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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
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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)
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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
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...manche EE-Technologien sind bereits wettbewerbsfähig
Binärkreislaufkraftwerk
Heimischer Pelletheizkessel
Palmöl-Biodiesel
Kleine KWK Anlage (Dampfturbine)
SRREN, Edenhofer et al. (2011) 5
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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)
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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)
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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
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8
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VRE generationVRE generation (no curtailment)fossil (without VRE)
System LCOE
(€ct/kWh)
10 20 30 40 50 60 700
2
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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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2
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6
8
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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
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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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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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