Erneuerbarenförderung, CO2-Vermeidung und Elektrizitätspreise Die Rolle von Preisdiskriminierung bei Erneuerbaren Energien IEWT 2013

Erneuerbarenförderung, CO2-Vermeidung und Elektrizitätspreise Die Rolle von Preisdiskriminierung bei Erneuerbaren Energien IEWT 2013 Christoph Weber Dominik Schober Oliver Woll

Erneuerbarenentwicklung in DE 140,000 120,000 Hydropower Biomass * Wind energy Photovoltaics EEG: January 2009 100,000 EEG: April 2000 EEG: August 2004 [GWh] 80,000 60,000 40,000 StromEinspG: January 1991 - March 2000 Amendment to BauGB: November 1997 20,000 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 * Solid and liquid biomass, biogas, sewage and landfill gas, biogenic share of waste; electricity from geothermal energy not presented due to negligible quantities produced; 1 GWh = 1 Mill. kwh; StromEinspG: Act on the Sale of Electricity to the Grid; BauGB: Construction Code; EEG: Renewable Energy Sources Act; source: BMU-KI III 1 according to Working Group on Renewable Energy-Statistics (AGEE-Stat); image: BMU / Christoph Edelhoff; as at: March 2012; all figures provisional Source: BMU 2011

Das Wichtigste in Kürze Frage: Welches Instrument unterstützt welches normative politische Ziel? Politisches Ziel: Maximierung der Konsumentenrente Wohlfahrt Gewichtung Konsumenten-/Produzentenrente mit den Steuerungsinstrumenten First-best (CO2-Zertifikate, Pigou-Steuer) Second-best (Einspeisevergütung, Quote) Ergebnis: First-best -Instrumente sind zwar effizient ABER: Second-best -Instrumente können durch Preisdiskriminierung gezielt die langfristig steigenden Grenzkosten der Erneuerbaren berücksichtigen senken Endkundenpreise und unterstützen damit stärker Konsumenten abhängig vom normativen politischen Ziel kann ein second-best -Instrument aus Wohlfahrtssicht vorteilhaft sein

Agenda 1. Motivation 2. Against the economic gods? Gründe für eine spezifische Erneuerbarenförderung 3. Auswirkungen der Erneuerbarenförderung in einem partiellen Gleichgewichtsmodell 4. Schlussfolgerungen 4

Ansätze / Instrumente zur Erneuerbarenförderung 1. CO2-Zertifikate Markt / Pigou-Steuer 2. Quotensystem für Erneuerbare z.b. ROCs in UK, Green Certificates in NO/SE 3. Marktprämien oder Bonusmodelle z.b. (erlösstabilisierende) Marktprämie in DE mit EEG-Novelle 12, oder für Wind in ES 4. Feste Einspeisevergütung z.b. klassisch EEG in DE, zahlreiche Fördersysteme in vielen EU-Staaten und anderswo 5. Tender / Versteigerungen z.b. Offshore-Wind in DK und UK 5

Ziele der Instrumente zur Erneuerbarenförderung Ö1) Reduktion von Treibhausgasemissionen Ö2) Geringe ökonomische Gesamtsystemkosten (produktive/allokative Effizienz) E1) Erreichung der Ausbauziele für Erneuerbare als pol. Ziel an sich E2) Geringe Kosten für Konsumenten E3) Geringe Kosten für energieintensive Unternehmen im internat. Wettbewerb Z1) Umstellung auf dezentralisierte Erzeugungsstrukturen Z2) Schaffung von Arbeitsplätzen und industrielles Know-How 6

Ziele der Instrumente zur Erneuerbarenförderung Ö1) Reduktion von Treibhausgasemissionen Ö2) Geringe ökonomische Gesamtsystemkosten (produktive/allokative Effizienz) Umfassendes THG-Zertifikatesystem oder Pigou-Steuer Erstbeste (First-best)-Lösungen in der Umweltökonomik 7

Ziele der Instrumente zur Erneuerbarenförderung Ö1) Reduktion von Treibhausgasemissionen Ö2) Geringe ökonomische Gesamtsystemkosten (produktive/allokative Effizienz) E1) Erreichung der Ausbauziele für Erneuerbare als pol. Ziel an sich Umfassendes Grüne Zertifikate-System Erstbeste (First-best)-Lösung, um EE-Ziele zu erreichen 8

Ziele der Instrumente zur Erneuerbarenförderung Ö1) Reduktion von Treibhausgasemissionen Ö2) Geringe ökonomische Gesamtsystemkosten (produktive/allokative Effizienz) E1) Erreichung der Ausbauziele für Erneuerbare als pol. Ziel an sich E2) Geringe Kosten für Konsumenten Differenzierte Förderung nach Technologieklassen Normative wohlfahrtsökonomische Begründung: Konsumentenrentenziel statt Maximierung der Wohlfahrt aus Produzenten- und Konsumentenrente 9

Kosten /MWh Effizienzanreize Einheitlicher Zertifikatepreis Effizienzanreize vs. Eliminierung von Produzentenrenten Zielausbaumenge Potential GWh Basepreis Kosten /MWh Differenzierte Tarife Effizienzanreize Basepreis Zielausbaumenge Potential GWh

Ziele der Instrumente zur Erneuerbarenförderung Ö1) Reduktion von Treibhausgasemissionen Ö2) Geringe ökonomische Gesamtsystemkosten (produktive/allokative Effizienz) E1) Erreichung der Ausbauziele für Erneuerbare als pol. Ziel an sich E2) Geringe Kosten für Konsumenten E3) Geringe Kosten für energieintensive Unternehmen im internat. Wettbewerb Diskriminierende Ausgestaltung der Erneuerbarenumlagen verlängerte Ausnahmeregelungen für energieintensive Unternehmen im EEG 2012 Ökonomische Begründung: Optimale Besteuerung bei unterschiedlichen Subsitutionselastizitäten 11

Textbook economics : CO2-Vermeidung in first-best -Lösung GVK GSK GVK GVK R GVK GSK GVK C GVK R Kosumenten rente t* Produzenten rente E* E E 1 E 2 Optimale Vermeidung bei Schnittpunkt der Grenzschadenskosten- (GSK) und Grenzvermeidungskosten (GVK)-Kurven Die aggregierte GVK entsteht durch horizontale Aggregation der konventionellen und der erneuerbaren Erzeugung Optimale Vermeidungspolitik führt zu einem Einheitspreis für CO2-Vermeidung Wohlfahrt bzw. Wohlfahrtsgewinn wird durch Summe aus Konsumenten- und Produzentenrenten bestimmt 13

D max (Nicht so bekannte) Textbook economics : Langfristiges (konventionelles) Strommarktgleichgewicht K3 K2 K1 Q3 Q2 K1 Q1 C(t) G4 G3 T G2 T 0 G1 t C n (t) = c n inv + c n op t CO2-Restriktion als zusätzliche Gleichgewichtsrestriktion (Optimierungsproblem) CO2-Preis wird auf variable Kosten aufgeschlagen Steigungen der Kostenkurven und Schnittpunkte ändern sich P(t) t 1 t 2 t op p(t) = c k(t) 14 t 1 t 2 t

Fallstudie: 3 konventionelle Technologien, exemplarisch kalibriert auf DE Lineare Nachfragefunktion: Peak 80 GW Minimum 40 GW Stromnachfrage: 526 TWh Kapitalzins: 8 % (real) Konventionelle: Fixkosten Variable Kosten Investitions- Lebensdau kosten er Effizienz Brennstoffpreis CO2 Intensität [Mwhel [t CO2 [ /kwel] [Jahre] /MWhfu] [ /MWhBR] /MWhfu] Kohle 1300 40 0.47 12 0.34 GuD 800 30 0.6 27 0.2 Gasturbine 400 20 0.38 40 0.2 Erneuerbare: Bestand, geringe Kosten: 30 TWh, 30 EUR/MWh Neubau, lineare Kostenpotentialkurve: 100 TWh, min. 45 EUR/MWh, max. 95 EUR/MWh 15

CO2-Vermeidungskostenkurve bei Kohle-/Gas-Switch 60 [EUR/t] 50 40 CO2 price 30 20 10 0-200 -180-160 -140-120 -100-80 -60-40 -20 0 [Mt] CO2 abatement 16

(Angenommene) Kostenpotentialkurve Erneuerbare 200 100 [EUR/t] 90 150 Electricity potential 100 50 0 100 [EUR/MWh] 90 80 80 70 70 CO2 price 60 50 40 60 50 40 Production cost 30 30 20 20 10 10 0-100 -80-60 -40-20 0 [Mt] CO2 abatement 0 17

Interaktionseffekte Einfache Addition der Vermeidungskostenkurven ist nicht möglich 2 Hauptgründe Fluktuierende, stochastische Einspeisung modifiziert die Residuallastkurve 90000 [MW] 80000 70000 60000 50000 40000 30000 Load Residual Load 20000 10000 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 [h] 9000 Mit steigenden Erneuerbarenausbau ändert sich auch die Grenzvermeidung zusätzlicher Erneuerbarer 18

CO2-Vermeidungskostenkurve für Gas und Erneuerbare im firstbest -Setting 100 [EUR/t] 90 80 70 CO2 price 60 50 40 30 20 10 0-200 -180-160 -140-120 -100-80 -60-40 -20 0 [Mt] CO2 abatement 19

Alternative: Differenzierte Feste Einspeisevergütung (FEV) Warum sollte eine FEV zu geringeren Preisen führen? Preisdiskriminierung zwischen Erneuerbaren und anderen Energieträgern senkt den CO2-Preis für konventionelle Energie Preisdiskriminierung zwischen verschiedenen Erneuerbaren reduziert Produzentenrenten 2 Designparameter, um gegebenes CO2-Ziel zu erreichen: Erneuerbarenausbau CO2-Zertifikatepreis Anschließend: Optimierung mit Ziel der Konsumentenrentenmaximierung 20

Endkundenpreise FEV vs First-Best 80 70 Endkundenpreis in Euro 60 1st-best, WF_max 50 40 2nd-best, KR_max 30 1st-best, KR_max 20 10 0-250 -200-150 -100-50 0 CO2 Emissionen/Vermeidung in Mt 21

Erneuerbaren-Ausbau und CO2-Preis unter Konsumentenrentenmaximierung 50 [EUR/t] 45 CO2 price 40 35 30 25 20 15 10 5 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15 [TWh] Renewable production 0 0-200 -150-100 -50 0 [Mt] CO2 abatement 22

Schlussfolgerungen Aus Endkundensicht ist eine gut designte FEV besser als eines der beiden first-best -Instrumente Aus Wohlfahrtssicht trifft jeweils das Gegenteil zu insbesondere die Staatseinnahmen sind bei der FEV geringer Zwei Effekte können voneinander getrennt werden Preisdiskrimierung zwischen erneuerbaren und konventionellen Technologien Preisdiskrimierung zwischen verschiedenen erneuerbaren Technologien Das ist kein Argument für schlecht designte FEVs 24