Kosten regionaler Energie- und Klimapolitik : Szenarioanalysen mit einem Energiesystemmodell auf Bundesländerebene

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden für Bayern, Hessen und Sachsen vereinheitlichte Energiesystemmodellrechnungen mit harmonisierten Rahmenbedingungen durchgeführt. Die grundsätzliche Zielsetzung ist die einheitliche Bewertung der Implikationen verschiedener Klimaschutzstrategien in regionalen Energiesystemen sowie die Ableitung robuster CO2-Minderungspfade. Die Bewertung basiert auf einem möglichst einheitlichen Datengerüst und ist mit einem linearen Optimierungsmodell vorgenommen worden. Dafür werden für die einzelnen Regionen der Bedarfsvektor für die Energienachfrage bestimmt und durch Abbildung des derzeitigen Energiesystems, zukünftige optimierte Ausgestaltungen unter Berücksichtigung von CO2-Restriktionen berechnet.

Die Ergebnisse der ausgeführten Szenarioanalysen zeigen, dass CO2-Minderungsstrategien, die über absolute Emissionsreduktionen definiert sind, zu stark variierenden CO2-Minderungskosten und deutlichen volkswirtschaftlichen Mehrbelastungen führen können. Demgegenüber wird deutlich, dass ein Konzept mit einer Vorgabe von einheitlichen marginalen Minderungskosten für alle emittierenden Umwandlungs- und Endenergieverbrauchssektoren durchgängig eine robuste Strategie darstellt.

Weiterhin werden im Rahmen der Untersuchung Ableitungen und Empfehlungen zu einzelnen Kernfragen bezüglich der Ausgestaltung regionaler Energiesysteme getroffen. Dabei wird deutlich, dass CO2-Minderungsziele mit einer Verlängerung von Laufzeiten hessischer und bayerischer Kernkraftwerke zu weit geringeren volkswirtschaftlichen Mehrkosten erreichbar sind als in den entsprechenden Szenarien ohne Kernenergie. Dieser Effekt verstärkt sich bei Erhöhung der Reduktionsvorgaben von energiebedingten Treibhausgasen. Die Rolle der erneuerbaren Energien ist vor allem in den ambitionierten Treibhausgasminderungsszenarien von großer Bedeutung. Allerdings ist die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energiequellen mit erheblichen Mehrkosten verbunden. Regionale Mindestquoten für die Nutzung erneuerbarer Energien mit dem Ziel einer Senkung der energiebedingten CO2-Emissionen unterwandern das übergeordnete Klimaschutzinstrument des Emissionshandels. Die gezwungene Einhaltung solcher lokalen Quoten ohne Berücksichtigung der Gesamtsystemeffekte verhindert im Hinblick auf eine bestmögliche Minderungsstrategie eine optimale Ausgestaltung des gesamten deutschen und europäischen Energiesystems.

Die Nettobilanz des Imports und Exports von Stromlieferungen über die jeweiligen Landesgrenzen hat maßgeblichen Einfluss auf die Ausgestaltung der Stromerzeugung und somit auch auf die CO2-Bilanz eines Bundeslandes. Bei absoluten Zielformulierungen sollte daher dringend eine entsprechende Berücksichtigung und Anrechnung des Stromimportsaldos erfolgen. Die Option der CO2-Abscheidung und Verpressung wird im betrachteten Zeitraum bis 2030 von zunehmender Bedeutung. Sie wird insbesondere bei Kernenergieausstiegsszenarien eine wichtige Minderungsoption darstellen.

Der Nutzung von Einsparpotenzialen in den Anwendungsbereichen wird in Bezug auf den Klimaschutz und die Ressourcenschonung eine entscheidende Rolle zukommen. Die Landesregierungen der einzelnen Bundesländer können und sollten insbesondere in diesem Bereich ihren vorhandenen Einfluss aktiv nutzen. Allerdings sollte dabei eine eindeutige Fokussierung und Beschränkung auf Bereiche erfolgen, welche nicht bereits im Treibhausgasemissionshandelsgesetz berücksichtigt sind. Eine Orientierung an den Grenzkosten bzw. Zertifikatspreisen des Emissionshandelssystems gewährleistet zudem eine kosteneffiziente Umsetzung von Klimaschutzmaßnahmen.

Im Hinblick auf die Ausgestaltung regionaler Energie- und Klimaschutzprogramme wird herausgearbeitet, dass der elementare Gedanke des europäischen Emissionshandels, eine festgelegte Obergrenze möglichst kostengünstig zu erreichen, mit lokalen und nicht an den Minderungskosten im Bereich der Energiewirtschaft orientierten Aktivitäten unterwandert wird. Daher sollten lokale Klimaschutzaktivitäten auf Bundesländerebene sich auf Bereiche fokussieren, die bis dato im Emissionshandelssystem unberücksichtigt sind. Mögliche Initiativen zur Ausweitung des Emissionshandelsgesetzes erscheinen sinnvoll und sollten unterstützt werden.

The aim of the thesis is to analyse a set of energy systems modelling calculations on a federal level in Germany within a harmonised framework. The results of the scenario analysis show that regional green house gas mitigation strategies, which are entirely defined by overall reduction targets, lead to significantly diverging reduction costs.

Thus, they cause strongly varying additional macroeconomic impacts. However, it is made clear that through a concept with set constraints of marginal reduction costs for greenhouse gas emissions in all affected energy conversion sectors and on the end-use energy demand side, a robust solution regarding the mitigation efficiency in the three investigated federal states Bavaria, Hessen, and Saxony is ensured.

Furthermore, statements regarding key aspects which concern the configuration of regional energy systems are derived. It is concluded that CO2 reduction targets are achievable with significantly lower economic effort when life-time extensions for Bavarian and Hessian nuclear power plants are possible. This positive effect increases additionally when green house gas reduction targets are lowered.

The impact of renewable energies is of major significance, in particular for ambitious green house gas reduction scenarios, but the increased use of renewable energies causes substantial incremental costs. The submission of minimum shares for renewable energies in order to reduce energy related CO2 emissions subverts the superior instrument for the prevention of climate change, the emission trading scheme. The enforcement of local ratios without consideration of overall effects prevents an ideal configuration of the European energy system regarding to its optimal mitigation strategy. The net balance of imports and exports of electricity deliveries across federal boundaries has a significant influence on the configuration of the conversion sector and consequently also on the CO2 balance of a federal state. Therefore that aspect should be taken into account when overall targets are set. The option of CO2 sequestration will take on greater significance within the analysed time frame until 2030. Especially within scenarios without life-time extension for nuclear power plants sequestration becomes an important mitigation strategy.

The exploitation of savings potential on the end-use energy demand side will play a decisive role regarding climate protection issues and the conservation of natural resources. Particularly in that segment the government of each federal state should use its influence proactively. However, the specific focus has to be limited on sectors that are at present excluded from the emission trading scheme. The consideration of marginal costs of the entire energy system or the prices of CO2 certificates ensures a cost efficient implementation of mitigation strategies.

Within the thesis it is concluded that local energy and climate protection measures often subvert the initial idea of the emission trading scheme to reach an emission target in the most economical way. Thus, local climate protection activities should be focused on sectors that are until now not represented within the trading scheme. Future initiatives to extend the CO2 emissions trading scheme to other sectors appear to be useful and should therefore be supported by regional governments and authorities.