CLIMATE CHANGE 15/2017. Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren

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1 CLIMATE CHANGE 15/2017 Entwicklung der spezifiscen Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix in den Jaren

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3 CLIMATE CHANGE 15/2017 Entwicklung der spezifiscen Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix in den Jaren von Petra Ica Umweltbundesamt unter Mitarbeit von Gunter Kus Umweltbundesamt Im Auftrag des Umweltbundesamtes

4 Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Wörlitzer Platz Dessau-Roßlau Tel: Fax: info@umweltbundesamt.de Internet: /umweltbundesamt.de /umweltbundesamt Absclussdatum: April 2017 Redaktion: Facgebiet I 2.5 Energieversorgung und daten, Gescäftsstelle der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) Petra Ica Publikationen als pdf: ttp:// ISSN Dessau-Roßlau, Mai 2017 Die Verantwortung für den Inalt dieser Veröffentlicung liegt bei den Autorinnen und Autoren.

5 Kurzbescreibung Das Umweltbundesamt veröffentlict järlic seine Berecnungsergebnisse zur Entwicklung des Kolendioxid-Emissionsfaktors des deutscen Strommix in der Zeitreie ab 1990, der als Indikator für die Klimaverträglickeit der Stromerzeugung angeseen werden kann. Er darf jedoc nict losgelöst von der Entwicklung des Stromverbraucs insgesamt und den gesamten aus der Stromerzeugung entsteenden Kolendioxidemissionen betractet werden. Dargestellt werden daer die Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung, der jeweilige Stromverbrauc mit und one Berücksictigung des Stromandelssaldos und der CO 2-Emissionsfaktor für den deutscen Strommix, der CO 2- Emissionsfaktor für den Strominlandsverbrauc für den deutscen Strommix und der CO 2- Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos. Die Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung unter Berücksictigung des Stromandelssaldos werden zusätzlic ausgewiesen. Die järlice Fortscreibung und Aktualisierung der spezifiscen CO2-Emissionen des deutscen Strommixes erfolgt auf Basis der Emissionen entsprecend dem Berictsstand der Treibausgasbericterstattung an das Klimasekretariat und der Stromerzeugung entsprecend den Daten der Arbeitsgemeinscaft Energiebilanzen und des statistiscen Bundesamtes für die Zeitreie ab Dabei werden im Veröffentlicungsjar x für das Jar x-1 ocgerecnete Datensätze und für das Jar x-2 vorläufige Basisdatensätze zur Berecnung erangezogen. Änderungen durc Neuberecnungen der Quellen (Energiebilanzen, Bruttostromerzeugung, Emissionsfaktoren) werden soweit sie zum Zeitpunkt der Aktualisierung veröffentlict waren berücksictigt. Eine Aktualisierung von Emissionsfaktoren in den Treibausgasinventaren bedingt Veränderungen im Bereic der Emissionen aus der Stromerzeugung und eine Aktualisierung im Bereic der erneuerbaren Energien in der Bruttostromerzeugung at Veränderungen im Stromverbrauc für den deutscen Strommix zur Folge. Da Deutscland seit dem Jar 2003 beim Stromexport einen Überscuss aufweist, der über die letzten Jare ereblic an Bedeutung gewonnen und im Jar 2016 mit fast 54 TW einen neuen Höcststand erreict at, wird der Einfluss des Stromandelssaldos auf den Strommix seit 2012 um eine zusätzlice Ausweisung des Emissionsfaktors für den Strominlandsverbrauc ergänzt. Gleiczeitig wird deutlic, welce Emissionsmengen dem Stromandelssaldo zugerecnet werden können. Der Anstieg der Bruttostromerzeugung im Jar 2016 gegenüber 2014 in Höe von 21,7 Mrd. kw ist zu 83 Prozent auf den Anstieg des erzeugten Stromandelssaldoüberscuss zwiscen diesen Jaren von 18,1 kw zurückzufüren. 4

6 Inaltsverzeicnis Abbildungsverzeicnis Tabellenverzeicnis Abkürzungen Inaltsverzeicnis... 5 Abbildungsverzeicnis... 6 Tabellenverzeicnis... 6 Abkürzungen Entwicklung der spezifiscen Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix Metode zur Berecnung Emissionsfaktor für den deutscen Strommix Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc für den deutscen Strommix Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos Kolendioxidemissionen aus der gesamten Stromerzeugung Kolendioxidemissionen der inländiscen Stromerzeugung Für den Endverbrauc zur Verfügung steende Strommenge inländiscer Erzeugung Inländiscer Stromverbrauc Zeitlice Entwicklung des Indikators Spezifisce CO 2-Emissionen des deutscen Strommixes Entwicklung gesamte CO 2-Emissionen aus der Stromerzeugung Zusammenfassung Quellenverzeicnis Anang 1: CO 2-Emissionen der Stromerzeugung gemäß Datenbank ZSE in Mio t Anang 2: Aus der Bruttostromerzeugung berecneter Stromverbrauc Anang 3: Emissionsfaktoren entsprecend ZSE

7 Abbildungsverzeicnis Abb 1: Abb. 2: Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Brutto-Inlandsstromverbrauc und Stromaustauscsaldo Ausland prägen den aktuellen Trend der Bruttostromerzeugung in Deutscland Spezifisce Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix mit und one Berücksictigung des Stromandelssaldos Anteil der Energieträger an der Bruttostromerzeugung Deutscer Strommix Entwicklung der absoluten und der spezifiscen Kolendioxid- Emissionen der Stromerzeugung im Vergleic (one Beactung des Stromandelssaldos) Entwicklung der absoluten Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung und der Entwicklung des Stromverbraucs im Vergleic Tabellenverzeicnis Tabelle 1: Tabelle 2: Tabelle 3: Gerundete Ausgangsgrößen und Berecnungsergebnis: Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung, Stromverbrauc und CO 2-Emissionsfaktor des Stroms... 9 CO 2-Emissionsfaktoren fossiler Brennstoffe im Vergleic mit dem CO 2-Emissionsfaktor des deutscen Strommixes Durcscnittlice Brennstoffausnutzungsgrade bezogen auf die Bruttostromerzeugung

8 Abkürzungen Abkürzung AGEB BMWi BDEW EB EU CO 2 Destatis EF EM g HW IPCC kw KWK Mio Mrd. NIR TW UBA ZSE Bedeutung Arbeitsgemeinscaft für Energiebilanzen e.v. Bundesministerium für Wirtscaft und Tecnologie Bundesverband der Energie- und Wasserwirtscaft e.v. Energiebilanz Europäiscer Union Kolendioxid Statistisces Bundesamt Emissionsfaktor Emission Gramm Heizwert Intergovernmental Panel on Climate Cange Kilowattstunde Kraft-Wärme-Kopplung Millionen Milliarden Nationaler Inventarberict zum Deutscen Treibausgasinventar Terrawattstunden Umweltbundesamt Zentrales System der Emissionen (interne Datenbank des Umweltbundesamtes zur internationalen Emissionsbericterstattung) 7

9 1 Entwicklung der spezifiscen Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix Das Umweltbundesamt berecnet järlic drei Indikatoren, die die Klimaverträglickeit der Stromerzeugung und die Entwicklung ab dem Jar 1990 carakterisieren. Direkte CO 2-Emissionen je Kilowattstunde Strom wird als Emissionsfaktor für den deutscen Strommix bezeicnet. Bei der Erzeugung einer Kilowattstunde Strom für den Endverbrauc one Berücksictigung des Stromandelssaldos wurden in Deutscland im Jar 2014 durcscnittlic 564 g Kolendioxid als direkte Emissionen aus der Verbrennung fossiler Energieträger emittiert. Das sind ca. 197 g/kw oder ca. 26 % weniger als im Jar Für das Jar 2015 auf der Basis vorläufiger Daten sind dies 534 g/kw. Hocgerecnete Werte für das Jar 2016 ergeben 527 g/kw und somit 234 g oder ca.31 % weniger als Gemäß internationalen Bilanzierungsvorgaben (1) sind alle Emissionen der Stromerzeugung also auc Stromandelsüberscüsse - dem Land zuzurecnen, in dem sie entsteen. Der diese Bilanzierungsvorgaben berücksictigende CO 2-Faktor eröt sic damit entsprecend dem Stromandelssaldo. Da Deutscland seit dem Jar 2003 beim Stromexport einen Überscuss aufweist, der über die letzten Jare ereblic an Bedeutung gewonnen und im Jar 2016 mit fast 54 TW einen neuen Höcststand erreict at, erfolgte im Jar 2013 die Einfürung eines CO 2-Emissionsfaktors für den deutscen Strommix unter Berücksictigung des Stromandelssaldos im Folgenden genannt Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc für den deutscen Strommix. Die Entwicklung des Emissionsfaktors Inlandverbrauc im deutscen Strommix ist neben dem Emissionsfaktor Strommix in Tabelle 1 dargestellt. Der Unterscied zwiscen beiden Bilanzierungsmetoden liegt im Jar 2016 bei 53 g/kw bzw. 28 Mio t CO 2. Um diese Menge würden sic die deutscen CO 2-Emissionen aus dem Stromsektor reduzieren, wenn das Stromandelssaldo ausgeglicen wäre. Ein weiterer Indikator wurde berecnet, um die spezifiscen CO 2-Emissionen auszuweisen, bei denen sowol stromverbraucsseitig als auc stromemissionsseitig die Anpassung an den Wert des Stromandelssaldos durcgefürt wurde (Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos). Die Details sind in Tabelle 1 zusammengefasst. 8

10 Tabelle 1: Gerundete Ausgangsgrößen und Berecnungsergebnis: Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung, Stromverbrauc und CO 2-Emissionsfaktor des Stroms Jar Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung 1 [Mio. t] Stromverbrauc 2 [TW] CO2- Emissionensfaktor Strommix 3 [g/kw] Stromverbrauc unter Berücksictigung des Stromandelssaldos 4 [TW] CO2- Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc 5 [g/kw] Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung unter Berücksictigung Stromandelssaldo 6 [Mio. t] * * * * vorläufig 2016** gescätzt Rundungen können zu abweicenden Summen füren Quellen: Umweltbundesamt eigene Berecnungen März UBA Berecnungen auf Grundlage des deutscen Treibausgasinventars (Quelle 3) 2 Stromverbrauc =Bruttostromerzeugung -Kraftwerkseigenverbrauc -Pumpstrom-Leitungsverluste 3 UBA-Berecnungen auf der Grundlage der Quellen 3, 5 und 6 4 Stromverbrauc inklusive Stromandelssaldo =Bruttostromerzeugung -Kraftwerkseigenverbrauc -Pumpstrom- Leitungsverluste +Stromeinfur -Stromausfur 5 UBA Berecnungen unter Berücksictigung des Stromandelssaldos 6 Emissionen der Stromerzeugung abzüglic der Emissionen die dem Stromandelssaldo zugerecnet wurden 7 UBA Berecnungen unter Berücksictigung des Stromandelssaldos in Stromverbrauc und Stromemissionen CO2- Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos 7 [g/kw] 9

11 Jar Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung [Mio. t] CO2- Emissionsfaktor Strommix [g/kw] CO2- Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc [g/kw] * ** Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung unter Berücksictigung Stromandelssaldo [Mio. t] 10

12 2 Metode zur Berecnung Eine Aktualisierung der Emissionsfaktoren in den Treibausgasinventaren fürte zu einer Neubewertung der Emissionen aus der Stromerzeugung und die Aktualisierung der Anteile erneuerbaren Energien in der Bruttostromerzeugung at Veränderungen im Stromverbrauc für den deutscen Strommix zur Folge. 2.1 Emissionsfaktor für den deutscen Strommix Der Emissionsfaktor für den deutscen Strommix wird berecnet aus den direkten CO 2-Emissionen die bei der gesamten Stromerzeugung entsteen und dem für den Endverbrauc netto zur Verfügung steenden Strom aus der Stromerzeugung in Deutscland. Die für die Berecnung zugrunde gelegten CO 2-Emissionen aus der Stromerzeugung für die einzelnen Brennstoffe sind in Anang 1 aufgefürt, der aus der Bruttostromerzeugung berecneter Stromverbrauc in Anang Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc für den deutscen Strommix Der Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc für den deutscen Strommix wird berecnet aus den direkten CO 2-Emissionen die bei der gesamten Stromerzeugung entsteen (I) und einem inländiscen Stromverbrauc. Dieser entsprict dem Endverbrauc netto im Inland (IV) abzüglic des Stromandelssaldos (III). 2.3 Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos Der Emissionsfaktor unter Berücksictigung des Stromandelssaldos wird iterativ berecnet. Die direkten CO 2-Emissionen, die bei der Stromerzeugung entsteen (I) werden korrigiert um den Wert des mit dem Emissionsfaktor für den deutscen Strommix bewerteten Stromandelssaldos (IV). 2.4 Kolendioxidemissionen aus der gesamten Stromerzeugung I. Menge der direkten Kolendioxidemissionen eines Kalenderjares aus der Verbrennung fossiler Energieträger zur Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutscland. In dieser Angabe sind Kolendioxidemissionen aus den der Stromerzeugung vorgelagerten Erzeugungsstufen (Vorketten) wie z.b. Brennstoffgewinnung und transport, die so genannten indirekten Emissionen (Vorketten) nict entalten. Die Kolendioxidemissionen für die Stromerzeugung werden aus der Datenbank des Umweltbundesamtes (Zentrales System der Emissionen ZSE) (3) für die Stromerzeugung in Deutscland gefiltert. Anang 1 weist die für 11

13 die Berecnung zugrunde gelegten CO 2-Emissionen aus der Stromerzeugung für die einzelnen Brennstoffe aus. Die Kolendioxidemissionen werden durc Multiplikation der Brennstoffeinsätze mit den brennstoffbezogenen Kolendioxidemissionsfaktoren berecnet. Als Brennstoffeinsätze werden die Energiebilanzzeilen Öffentlice Wärmekraftwerke und Industriewärmekraftwerke aus der Energiebilanz der Bundesrepublik Deutscland erangezogen. Diese Datenbanksätze weisen ausscließlic den Brennstoffeinsatz zur Stromerzeugung aus, auc wenn es sic dabei um gekoppelte Stromerzeugung in einer Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage andelt. Die Verteilung von Strom und Wärme aus der Kraft-Wärmekopplung erfolgt mittels der finniscen Metode auf der Ebene der Erstellung der Energiebilanz für Deutscland (2). Die dem Inventar zugrunde gelegten Emissionsfaktoren wurden aus der Liste der CO 2- Emissionsfaktoren für die Erstellung der nationalen CO 2-Inventare abgeleitet. Eine näere Bescreibung der Metodik zur Ableitung der Emissionsfaktoren findet sic im nationalen Inventarberict (9). Anang 3 weist die für die Berecnung zugrunde gelegten Emissionsfaktoren aus (9 sowie 10). In die Berecnung der Kolendioxidemissionen aus der Stromerzeugung ist der Einsatz von Abfällen als Brennstoff (Hausmüll/Siedlungsabfall sowie Industriemüll) einbezogen. Berücksictigt wird nur der fossile Anteil der Abfallmengen. Dieser wird mit 50 % des Energiegealtes angenommen. Dabei werden die Abfallmengen aus der Facserie 19 Reie 1 des Statistiscen Bundesamtes (Destatis) (5) mit entsprecenden Heizwerten und Emissionsfaktoren multipliziert und berictet. CO 2-Emissionen aus erneuerbaren Energien werden gemäß Bilanzierungsregeln des UNFCCC zur Treibausgasbericterstattung unter dem Kyoto-Protokoll als CO 2-neutral bilanziert und geen in die Berecnung der Emissionen mit dem Wert 0 ein. Die Berecnungen der Kolendioxidemissionen sind für Jar x-2 vorläufig und für das Jar x-1 gescätzt. Das Jar X ist definiert als das Vorjar des Veröffentlicungsjares. Anang 1 weist die Emissionen der Stromerzeugung nac Brennstoffen entsprecend der Emissionsdatenbank Zentrales System der Emissionen (ZSE) aus. 2.5 Kolendioxidemissionen der inländiscen Stromerzeugung II. Menge der direkten Emissionen (unter 2.1 berecnet) iterativ verringert um die Emissionen, die dem Stromandelssaldo zugerecnet werden können. Im Ergebnis werden die Emissionen ausgewiesen, welce dem tatsäclic in der Bundesrepublik verbraucten Strom zugeordnet werden können. 12

14 3 Für den Endverbrauc zur Verfügung steende Strommenge inländiscer Erzeugung III. Die gesamte, im jeweiligen Kalenderjar für den Endverbrauc zur Verfügung steende Strommenge, welce in der Bundesrepublik Deutscland erzeugt wurde (umfasst fossil, nuklear und regenerativ erzeugten Strom). Diese berecnet sic durc den Abzug des Kraftwerkseigenverbraucs, der Leitungsverluste und des Pumpstromverbraucs von der gesamten Bruttostromerzeugung. Die Angaben zu Pumpströmen wurden aktualisiert. Die Größe gibt in Quantität und Qualität ser gut den in Hausalt, Gewerbe und Industrie zum Endverbrauc zur Verfügung steenden Strom wieder, berücksictigt jedoc nict Stromimporte und Exporte. Daer ist sie nict mit dem inländiscen Stromverbrauc gleiczusetzen. Die Datenbasis für die Bruttostromerzeugung ist die Tabelle Bruttostromerzeugung in Deutscland von 1990 bis 2016 nac Energieträgern welce im Auftrag des BMWi erarbeitet und auf der Seite der Arbeitsgemeinscaft Energiebilanzen e.v. veröffentlict wird (6). Zur Ermittlung der Leitungsverluste wird die in der Energiebilanzzeile 41 Fackel-und Leitungsverluste unter Strom verbucte Gesamtmenge den einzelnen Energieträgern irem Anteil an der Stromerzeugung entsprecend zugeordnet. Die gleice Vorgeensweise wird für die Gesamtsumme Strom der Kraftwerkseigenverbräuce aus der Datenquelle Energiebilanzzeile 36 Kraftwerke angewandt (8 und 11). Die Daten für die Unterteilung des Stromes aus Wasserkraft in der Pump- und Laufwasserstrom erält das Umweltbundesamt nacrictlic vom Bundesverband der Energie- und Wasserwirtscaft e.v. (BDEW). 3.1 Inländiscer Stromverbrauc IV. Der gesamte inländisce Stromverbrauc berücksictigt den Stromandelssaldo im Endenergieverbrauc. (inländiscer Stromverbrauc = Bruttostromerzeugung abzüglic Kraftwerkseigenverbrauc, Pumpstrom, Leitungsverluste und Stromandelssaldo absolut). Hier liegt die Anname zugrunde, dass der Stromexport und import im Netz dem gleicen Strommix unterliegen und somit der gleice Spezifisce CO 2-Faktor angewendet werden kann. In dieser Veröffentlicung wurde die Berecnung des Verbraucs von aus der Abfallverbrennung erzeugtem Strom auf der Grundlage der Bruttostromerzeugung aktualisiert. Der Stromandelssaldo seit 2003 durcweg mit einem Stromexportüberscuss stieg bis Wärend er sic in den Jaren 2006 bis 2010 zwiscen ca. 2,4 % und ca. 3,5 % der Bruttostromerzeugung stabilisierte, at er 2016 unterdessen 8,3% erreict. Gleiczeitig stieg die Bruttostromerzeugung in 2016 (648,4 Mrd kw) wieder an, nacdem sie 2014 (626,7 Mrd. kw) gegenüber 2013 (637,7 Mrd kw) gesunken war. Der Anstieg der Bruttostromerzeugung im Jar 2016 gegenüber 2014 in Höe von 21,7 Mrd. kw ist zu 83 Prozent auf den in diesen beiden Jaren erzeugten Stromandelssaldoüberscuss von 18,1 kw zurückzufüren(6)(siee Abbildung 1). 13

15 Abb 1: Brutto-Inlandsstromverbrauc und Stromaustauscsaldo Ausland prägen den aktuellen Trend der Bruttostromerzeugung in Deutscland * vorläufig z.t gescätzt ** einscließlic Netzverluste und Eigenverbrauc Quelle: AGEB Stand

16 4 Zeitlice Entwicklung des Indikators 4.1 Spezifisce CO2-Emissionen des deutscen Strommixes Die durcscnittlicen Kolendioxidemissionen one Berücksictigung des Stromandelssaldos einer Kilowattstunde Strom (Spezifiscer Emissionsfaktor) sinken in den Jaren 1990 bis 2014 von 761 g/kw auf 564 g/kw (siee Abbildung 2). Das entsprict einer Reduzierung der Kolendioxidemissionen um ca. 26- % pro Kilowattstunde Strom. Für die Folgejare 2015 und 2016 erfolgte die Berecnung mit vorläufigen und gescätzten Daten. Die vorläufigen Ergebnisse für 2015 weisen eine deutlice Verringerung auf 534 g/kw aus, wärend auf der Grundlage von gescätzten Daten für g/kw ermittelt wurden. Hier kommt die Eröung des Anteils der Erneuerbaren Energien von 25,8 Prozent an der Bruttostromerzeugung im Jar 2014 und auf 29 Prozent im Jar 2015 zum Tragen. Weitere Ursace ist eine Verringerung des Einsatzes an Steinkole zur Stromerzeugung bei gleiczeitige Zuname des emissionsärmeren Erdgas. Der Stromexportüberscuss im Jar 2015 mit 51,8 Mrd. kw und 2016 mit 53,7 Mrd. kw at ein neues Rekordniveau gegenüber 35,6 Mrd. kw aus 2014 erreict. (siee Tabelle Bruttostromerzeugung) (6). Abb. 2: Spezifisce Kolendioxid-Emissionen des deutscen Strommix mit und one Berücksictigung des Stromandelssaldos 2015* vorläufig 2016** gescätzt Quelle: eigene Berecnungen Umweltbundesamt März

17 Zwei wesentlice Einflussgrößen bestimmen die Höe des Emissionsfaktors im deutscen Strommix: Die Anteile einzelner Brennstoffe an der Stromerzeugung, dem sogenannten Strommix (Abbildung 3): Sinkt der Anteil eines Energieträgers mit oem CO 2-Emissionsfaktor wie Kole zu Gunsten eines Energieträgers mit niedrigerem CO 2-Emissionsfaktor wie eines erneuerbaren Energieträgers (Null angerecnete CO 2-Mengen) oder Erdgas, so sinkt auc der Emissionsfaktor des Strommixes. Tabelle 2 zeigt die direkten Emissionsfaktoren der drei wictigsten fossilen Brennstoffe im Vergleic zum Emissionsfaktor des deutscen Strommixes gesamt. Tabelle 2: CO 2-Emissionsfaktoren fossiler Brennstoffe im Vergleic mit dem CO 2- Emissionsfaktor des deutscen Strommixes Brennstoff/Eineit CO2-Emissionsfaktorbezogen auf den Brennstoffeinsatz [g/kw] Brennstoffausnutzungsgrad netto bezogen auf den Stromverbrauc2015 [%] Erdgas CO2- Emissionsfaktor bezogen auf den Stromverbrauc 2015[g/kW] Steinkole Braunkole Vergleic CO2- Emissionsfaktor Strommix [g/kwk] 2015 Quelle: eigene Berecnungen Umweltbundesamt März 2017 Ein weiterer wesentlicer Einflussfaktor ist der durcscnittlice Wirkungsgrad konventioneller Kraftwerke also der Kraftwerke, die Strom durc die Verbrennung fossiler Energieträger erzeugen. Eröt sic der durcscnittlic realisierte Wirkungsgrad im konventionellen Kraftwerkspark, so wird zur Erzeugung einer Kilowattstunde Strom eine geringere Menge kolenstoffaltigen Brennstoffs eingesetzt der Emissionsfaktor des Strommix sinkt. Da ein durcscnittlicer Wirkungsgrad aller Kraftwerke nur mit oen Unsicereiten berecnet werden könnte, nutzt das UBA ersatzweise den Brennstoffnutzungsgrad aus dem Brennstoffeinsatz zur Stromerzeugung und der Bruttostromerzeugung nac Energieträgern (Input/Output-Relation) (Tabelle 3). In dieser Berecnung kommt zum Tragen, dass Strom und Wärmerzeugung aus den Brennstoffen in KWK-Anlagen durc die Finnisce Metode zugeordnet werden. Die dabei angewandte finnisce Metode berut auf der Rictlinie 2004/8/EG des Europäiscen Parlaments und des Rates vom 11. Februar Diese ist matematisc exakt definiert und wird im Vorwort der Energiebilanzen näer erläutert. Diese recnerisce Metode fürt zu Versciebungen besonders im Bereic der Stromerzeugung durc Erdgas. Dem gegenüber stet ein durcscnittlicer Nettowirkungsgrad (elektrisc) der sic eute in Betrieb befindlicen Großkraftwerke (Kraftwerke ab 100 MWel.) aus UBA-internen Angaben aus der Kraftwerksdatenbank von durcscnittlic 39 % für Steinkolenkraftwerke, 38 % für Braunkolenkraftwerke und für Erdgas für Gasturbinen (GuD) von 52 %, sowie Gasturbinenkraftwerke von 40 % (7). Die Daten für die Kraftwerksdatenbank sind Betreiberangaben fußen auf UBA-Recercen aus Veröffentlicungen. 16

18 Tabelle 3: Durcscnittlice Brennstoffausnutzungsgrade bezogen auf die Bruttostromerzeugung Jar Steinkolen Braunkolen Erdgas2 Sämtlice Energieträger % 34% 39% 37% % 34% 41% 37% % 34% 43% 37% % 35% 43% 37% % 35% 40% 37% % 35% 43% 38% % 36% 45% 38% % 37% 46% 38% % 37% 47% 38% % 37% 48% 38% % 38% 45% 39% % 37% 50% 39% % 37% 50% 39% % 38% 53% 40% % 38% 51% 41% % 38% 53% 40% % 38% 52% 40% % 38% 54% 41% % 38% 54% 41% % 38% 54% 41% % 39% 56% 41% % 38% 58% 42% % 39% 56% 45% % 39% 57% 45% % 39% 57% 45% 2015* 43% 39% 57% 47% 2015* vorläufig Quellen: eigene Berecnungen Umweltbundesamt März Die Trennung zwiscen Strom- und Wärmeerzeugung in KWK -Anlagen erfolgt über die finnisce Metode 2 Bei der Finniscen Metode wird die Stromerzeugung in gasbetriebenen KWK-Anlagen durc die Referenzwirkungsgrade öer bewertet Von 1990 bis 2005 sinkt der Emissionsfaktor mit deutlicen Scwankungen in einzelnen Jaren, die auf signifikante Veränderungen im Kraftwerkspark zurückzufüren sind. Es lassen sic versciedene Pasen in der Entwicklung des Indikators untersceiden (siee Abbildung 2). In der ersten Pase von 1990 bis 2000 sinkt der Emissionsfaktor wegen Wirkungsgradverbesserungen im konventionellen Kraftwerkspark, bedingt durc die Abscaltung ineffizienter Altanlagen in den neuen Bundesländern. Der Anstieg zwiscen 2000 bis 2001 ist auf die Inbetriebname neuer Braunkolenkraftwerke zurückzufüren. Ab 2003 fürt der steigende Anteil erneuerbarer Energieträger an der Stromerzeugung wieder zu einer Senkung des Emissionsfaktors. Im Jar 2007 fürte der prozentual gestiegene Anteil der konventionellen Brennstoffe zur Stromerzeugung kurzfristig zu einem Anstieg des CO 2-Emissionsfaktors. Ab dem Jar 2008 setzte sic die 17

19 Verminderung des CO 2-Emissionsfaktors im deutscen Strommix aufgrund des weiter steigenden Anteils erneuerbarer Energien fort. Diese Wirkung wird im Jar der Wirtscaftskrise durc geringere Stromverbräuce verstärkt. Mit der Folge, dass der CO 2-Emissionsfaktor für den deutscen Strommix nac der wirtscaftlicen Erolung durc den sic eröenden Stromverbrauc und der Änderungen im Strommix durc die Energiewende wieder leict ansteigt. Ab 2015 ergibt sic trotz Anstieg des Stromverbraucs auf Grund der gleiczeitig eröten Anteilen von CO 2-freier bzw. CO 2-armer Stromerzeugung und einer Verbesserung des Brennstoffausnutzungsgrades bei neu in Betrieb gegangen fossilen Kraftwerken eine Senkung des spezifiscen CO 2-Emissionsfaktors. Ebenfalls positiv auf den spezifiscen Kolendioxidemissionsfaktor des Strommix wirkt sic der verminderte Einsatz von Steinkolen ab 2014 und die Eröung des Gaseinsatzes ab 2016 zur Stromerzeugung aus. Für den CO 2-Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc ist eine gleicverlaufende Entwicklung zu verzeicnen, deren absoluter Verlauf von der Größe des Stromandelssaldos abängig ist. In den Jaren 2006 bis 2010 bewegte sic der Stromexportüberscuss noc auf oem Niveau. Durc die Abscaltung von Kernkraftwerken im Jar 2011 sinkt er auf 6,3 Mrd. kw Stromexportsaldo um in 2014 mit 35,5 Mrd. kw eine erneute Steigerung sowie in 2015 mit 51,8 Mrd. kw eine sprungafte Eröung zu erfaren und mit 53,7 Mrd. kwh in 2016 wiederolt einen öcsten Stand zu erreicen (6). Entsprecend der Anname, dass die in Deutscland durc die Stromerzeugung verursacten Emissionen dem deutscen Strommix zuzurecnen sind werden beim Ansatz des CO 2- Emissionsfaktors für den Strominlandsverbrauc die Emissionen nict korrigiert. Dies fürt zu einer Bewertung des Stromandelsimports mit den CO 2-Emissionsfaktoren, die für das Inland berecnetet wurden. Diese Metode ist im Sinne einer konservativen Berecnung des Spezifiscen Kolendioxidemissonsfaktors im Inland angemessen. Dieses Vorgeen fürt im Jar 1995 mit dem bis dain größten Stromimportsaldo von 4,8 Mrd. kw zu einer Überscätzung des Emissionsfaktors Strominlandsverbrauc von 1,1 % zum Emissionsfaktor und ist in der Zeitreienbetractung ab dem Jar 2003 nict mer relevant, da ier ein permanenter Stromandelsexportüberscuss zu verzeicnen ist. So kann für die Jare 1990 bis 2002 von ser geringen Abweicungen zum CO 2-Emissionsfaktor (one Berücksictigung des Stromandelssaldos) gesprocen werden, da dieser Stromandelssaldo sowol Export als auc Importseitig bis zu einem Maximalwert von 5 TW scwankte und somit ca. 1 % der Bruttostromerzeugung betrug. Ab 2003 überwogen die Stromflüsse ins Ausland gegenüber den Importen und somit stieg der Einfluss des Stromandelssaldos auf den CO 2-Emissionsfaktor(vgl. 3.1). * vorläufig, z.t gescätzt Quellen:AGEB; Bruttostromerzeugung, Stand

20 Abb. 3: Anteil der Energieträger an der Bruttostromerzeugung Deutscer Strommix * vorläufig z.t gescätzt Quelle: AGEB Stand Ab dem Jar 1999 nimmt die Bedeutung erneuerbarer Energieträger am Strommix deutlic zu. So steigt der Anteil regenerativ erzeugten Stroms zwiscen 1998 und 2015 von ca. 4,7 % auf ca. 29,0 % um 2016 auf diesem Stand zu verarren. Da die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen per Definition keine direkten CO 2-Emissionen verursact, sinkt mit irer Zuname der Emissionsfaktor für den Strommix. Deutlic überlagert wird dieser positive Effekt jedoc durc die scon erwänte Inbetriebname neuer fossiler Kraftwerkskapazitäten in den Jaren 1999 bis Erst ab dem Jar 2002 wird der steigende Anteil erneuerbarer Energien und der Wecsel zwiscen dem Brennstoffeinsatz Steinkole und Erdgas zur Stromerzeugung in der Entwicklung des Indikators sictbar. Dies erklärt die Entwicklung absoluter und spezifiscer Emissionen. In den Jaren 2013 und 2014 aben auc die Änderungen bei den Brennstoffpreisen (öere Preise für Erdgas) und der damit einergeende öere Einsatz von Brennstoffen mit öerem Kolenstoffgealt den Strommix beeinflusst. Dieser Trend at sic 2016 sic zu Gunsten des Erdgases wieder umgekert. (Abb. 3) 19

21 4.2 Entwicklung gesamte CO2-Emissionen aus der Stromerzeugung Abb. 4: Entwicklung der absoluten und der spezifiscen Kolendioxid-Emissionen der Stromerzeugung im Vergleic (one Beactung des Stromandelssaldos) 2015* vorläufig 2016** gescätzt Quelle: eigene Berecnungen Umweltbundesamt März 2017 Sinkenden spezifiscen Emissionen zwiscen 1990 und 2016 aus der Stromerzeugung steen in der Summe sinkende Kolendioxidemissionen aus der Stromerzeugung gegenüber. Scwankungen in den absoluten Kolendioxidemissionen sind bedingt durc: den Brennstoffwecsel in der Stromerzeugung (wacsender Anteil der erneuerbaren Energien und Wecsel zu emissionsärmeren Brennstoffen), den fluktuierenden Strombedarf entsprecend der wirtscaftlicen Entwicklung, verbesserte elektrisce Wirkungsgrade bei in den letzten Jaren neu ans Netz gegangen Kraftwerken und Wurden im Jar 1990 noc 366 Mio. Tonnen Kolendioxid aus der Stromerzeugung emittiert, so waren es im Jar 2014 noc 316 Mio. Tonnen. Dies entsprict einer Reduzierung der Gesamtemissionen der Stromerzeugung von fast 14 %. Für das Jar 2016 wird eine Verringerung der Kolendioxideinsparung im Stromsektor um ca. 16 % (absolut 306 Mio. Tonnen Kolendioxid) gegenüber 1990 erwartet. Überarbeitungen im Bereic der Abfall- und Ersatzbrennstoffe und Aktualisierungen der Datenquellen für die Emissionsberecnungen zum Beispiel der Energiebilanzen fürten zu Korrekturen im Bereic der absoluten Kolendioxidemissionen gegenüber der Erstveröffentlicung. Die Aktualisierung der Energiebilanzen seitens der Arbeitsgemeinscaft Energiebilanzen (AGEB) wurde im Berict Revision der Energiebilanzen 2003 bis 2009 mit Stand vom dokumentiert und ist auf der Internetseite der AGEB abrufbar (8). Die Aktualisierungen zu Berec- 20

22 nungen der Emissionen aus Abfällen und Sekundärbrennstoffen sind im Nationalen Inventarberict zum Deutscen Treibausgasinventar (NIR) dokumentiert (9). Im Zusammenspiel von Stromverbrauc und spezifiscen Kolendioxidemissionen ergibt sic ein Minimum der absoluten Kolendioxidemissionen im Betractungszeitraum ab 2003 im Jar 2009 von ca. 301 Mio. Tonnen. Dies entsprac einer Reduzierung von ca. 18 % gegenüber Entsprecend dieser Entwicklung weist der Emissionsfaktor im Jar g/kw und der Emissionsfaktor Strominlandsverbrauc im Jar 2013 von 617 g/kw aus. Hier wird der Einfluss des Stromandelssaldos deutlic. Da das Jar 2009 das Jar der Wirtscaftskrise war ist es als Ausnamejar zu betracten. Nacdem nac 2009 wieder eine Steigerung der Emissionen aus der Stromerzeugung zu verzeicnen war, weisen die Daten ab dem Jar 2014 auf sinkende CO 2-Emissionen. Dies bedingt auc sinkende Emissionsfaktoren ab 2013 von 580 g/kw auf 527 g/kw im Jar Trotz Scwankungen ist eine sinkende Tendenz feststellbar. Abb. 5: Entwicklung der absoluten Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung und der Entwicklung des Stromverbraucs im Vergleic 2015* vorläufig 2016** gescätzt Quelle: eigene Berecnungen Umweltbundesamt März

23 5 Zusammenfassung Der Kolendioxid-Emissionsfaktor für den deutscen Strommix ist ein Indikator für die Klimaverträglickeit der Stromerzeugung. Er darf jedoc nict losgelöst von der Entwicklung des Stromverbraucs im Inland insgesamt und den gesamten aus der Stromerzeugung entsteenden Kolendioxidemissionen sowie des Stromandelssaldos betractet werden. Die biserige Entwicklung des in Summe sinkenden Trends von 761 g CO 2/kW im Jar 1990 (Emissionsfaktor Strommix) auf 564 g CO 2/kW im Jar 2014 ist positiv zu bewerten. Auc der für 2015 ocgerecnete CO 2-Emissionsfaktor in Höe von 534 g CO 2/kW, und der für 2016 gescätzte Wert von 527 g CO 2/kW bestätigen den sinkenden Trend. Der bemerkenswerte Ausbau der erneuerbaren Energien at eine spürbare Senkung des Kolendioxid-Emissionsfaktors zur Folge. Dieser Effekt wird allerdings für die Jare 2010 bis 2013 stark überlagert durc den Umbau des fossilen Kraftwerksparks. Eine verstärkte Verstromung von Kole durc den Zubau neuer Kolenkraftwerke fürte sowol zu steigenden absoluten als auc spezifiscen Kolendioxidemissionen aus der Stromerzeugung, da Kolenkraftwerke einen deutlic öeren Emissionsfaktor als der des deutsce Strommix aben. Ab dem Jar 2014 fürte der wieder gesunkene Stromverbrauc gekoppelt mit dem Anstieg der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu einer Verringerung der absoluten und spezifiscen CO 2- Emissionen. Für 2016 wird trotz weiter gestiegenen Stromverbraucs eine Verringerung der Emissionen der Stromerzeugung und der spezifiscen CO 2-Emissionen gescätzt. Dies ist auf den weiter stark gestiegenen Anteil der Erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung, die Steigerung der elektriscen Wirkungsgrade bei neu gebauten Kraftwerken und den eröten Anteil von Erdgas bei der Stromerzeugung zurück zu füren. Der stetig seit 2004, mit Ausname des Jares 2011, wacsende Stromandelsexport- Überscuss fürt zu einem steigenden Anteil der CO 2-Emissionen welce nict dem im Inland verbraucten Strom zuzuordnen sind. Entsprecend der internationalen Berictskonventionen sind Emissionen jedoc in dem Land zu bilanzieren, wo sie entsteen (Verursacer- /Quellenprinzip). Dies fürt zu einer metodenbedingten Verzerrung des spezifiscen CO 2- Faktors für den in Deutscland verbraucten Strom. Vergleicsweise wurden auc die Emissionen berecnet, die sic one eine Anrecnung des Stromandelsexportüberscusses auf den deutscen Stromverbrauc ergeben würde. Für das Jar 2014 würden sic die direkten CO 2-Emissionen für die Stromerzeugung von 316 Mio. t auf 296 Mio. t verringern. Für 2016 wären 28 Mio. t Kolendioxid Differenz prognostiziert. Für das Erreicen der Klimaziele ist es notwendig, dass die absoluten Kolendioxidemissionen der Stromerzeugung stark sinken. Weitere Anstrengungen zur Reduzierung der Kolendioxidemissionen aus der Stromerzeugung sind dringend notwendig. Dazu geört vor allem die weitere Modernisierung des vorandenen Kraftwerksparks durc den Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien, die Reduzierung des Stromandelsexportüberscusses, der weitere Umstieg auf CO 2-arme Brennstoffe und der Ausbau der Kraft- Wärmekopplung sowie die Effizienzsteigerung bei der Stromerzeugung. Aber auc der sparsame Umgang mit dem vermeintlic sauberen Energieträger Strom ist ein wictiges Mittel für die Kolendioxidreduzierung. 22

24 6 Quellenverzeicnis (1) IPCC-Guidelines 2006 ttp:// aufgerufen am (2) AGEB; Stand April 2010 Vorwort zu den Energiebilanzen für die Bundesrepublik Deutscland Seite 10 ttp:// aufgerufen am (3) Umweltbundesamt, FG I 2.6; Datenbank Zentrales System der Emissionen (ZSE) Stand 03/2017 (4) Umweltbundesamt; FG I 2.5: Eigene Berecnungen auf Grundlage der Tabelle Stromerzeugung nac Energieträgern der Arbeitsgemeinscaft Energiebilanzen (AGEB), ttp:// aufgerufen am (5) Destatis, 2015, Facserie 19 Reie 1 (6) Bruttostromerzeugung in Deutscland von 1990 bis 2016 nac Energieträgern Stand ttp:// energiebilanzen.de/index.pp?article_id=29&filename= _brd_stromerzeugung pdf, aufgerufen am (7) Kraftwerksdatenbank des UBAs-UBA-interne Angaben zu Wirkungsgraden ttps:// (aufgerufen am ) (8) AGEB, Stand Revision der Energiebilanzen 2003 bis 2009 ttp:// aufgerufen am (9) Umweltbundesamt, Nationaler Inventarberict Deutscland 2017, Bericterstattung unter der Klimaramenkonvention der Vereinten Nationen und dem Kyoto-Protokoll 2017, Nationaler Inventarberict Zum Deutscen Treibausgasinventar , Veröffentlicung unter ttp://cdr.eionet.europa.eu/de/eu/mmr/art07_inventory/gg_inventory/envwmo5ba/ (10) ÖKO-INSTITUT, 2004c CO 2 Emissionsfaktoren für die Erstellung der nationalen Inventare. Teilbereic für den nationalen Inventarberict 2004 Veröffentlicung in ttp://unfccc.int/files/national_reports/annex_i_gg_inventories/national_inventories_submi ssions/application/zip/deu_2004_nir_30apr.zip, Kapitel 13.8 (11) AGEB, Stand Februar 2017, Energiebilanzen ( Stand28.02/2017) ttp:// 23

25 Anang 1: CO 2 -Emissionen der Stromerzeugung gemäß Datenbank ZSE in Mio t Jar Braunkolen Steinkolen Erdgas Mineralöle Müll (fossil) sonstige * gesamt 2016** * vorläufige Daten ** gescätzte Daten Rundungen können zu abweicenden Summen füren Quellen: Umweltbundesamt, ZSE; März

26 Anang 2: Aus der Bruttostromerzeugung berecneter Stromverbrauc Jar Erdgas Kernenergie Steinkole Braunkole Mineralölprodukte Wasserkraft Laufwasser Windenergie Biomasse Potovoltaik Müll Einfur Ausfur übrige Energieträger Wasserkraft Pumpsst rom (abzüglic) Stromverbrauc insgesamt Stromandelssaldo 25

27 Jar Erdgas Kernenergie Steinkole Braunkole Mineralölprodukte Wasserkraft Laufwasser Windenergie Biomasse Potovoltaik Müll Einfur Ausfur übrige Energieträger Wasserkraft Pumpsst rom (abzüglic) Stromverbrauc insgesamt Stromandelssaldo * ** * vorläufige Daten ** gescätzte Daten Rundungen können zu abweicenden Summen füren Quellen: Umweltbundesamt, eigene Berecnungen, März 2017 Der Stromverbrauc errecnet sic aus der Bruttostromerzeugung abzüglic der anteiligen Verluste durc Kraftwerkseigenbedarf, Leitungsverluste (Anteils an der Bruttostromerzeugung) und Pumpstrom (nur Wasserkraft Pumpspeicer!). 26

28 UBA Texte Kopfzeile: bitte Namen des Projektes / Berictes eintragen (evtl. in Kurzform) Anang 3: Emissionsfaktoren entsprecend ZSE Material [kg/tj] Andere Mineralölprodukte Braunkolenbriketts Braunkolenstaub-/Wirbelscictkole Deponiegas Dieselkraftstoff Erdgas Flüssiggas Gict- u. Konvertergas Grubengas Hartbraunkole Hausmüll/Siedlungsabfall fossil Heizöl, leict Heizöl, scwer Industriemüll fossil Klärgas Kokerei-/Stadtgas Petrolkoks Raffineriegas Robraunkole Helmstedt Robraunkole Hessen Robraunkole Lausitz Robraunkole Mitteldeutscland Robraunkole Reinland Rückstände Papierindustrie, fossil Sonderabfall Sonstige ergestellte Gase Steinkole Steinkolenbriketts Steinkolenkoks Quelle: Umweltbundesamt, ZSE Submission 2017 Stand 03/