Voraussetzungen zur Erfüllung ökologischer und ökonomischer Zielsetzungen der Energiewende

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1 Voraussetzungen zur Erfüllung ökologischer und ökonomischer Zielsetzungen der Energiewende Workshop zum Strommarktdesign der Energiewende 5. Juli 2012 in der Thüringer Landesvertretung in Berlin Prof. Dr. Ottmar Edenhofer

2 Das gegenwärtige globale Energiesystem ist durch die fossilen Energieträger dominiert Traditional biomass 6% Modern bioenergy 4% Anteile von Energieträgern am globalen Primärenergieangebot in 2008 IPCC SRREN (2011) In allen 164 Szenarien werden die Erneuerbaren weiter ausgebaut 2

3 Das technische Potenzial der Erneuerbaren Energien 3

4 Die Kosten der Erneuerbaren sind meist noch höher als die der Nicht-Erneuerbaren, aber... SRREN, Edenhofer et al. (2011) 4

5 ...manche EE-Technologien sind bereits wettbewerbsfähig Kleine KWK Anlage (Dampfturbine) Binärkreislaufkraftwerk Heimischer Pelletheizkessel Palmöl-Biodiesel SRREN, Edenhofer et al. (2011) 5

6 Erreichen der Zielsetzungen: Welche Instrumente? CO2 Preis EE Förd.??? CO2 Preis CO2 Preis + EE Förd. EE Förd. Vermeidungspuristen Hybridfraktion Förderungspuristen 6

7 Fall 1: CO2 Preis ist ausreichend MC Black Electricity MC Green Electricity MC Black Electricity MC Green Electricity Social Costs of Carbon PE 2 PE 1 PE 1 Black Energy Green Energy Black Energy Green Energy Edenhofer et al

8 Fall 2: Förderung der EE ist nicht sinnvoll MC Black Electricity PE 3 PE 2 MC Green Electricity Verschiedene stabile Gleichgewichte (PE3 & PE1) sind möglich wenn die Angebotskurven nicht konvex sind (PE 2 ist nicht stabil). PE 1 Ohne zusätzliche Förderung steuert das System in das Gleichgewicht PE 3. Black Energy Green Energy PE 3 > PE 1 : Das System ist effizient. Edenhofer et al. (2007) 8

9 Fall 3: Förderung der EE ist sinnvoll Social Costs of Carbon Die Internalisierung der sozialen Kosten (z.b. durch ein ETS) verbessert die Wettbewerbsfähigkeit der EE Solange PE 3 erhalten bleibt ist das System nicht effizient. Edenhofer et al. (2007) 9

10 Learning-by-Doing 10

11 Externalitäten und Instrumente entlang der Innovationskette Grundlagen F&E Angewandte F&E Demonstration Nischenmarkt Diffusion / Integration Quelle: Grubb (2004) F&E Spillover Netzwerk- / Koordinations-Ext. (z. B. Aufbau der Lieferkette) Lern-Spillover Informations Externalität (z. B. Unsicherheiten über Kosten, imperfekter Kapitalmarkt) Quelle: Jaffe et al. (2005) Rodrik (2004) Fischer & Newell (2008) Technologie Push-Instr. Markt Pull-Instrument 11

12 Herausforderungen der Integration & Lösungsoptionen Grundlagen F&E Angewandte F&E Demonstration Nischenmarkt Diffusion / Integration Vernetzung (simultan) Regelung (Sekunden bis Tage) Adäquate Kapazität (Monate bis Jahre) Quelle: nach IEA (2010) Ausbau des Stromnetzes Flexibilität der konv. Erzeugung Management der Nachfrage (DSM) Speicher Aufbau von Backup Kapazitäten Überregionale Verbundsysteme Infrastruktur-Instr. Marktdesign(s) 12

13 Integrierter Regulierungsrahmen Technologische Aspekte Sektorale Aspekte Weitere Aspekte: Sonstige Sektoren Fiskalsystem Industriepolitik Technologie Push-Instr. Markt-Pull-Instrument Marktdesign(s) Infrastruktur-Instrument 13

14 Unsicherheit über den zukünftigen Strompreis Großhandelspreis (baseload) [ /MWh] Knopf et al., 2012 Unsicherheit aufgrund von externen Treibern (z.b. Gaspreis) Unsicherheit über das zukünftige Marktdesign für Erneuerbare 14

15 Integrationsoptionen für Erneuerbare Verbesserte Wettervorhersagen Bessere Planung der Stromeinspeisung durch Erneuerbare Nachfragesteuerung Anpassung der Nachfrage an die Einspeisung der Erneuerbaren Flexible Kraftwerke Bereitstellung der Restleistung Netzausbau Großflächige Zusammenlegung unkorrelierter Schwankungen (>300km): Import / Export zwischen Ländern Energiespeicherung Stromspeicherung wenn viel Erneuerbare Energie generiert wird und Stromeinspeisung wenn wenig generiert wird 15

16 Systemintegration der Erneuerbaren Energien Spannbreite der Nachfrage Preis Preisspanne Spitzenkraftwerk Erdgas Steinkohle Braunkohle Angebot Altes System: Angebot konventionell; Nachfrage fluktuierend Preis wird durch Grenzkraftwerk bestimmt, meistens Gaskraftwerk Mittlerer Preis entspricht in etwa den Grenzkosten des Gaskraftwerks Große Preisspanne aufgrund der Variation bei der Nachfrage 16

17 Systemintegration der Erneuerbaren Energien Spannbreite der Nachfrage Preis Preisspanne Spitzenkraftwerk Erdgas Steinkohle Braunkohle Erneuerbare Angebot Neues System: Erneuerbare kommen mit Grenzkosten von Null in den Markt Spitzenkraftwerke und weniger effiziente Gaskraftwerke werden nicht mehr gebraucht Anlagen werden stillgelegt Niedriger mittlerer Preis reduziert den Anreiz für Neuinvestitionen Niedrige Preisspanne reduziert den Anreiz für Speichertechnologien 17

18 Systemintegration der Erneuerbaren Energien Spannbreite der Nachfrage Preis Preisspanne Preisspanne Spitzenkraftwerk Peaking plants Erdgas Natural gas Steinkohle Hard coal Braunkohle Lignite Erneuerbare Fluktuation Angebot Fluktuationen sind bedeutend bei hohem Anteil der Erneuerbaren Linksverschiebung des konventionellen Angebotes, wenn das Angebot der Erneuerbaren niedrig ist Nicht genügend Angebot, wenn gleichzeitig die Nachfrage hoch ist Verlässlichkeit / Versorgungssicherheit ist gefährdet 18

19 Was sind die vollständigen Kosten fluktuierender EE (fee)? Investition (Lernkurven) Nachfragekorrelation (RLDC) Vollständigen Kosten Erzeugungs-? = + kosten (Standard LCOE) System Kosten Residuale Kraftwerke EE Potential Flexibilitäts- Optionen, z.b. Speicher & Übertragung Zusätzliche Kosten können wesentlich sein. LCOE Indikator muss erweitert werden. 19

20 System LCOE steigern mit höherem Anteil von fee System LCOE ( ct/kwh) VRE generation VRE generation (no curtailment) Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment) Deutschland (2008), wind:solar=3: Anteil variabler EE (%) 20

21 System LCOE steigern mit höherem Anteil von fee System LCOE ( ct/kwh) VRE generation VRE generation (no curtailment) fossil (without VRE) Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment) Deutschland (2008), wind:solar=3: Anteil variabler EE (%) 21

22 System LCOE steigern mit höherem Anteil von fee System LCOE ( ct/kwh) VRE generation VRE generation (no curtailment) fossil (without VRE) fossil Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment) Fossile System LCOE steigen mit höherem Anteil von fee German data (2008), wind:solar=3:1, No climate externality, no flexibility options Anteil variabler EE (%) 22

23 System LCOE steigern mit höherem Anteil von fee System LCOE ( ct/kwh) VRE generation VRE generation (no curtailment) fossil (without VRE) fossil VRE + additional costs Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment) Fossile System LCOE steigen mit höherem Anteil von fee Die zusätzlichen Kosten sind klein (~10%) wenn sie auf die fee LCOE aufgeschlagen werden 2 0 German data (2008), wind:solar=3:1, No climate externality, no flexibility options Anteil variabler EE (%) 23

24 System LCOE steigern mit höherem Anteil von fee System LCOE ( ct/kwh) VRE generation VRE generation (no curtailment) fossil (without VRE) fossil VRE + additional costs total German data (2008), wind:solar=3:1, No climate externality, no flexibility options Anteil variabler EE (%) Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment) Fossile System LCOE steigen mit höherem Anteil von fee Die zusätzlichen Kosten sind klein (~10%) wenn sie auf die fee LCOE aufgeschlagen werden Mit Variabilität: Mittlerer Anstieg der FEE LCOE (for Anteile <50% in DE) Gesamte Systemkosten steigen mit hohen Anteilen der fee Systemimplikationen werden berücksichtigt Soziale Kosten Perspektive Indikator für Politik Ansatz nicht sehr einfach Verbesserung des frameworks 24

25 Neue Herausforderung für die Klima- und Energiepolitik Reform des Emissionshandels Förderung der Erneuerbaren Integrationsoptionen für Erneuerbare 25