WEsER-Modell: Ergebnisse
Szenario 2000: Validierung
Szenario 2010: Beginnender Strukturwandel
Szenario 2020: Wind bestimmt die konventionelle Erzeugung
Szenario 2020 ohne EEG
Kosten-Vergleich verschiedener Szenarien für 2020
Szenario 2000
Da für 2000 noch nicht von einem hinsichtlich der Wirkungsgrade optimierten Kraftwerkspark ausgegangen werden kann, wurden die in der Tabelle dargestellten Modellkarftwerksparameter zugrunde gelegt. Die Ergebnisse (insbesondere die Kosten) sind durch die Verwendung dieser "realen" Parameter direkt mit der Realität vergleichbar.
Nachfolgendes Bild zeigt die Modellergebnisse der WEsER-Rechnungen für das Jahr 2000. Neben dem exemplarischen Verlauf des stündlichen Kraftwerkseinsatzes sind die für das ganze Jahr bestimmbaren Anteile an der Stromerzeugung sowie die (in 2000 vollständig vorgegebene) installierte Leistung dargestellt. Der Anteil der Erzeugung durch Laufwasserkraftwerke („Wasser1“) ist vorgegeben. Der Einsatz aller anderen Modellkraftwerke sowie des Pumpspeicherwasser-Systems (PSW) ist das Ergebnis der WEsER-Optimierung.
Obwohl durch die Vorgabe der installierten Leistung der Anteil der Braunkohle bei der Stromerzeugung den der Steinkohle erreichen bzw. übertreffen müsste (was in der Realität der Fall ist), errechnet WEsER für den kostenoptimalen Einsatz der Modellkraftwerke in beiden Fällen einen deutlich geringeren Anteil. Die Ursache für diese Abweichung liegt in der Annahme gleicher Brennstoffpreise für Stein- und Braunkohle aber unterschiedlicher Kostenannahmen für die Anfahrvorgänge. Somit entscheidet WEsER, die flexibleren Steinkohleblöcke zu verwenden, und die Braunkohle-Modellkraftwerke praktisch nicht an- und abzuschalten und diese damit auf das Mindestmaß an Erzeugung zu beschränken.
Auffällig ist darüber hinaus, dass der Anteil der Stromerzeugung aus Gaskraftwerken durch die Windstromeinspeisung zurückgeht. Dies lässt sich damit erklären, dass die Modell-Gaskraftwerke nahezu ohne Verluste „komplementär“ zu der Windstromeinspeisung betrieben werden können. Damit wird Gas durch Wind ersetzt, weil der Anteil an variablen Kosten (inkl. Brennstoffkosten) beim Gaskraftwerk am höchsten ist. Dies hat jedoch auch damit zu tun, dass die Vorgabe der installierten Leistung aller Modellkraftwerkstypen keinen Spielraum für Einsparungen durch Nichtverwendung anderer Kraftwerkstypen lässt. Allerdings wird dieser einfache Zusammenhang in der Realität durch die hauptsächliche Verwendung von Gas in der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung erschwert, da diese Anlagen wärmegeführt sind und so einen Mindestgasverbrauch verursachen.
Die Gesamtkosten für die Stromerzeugung sowie die Brennstoffkosten und die gesamten CO2-Emissionen sind in nachfolgender Tabelle dargestellt. Bezogen auf eine Stromerzeugung von angenommenen 500 TWh bedeutet dies spezifische Stromgestehungskosten in Höhe von 4,69 ct/kWh im Falle der Optimierung mit Windstromeinspeisung (die Kosten für die Windstromerzeugung wurden nach den Vergütungssätzen des EEG zu den von WEsER berechneten Erzeugungskosten des konventionellen Systems hinzuaddiert).
Die zum Vergleich anhand der Angaben des VDEW über durchschnittliche Stromrechnungen für Endkunden und den mittlerweile offengelegten Netznutzungsentgelten berechenbaren Erzeugungskosten für Strom liegen bei etwa 3,5 ct/kWh. Dies ist ein Unterschied von über 30%, der durch einige Unterschiede zwischen Realität und Modellannahmen erklärt werden muss:
Ein wesentlicher Aspekt liegt darin, dass die derzeitigen Erzeugungskosten keine Vollkosten darstellen. Die in Betrieb befindlichen Kraftwerke sind zum Teil älter als die üblicherweise angesetzten Abschreibungsdauern, so dass dort keine Kapitalkosten mehr anfallen. In den WEsER-Berechnungen werden diese Kostenanteile jedoch in vollem Umfang berücksichtigt. WEsER berechnet also die klassischen Vollkosten für die Erzeugung, während es in der Realität durch „abgeschriebene“ aber verfügbare Kraftwerkskapazität keine Vollkosten mehr sind, die durch den Erzeugungspreis gedeckt werden müssen. Weiterer Grund für die Abweichung zwischen Modellrechnung und Realität ist, dass für die WEsER-Kalkulationen nicht die Brennstoffpreise des Jahres 2000 zugrunde gelegt wurden, sondern verallgemeinerte, etwas höhere Werte angenommen wurden, was besonders für die Energieträger Gas und Steinkohle gilt. Der Anteil der Brennstoffkosten an den gesamten Erzeugungskosten beträgt im Modell ca. 13%. Darüber hinaus kann eine Rolle spielen, dass beim Bau oder Betrieb realer Kraftwerke Zuschüsse oder Subventionen eingeflossen sind, die in WEsER keine Berücksichtigung fanden, aber für die reale Preisbildung von Bedeutung ist.
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Szenario 2010
Der veränderten (resultierenden) Nachfragestruktur in 2010 ist durch die WEsER-Optimierung eine angepasste konventionelle Erzeugung zugeordnet worden. Der Kraftwerkseinsatz ist charakterisiert durch die Verwendung der vorhandenen Kapazitäten der „Grundlastkraftwerke“, die zur Deckung der (auch 2010 noch in erheblichem Maße existierenden) permanenten Nachfrage eingesetzt werden. Darüber hinaus besteht weiterhin ein nennenswerter Anteil von Steinkohlekraftwerken, der Anteil an der Stromerzeugung ist gegenüber 2000 jedoch geringer. Dies ist auf den „Abbau“ von Überkapazitäten zurückzuführen ebenso wie der - relativ - gestiegene Anteil der Braunkohle an der Erzeugung. Der Anstieg des Anteils von Gaskraftwerken an der Erzeugung ist dahingegen ein erster Hinweis auf die Erfordernisse an die Struktur des konventionellen Kraftwerksparks bei hohen Anteilen von WKA in der Stromerzeugung.
Bezüglich der Kosten (siehe nachfolgende Tabelle) ist zunächst festzustellen, dass die absoluten Zahlen für den Fall der Stromerzeugung mit dem prognostizierten Windenergieanteil und der (hypothetischen) Annahme einer rein konventionellen Erzeugung unter den für 2000 berechneten Werten liegen (vgl. Tabelle 7.3). Dies ist insbesondere dem unterstellten Effizienzzuwachs zuzuschreiben, der zu einer höheren Auslastung bei gleichzeitig geringeren Emissionen führt, was insgesamt für die Einhaltung des Kyoto-Ziels geringere Kosten bedeutet.
Annahmen: * Windstromerzeugungskosten 7 ct/kWh; ** hohe Gas- und Ölpreise;
*** Windstromerzeugungskosten 5 ct/kWh.
Werden optimistische Stromgestehungskosten aus Windenergienutzung angesetzt, erreichen die Gesamtkosten das Niveau einer Erzeugung ohne Wind. Falls der Gaspreis deutlicher steigt als im Standardfall angenommen („Hochpreisszenario“, siehe Bestandteile), sind die Kosten zur Einhaltung des Kyoto-Ziels 2010 mit nur konventioneller Stromerzeugung deutlich höher (gut 20%) als bei Nutzung der Windenergie. Dies liegt vor allem an dem im Vergleich zu 2000 gestiegenen Anteil der Brennstoffkosten an den Gesamtkosten der Stromerzeugung. Dies korrespondiert auch mit der Verringerung des Anteils der Stromerzeuger mit geringen Brennstoffkosten (AKW, Braunkohle-KW).
Schlechtes Windjahr - 24% weniger Ertrag
Nachfolgendes Bild zeigt die Zusammensetzung der Erzeugung für den Fall eines „schlechten Windjahres“, d.h. einen um 24% geringeren Jahresertrages. Aufgrund der einzuhaltenden Emissions-Reduktionsziele, kann die fehlende WKA-Erzeugung nur durch Gaskraftwerke kompensiert werden, wobei hier aufgrund der schlechteren spezifischen Emissionen im Vergleich zur Windenergienutzung Teile der Erzeugung aus Braunkohle zu Gunsten der Gaskraftwerke abgegeben werden. Die Gesamtkosten der Erzeugung fallen bei der Annahme von 7 ct/kWh für den aus Wind generierten Strom in diesem Fall geringfügig niedriger aus, weil die Kosten für die Erzeugung aus Gaskraftwerken im normalen Preisszenario nur bei 5 ct/kWh liegen.
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Szenario 2020
Aufgrund der größeren Freiheitsgrade bezüglich des (Modell-)Kraftwerkszubaus aber auch wegen der stärkeren Restriktion bezüglich der CO2-Emissionen ist der kostenoptimale Erzeugungsmix im Vergleich zu 2000 deutlicher verändert als es die Betrachtung für 2010 ergibt. Wegen der hohen installierten WKA-Leistung (44 GW) wird bei einem durchschnittlichen Windjahr mehr als ein Viertel des Nettostrombedarfs durch die WKA gedeckt. Der größte Anteil an konventioneller Erzeugung stammt aus Gaskraftwerken, aber auch von Steinkohlekraftwerken wird noch ein bedeutsamer Beitrag zur Stromversorgung geleistet. Die heute als „Grundlastkraftwerke“ genutzten Erzeuger die auf den Brennstoffen Uran und Braunkohle basieren, verlieren jedoch deutlich an Bedeutung. Insgesamt werden durch sie weniger als 10% der Jahresnachfrage bereitgestellt (Zum Vergleich: In 2000 stellten AKW und Braunkohle nahezu 60% der Erzeugung). Bezüglich der installierten Leistung sind aufgrund der (durch die Offshore-Nutzung zwar deutlich erhöhten, aber dennoch) vergleichsweise niedrigen Volllaststundenzahl der Windenergie die Anteile anders verteilt: Die höchste installierte Leistung hat demnach der Wind, gefolgt von den Gas- und den Steinkohlekraftwerken. Bei der Braunkohle existieren zwar auch noch einige GW, diese werden jedoch aufgrund der höheren spezifischen CO2-Emissionen nur mit geringer durchschnittlicher Auslastung betrieben.
Angenommene Kosten für Stromerzeugung aus Wind: 5 ct/kWh. *: hoher Gaspreis.
Die Betrachtung hoher Brennstoffpreise (vor allem des Gaspreises) unter Beibehaltung des Klimaschutzziels führt nicht zu einer anderen Struktur der konventionellen Stromerzeugung, sondern lediglich zu höheren Gesamtkosten (vgl. Tabelle). Aufgrund des hohen Anteils von Gas im Erzeugungsmix zeigt sich dann jedoch, dass die Nutzung der Windenergie erhebliche Kostenvorteile für die Gesamterzeugung mit sich bringt. Schon im „Normalpreisszenario“ fallen (bei Nutzung des demand side management) praktisch keine Zusatzkosten für die Nutzung der Windenergie zur Erreichung des Klimaschutzzieles an; überdies ergibt sich ein Nutzen durch eine deutlich verringerte (nahezu halbierte) Abhängigkeit von den Brennstoffkosten.
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Szenario 2020 ohne EEG
Durch eine Modifikation des WEsER-Ansatzes ist es über die bisher dargestellten Betrachtungen hinaus möglich, auch Szenarien zu untersuchen, in den die Windenergienutzung lediglich optional in das Stromerzeugungssystem einbezogen wird. Die WKA werden dabei durch Investitionskosten und fixe Betriebskosten charakterisiert, Brennstoffkosten fallen naturgemäß nicht an. Das begrenzte Angebot der Stromerzeugung wird durch die stündliche Vorgabe einer maximal vorhandenen Leistung berücksichtigt. WEsER entscheidet dann - wie in den anderen Betrachtungen auch - wie viel eines jeden Kraftwerkstyps zugebaut und wie diese Kapazität eingesetzt wird, um die Gesamtkosten der Erzeugung zu minimieren. Abhängig von dem vorgegebenen Klimaschutzziel oder dem Brennstoffpreisen ergeben sich verschiedene Anteile der Windenergie an der Stromerzeugung. Anhand der Erzeugung lassen sich dann auch die spezifischen Kosten - unabhängig von einer vorgegebenen Einspeisevergütung - angeben.
Untersucht wird hier ein Szenario, das von hohen Gaspreisen und der vorhandenen Struktur der Kraftwerksleistung in 2020 ausgeht. Darüber hinaus wird hierbei der Zubau von AKW beschränkt, so wie es der „Atomkonsens“ vorsieht. Es handelt sich hierbei um „windfreundliche“ Annahmen, die eine hohe Nutzung von WKA erwarten lassen. Eine zweite Untersuchung geht von einem entsprechend hohen Gaspreis aus, besitzt aber keine Einschränkungen bezüglich der installierten oder maximal installierbaren Kraftwerksleistung. Es ist zu erwarten, das diese Annahmen eher zu einer geringeren Windenergienutzung führen. Beide Szenarien werden mit verschiedenen Vorgaben bezüglich CO2-Reduktionszielen durchlaufen. Die „Kraftwerksparameter“ der WKA zeigt diese Tabelle.
Nachfolgende Abbildung zeigt die WEsER-Ergebnisse für die „windfreundlichen“ Annahmen bei der Vorgabe des 40%-CO2-Reduktionsziels für 2020. Hier ist anhand des Verlaufs des Kraftwerkseinsatzes deutlich erkennbar, dass die Gaskraftwerke komplementär zu der Erzeugung aus WKA betrieben werden. Die anderen Kraftwerkstypen werden nahezu ungeregelt betrieben. Entsprechend des zu erreichenden Reduktionsziels ist der Anteil der Gaskraftwerke an der Erzeugung hoch. Hingegen wird aus WKA trotz der maximal installierten Leistung von nahezu 44 GW weniger Strom erzeugt als möglich. Statt der erreichbaren knapp 3000 Volllaststunden werden lediglich gut 2000 erbracht. Aufgrund des hohen Gaspreises ist offensichtlich eine komplette „Ausregelung“ der durch Windkraftnutzung erzeugten Schwankungen teurer, als zu gewissen Zeiten vorhandene WKA-Leistung abzulehnen. Nichtsdestotrotz schlägt das Optimierungsergebnis den Aufbau der maximal installierbaren WKA-Leistung vor.
Ist das CO2-Reduktionsziel nicht so ambitioniert, sondern liegt lediglich bei der schon für 2010 angepeilten Marke (-21%), sieht die Struktur der Erzeugung deutlich anders aus (vgl. nachfolgende Abbildung). Der Anteil der Stromerzeugung aus Steinkohlekraftwerken nimmt zu, während der Gasanteil erheblich niedriger liegt. Interessanterweise ist auch die Erzeugung aus WKA höher als im Fall des 40%-CO2-Reduktionsziels. Nahezu jede mögliche nutzbare kWh, die aus WKA erzeugt wird, findet in diesem Szenario Verwendung; die Volllaststundenzahl der installierten WKA-Leistung liegt nahe bei der maximal vorgegebenen. Die Ausnutzung der Gaskraftwerke ist dagegen im Vergleich zum hohen Reduktionsziel niedriger, was durch den hohen Gaspreis erklärbar scheint. Der Anteil der Braunkohlekraftwerke nimmt geringfügig zu, was einer besseren Ausnutzung der ohnehin vorhandenen installierten Leistung entspricht. Das Pumpspeicherwasser-System wird intensiver genutzt als bei der Betrachtung des hohen Klimaschutzziels.
Nachfolgende Tabelle zeigt die Stromerzeugungskosten sowie die anteiligen Brennstoffkosten und die durch die WKA-Nutzung entstandenen Kosten für das Szenario einer Erzeugung ohne Vorgabe der Windenergienutzung. Der Gaspreis ist „hoch“, der AKW-Zubau beschränkt. Im Fall der hohen Emissionseinsparungen ergeben sich Gesamtkosten, die praktisch nicht von denen abweichen, die bei der Vorgabe der Windenergienutzung entstehen.
Betrachtet man allein die spezifischen Erzeugungskosten der WKA, so zeigt sich, dass die Vorgabe eines niedrigen CO2-Reduktionsziels mit der damit verbundenen Übernahme aller Stromerzeugung aus Wind zu Werten führt, die in etwa den durchschnittlichen spezifischen Kosten aus dem gesamten Erzeugungsmix entsprechen. Somit ist aus Kostengesichtspunkten klar, möglichst viel der WKA-Erzeugung zu integrieren.
Der Verzicht auf Reduktionsziele führt zwar zu deutlich niedrigeren Gesamtkosten der Stromerzeugung, jedoch steigen die CO2-Emissionen im Vergleich zu 2000 deutlich an.
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Kosten-Vergleich verschiedener Szenarien für 2020
Aus dieser Aufstellung ist klar ersichtlich, dass die Nutzung der Winenergie nicht gleichzusetzen ist mit dramatisch steigenden Stromerzeugungskosten, wenn die empfohlenen Klimaschutzziele erreicht werden sollen. "Kostengünstigere" Varianten lägen nur in einem massiven Ausbau der Atomenergienutzung oder in einer Mißachtung der Klimaschutzziele und Verstromung von Kohle.
Darüber hinaus ist zu erkennen, dass das EEG mit seiner Forcierung der Windenergienutzung zu kaum höheren Kosten führt als die "freie Verwendung" der Windenergie, wenn die Klimaschutzziele erreicht werden sollen.