Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise im Verdrängungswettbewerb zwischen Kohle und Erdgaskraftwerken (Fuel-Switch)

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1 Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise im Verdrängungswettbewerb zwischen Kohle und Erdgaskraftwerken (Fuel-Switch) White Paper Berlin, 08. August 2013

2 Zusammenfassung Seit 2005 betreiben die EU-Mitgliedsstaaten ein grenzüberschreitendes Emissionshandelssystem das EU Emission Trade System - mit dem Ziel, die vorgegebenen CO 2-Reduktionsziele volkswirtschaftlich möglichst günstig zu erreichen. Ein angestrebter Nutzen der Bepreisung von CO 2-Emissionen durch die Einführung des EUA- Zertifikatehandels (European Union Allowance) ist eine Umstellung von emissionsreichen Primärenergieträgern (z. B. Kohle) auf emissionsärmere Primärenergieträger (z. B. Erdgas) in der Energiewirtschaft, der sogenannte Fuel-Switch. Im Rahmen des Merit-Order-Ansatzes der Strompreisbildung erfolgt der Kraftwerkseinsatz bei Strompreisen oberhalb der kurzfristigen Grenzkosten. Da die Kosten der EUA-Zertifikate in die Grenzkosten mit einfließen, kann sich bei entsprechenden Preisen der Zertifikate die Merit-Order-Reihenfolge der Kraftwerke zu Gunsten emissionsärmerer Erzeugungsarten ändern. Im vorliegenden White Paper wird betrachtet, welche Auswirkungen die aktuellen EUA-Zertifikatspreise auf den Kraftwerkseinsatz haben und welcher EUA-Preis für eine Umstellung von Kohle- auf Erdgaskraftwerke erforderlich wäre. Im Folgenden wird zunächst die Entwicklung der EUA-Zertifikatspreise in den letzten Jahren dargestellt. Im Weiteren wird in Kürze die Strompreisbildung am deutschen Strommarkt erklärt. Anschließend wird die Auswirkung der EUA-Zertifikatspreise auf den Kraftwerkseinsatz untersucht. Dabei werden der für einen Fuel-Switch notwendige EUA- Zertifikatspreis in 2013 ermittelt und die theoretischen EUA-Zertifikatspreise den realen EUA-Preisen im Zeitverlauf seit 2007 gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass der EUA-Preis in 2013 für den Fuel-Switch mehr als das Zehnfache des heutigen Preises von 4,05 /t CO 2 betragen müsste. Bei einem Preis von 55 /t CO 2 wäre eine Preisgleichheit der kurzfristigen Grenzkosten eines Kohlekraftwerks und denen eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks (GuD) zu erreichen. Inhaltsübersicht: ZUSAMMENFASSUNG... 1 DER CO 2-ZERTIFIKATEHANDEL... 2 STROMPREISBILDUNG... 3 DIE AUSWIRKUNG DER CO 2-ZERTIFIKATSPREISE IM VERDRÄNGUNGS- WETTBEWERB KOHLE ERDGAS (FUEL-SWITCH)... 5 AUTOREN... 8 FIRMENPROFIL... 8 KONTAKT... 8 Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 1

3 Der CO2-Zertifikatehandel Das Kyoto-Protokoll verpflichtete Industrienationen, ihre Emissionen zum Zielzeitraum von 2008 bis 2012 um 5,2 % gegenüber 1990 zu reduzieren. Die Länder der EU haben zu einer gemeinschaftlichen Reduktion von 8 % verpflichtet. Um die CO 2-Reduktionsziele volkwirtschaftlich möglichst günstig zu erreichen, einigten sich die EU-Mitgliedsstaaten auf die Einführung eines grenzüberschreitenden Emissionshandelssystems dem EU ETS (EU emissions trading system). Mittlerweile haben sich die EU-28 sowie Liechtenstein, Island und Norwegen dem EU ETS angeschlossen. Aktuell befinden wir uns in der dritten Handelsperiode, welche von 2013 bis 2020 andauert. Die vorherigen zwei Handelsperioden liefen von 2005 bis 2007 bzw. von 2008 bis In Abbildung 1 ist der Preisverlauf der EUA-Zertifikatspreise in der zweiten und dritten Handelsperiode dargestellt. Es ist deutlich sichtbar, wie die an die Finanzkrise anschließende Wirtschaftskrise ( ) zu sinkenden Emissionen in Industrie und Energiewirtschaft und somit (als Folge der zurückgehenden Emissionen und damit der Nachfrage nach EUAs) zu sinkenden EUA-Preisen geführt hat. Abbildung 1: EU ETS Phase II & III Preisentwicklung (Eigene Darstellung, Datenquelle: EEX) Aufgrund des erlaubten Banking (Übertragung der EUA von Phase II in Phase III) sind auch die EUA-Zertifikatspreise der dritten Handelsperiode von diesem Preisverfall betroffen, welcher üblicherweise mit einem Überangebot an vorhandenen EUA begründet wird. Der EUA-Preis ist heute auf einem Stand von 4,05 /t CO 2 ( ). Wie beschrieben, ist es ein Ziel des Emissionshandels in der Stromerzeugung einen Wechsel hin zu emissionsärmeren Kraftwerken bzw. Energieträgern (maßgeblich von Kohle zu Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 2

4 Erdgas) anzureizen. Im Folgenden wird betrachtet, ab welchem EUA-Preis ein entsprechender Anreiz entstehen würde. Hierfür ist es zunächst notwendig, die Strompreisbildung zu verstehen. Strompreisbildung Die Strompreisbildung in Deutschland erfolgt am Markt anhand der kurzfristigen Grenzkosten der Kraftwerke. Rationales Bieterverhalten vorausgesetzt erfolgt ein Kraftwerkseinsatz bei Strompreisen oberhalb der kurzfristigen Grenzkosten (Short Run Marginal Costs, SRMC). Die kurzfristigen Grenzkosten werden von verschiedenen Faktoren wie Wirkungsgrad, Preis des eingesetzten Primärenergieträgers, Emissionskoeffizient des Brennstoffs und dem EUA-Zertifikatspreis beeinflusst. In Abbildung 2 sind beispielhaft Kennzahlen für verschiedene Kraftwerkstypen bzw. Brennstoffe dargestellt. Emissionen [tco2/mwh] % Nuklear/ Erneuerbare % % % % % Braunkohle Steinkohle GuD Gas Öl spez. elektr. Emission [t CO2/MWhel] Elektr. Wirkungsgrad [%] spez. therm. Emission [t CO2/MWhth] Abbildung 2: Kennzahlen verschiedener Kraftwerkstechnologien / Brennstoffe (Quelle: UBA) Die kurzfristigen Grenzkosten (SRMC) werden wie folgt berechnet: Short run marginal cost (SRMC) P SRMC = PE + ε PP P η PP EUA P PE: Preis des Primärenergieträgers η PP: Elektrischer Wirkungsgrad des Kraftwerks ε PP: Spezifischer Emissionskoeffizient des Kraftwerks P EUA: Preis der EUA-Zertifikate Die berechneten Grenzkosten bestimmen den Rang des Kraftwerkes in der Merit-Order (vgl. Abbildung 3). Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 3

5 Abbildung 3: Die Merit-Order der Strompreisbildung Solange die Preise für EUA niedrig sind, werden die kurzfristigen Grenzkosten maßgeblich von den Kosten des Primärenergieträgers bestimmt. In Abbildung 4 sind die Preise für Kohle und Erdgas im Zeitverlauf seit 2007 dargestellt. Abrechnungspreis [ /MWh] Preis Erdgas (Future Year ahead) Preis Steinkohle (Future Year Ahead) Abbildung 4: Entwicklung des Erdgas-Preises (Liefergebiet NCG) und des Kohle-Preises (API 2 - Liefergebiet ARA. Datenquelle: EEX) Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 4

6 Im Folgenden wird nun betrachtet, in welchem Maße die EUA-Zertifikatspreise Auswirkungen auf die Merit-Order haben und bei welchen Preisen sich eine Umstellung von Kohle auf Erdgas (Fuel-Switch) ergibt. Die Auswirkungen der CO2-Zertifikatspreise im Verdrängungswettbewerb Kohle Erdgas (Fuel-Switch) Grenzkosten [ /MWh] CO2-Preis [ /tco2] SRMC Kohle SRMC GuD Strompreis Cal14 (Base) EUA-Preis Juli 2013 Abbildung 5: Entwicklung der SRMC eines Kohle- und GuD-Kraftwerks in Abhängigkeit des EUA-Preises. (Grundlage sind Preise vom ) In Abbildung 5 sind die kurzfristigen Grenzkosten von Kohle- und GuD-Kraftwerken in Abhängigkeit des EUA-Zertifikatpreises aufgetragen. Es wurden die folgenden Annahmen für die Betrachtung getroffen: Kohlekraftwerk GuD-Kraftwerk Datenquelle Wirkungsgrad 38% 55% Emissionsfaktor 0,895 t CO2/GJ 0,364 t CO2/GJ UBA Preis Energieträger 7,18 /MWh 26,20 /MWh EEX Es zeigt sich, dass sich der Schnittpunkt der beiden Grenzkostengeraden bei einem EUA- Preis von 55 /t CO 2 befindet. Erst jenseits dieses EUA-Preises würde ein Fuel-Switch von Kohle zu Erdgas stattfinden. Die aktuellen EUA-Zertifikatspreise sind somit aktuell um den Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 5

7 Faktor 14 zu niedrig, um unter den gewählten Bedingungen die Stromerzeugung aus Erdgas günstiger als die Erzeugung aus Steinkohle zu machen. Das Grenzkostenverhältnis der beiden Kraftwerkstypen wird jedoch auch von den gewählten Annahmen, maßgeblich den Wirkungsgraden, bestimmt. Die tatsächlichen Werte eines Kraftwerks können das Ergebnis deutlich verändern. Die kalkulatorischen (?) Fuel-Switch-Preise betragen jedoch immer ein Vielfaches des aktuellen EUA-Zertifikatspreises. Vergleicht man nun den kalkulatorisch notwendigen CO 2-Preis mit den realen EUA-Preisen der letzten Jahre, so ist deutlich zu sehen, dass die aufgezeigte Differenz dauerhaft bestand und sich die Schere zwischen Fuel-Switch-Preis und realem Preis zurzeit aufgrund der günstigen Marktpreise für Kohle weiter öffnet (vgl. Abbildung 6). Lediglich im Winter 2009/2010 waren die Bedingungen für einen Fuel-Switch kurzzeitig erreicht. Dies ist allerdings auf Einzeleffekte, in diesem Fall maßgeblich kurzfristig nicht repräsentative Erdgas-Preise am Spotmarkt, zurückzuführen. 90 /tco Preis EUA Preis CO2 (SRMC Kohle = SRMC Gas) Abbildung 6: Entwicklung des EUA-Preises und des kalk. CO 2-Preises für den Fuel-Switch (Quelle: EEX) Aufgrund der aktuellen Entwicklungen der Preise für Kohle und Erdgas ist in näherer Zukunft keine Annäherung der beiden Kurven absehbar. Vor dem Hintergrund der Auswirkungen steigender EUA-Zertifikatspreise auf die europäische energieintensive Industrie ist es jedoch sehr unwahrscheinlich, dass ein für einen Fuel-Switch notwendiger EUA-Preis von 55 /t CO 2 politisch durchsetzbar wäre. Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 6

8 180 TWh Braunkohle Steinkohle Erdgas Abbildung 7: Entwicklung der Brutto-Stromerzeugung in Deutschland (Quelle: BDEW) Eine signifikante Umstellung von Kohle auf Erdgas in der Stromerzeugung ist daher unter den gegebenen Marktbedingungen und Anreizen nicht zu erwarten. Im Gegenteil: Aufgrund der aktuellen Preislage steigt der Anteil der Kohle am Erzeugungsmarkt in Europa wieder. (vgl. Abbildung 7). Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 7

9 Autoren Philipp Götz studierte Maschinenbau/Energie- und Umwelttechnik an der FH Brandenburg und ist seit 2010 Consultant und Trainer für die Strom- und Gasmärkte bei Energy Brainpool. Außerdem wirkt er im Bereich Fundamentalmodellierung bei der Entwicklung von Langzeitszenarien zur Strompreisentwicklung mit. Tobias Huschke studierte Wirtschaftsingenieurwesen mit dem Schwerpunkt Umwelttechnik an der Fachhochschule Köln. Er konzentriert sich bei Energy Brainpool als Leiter Strategie auf den Bereich Markttransformation durch erneuerbare Energien. Zu seinem Tätigkeitsbereich zählen Studien, Trainings und Inhouse-Schulungen sowie Beratung von Unternehmen. Firmenprofil Energy Brainpool ist ein unabhängiges Analyse- und Beratungshaus für die Energiebranche. Das Unternehmen bietet individuelle Trainings- und Beratungsdienstleistungen, Prognosen und ein eigenes Energiemarktmodell Power2Sim für die Analyse und Simulation der Stromund Gasmärkte, des Emissionshandels und des Handels mit Herkunftsnachweisen. Kontakt Energy Brainpool GmbH & Co. KG Heylstr Berlin Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 8

10 Phillip Götz, Tobias Huschke Energy Brainpool GmbH & Co. KG Heylstraße 33, Berlin, Germany Telefon +49 (0) Fax +49 (0) Die Bedeutung der CO2-Zertifikatspreise für den Fuel-Switch Kohle Erdgas 9

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