Strommarktdesign: Fokussierte Kapazitätsmärkte

Die Umsetzung der Energiewende, der Ausbau der erneuerbaren Energien und die Stilllegung sowohl nuklearer als auch fossiler Kraftwerke, stellen den Strommarkt in seiner heutigen Konstruktion vor große Herausforderungen. Die Herausforderung: Erneuerbare Energiequellen wie Wind und Sonne sind zwar unbegrenzt verfügbar, unterliegen aber temporären Schwankungen. Daher besteht auch in Zukunft dringender Bedarf an so genannten Residuallastkraftwerken – Kraftwerken, die mögliche Flauten in der Einspeisung von Strom aus Erneuerbaren auffangen. Das Öko-Institut ist überzeugt, dass dies nur mit Hilfe von Marktmechanismen gelingen kann. Es hat ein Modell für einen „fokussierten Kapazitätsmarkt“ vorgelegt, das gleichermaßen für Versorgungssicherheit und Wettbewerbsfähigkeit im Strommarkt sorgen soll. Dabei werden die Betreiber von Residualkraftwerken nicht nach verkaufter Strommenge, sondern für die Bereitstellung von Kapazitäten bezahlt, die im Fall von Engpässen flexibel eingesetzt werden können. Dies schafft die notwendigen Anreize, neue Kraftwerke zu bauen, die nur sehr wenig eingesetzt, aber für die Versorgungssicherheit benötigt werden.

Erneuerbare Energien: Förderung und EEG-Rechner

Der Ausbau der erneuerbaren Energien ist eine Erfolgsgeschichte. Gut 150 Milliarden Kilowattstunden Strom werden heute in Wind-, Wasser-, Solar- und Biomassekraftwerken produziert. Das entspricht rund einem Viertel des Strombedarfs in Deutschland. Damit aber der Umbau des Stromversorgungssystems auf 80 und mehr Prozent erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050 gelingt, muss das Fördersystem für erneuerbare Energien fit gemacht werden für Entwicklungen jenseits der Nische. Wie die EEG-Umlage wirkt und sich künftig entwickelt, welche Privilegien und Ausnahmen bestimmte Industrien genießen und wie die Förderung der Erneuerbaren künftig aussehen sollte, ist ein wichtiger Arbeitsschwerpunkt des Öko-Instituts.

Bisher erhalten erneuerbare Energien-Anlagen Geld für die erzeugte Kilowattstunde Strom. Das Öko-Institut schlägt vor, sie stattdessen ab 2017 für die Bereitstellung von Leistung zu bezahlen. Da Sonne und Wind Strom abhängig vom Wetter produzieren, braucht das Strommarktsystem Anreize, Anlagen so auszulegen, dass mehr Strom produziert wird, wenn er gebraucht wird. Mit dem neuen Modell könnte so zukünftig einerseits  ein verlässlicher Zahlungsstrom zur Refinanzierung von Stromerzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien entstehen. Zum anderen würden systematische und stärkere Anreize gesetzt, diese Anlagen so auszulegen und zu betreiben, dass sich ein kostengünstigeres Stromsystem auf Basis erneuerbarer Energien herausbildet.

Rund 80 Faktoren spielen eine Rolle, will man die EEG-Umlage sicher berechnen und Annahmen für ihre künftige Entwicklung treffen. Als Beitrag zur laufenden Überarbeitung des Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) haben das Öko-Institut und Agora Energiewende einen EEG-Rechner entwickelt. Mit ihm kann die Höhe der EEG-Umlage entsprechend selbst wählbarer energiewirtschaftlicher Rahmendaten online berechnet werden. Der Rechner berücksichtigt die geplanten Neuregelungen beim so genannten privilegierten Letztverbrauch der Unternehmen sowie beim Eigenverbrauch. Damit wird für den User mit wenigen Klicks schnell erkennbar, wie sich die Höhe der EEG-Umlage ändert, je nachdem wieviel Stromverbrauch von der EEG-Umlage ausgenommenen bzw. in welchem Umfang der Eigenstromverbrauch einbezogen wird.

bg bg

Flexible Infrastruktur: Netze und Speicher

Der Aus- und Umbau der Strominfrastruktur ist eine zentrale Herausforderung auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Je mehr Strom aus fluktuierenden Quellen wie Windkraft und Photovoltaik stammen, desto mehr räumliche und zeitliche Flexibilität muss auch die Infrastruktur bieten. Stromnetze und -speicher müssen ausgebaut werden, um genügend Windstrom von Nord nach Süd zu bringen und die Schwankungen der Stromerzeugung zwischen Tag und Nacht oder windreichen und windarmen Zeiten auffangen zu können.

Das Öko-Institut arbeitet auf verschiedenen Ebenen wissenschaftlich zu Flexibilitäts- und Speicheroptionen. Dabei wird deutlich: Die Entwicklung der Netze ist ein wichtiger Weg, mit dem zunehmend schwankenden Stromangebot umzugehen. Netzmaßnahmen allein reichen jedoch nicht aus. Auch Speicher spielen eine wichtige Rolle beim Aufbau einer intelligenten Strominfrastruktur. Dabei können sehr unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen, die von verschiedensten elektrochemischen Batteriesystemen über die Umwandlung von Strom in Wasserstoff und synthetisches Erdgas bis hin zu mechanischen Speichern reichen. Darüber hinaus können thermische Speicher im Kontext von KWK-Anlagen und von solarthermischen Kraftwerken zur Entkoppelung von Stromerzeugung und Wärmedargebot beitragen. Dabei geht es in erster Linie um den geplanten Ausgleich der fluktuierenden Stromerzeugung aus Wind und Sonne sowie um die Bereitstellung von Regel- und Reserveenergie für ungeplante Schwankungen. Speicher stellen, wie die Steuerung dezentraler Erzeugungsanlagen und das nachfrageseitige Lastmanagement im Rahmen von „Smart Grids“, eine Ergänzung zum notwendigen Netzausbau dar und können dessen Umfang ggf. begrenzen.

Doch während die Zustimmung zur Energiewende allgemein sehr hoch ist, stoßen konkrete Projekte wie Windparks, Stromtrassen und Pumpspeicherwerke immer wieder auf Ablehnung vor Ort. Der Um- und Ausbau der Energieinfrastruktur kann nicht gegen weite Teile der Bevölkerung durchgesetzt werden. Das Öko-Institut begleitet daher regelmäßig Partizipationsprozesse.

Atomausstieg in Deutschland: Fakten und Hintergründe

Die Kernenergie wird nach dem Reaktorunglück in Japan im März 2011 weltweit wieder intensiv diskutiert. Deutschland hat im Juni 2011 den im Kern bereits 2001 getroffenen Ausstiegsbeschluss mit breitem Parteikonsens bestätigt und das sofortige Aus für acht Kernkraftwerke und den stufenweisen Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022 beschlossen. Das erste der verbleibenden neun Kernkraftwerke wird demnach 2015 vom Netz gehen, die letzten drei im Jahr 2022. Auch die Bevölkerung hat den Atomausstieg mit großer Mehrheit begrüßt.

Nach Einschätzung des Öko-Instituts kann der zügige Ausstieg aus der Kernenergie verträglich für den Klimaschutz gelingen, ohne die Versorgungssicherheit zu gefährden oder die Geldbeutel der Bürgerinnen und Bürger übermäßig zu belasten. Die aktuell installierte Nettoleistung der am Netz befindlichen Kernkraftwerke ließe sich sogar bereits vor dem Jahr 2020 ersetzen. Allein seit Fukushima nahm die Brutto-Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien um rund 32 Prozent auf mehr als 136 Milliarden Kilowattstunden zu. Auch wird der Ausstieg nach Analyse der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Öko-Instituts nicht zu einem Anstieg der Atomstromimporte aus dem Ausland führen.

Bis dahin muss für alle laufenden Anlagen die Sicherheit kontinuierlich verbessert und dafür spezifische Nachrüstanforderungen definiert und umgesetzt werden. Darüber hinaus gilt es, einen konkreten Fahrplan für die Endlagerung aufzustellen. Denn von der offenen Endlagersuche bis zu einem genehmigungsfähigen Projekt ist es ein langer Weg.

bg bg

Klimaschutz in Deutschland

Die deutliche Mehrheit der Minderungspotenziale von Treibhausgasemissionen (im Folgenden kurz Emissionen) ist an sehr langfristige Investitions- und Infrastrukturentscheidungen geknüpft. Daher müssen die Weichen für eine deutliche Minderung schon jetzt gestellt werden. Um die globale Erwärmung unter zwei Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen, braucht es weltweit eine Reduktion von 40 bis 70 Prozent bis 2050 und auf nahezu Null bis Ende des Jahrhunderts. Deutschland hat im Energiekonzept der Bundesregierung das Ziel formuliert, seine Emissionen bis 2050 um rund 95 Prozent im Vergleich zu 1990 senken.

Um dieses langfristige Ziel zu erreichen, bedarf es auch ambitionierter Ziele für die Jahre 2020 bis 2040. Die Studie „Klimaschutzszenario 2050“ des Öko-Instituts und des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung macht deutlich, dass die bislang im Energiekonzept festgelegten Zwischenziele sogar verschärft werden müssen, um Emissionsminderungen von 90 Prozent und mehr bis 2050 sicher zu erreichen. Zusätzlich ist es wichtig, in den nächsten beiden Jahrzehnten möglichst zügig mit solchen Maßnahmen zu beginnen, die möglichst schnell hohe Emissionsminderungen erzielen. Dazu gehören unter anderem eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz in allen Bereichen sowie eine vollständig CO2-freie Stromproduktion. Mittelfristig muss dann auch der Verkehrssektor seine Emissionen deutlich vermindern. Langfristigere Themen umfassen CCS, Biokraftstoffe und Wasserstofftechnologie.

Klimaschutz in der EU und weltweit

Um die globale Erwärmung unter zwei Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen, muss die Minderung der Emissionen nicht nur in Deutschland gelingen. Weltweit betrachtet braucht es eine Reduktion von 40 bis 70 Prozent bis 2050 und auf nahezu Null bis Ende des Jahrhunderts.

Laut des aktuellen Berichts der European Environment Agency (EEA) ist die EU auf einem guten Weg, bis 2020 ihre Treibhausgasemissionen um mindestens 20 Prozent gegenüber 1990 zu reduzieren, die Energieeffizienz um 20 Prozent zu erhöhen und einen Anteil von 20 Prozent erneuerbaren Energien am Gesamtenergieverbrauch zu erreichen. Entscheidend für den weiteren Fortschritt ist aus Sicht des Öko-Institutes, die Zusammenarbeit beim Ausbau der erneuerbaren Energien EU-weit zu stärken.

Ein Instrument, das auf der Seite der Stromerzeuger die Minderung der Emissionen unterstützt, ist der Emissionshandel. Dieser ist in der Europäischen Union seit 2005 in Kraft. Das Öko-Institut berät die Bundesregierung, die EU-Kommission, Unternehmen und Umweltverbände bei der konkreten Verbesserung und Weiterentwicklung dieses Klimaschutzinstruments. Konkrete Fragestellungen sind hier die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie, die Bewertung von Reformoptionen zur Stärkung des EU-Emissionshandels und die Interaktion mit anderen klimapolitischen Instrumenten.

Auf globaler Ebene hat die Weltgemeinschaft mit dem 1997 beschlossenen Kyoto-Protokoll zwar einen ersten Schritt zum Schutz des Klimas getan, aber es gibt bis heute kein bindendes Nachfolgeabkommen. Ob auf der 21. UN-Klimakonferenz 2015 in Paris eine alle Mitgliedsstaaten umfassende Nachfolgeregelung gelingt, ist offen. Eine Herausforderung bleibt unter anderem der Konflikt zwischen Industrie- und Entwicklungsländern über ihre jeweiligen Beiträge zum Klimaschutz.

bg bg

Effizienz im Gebäudebereich

Der Gebäudebereich ist für einen Anteil von rund 40 Prozent der deutschen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Entsprechend hoch sind hier die Potenziale für den Klimaschutz. Geeignete Förderansätze sind insbesondere eine Erhöhung der Energiesteuer auf Heizstoffe und eine Klimaschutzabgabe für Gebäude je nach energetischem Zustand des Hauses.

Der Vorteil der Klimaschutzabgabe aus der Sicht des Öko-Instituts: Sie setzt bei denen an, die die Verantwortung für die Gebäudequalität tragen – den Hauseigentümern. Die eingenommenen Mittel gingen in einen Förderfonds, aus dem energetische Sanierungen gefördert werden. Allerdings liegen in dem Instrument auch Herausforderungen: lange zeitliche Vorläufe und die Notwendigkeit, den bestehenden Gebäudebestand zunächst hinsichtlich des Energiebedarfs einzustufen. Einfacher umzusetzen wäre ein Energiesteuerzuschlag, der auf die eingesetzten Brennstoffe erhoben wird. Dann müsste jedoch sichergestellt werden, dass der Zuschlag nicht im Rahmen der Betriebskosten auf die Mieter weitergereicht wird. Das Öko-Institut empfiehlt, beide Ansätze zeitlich gestaffelt mit einander zu verknüpfen. Darüber hinaus sollen Hauseigentümer einen rechtsverbindlichen Anspruch auf Förderung und damit ein hohes Maß an Planungssicherheit erhalten.

Ein weiteres Mittel zur Steigerung der Energieeffizienz im Gebäudebereich wäre nach Meinung des Öko-Instituts, stärkere Anreize zur Planung und Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen in die Honorarstruktur im Honorarrecht für Architekten und Ingenieure zu integrieren.

Biomasse: Beitrag zur globalen Energiesicherheit und Ressourceneffizienz

Nachwachsende Rohstoffe können einen wichtigen Beitrag zur globalen Energiesicherheit und Ressourceneffizienz leisten. Da jedoch die Anbauflächen begrenzt sind und Biomasse auch als Nahrungs- und Futtermittel, Chemierohstoff und Energieträger genutzt wird, kann es zu Konkurrenz in der Nutzung kommen. Das Öko-Institut forscht zu den Bedingungen, unter denen Bioenergie nachhaltig produziert und genutzt werden kann.

Entscheidend für die Frage, wie nachhaltig Bioenergie ist, sind Produktion und Nutzung. Solange keine ambitionierten internationalen Standards zum Schutz sensibler Flächen (Biodiversität, Kohlenstoffgehalt, Boden, Wasser) umgesetzt werden, sollte in Deutschland die Bioenergienutzung auf dem heutigen Niveau stabilisiert und nicht ausgebaut werden. Weitere wichtige Aspekte sind der Umbau des Bioenergie-Technologieparks hin zu effizienten Systemen mit niedrigen Emissionen, die verstärkte Nutzung von Rest- und Abfallstoffen und die Berücksichtigung der Nahrungssicherheit in armen Ländern. Zu diesen Ergebnissen kommt die Studie „Meilensteine 2030“, die vom Öko-Institut in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Biomasseforschungszentrum und weiteren Partnern 2015 im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit erstellt wurde.

Vor ganz eigenen Herausforderungen steht die Produktion von Biokraftstoffen in Entwicklungsländern. Diese fördert einerseits die Energiesicherheit, die ländliche Entwicklung und den Wohlstand vor Ort. Diesen positiven Effekten stehen potenzielle Konflikte gegenüber – etwa wenn durch den Anbau von Energiepflanzen Anbauflächen für Nahrungsmittel verdrängt oder ökologisch wertvolle Flächen wie zum Beispiel Wälder und Moore umgewandelt werden.

Zentral für eine langfristige Strategie zur nachhaltigen Nutzung von Biomasse als Energieträger ist nach Meinung des Öko-Instituts das Konzept der Nutzungskaskade. Nachwachsende Rohstoffe sollen prioritär für Nahrung und stoffliche Nutzung verwendet, Energie sollte aus Abfall- und Reststoffen produziert werden. Dies vermindert Umwelt- und Klimarisiken, erhöht die Ressourceneffizienz und schließt Nutzungskonkurrenzen aus. Voraussetzung ist jedoch eine Förderung der Verwertungslogistik sowie des technologischen Fortschritts bei Abfall und Restbiomasse.

bg bg

Verkehr und Klimaschutz: Elektromobilität, neue Mobilitätskonzepte, ÖPNV

Durch den Personen- und Güterverkehr entstehen heute rund ein Fünftel der Treibhausgasemissionen. Das wachsende Verkehrsaufkommen stellt die formulierten Klimaziele der Bundesregierung vor eine besondere Herausforderung. Das Öko-Institut hat im Projekt Renewbility jedoch gezeigt: Bis 2030 ist eine Senkung der Treibhausgasemissionen im Verkehrssektor um 23 Prozent möglich. Bis 2050 ist sogar eine Minderung um über 80 Prozent im Vergleich zum Jahr 1990 denkbar. Das zeigt ein Konzept der Umweltverbände WWF, BUND, Germanwatch, NABU und VCD, das vom Öko-Institut wissenschaftlich begleitet wurde.

Dafür reicht es allerdings nicht aus, die Fahrzeuge effizienter zu machen. Ein zentraler Schritt ist die Verkehrsvermeidung und -verlagerung. So muss etwa der Anteil der Transporte mit Bahn und Binnenschiffen erhöht werden. Notwendig dafür sind unter anderem die Verbesserung der Schieneninfrastruktur und Investitionen in das Kanalnetz. Auch braucht es neue Mobilitätskonzepte, ein neues Mobilitätsverhalten. Privat müssen mehr Menschen aufs Fahrrad, den Öffentlichen Personennahverkehr und die Bahn umsteigen. Hierfür müssen Investitionen unter anderem in die Fahrradinfrastruktur und die Förderung von Carsharing getätigt werden.

Ein weiterer Baustein sind neue Technologien. Elektromobilität ist eine wichtige Option und die Potenziale sind groß. Allerdings dürfen die problematischen Aspekte der Elektromobilität nicht aus dem Auge verloren werden. Sowohl für die steigende Rohstoffnachfrage, insbesondere nach seltenen Metallen für Batterien und Elektromotoren, als auch für ein durchdachtes Recycling der Elektroautos müssen Lösungskonzepte entworfen werden. Ganz wesentlich ist, dass Elektromobilität nur beim Einsatz zusätzlicher erneuerbarer Energien wirklich klimafreundlich ist. Besondere Herausforderungen sind im Übrigen der Verkehr zu See und in der Luft, der ein besonders hohes Wachstum aufweist. Hier besteht zudem eine große Herausforderung in der Etablierung internationaler Mechanismen zur Emissionsminderung.