Freitag, 15. Dezember 2017
-   ZUKUNFTSFRAGEN

Auswirkungen von deutschen CO2-Vermeidungszielen im europäischen Strommarkt

Joachim Bertsch, Dietmar Lindenberger, Martin Paschmann und Johannes Wagner

Die deutsche Klimapolitik sowie die aktuelle politische Diskussion sind geprägt von Vorschlägen nationaler Maßnahmen zur Realisierung deutscher CO2-Vermeidungsziele. Gleichzeitig finden Strom- und Emissionshandel zunehmend auf europäischer Ebene integriert statt, so dass die Grenzen zwischen den Märkten verschwinden. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Artikel die Folgen eines zusätzlichen CO2-Vermeidungsziels im deutschen Stromsektor und entsprechende Rückwirkungen im europäischen Strommarkt dargestellt. Dabei sind insbesondere Verlagerungseffekte innerhalb Europas von Interesse, die aus einem gemeinsamen Strombinnenmarkt sowie dem europäischen Emissionshandelssystem resultieren und den Widerspruch national orientierter Klimapolitik vor dem Hintergrund europäischer Emissionsvermeidungsziele verdeutlichen.

Hintergrund und Methodik

Die Bundesregierung strebt bis zum Jahr 2020 eine Reduktion der CO2-Emissionen in Deutschland um 40 % gegenüber 1990 an. Verschiedene aktuelle Studien kommen zu dem Ergebnis, dass dieses Ziel ohne zusätzliche Anstrengungen verfehlt wird [1]. Als relevanter Faktor wird in diesem Zusammenhang die weiterhin hohe Bedeutung der Stromerzeugung aus Stein- und Braunkohle gesehen, da Kohleverstromung von niedrigen Preisen für Emissionszertifikate sowie hohen Gaspreisen im Erzeugungswettbewerb profitiert und die aufgrund des Kernenergieausstiegs rückläufige Stromerzeugung in Kernkraftwerken ersetzt.

In diesem Zusammenhang werden aktuell zusätzliche Maßnahmen diskutiert, durch die die gesetzten nationalen Klimaziele erreicht werden sollen. So wird im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) [2] eine zusätzliche Reduktion der CO2-Emissionen des deutschen Stromsektors im Jahr 2020 um 22 Mio. t im Vergleich zu dem im Projektionsbericht der Bundesregierung prognostizierten Wert angestrebt.

Vor diesem Hintergrund sollen in diesem Beitrag die energieökonomischen Effekte einer zusätzlichen CO2-Mengenbeschränkung für den deutschen Stromsektor dargestellt werden. Dazu wird mit einem europäischen Strommarktmodell der Einfluss eines entsprechenden deutschen CO2-Reduktionsziels im Vergleich zu einem Referenzszenario, das die wahrscheinliche Entwicklung der europäischen Stromversorgung ohne ergänzende CO2-Beschränkungen abbildet, untersucht. Konkrete Instrumente der Umsetzung werden nicht abgebildet. Folglich werden nicht aktuell diskutierte Klimainstrumente, sondern eine technologieneutrale Vermeidung von CO2-Emissionen im deutschen Stromsektor analysiert.

Basierend auf einer zusätzlichen nationalen CO2-Vermeidung sind länderübergreifende Wechselwirkungen im europäischen Erzeugerwettbewerb sowie im CO2-Handelssystem EU-ETS zu erwarten. Da die Gesamtemissionen bis 2020 durch die Mengensteuerung im EU-ETS festgelegt sind, ist von einer Verlagerung CO2-intensiver Stromerzeugung in das europäische Ausland auszugehen. Folglich wird eine Einsparung an CO2-Emissionen in Deutschland zu erhöhten Emissionen in den Nachbarländern und damit lediglich zu einer regionalen Verschiebung von CO2-Emissionen führen.

Von Interesse sind in diesem Zusammenhang insbesondere die Auswirkungen auf den Kraftwerkspark in Deutschland und seinen Anrainerstaaten, den marktgetriebenen Stromaustausch zwischen Deutschland und seinen Nachbarländern sowie Verlagerungseffekte von Stromerzeugung und CO2-Emissionen. Der Fokus wird auf die Jahre 2020, 2025 und 2030 gelegt.

Betrachtete Szenarien

Zur Bestimmung des Effekts einer zusätzlichen deutschen CO2-Minderung wird ein „Minderungsszenario“ mit einem Referenzszenario verglichen [3]. Als Vergleichsgrundlage dient die Energiereferenzprognose 2014 [4], die im Auftrag des BMWi erstellt worden ist. Die Ergebnisse der Referenzprognose fließen in das Monitoring der Energiewende ein und bilden die wahrscheinliche energiewirtschaftliche Entwicklung in Deutschland unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen, demografischen und politischen Veränderungen im internationalen und nationalen Umfeld bis 2030 ab. Um bestmögliche Aktualität zu gewährleisten, wurden in dieser Studie im Vergleich zur Referenzprognose die Annahmen für die Stromnachfrage und die Brennstoffpreise entsprechend aktueller Entwicklungen angepasst. Der angenommene Verlauf der Brennstoffpreise entspricht dabei dem aktuellen World Energy Outlook 2014 der International Energy Agency [5]. Bei der Stromnachfrage in Deutschland wird bis 2030 eine konstante Entwicklung entsprechend des Szenariorahmens 2025 der Netzentwicklungsplanung angenommen [6].

Im „Minderungsszenario“ wird bis 2020 in Deutschland im Stromsektor eine zusätzliche Menge von 22 Mio. t CO2 im Vergleich zu den Prognosen des Projektionsberichts 2013 der Bundesregierung für den gesamten Kraftwerkspark vermieden. Dies entspricht der im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 angestrebten Emissionsminderung im deutschen Stromsystem. Für das Jahr 2020 wird angenommen, dass in Deutschland im Stromsektor 244 Mio. t CO2 emittiert werden dürfen. Dieser Wert ergibt sich aus den im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 des BMUB für das Jahr 2020 erwarteten 306 Mio. t CO2-Emissionen im Energiesektor, wovon 266 Mio. t auf den Stromsektor entfallen. Wird dieser Wert um 22 Mio. t reduziert, ergibt sich folglich der Zielwert von 244 Mio. t CO2 [7]. Für 2025 werden die CO2-Emissionen in Deutschland auf 187 Mio. t und für 2030 auf 161 Mio. t begrenzt. Dies entspricht den Annahmen des Szenariorahmens 2025 der Netzentwicklungsplanung [6].

Auswirkungen in Deutschland

Bis 2020 ist der Effekt des zusätzlichen CO2-Vermeidungsziels auf die Kraftwerkskapazitäten in Deutschland relativ klein. Dies ist auf die bestehenden Überkapazitäten im deutschen Kraftwerkspark zurückzuführen, die unabhängig von der zusätzlichen CO2-Vermeidung in beiden Szenarien abgebaut werden. Ab 2025 entstehen jedoch deutliche Veränderungen, die sich im Zeitverlauf bis 2030 verstärken. Im Wesentlichen bewirkt die zusätzliche CO2-Minderung eine geringfügige Substitution von Steinkohle- und Braunkohlekraftwerken durch Gas- und Windkraftwerke im deutschen Kraftwerkspark.

So ergibt sich bis zum Jahr 2030 im Minderungsszenario eine um 3,5 GW geringere installierte Leistung an Steinkohlekraftwerken und 1 GW weniger Erzeugungskapazität an Braunkohlekraftwerken, die einer entsprechenden zusätzlich installierten Leistung von 3,5 GW an Gaskraftwerken und 1 GW Erzeugungskapazität auf Basis von Windkraft gegenüberstehen (Abb. 1).

Die Betrachtung der Effekte eines zusätzlichen nationalen CO2-Minderungsziels auf die Bruttostromerzeugung in Deutschland zeigt, dass die Emissionsvermeidung hauptsächlich durch eine Reduktion der Verstromung von Steinkohle erzielt wird. Ab 2025 ist auch die Stromerzeugung in Gas- und Braunkohlekraftwerken im Minderungsszenario in Deutschland kleiner als im Referenzszenario.

Konkret werden im Stichjahr 2020 in deutschen Steinkohlekraftwerken im Minderungsszenario etwa 30 TWh weniger Strom erzeugt als im Referenzszenario. In den Jahren 2025 und 2030 ist die Reduktion mit etwa 75 TWh noch stärker. Die Mindererzeugung in Braunkohlekraftwerken beträgt 19 TWh in 2025 und 34 TWh in 2030. Die Stromerzeugung in Gaskraftwerken wird schließlich in 2025 um 10 TWh und in 2030 um 20 TWh reduziert (Abb. 2).

Kompensiert wird die fehlende Erzeugungsmenge im Wesentlichen durch zusätzliche Stromimporte (bzw. verminderte Stromexporte): Im Jahr 2020 ist das Importsaldo im Minderungsszenario gegenüber dem Referenzszenario um etwa 35 TWh höher (bzw. das Exportsaldo geringer). 2030 beträgt die Importsaldodifferenz im Szenarienvergleich 120 TWh. Zu beachten ist, dass Deutschland durch die zusätzliche nationale CO2-Minderung ab 2025 vom Nettostromexporteur zum Nettostromimporteur wird.

Die Emissionsmengen des deutschen Stromsektors werden durch die angenommenen Vermeidungsziele im Jahr 2020 um 26 Mio. t reduziert. Dieser Wert erhöht sich bis 2030 auf 102 Mio. t. Weiterhin entstehen Auswirkungen auf den deutschen Großhandelspreis für Strom. Diese sind jedoch mit einem Anstieg von 2 €/MWh in 2020 und 3 €/MWh in 2030 vergleichsweise klein.

Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse, dass die zusätzliche nationale CO2-Vermeidung im Wesentlichen durch verringerte Stromerzeugung innerhalb Deutschlands und entsprechende Stromimporte, die nicht in die deutsche CO2-Bilanz eingehen, erzielt wird.

Auswirkungen im europäischen Ausland

Im europäischen Ausland entstehen durch die zusätzliche deutsche CO2-Vermeidung entgegengerichtete Effekte. Sowohl in Nachbar- als auch Nicht-Nachbarländern bedingt das zusätzliche deutsche CO2-Vermeidungsziel eine erhöhte Kapazität an Steinkohle- und Braunkohlekraftwerken. Die installierte Kapazität von Gaskraftwerken nimmt dagegen bis zum Stichjahr 2030 im europäischen Ausland ab (Abb. 3). Bei differenzierter Betrachtung der einzelnen Länder wird deutlich, dass ein Großteil der Kapazitätseffekte in Belgien und den Niederlanden auftritt [8].

In der Bruttostromerzeugung lässt sich im Szenarienvergleich insbesondere eine höhere Stromproduktion beim Energieträger Steinkohle beobachten. Auch die Verstromung von Braunkohle und Gas wird im europäischen Ausland durch die zusätzliche deutsche CO2-Vermeidung erhöht. Im Jahr 2020 ergibt sich somit eine um 28 TWh erhöhte Stromerzeugung aus Steinkohle sowie eine um 4 TWh erhöhte Erzeugung aus Gas und eine um 3 TWh erhöhte Stromerzeugung aus Braunkohle. Im Jahr 2030 betragen diese Werte 102 TWh für Steinkohle, 12 TWh für Braunkohle und 23 TWh für Gas. Die erhöhte konventionelle Erzeugung im Minderungsszenario wird als zusätzlicher Stromexport der Länder wirksam und deckt so den erhöhten deutschen Stromimportsaldo (Abb. 4).

Als Auswirkungen der zusätzlichen deutschen Maßnahme zeigen sich insbesondere in Polen, Belgien, den Niederlanden, Tschechien und Dänemark Verlagerungseffekte (Abb. 5). Darüber hinaus treten auch in den Ländern, die nicht direkte Nachbarn von Deutschland sind, Effekte auf, wenn auch vergleichsweise geringer. Diese sind auf die entlastende Wirkung der zusätzlichen deutschen CO2-Vermeidung auf den Preis für Emissionszertifikate im EU-ETS zurückzuführen, die auch in den geografisch weiter entfernten Ländern die Wirtschaftlichkeit von emissionsintensiven Kraftwerken verbessert.

Die CO2-Emissionen im europäischen Ausland erhöhen sich infolge der zusätzlichen deutschen CO2-Vermeidung. Im Jahr 2020 betragen die zusätzlichen Emissionen 25 Mio. t. Dieser Wert erhöht sich bis 2030 auf 90 Mio. t. Es wird somit deutlich, dass die im deutschen Stromsektor vermiedenen Emissionsmengen fast vollständig durch entsprechende Mehremissionen im europäischen Ausland ausgeglichen werden. Weiterhin entstehen kleinere Verlagerungseffekte im deutschen Wärmesektor, da durch die sektorale CO2-Vermeidung auch KWK-Kraftwerke belastet werden und somit zusätzliche ungekoppelte Wärmeerzeugung in Deutschland erfolgt.

Klimapolitik funktioniert nur im europäischen Kontext

Die Ergebnisse der Modellrechnungen zeigen die Wechselwirkungen nationaler Energiepolitik im Kontext des europäischen Strommarktes. Die zusätzliche Verringerung von CO2-Emissionen im deutschen Strommarkt führt nicht zu einer Reduktion der gesamten europäischen CO2-Emissionen, sondern lediglich zu Emissionsverlagerungen von Deutschland in das europäische Ausland. Eine auf Deutschland beschränkte Klimapolitik mit nationalen Klimazielen steht den Grundzügen integrierter europäischer Stromhandelsmärkte und Emissionsvermeidungsziele entgegen und kann sich sogar kontraproduktiv auswirken, da die Gesamtkosten der CO2-Vermeidung in Europa erhöht werden.

Die Studie verdeutlicht somit, dass rein national ausgerichtete Klimapolitikmaßnahmen im Stromsektor aufgrund des europäischen Emissionshandels und der zunehmenden Integration der europäischen Strommärkte wirkungslos sind. Für eine erfolgreiche Klimapolitik ist es daher unumgänglich, Maßnahmen zu definieren, die mit dem europäischen Emissionshandelssystem kompatibel sind. Generell sollte der Emissionshandel als zentrales klimapolitisches Instrument gestärkt und nicht durch kleinteilige nationale Klimamaßnahmen untergraben werden. Nur so wird eine effiziente Vermeidung von CO2-Emissionen in Europa unter Nutzung der günstigsten Vermeidungsoptionen ermöglicht.

Anmerkungen

Weiterführende Literatur

  • EWI: Auswirkungen von deutschen CO2-Vermeidungszielen im europäischen Strommarkt. Studie im Auftrag des DEBRIV, 2015.
  1. Z. B. die aktuelle Energiereferenzprognose von Prognos; EWI; GWS: Entwicklung der Energiemärkte – Energiereferenzprognose. Studie im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi), 2014 oder BMUB: Projektionsbericht 2013 gemäß Entscheidung 280/2004/EG, 2013.  ↩

  2. BMUB: Aktionsprogramm Klimaschutz 2020, 2014.  ↩

  3. Die Szenarien werden mit dem am EWI entwickelten europäischen Strommarktmodell DIMENSION berechnet. Eine detaillierte Beschreibung von DIMENSION befindet sich in Richter, J.: DIMENSION – A Dispatch and Investment Model for European Electricity Markets, EWI Working Paper No. 11/03, 2011.  ↩

  4. Prognos; EWI; GWS (siehe Fn. [1]).

  5. International Energy Agency (IEA): World Energy Outlook 2014, 2014.  ↩

  6. Bundesnetzagentur (BNetzA): Genehmigung des Szenariorahmens 2025 für die Netzentwicklungsplanung und Offshore-Netzentwicklungsplanung, 2014.  ↩

  7. Siehe auch Deutscher Braunkohlen-Industrie-Verein e. V. (DEBRIV): Aktionsprogramm Klimaschutz 2020, Ableitung der CO2-Minderungsziele für den Energiesektor auf Basis des Projektionsberichts 2013, 2015.  ↩

  8. In Belgien entstehen auch aufgrund des geplanten Ausstiegs aus der Kernenergie insbesondere nach 2020 deutliche Kapazitätseffekte.  ↩

Dipl.-Oec. J. Bertsch, PD Dr. D. Lindenberger, M. Sc. Paschmann und Dipl.-Wirt.-Ing. J. Wagner, Energiewirtschaftliches Institut an der Universität zu Köln (EWI), Köln
johannes.wagner@ewi.uni-koeln.de

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