Verbreitung der Erdgasnutzung in der Schweiz: Erklärungsansätze, Trends und Implikationen

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1 Eidgenössische Technische Hochschule Zürich Departement Bau, Umwelt und Geomatik Studienrichtung Umweltingenieurwissenschaften DIPLOMARBEIT Verbreitung der Erdgasnutzung in der Schweiz: Erklärungsansätze, Trends und Implikationen MARC CAVIGELLI UND DANIEL HENNESSY Betreuung: Dr. Reinhard Madlener, CEPE Martin Jakob, CEPE Lukas Stucki, ORL-Institut Diplomprofessor: Prof. Dr. W.A. Schmid, ORL-Institut Zürich, 1. Februar 2002

2 Zusammenfassung Zusammenfassung Diese Diplomarbeit entstand in Zusammenarbeit mit dem Centre for Energy Policy and Economics (CEPE) der ETH Zürich. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes des CEPE, des PSI und ESU-services wird das CO 2 -Reduktionspotential durch Erdgas bis zum Jahr 2010 untersucht. Zu diesem Zweck werden Prognosen für den Gasabsatz in der Schweiz erstellt. Die hier vorliegende Diplomarbeit versucht, parallel zur Entwicklung des Referenzszenarios im Rahmen des obengenannten Forschungsprojektes, Prognosen für den Gasabsatz mittels eines Diffusionsansatzes zu entwickeln. Dabei werden Prognosen für den Gasabsatz der Industrie und der Haushalte und für den gesamten Absatz erstellt. Einbettung der Diplomarbeit Diffusionsmodelle Der Endenergieverbrauch an Gas zeigt einen ähnlichen Verlauf. Damit liegt es nahe, die Beschreibung des Gasabsatzverlaufs mit Hilfe von Diffusionsmodellen zu versuchen. Diese Arbeit stützt sich auf die Diffusionstheorie von Bass und adaptiert diese für die Verwendung für Prognosen des Gasabsatzes. Es werden auch Prognosemodelle verwendet, die den Einfluss einer Zeitreihe modellieren können. Die wichtigste Eingangsgrösse dieser Modelle ist der Sättigungsbereich (Ceiling). Bei der Bestimmung des Sättigungsbereichs werden zwei verschiedene Ansätze verwendet. Beim ersten Ansatz wird der Wärmebedarf der Gemeinden berücksichtigt, die heute mit Erdgas versorgt werden und auch in Zukunft versorgt werden können [Niedermair, 2001]. Dieser Wärmebedarf wird bezüglich der möglichen und erwünschten Abdeckung durch Erdgas untersucht. Die Ressourcen Fernwärme und erneuerbare Energien sollen dabei nicht durch Erdgas ersetzt werden. Der zweite Ansatz geht von den heute beobachteten Gasanteilen in den Zürcher Gemeinden aus. Pro Gemeindetyp wird die Gemeinde mit dem höchsten Anteil herausgesucht. Dieser Anteil zeigt für alle Gemeinden eines Gemeindetyps den noch erreichbaren Ausbaugrad der Gasversorgung auf. So entstehen für beide Ansätze eine Auswahl von Ceilings mit jeweils drei Werten. Für die Verwendung des Bass-Modells mit Einflussgrössen müssen die für den Gasabsatz relevanten Zeitreihen bestimmt werden. Kurze Datenreihen werden dabei im vornherein ausgeschlossen, da mindestens drei mal mehr Datenpunkte als zu schätzende Parameter bekannt sein müssen, damit die Modellierung Sinn Diffusionsmodelle stammen ursprünglich aus der Biologie und der Epidemiologie und fanden später auch im Marketingbereich Verwendung. Der Verlauf von Diffusionskurven beginnt mit einer Phase des langsamen Anstiegs. Er geht dann in eine exponentielle Wachstumsphase über, die in einen linearen Anstieg mündet. Das Ende des Verlaufs wird mit einer asymptotischen Annäherung an den Sättigungswert erreicht. So entsteht der für Diffusionskurven typische S-Kurvenverlauf. Sättigungsbereich (Ceiling) Einflussgrössen ii

3 Zusammenfassung macht. Danach geschieht die Auswahl der Einflussgrössen mittels einer Regressionsrechnung des Gasabsatzes mit den Einflussgrössen. Dabei wird ein relativ tiefes Signifikanzniveau von 0,05 festgelegt, so dass relativ wenig Einflussgrössen die Auswahl überstehen (Endenergieverbrauch und Heizgradtage). Prognoseresultate Die Prognosen reagieren sehr sensitiv auf eine Veränderung des Sättigungswertes. Je grösser der Prognosehorizont gewählt wird, desto mehr Einfluss bekommt der Sättigungswert. Es wurde ein relativ hohes Ceilingsample und ein relativ tiefes Ceilingsample gewählt. Die vorgestellten Prognosen decken deshalb die Spannbreite der realistischen Entwicklung des Gasverbrauchs gut ab. Die Einflussfaktoren beeinflussen die Prognoseresultate in sehr unterschiedlichem Masse. Die Veränderungen der Prognosen mit der Einflussgrösse Endenergieverbrauch betragen im Vergleich zur Modellierung ohne Einflussgrössen im Industriebereich 0.2%, im Haushaltbereich 14%. Eine zusätzliche Schwierigkeit beim Umgang mit Einflussgrössen ist die Notwendigkeit, diese für den Prognosehorizont zu kennen. Im Allgemeinen müssen diese also auch prognostiziert werden. Verwendung von Erdgas als Treibstoff Schlussfolgerungen Die Verwendung von Erdgas als Treibstoff ist noch nicht sehr verbreitet, doch erwarten Experten eine deutliche Zunahme. Aus diesem Grunde existieren noch keine genügend langen Absatzreihen, die für die Prognose mit einem Diffusionsmodell nötig wären. In dieser Arbeit wird eine Potentialabschätzung der mit Erdgas versorgbaren Tankstellen gemacht. Dabei werden die heutigen Tankstellen auf ihre Erschliessbarkeit mit Erdgas untersucht. Die Grundbedingung für eine Erschliessung ist die Nähe zu bereits existierenden Erdgasleitungen. Der Anteil der mit Gas versorgbaren Tankstellen schwankt je nach Entwicklung des Anschlusses von neuen Gemeinden ans Gasnetz (Prioritätsgebiete) zwischen 71% und 80%. Dieser recht hohe Anteil suggeriert eine fast vollständige, mögliche Abdeckung der Schweiz mit Erdgastankstellen. Dies ist nicht der Fall, da sich die Tankstellen vor allem in dicht besiedelten Gebieten konzentrieren. Periphere Gebiete abseits der Zentren und ländliche Gebiete können nicht mit Erdgastankstellen versorgt werden. Grundsätzlich ist die Modellierung des Gasabsatzes mit Diffusionsmodellen möglich. Dabei spielt der Sättigungswert heute die entscheidende Rolle, da die Daten des Gasabsatzes noch keine eindeutig abflachende Tendenz aufweisen. Mit der Vorgabe des Sättigungswertes (Alternative ist eine endogene, modellbedingte Schätzung) können auch Szenarien vorgegeben werden. Beim Einsetzen der Einflussgrösse in das Modell lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen, ob die erklärende Funktion der Einflussgrösse erhalten bleibt, da ein Wechsel von einer linearen Funktion (einfache lineare Regression) zu einer nicht linearen (S-Kurve) erfolgt. Dieses mathematische Problem muss in einer weitergeführten Arbeit untersucht werden. iii

4 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Vorwort...i Zusammenfassung...ii Abkürzungsverzeichnis... viii Definitionen...x 1.Einleitung AusgangslageundMotivation Fragestellung,ZielsetzungundAbgrenzung MethodischesVorgehen Exkurs:GesprächmitzweiVertreternderErdgasZürichAG EntwicklungderErdgasnutzung Anmerkungen zur gegenwärtigen und zukünftig erwarteten BedeutungderErdgasnutzung EntwicklungdesGasverbrauchsinderSchweiz AusgewählteUmwelt-undKlimaaspekte TheoretischerTeil:Diffusionsmodelle DasBass-Modell DasgeneralisierteBass-Modell QualitätderModellierung Entwicklung eines Diffusionsmodells für die Modellierung der MarktdurchdringungdesErdgasesimWärmemarkt Modellierung mit dem Bass-Modell Modellierung mit dem generalisierten Bass-Modell Empirischer Teil: Anwendung des Diffusionsmodells Abschätzung des Sättigungsbereichs CeilingnachNiedermairerweitert Ceiling nach Niedermair in Industrie- und PHH-Anteil aufgeschlüsselt Schätzung des Ceilings mittels einer Betrachtung des GebäudekatastersdesKantonsZürich Alternativer Lösungsweg für die Schätzung des Ceilings mittels des GebäudekatastersdesKantonsZürich BestimmungundAuswahlderEinflussgrössen WahldermöglichenEinflussgrössen ErsteAusscheidung ZweiteAusscheidung...63 iv

5 Inhaltsverzeichnis 4.3. Entwicklungstrends und Prognosen der Schweizer Erdgasnutzung PrognosederrelevantenEinflussgrössen GrundlagenderModellrechnungen Resultate der Modellrechnungen für den totalen Gasabsatz (alle Sektoren) Resultate der Modellrechnungen für den Bereich Haushalte Resultate der Modellrechnungen für den Bereich Industrie AbschätzungderSensitivität DiskussionderResultate Abschätzung des Ceilings Einflussgrössen Resultate NutzungvonErdgasalsTreibstoff Einleitung:ErdgasalsTreibstoff BedeutungdesErdgasesalsTreibstoff Exkurs: Telefonisches Interview mit Herrn Werfeli vom VSG Abschätzung des Potentials für Erdgastankstellen in der Schweiz MethodischesVorgehen Abschätzung der Leitungslängen für die Erschliessung von TankstelleninderNähedesTransportnetzes Resultate Schlussfolgerungen und weiterer Untersuchungsbedarf Schlusswort Quellenverzeichnis Literatur Internetquellen,Zeitungen Datenquellen AnhangA:Ceiling A1: Die Grundidee der Ceiling-Berechnung nach Niedermair erweitert Begründung der Entwicklung des Energiemixes für Heiz- und Warmwasserbereitstellung in der Industrie bis ins Jahr Begründung der Entwicklung des Energiemixes für die Prozesswärme in der Industrie bis ins Jahr Anhang B:Schätzung des Ceilings mittels der Betrachtung des GebäudekatastersdesKantonsZürich B1:DieBetrachtungdereinzelnenGemeindetypen Anhang C:Daten für die Hochrechnung des Gasanteils auf die Schweiz 135 C1: Bevölkerungsentwicklung in der ganzen Schweiz nach Gemeindetypen. 135 v

6 Inhaltsverzeichnis C2: Bevölkerungsentwicklung im Kanton Zürich nach Gemeindetypen C3: Entwicklung der Energiebezugsfläche Gas der im Jahr 2000 angeschlossenen Gemeinden C4: Entwicklung der Energiebezugsfläche Gas der Gemeinden mit Priorität1und AnhangD:ErdgasalsTreibstoff AnhangE:BestimmungundAuswahlderEinflussgrössen E1:KorrelationenzwischenGasverbrauchundEinflussgrössen E2:Tabellederp-WerteimBereichHaushalte E3: Tabelle der p-werte im Bereich Industrie Anhang F:Resultate der Modellierungen F1: Berechnung und Ergänzung der Datenreihen im Bereich Haushalte F2: ResultateimBereichHaushalte,unbereinigt F3: ResultateimBereichHaushalte,bereinigt F4: ResultateimBereichIndustrie F5: GasverbrauchundGasanteilHaushalte( ) F6: GasverbrauchIndustrie( ) vi