Veränderung des Stromverbrauchs in TWh zwischen 2011 und 2050 +37 TWh -22 TWh -69 TWh -117 TWh -195 TWh Prognos 22
STUDIE | Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor Für die in dieser Untersuchung durchzuführenden netzsei- sowie demografische Leitindikatoren (Bevölkerung, Zahl der tigen Betrachtungen ist es erforderlich, den jährlichen Ge- Haushalte). Im Ergebnis der Modellierung liegt der Strom- samtstrombedarf nach Verbrauchssektoren zu disaggregie- verbrauch in den Sektoren auf der Ebene der Kreise und ren und regional zu differenzieren. Eingangsgrößen für die kreisfreien Städte in Deutschland vor. Netzberechnungen sind die regionalen Lastkurven, also der stündliche Strombedarf auf der Ebene der circa 400 Netz- Aus diesem regionalen Stromverbrauch wird im zweiten knoten in Deutschland. Diese Regionalisierung wurde für Schritt für jeden Kreis und jede kreisfreie Stadt eine regi- das Ausgangsjahr 2012 in drei Schritten vollzogen: onale Lastkurve des stündlichen Strombedarfs modelliert. Hierfür werden Standardlastprofile verwendet, mit denen → Ermittlung des sektoralen Strombedarfs (Arbeit in GWh) der Jahresstrombedarf der wesentlichen Verbrauchssek- auf der Ebene der rund 400 Kreise und kreisfreien Städte toren in Stundenwerte umgerechnet werden kann. Für die → Ableitung der sektoralen Lastkurven (Leistung in GW) Verbrauchssektoren private Haushalte und Gewerbe, Han- auf regionaler Ebene unter Berücksichtigung der unter- del, Dienstleistungen (GHD) kommen dabei die von der TU schiedlichen Industriestruktur in den Regionen München veröffentlichten Standardlastprofile zum Einsatz. → Zusammenführung der sektoralen Lastkurven einer Re- Für den Verbrauchssektor Industrie kann nicht auf öffent- gion zu einer gemeinsamen regionalen Lastkurve lich verfügbare Standardlastprofile zurückgegriffen wer- den. Deshalb wurden im Rahmen dieser Untersuchung von Die Regionalisierung und die darauf aufbauende Ableitung Prognos kreisspezifische Industrieprofile modelliert, die die des stündlichen regionalen Strombedarfs (Lastkurve) in den jeweilige Branchenstruktur berücksichtigen. Kreisen und kreisfreien Städten erfolgten modellgestützt. Grundlagen der Berechnungen waren einerseits der Strom- Im letzten Schritt werden die sektoralen Lastprofile für die bedarf und die für Deutschland von ENTSO-E veröffent- einzelnen Kreise und kreisfreien Städte jeweils zu einer ge- lichte Lastkurve des Jahres 2012 sowie Standardlastprofile meinsamen kreisspezifischen Lastkurve zusammengefasst. der TU München. Ein Abgleich der von ENTSO-E für Deutschland veröffent- lichten Lastkurve mit der über alle Kreise und kreisfreien Prognos verfügt über ein Modell zur Regionalisierung des Städte gezogenen Summe aus den regionalen Lastkurven Endenergiebedarfs auf Kreisebene, mit dem sowohl Ist-Da- zeigt mit Abweichungen von weniger als zehn Prozent eine ten als auch auf Gesamtdeutschland ausgerichtete Lang- gute Übereinstimmung der Stundenwerte. Die bei der Ver- fristprognosen belastbar auf der Ebene der Kreise und wendung von Standardlastprofilen grundsätzlich auftreten- kreisfreien Städte abgebildet werden können. In dieser Un- den Abweichungen von den Ist-Daten wurden anhand von tersuchung wird das Modell eingesetzt, um den Strombedarf sektor- und kreisübergreifenden stündlichen Korrektur- der Szenarien (Arbeit in GWh) aufgeschlüsselt nach Ver- faktoren eliminiert. brauchssektoren auf der Ebene der Kreise und kreisfreien Städte zu berechnen. Die Ableitung der zukünftigen regionalen Lastkurven er- folgt für die Ergebnisse des Referenzszenarios im Prinzip Für die Regionalisierung des Strombedarfs im Ausgangs- nach dem gleichen Verfahren. Zunächst wird der sektorale jahr verwendet das Modell neben den regional verfügba- Strombedarf regionalisiert und im Anschluss in eine ge- ren Energiestatistiken und -bilanzen eine Vielzahl weiterer meinsame regionale Lastkurve überführt. Für die Berech- regional aufgelöster Einflussgrößen, wie die Energieträger- nung werden die für das Ausgangsjahr kalibrierten Stan- struktur und Größe des Gebäudebestands (Anzahl Wohnun- dardlastprofile für die einzelnen Sektoren auf regionaler gen, Baualter, Flächen, Leerstand), den spezifischen Brenn- Ebene unverändert übernommen. stoff- und Strombedarf nach Anwendungszwecken, die Erwerbstätigkeit und Bruttowertschöpfung nach Branchen 23
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