Workshop zum Strommarktdesign der Energiewende

5. Juli 2012 in der Thüringer Landesvertretung in Berlin

Prof. Dr. Ottmar Edenhofer

Voraussetzungen zur Erfüllung ökologischer und ökonomischer Zielsetzungen der

Energiewende

Das gegenwärtige globale Energiesystem ist durch die fossilen Energieträger dominiert

Anteile von Energieträgern am globalen Primärenergieangebot in 2008

Modern bioenergy 4% Traditional biomass 6%

• In allen 164 Szenarien werden die Erneuerbaren weiter ausgebaut

IPCC SRREN (2011)

2

Das technische Potenzial der Erneuerbaren Energien

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Die Kosten der Erneuerbaren sind meist noch höher als die der Nicht-Erneuerbaren, aber...

SRREN, Edenhofer et al. (2011) 4

...manche EE-Technologien sind bereits wettbewerbsfähig

Binärkreislaufkraftwerk

Heimischer Pelletheizkessel

Palmöl-Biodiesel

Kleine KWK Anlage (Dampfturbine)

SRREN, Edenhofer et al. (2011) 5

Erreichen der Zielsetzungen: Welche Instrumente?

CO2 Preis

EE Förd.

CO2 Preis

EE Förd. + CO2

Preis EE

Förd.

? ? ?

„Vermeidungspuristen“ „Förderungspuristen“ „Hybridfraktion“

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Fall 1: CO2 Preis ist ausreichend

MC BlackElectricity

MC GreenElectricity

Green EnergyBlack Energy

PE1

MC BlackElectricity

MC GreenElectricity

Social Costsof Carbon

Green EnergyBlack Energy

PE2

PE1

Edenhofer et al. 2007

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Fall 2: Förderung der EE ist nicht sinnvoll

MC Black Electricity MC Green

Electricity

Green EnergyBlack Energy

PE2

PE1

PE3

► Verschiedene stabile Gleichgewichte (PE3 & PE1) sind möglich wenn die Angebotskurven nicht konvex sind (PE2 ist nicht stabil). ► Ohne zusätzliche Förderung steuert das System in das Gleichgewicht PE3. ►PE3 > PE1: Das System ist effizient.

Edenhofer et al. (2007)

8

Fall 3: Förderung der EE ist sinnvoll

► Die Internalisierung der sozialen Kosten (z.B. durch ein ETS) verbessert die Wettbewerbsfähigkeit der EE ► Solange PE3 erhalten bleibt ist das System nicht effizient.

Social Costs of Carbon

Edenhofer et al. (2007)

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Learning-by-Doing

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Externalitäten und Instrumente entlang der Innovationskette

Netzwerk- / Koordinations-Ext. (z. B. Aufbau der Lieferkette)

F&E Spillover Lern-Spillover

Informations Externalität (z. B. Unsicherheiten über Kosten, imperfekter Kapitalmarkt)

Quelle: Jaffe et al. (2005) Rodrik (2004) Fischer & Newell (2008)

Diffusion / Integration

Nischen- markt

Demons- tration

Angewandte F&E

Grundlagen F&E

Technologie Push-Instr. Markt Pull-Instrument

Quelle: Grubb (2004)

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Herausforderungen der Integration & Lösungsoptionen

Diffusion / Integration

Nischen- markt

Demons- tration

Angewandte F&E

Grundlagen F&E

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Vernetzung (simultan)

Regelung (Sekunden bis Tage)

Adäquate Kapazität (Monate bis Jahre)

• Ausbau des Stromnetzes

• Flexibilität der konv. Erzeugung

• Management der Nachfrage (DSM)

• Speicher

• Aufbau von Back-up Kapazitäten

• Überregionale Verbundsysteme

Infrastruktur-Instr. Marktdesign(s)

Quelle: nach IEA (2010)

Integrierter Regulierungsrahmen

Markt-Pull-Instrument

Marktdesign(s)

Technologie Push-Instr.

Infrastruktur-Instrument

Technologische Aspekte Sektorale Aspekte

Weitere Aspekte: • Sonstige Sektoren • Fiskalsystem • Industriepolitik • …

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Unsicherheit über den zukünftigen Strompreis

Knopf et al., 2012

• Unsicherheit aufgrund von externen Treibern (z.B. Gaspreis)

• Unsicherheit über das zukünftige Marktdesign für Erneuerbare

Gro

ßhan

dels

prei

s (b

asel

oad)

[€/M

Wh]

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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

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Systemintegration der Erneuerbaren Energien

Preis-spanne

Preis

Angebot

Spannbreite der Nachfrage

Spitzenkraftwerk Erdgas Steinkohle Braunkohle

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

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Systemintegration der Erneuerbaren Energien

Preis-spanne

Preis

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

Erneuerbare

Spitzenkraftwerk Erdgas Steinkohle Braunkohle

Spannbreite der Nachfrage

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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

Systemintegration der Erneuerbaren Energien

Preis Peaking plants Natural gas Hard coal Lignite Erneuerbare

Preis-spanne

Angebot Fluktuation

Preis-spanne

Angebot

Preis

Erneuerbare

Spitzenkraftwerk Erdgas Steinkohle Braunkohle

Spannbreite der Nachfrage

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? Erzeugungs- kosten

(Standard LCOE)

Investition (Lernkurven)

EE Potential

Was sind die vollständigen Kosten fluktuierender EE (fEE)?

System Kosten

= + Vollständigen

Kosten

Zusätzliche Kosten können wesentlich sein. LCOE Indikator muss erweitert werden.

Nachfrage- korrelation

(RLDC)

Flexibilitäts- Optionen, z.B.

Speicher & Übertragung

Residuale Kraftwerke

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10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

VRE generationVRE generation (no curtailment)

Anteil variabler EE (%)

System LCOE

(€ct/kWh)

Deutschland (2008), wind:solar=3:1

• Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment)

System LCOE steigern mit höherem Anteil von fEE

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10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

VRE generationVRE generation (no curtailment)fossil (without VRE)

System LCOE

(€ct/kWh)

10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

VRE generationVRE generation (no curtailment)

Anteil variabler EE (%)

System LCOE

(€ct/kWh)

Deutschland (2008), wind:solar=3:1

• Herausforderung: FEE LCOE steigen aufgrund von Drosselung (curtailment)

System LCOE steigern mit höherem Anteil von fEE

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10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

VRE generationVRE generation (no curtailment)fossil (without VRE)fossil

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

System LCOE steigern mit höherem Anteil von fEE

System LCOE

(€ct/kWh)

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10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

12

VRE generationVRE generation (no curtailment)fossil (without VRE)fossilVRE + additional costs

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

System LCOE steigern mit höherem Anteil von fEE

System LCOE

(€ct/kWh)

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10 20 30 40 50 60 700

2

4

6

8

10

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VRE generationVRE generation (no curtailment)fossil (without VRE)fossilVRE + additional coststotal

System LCOE

(€ct/kWh)

German data (2008), wind:solar=3:1, No climate externality, no flexibility options

• Systemimplikationen werden berücksichtigt • Soziale Kosten Perspektive Indikator für Politik • Ansatz nicht sehr einfach Verbesserung des frameworks

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

System LCOE steigern mit höherem Anteil von fEE

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Neue Herausforderung für die Klima- und Energiepolitik

Reform des Emissionshandels

Förderung der Erneuerbaren

Integrationsoptionen für Erneuerbare

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