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12 Thesen zur Energiewende

Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten
Herausforderungen im Strommarkt




Kurzfassung (Online-Version)
Agora energiewende




   Guten Tag!

   Sie ist ein komplexes Unterfangen, die Energiewende. Dies birgt die Gefahr,
   dass die politische Debatte auf Nebenschauplätze abgleitet oder die Aufmerk-
   samkeit auf wenige – mehr oder weniger relevante – Themen gelenkt wird.

   Mit 12 Thesen zur Energiewende legt Agora Energiewende einen Beitrag
   zur Prioritätensetzung vor. Wir werfen einen Blick auf den Strommarkt der
   nächsten 10 bis 20 Jahre und benennen die wichtigsten Herausforderungen.
   Die Thesen sind das Ergebnis intensiver Analysen der vorliegenden Studien
   und vieler Gespräche mit Experten. Sie fassen aus unserer Sicht den heutigen
   Stand des Wissens prägnant zusammen.

   Wir verstehen diese 12 Thesen zur Energiewende als Einladung zur Diskus-
   sion. Anmerkungen, Kommentare und Kritik sind herzlich willkommen.

   Rainer Baake und das Team von Agora Energiewende




   IMPRESSUM



   IMPULSE                                                  ERSTELLT VON
   12 Thesen zur Energiewende                               AGORA ENERGIEWENDE


   Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten                Agora Energiewende
   Herausforderungen im Strommarkt                          Rosenstraße 2 | 10178 Berlin
   (Kurzfassung)                                            T +49. (0) 30. 284 49 01-00
                                                            F +49. (0) 30. 284 49 01-29
   Dieses Dokument skizziert grundlegende Thesen zur        www.agora-energiewende.de
   Energiewende, die der Arbeitsstab von Agora Energie-     info@agora-energiewende.de
   wende für die Diskussion im Rat der Agora entwickelt
   hat. Diese Thesen spiegeln nicht die Meinung der Rats-
   mitglieder wider.                                        006/02b-I-2012/DE




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Agora energiewende




        Der erste Hauptsatz der energiewende lautet:
        „Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“

        Denn Wind und photovoltaik sind die beiden
        wichtigsten säulen der energiewende.

        Die Folge: Diese Technologien verändern das
        energiesystem und den energiemarkt fundamental.




                                              1. Im Mittelpunkt stehen Wind und Solar!
                                GW

                                70                                                                     MERKMALE
 Wind und pV sind                                                                                      > dargebotsabhängig
                                60
 die günstigsten                                                                                       > schnell fluktuierend
                                50
 erneuerbaren energien                                                                                 > nur Kapitalkosten
                                40

 Das potenzial anderer          30

 erneuerbarer energien          20
 ist begrenzt                   10

                                 0
                                        Mo        Di         Mi     Do        Fr       Sa        So



                                            Wie synchronisieren wir Nachfrage und Angebot?
                                                     Wie minimieren wir die Kosten?
                                     Wie realisieren wir die energiewende im europäischen Kontext?



    TECHNISCHES SYSTEM                                                        MARKTDESIGN UND REGULIERUNG
    2. »Grundlastkraftwerke« gibt es nicht mehr: Gas                           7. Der heutige strommarkt handelt Kilowattstunden
       und Kohle arbeiten Teilzeit                                                – er garantiert keine Versorgungssicherheit
    3. Flexibilität gibt es reichlich – nur lohnt sie sich                     8. Am Grenzkostenmarkt können sich Wind und pV
       bislang nicht                                                              prinzipiell nicht refinanzieren
    4. Netze sind billiger als speicher                                        9. ein neuer energiewende-markt ist erforderlich
    5. Die sicherung der Höchstlast ist kostengünstig                         10. Der energiewende-markt bindet die Nachfrage ein
    6. Die Integration des Wärmesektors ist sinnvoll                          11. er muss im europäischen Kontext gedacht werden


                                             12. effizienz: eine gesparte kWh ist die günstigste


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Agora energiewende




These 1 (Teil 1)
Der erste Hauptsatz der energiewende lautet:
„Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“

→ Der Technologie-Wettbewerb des Erneuerbare-Energien-Gesetzes kennt zwei
  Sieger: Windkraft und Photovoltaik; sie sind absehbar die kostengünstigsten
  Technologien und haben das größte Potenzial
→ Alle anderen Technologien sind entweder deutlich teurer beziehungsweise ha-
  ben nur begrenzte Ausbaupotenziale (Wasser, Biomasse/Biogas, Geothermie)
  und/oder sind noch im Forschungsstadium (Wellenenergie, Osmose, etc.)
→ Wind und PV-Anlagen werden 2015 Vollkosten von 7-10 ct/kWh haben –
  ein System aus Wind, PV und Backup-Kapazitäten liegt damit in der gleichen
  Größenordnung wie neue Gas- und Kohlekraftwerke

       ⇨ Wind und PV sind die beiden wichtigsten Säulen der Energiewende!




  stromnachfrage und erzeugung aus erneuerbaren energien in vier beispielhaften Wochen im Jahr 2022 (Teil 1)


  GW                      Anfang Februar (KW 6)                             GW                      Anfang April (KW 14)


 80                                                                         80



 60                                                                         60



 40                                                                         40



  20                                                                        20




        Mo        Di       Mi        Do         Fr       Sa    So                   Mo   Di         Mi       Do      Fr    Sa      So


                                     Stromnachfrage            Fossile Kraftwerke             Wind Onshore/Offshore

                                     Photovoltaik              Wasser                         Biomasse


       Die vier dargestellten Wochen zeigen beispielhaft verschiedene Situationen auf, wie sie bei steigenden Anteilen von Erneuerbaren
       Energien immer öfter auftreten werden: Anfang Februar (6. Kalenderwoche) zieht ein Stark-Windgebiet über Deutschland, mit dem
       Ergebnis, dass der Anteil der Erneuerbaren Energien am Stromverbrauch von ca. 20 Prozent am Montag auf über 100 Prozent am
       Wochenende steigt. In sonnigen Frühjahrs- und Sommerwochen – z.B. im April (14. Kalenderwoche) oder im August (33. Kalender-
       woche) – führt das Zusammentreffen von Stromproduktion aus Solar- und Windenergie regelmäßig dazu, dass mittags die Erneu-
       erbaren-Energien-Stromproduktion nahe oder sogar über der Stromnachfrage liegt. Demgegenüber ist das Stromangebot aus Er-
       neuerbaren Energien im Falle einer Windflaute im Winter sehr gering, wie hier für Ende November (47. Kalenderwoche) dargestellt.


  Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                      4
Agora energiewende




These 1 (Teil 2)
Der erste Hauptsatz der energiewende lautet:
„Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“

→ Wind und Solarenergie haben drei zentrale Eigenschaften:
  - Sie sind dargebotsabhängig, d.h. die Stromproduktion hängt vom Wetter ab
  - Sie haben hohe Kapitalkosten und (fast) keine Betriebskosten
  - Ihre Stromproduktion ist schnell fluktuierend
→ Diese Eigenschaften sind grundlegend anders als die von Kohle und Gas;
  sie verändern das Energiesystem und den Energiemarkt fundamental
→ Wind und PV sollten parallel ausgebaut werden, denn sie ergänzen sich gegen-
  seitig: In der Regel weht der Wind dann, wenn die Sonne nicht scheint – und
  umgekehrt




  stromnachfrage und erzeugung aus erneuerbaren energien in vier beispielhaften Wochen im Jahr 2022 (Teil 2)


  GW                       Mitte August (KW 33)                              GW                   Ende November (KW 47)


 80
                                                                             80


 60                                                                          60


 40                                                                          40


  20                                                                         20



        Mo        Di       Mi        Do         Fr       Sa    So                    Mo   Di         Mi       Do      Fr      Sa       So


                                     Stromnachfrage             Fossile Kraftwerke             Wind Onshore/Offshore

                                     Photovoltaik               Wasser                         Biomasse


       Die Graphik wurde erstellt von Fraunhofer IWES im Auftrag von Agora Energiewende. Dargestellt ist das Ergebnis einer Modellrech-
       nung der Stromnachfrage und der Stromerzeugung in Deutschland für vier beispielhafte Wochen im Jahr 2022. Die rote Linie stellt die
       Nachfrage in GW dar, die verschiedenen Farben die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien, die graue Fläche die residuale Nachfrage,
       die durch die fossilen Kraftwerke gedeckt werden muss. Die Grundlage für die Berechnungen bildet das sogenannte Leitszenario des
       von der Bundesnetzagentur genehmigten Szenariorahmens für den Netzentwicklungsplan 2012. Die vollständigen Daten für alle 52
       Wochen sind erhältlich unter www.agora-energiewende.de/download.


  Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                         5
Agora energiewende




These 2
„Grundlastkraftwerke“ gibt es nicht mehr:
Gas und Kohle arbeiten Teilzeit

→ Wind und PV werden zur Basis der Stromversorgung; das restliche Strom-
  system wird sich um diese herum optimieren
→ Die meisten Kraftwerke werden nur in Zeiten von wenig Sonne und Wind
  gebraucht, ihre Auslastung sinkt: „Grundlastkraftwerke“ gibt es nicht mehr
→ Schnelle Änderungen der Einspeisung sowie Prognoseunsicherheiten stellen
  neue Anforderungen an kurz- und langfristige Flexibilität
→ Kraft-Wärme-Kopplung und Biomasse müssen mittelfristig nach dem
  Strombedarf betrieben werden
→ Lastmanagement und Speicher tragen zur Synchronisation bei




 Bedarf an fossilen Kraftwerken im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im August




         GW     Fast keine                       20-30 GW
                fossilen Kraftwerke              fossile Kraftwerke
         80
                                                                                • Von Montag bis Donnerstag decken Wind und PV
                                                                                  den größten Teil der Stromnachfrage ab, fossile
         60                                                                       Kraftwerke werden kaum benötigt

         40                                                                     • Zwischen Donnerstagnachmittag und Sonntag-
                                                                                  vormittag werden durchgängig etwa 20 bis 30 GW
         20                                                                       ergänzende Kraftwerkskapazität benötigt



              Mo         Di           Mi   Do       Fr         Sa     So




                   Stromnachfrage                Fossile Kraftwerke        Wind Onshore/Offshore

                   Photovoltaik                  Wasser                    Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                6
Agora energiewende




These 3
Flexibilität gibt es reichlich – nur lohnt sie sich bislang nicht


→ Schwankungen in der Erzeugung (Wind und PV) erfordern zukünftig eine
  wesentlich höhere Flexibilität des Stromsystems
→ Technische Lösungen zur Flexibilität sind umfangreich vorhanden, z.B.
  - nach Strombedarf betriebene KWK- und Biomasseanlagen
  - Flexibilisierung fossiler Kraftwerke (Mindestleistung, Startzeiten)
  - Erzeugungsspitzen von Wind und PV vermeiden oder für Wärme nutzen
  - Lastverschiebung und abschaltbare Lasten in der Industrie
→ Die Herausforderung liegt nicht in der Technik oder ihrer Steuerung sondern in
  den richtigen Anreizen
→ Kleinteilige Flexibilitätsoptionen auf Haushaltsebene über Smart Meter zu
  aktivieren, ist derzeit zu teuer




  Flexibilitätsanforderungen im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im August




                                                     Differenz bei Wind und
         GW
                                                     PV: 30 GW in vier Stunden


         80
                                                                                     • Donnerstags von 10 bis 13 Uhr wird die Stromnach-
                                                                                       frage fast vollständig durch Wind und PV gedeckt
         60

                                                                                     • Ab 13 Uhr lassen Wind und Sonneneinstrahlung nach,
         40                                                                            so dass um 17 Uhr etwa 30 GW ergänzende Kraft-
                                                                                       werkskapazität benötigt werden
         20




               Mo        Di          Mi     Do        Fr        Sa         So




                    Stromnachfrage                Fossile Kraftwerke             Wind Onshore/Offshore

                    Photovoltaik                  Wasser                         Biomasse




  Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                        7
Agora energiewende




These 4
Netze sind billiger als speicher


→ Netze reduzieren Flexibilitätsbedarf: Schwankungen in Erzeugung (Wind und
  PV) und Nachfrage werden über große Distanzen ausgeglichen
→ Netze ermöglichen Zugriff auf die kostengünstigsten Flexibilitätsoptionen in
  Deutschland und Europa
→ Übertragungsnetze reduzieren dadurch die Gesamtsystemkosten bei relativ
  geringen Investitionskosten
→ Auch der Aus- und Umbau der Verteilnetze ist günstiger als lokale Speicher
→ Neue Speichertechnologien werden erst ab einem Anteil von mehr als 70%
  Erneuerbarer Energien erforderlich
→ Lokale PV-Batterie-Systeme können sich – aufgrund von gesparten Abgaben-
  und Steuern – schon früher betriebswirtschaftlich rechnen




 Bedeutung von Netzen und pumpspeichern im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im Februar




        GW
                                                                                      • In einer Woche Anfang Februar gibt es so viel Wind,
                                                            ~16 GW Netze
                                                                                        dass über fast zwei Tage ein signifikanter Überschuss
                                                            ~ 9 GW Pumpspeicher
                                                                                        entsteht
         80

                                                                                      • Über Netze können in diesem Zeitraum etwa 16 GW
         60
                                                                                        Strom exportiert werden

         40                                                                           • In bestehenden Pumpspeichern können weitere
                                                                                        9 GW für etwa fünf Stunden aufgenommen werden
         20
                                                                                      • Neue Speichertechnologien würden aufgrund ihrer
                                                                                        höheren Kosten nicht zum Einsatz kommen (hinrei-
               Mo         Di        Mi       Do        Fr        Sa          So         chender Netzausbau vorausgesetzt)




                     Stromnachfrage                  Fossile Kraftwerke           Wind Onshore/Offshore

                     Photovoltaik                    Wasser                       Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) und TAB (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                           8
Agora energiewende




These 5
Die sicherung der Höchstlast ist kostengünstig


→ Wind und PV können in bestimmten Zeiten (z.B. bei Windflaute im Winter)
  nicht zur Sicherung der Höchstlast beitragen, daher sind steuerbare Kapazitä-
  ten in ähnlicher Größenordnung wie heute erforderlich
→ Die Höchstlast kann durch gesicherte Leistung gedeckt oder durch nachfra-
  geseitige Maßnahmen gesenkt werden; fast ein Viertel des Bedarfs (ca. 15 bis
  25 GW) fällt nur in sehr wenigen Stunden im Jahr an (<200)
→ Gasturbinen können diesen Bedarf kostengünstig decken (35 bis 70 Millionen
  Euro pro Jahr pro GW), abschaltbare Lasten oder alte Kraftwerke eventuell noch
  günstiger
→ Durch den europäischen Verbund wird die Sicherung der Höchstlast einfacher
  und kostengünstiger




 sicherung der Höchstlast im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im November




        GW                   80 GW                         0 GW PV
                             Nachfrage                     4 GW Wind
                                                                                • Im Moment der höchsten Last von 80 GW (beispiels-
        80
                                                                                  weise an einem Donnerstag im November um 19 Uhr)
                                                                                  gibt es keine Sonne und während einer Windflaute nur
                                                                                  ca. 4 GW Erzeugung aus Wind
        60
                                                                                • Allein für den möglichen Fall, dass genau in diesem
                                                                                  Moment gar kein Windstrom erzeugt wird, muss hinrei-
        40                                                                        chend steuerbare Kapazität vorgehalten werden

                                                                                • Etwa ein Viertel der gesamten steuerbaren Kapazität
        20                                                                        wird nur für diesen Fall – in wenigen Stunden im Jahr –
                                                                                  vorgehalten

              Mo        Di          Mi     Do         Fr        Sa     So




                   Stromnachfrage                Fossile Kraftwerke         Wind Onshore/Offshore

                   Photovoltaik                  Wasser                     Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                        9
Agora energiewende




These 6
Die Integration des Wärmesektors ist sinnvoll


→ Der Wärmesektor bietet enorme Flexibilitätspotenziale
  - Er ist doppelt so groß wie der Stromsektor; Gas und Öl müssen zur
    Erreichung der Klimaziele (fast) vollständig ersetzt werden
  - Wärme ist im Gegensatz zu Strom gut speicherbar
  - Wärme wird v.a. im Winter benötigt, wenn das Windaufkommen hoch ist
→ KWK verbindet schon heute den Strom- mit dem Wärmesektor
→ Mittelfristig kommen bei hohem Windaufkommen bivalente Heizsysteme, die
  sowohl Brennstoffe als auch Strom nutzen können, zum Einsatz
→ Langfristige Integration über einen gemeinsamen Brennstoff:
  Erdgas/Biogas/Power to Gas




 Heizbedarf und Windstromerzeugung in Deutschland im monatlichen Verlauf




         Stromerzeugung                                            Temperaturdifferenz
         (TWh)                                                               (°Celsius)

   5,0                                                                                    20
                                                                                               Windstromerzeugung
   4,0                                                                                         (TWh pro Monat,
                                                                                          15
                                                                                               Durchschnitt 2003 bis 2008)
   3,0
                                                                                          10   Heizbedarf
   2,0                                                                                         (Abweichung der monatlichen
                                                                                               Durchschnittstemperatur von
                                                                                          5
   1,0                                                                                         20° Celsius)


   0,0                                                                                    0
          Jan   Feb   Mrz     Apr   Mai    Jun    Jul   Aug     Sep   Okt     Nov Dez




 Eigene Berechnungen basierend auf Fraunhofer ISE/ISI (2009) und DWD (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                         10
Agora energiewende




These 7
Der heutige strommarkt handelt Kilowattstunden
– er garantiert keine Versorgungssicherheit

→ Am heutigen Strommarkt werden Strommengen gehandelt (Energy Only)
→ Der Strompreis wird – stündlich – durch die Betriebskosten des teuers-
  ten laufenden Kraftwerks bestimmt (Grenzkosten); dieser Mechanismus stellt
  sicher, dass zuerst die Kraftwerke mit den niedrigsten Betriebskosten einge-
  setzt werden, dann die mit höheren
→ Es ist nicht gesichert, dass dieser Strommengenmarkt genügend Anreize für
  Neu- und Bestandsanlagen schafft, um dauerhaft das öffentliche Gut Versor-
  gungssicherheit zu gewährleisten
→ Die Energiewende verschärft diese Frage, weil Wind und PV den durchschnitt-
  lichen Börsenstrompreis und die Auslastung fossiler Kraftwerke senken




 logik der strompreisbildung anhand der Merit Order-Kurve




                       Zeitpunkt mit wenig Wind und PV                                                 Zeitpunkt mit viel Wind und PV


                                                                Heizöl                                                                                        Heizöl
    Grenzkosten                                                              Grenzkosten
    EUR/MWh                                            Erdgas                EUR/MWh                                                                 Erdgas


                                          Steinkohle                                                                                    Steinkohle
               Wind, PV,                                                                   Wind, PV,
               Wasser                                                                      Wasser
                           Braunkohle                                                                                      Braunkohle
 Hoher                                                                                                         Kernkraft
 Strompreis
 bei wenig
 Wind und PV      Kernkraft                                              Niedriger
                                                                         Strompreis
                                                                         bei viel Wind
                                                                         und PV
                                                           Kapazität                                                                                   Kapazität
                                                                GW                                                                                          GW

                                        Nachfrage nach Strom                                                   Nachfrage nach Strom




  Eigene Darstellung




Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                                             11
Agora energiewende




These 8
Am Grenzkostenmarkt können sich Wind und
pV prinzipiell nicht refinanzieren

→ Wind und PV haben Betriebskosten von nahe Null
→ Sie produzieren Strom dann, wenn der Wind weht bzw. die Sonne scheint –
  unabhängig vom Börsenstrompreis
→ In Zeiten von viel Wind und/oder Sonne produzieren die Wind- und PV-
  Anlagen soviel Strom, dass sie die Preise am Spotmarkt senken; die Folge:
  Wind und PV machen sich an der Börse „ihren eigenen Preis“ kaputt
→ Daher können sich Wind und PV am Grenzkostenmarkt prinzipiell nicht
  refinanzieren – selbst wenn ihre Vollkosten zukünftig unter denen von
  Kohle und Gas liegen
→ Hohe CO2-Preise ändern daran grundsätzlich nichts




  einfluss hoher Wind- und pV-stromproduktion auf den Börsenpreis im Jahr 2022 am Beispiel
  einer Woche im August




                                          Grenzkosten: ~0 EUR/MWh
        GW

         70
                                                                                         • Zwischen Montagnacht und Dienstagabend decken
                                                                                           Wind und PV (plus kleine Mengen anderer Erneu-
        50                                                                                 erbarer Energien) die gesamte Stromnachfrage in
                                                                                           Deutschland

         30                                                                              • Der Börsenpreis, der sich auf Grenzkostenbasis
                                                                                           ergibt, wird über etwa 18 Stunden konstant gegen
                                                                                           Null EUR/MWh tendieren
         10


               Mo          Di        Mi          Do            Fr          Sa   So




                    Stromnachfrage                    Fossile Kraftwerke             Wind Onshore/Offshore

                    Photovoltaik                      Wasser                         Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                          12
Agora energiewende




These 9 (Teil 1)
ein neuer energiewende-markt ist erforderlich


→ Der zukünftige „Energiewende-Markt“ sollte zwei Funktionen erfüllen:
  - den Einsatz der Kapazitäten steuern, um eine effiziente Synchronisation
    von Angebot und Nachfrage zu erreichen
  - Investitionssignale für Erneuerbare Energien einerseits sowie
    konventionelle Anlagen, Flexibilisierung der Nachfrage und (langfristig)
    Speicher andererseits senden
→ Dabei werden zwei Zahlungsströme entstehen:
  - Erlöse (wie bisher) aus einem Markt für Strommengen (MWh) –
    grenzkostenbasierter Energy Only-Markt
  - Erlöse an einem neuen Markt für Investitionen in Kapazität (MW)
→ Daneben gibt es einen Wettbewerb für Systemdienstleistungen (z.B. Regel-
  energie), bei dem fossile Kraftwerke, Erneuerbare Energien, Nachfrage und
  Speicher miteinander konkurrieren


 Kapazitätsmechanismen in europa                                                              erneuerbaren-energien-Fördersysteme in europa




                                                                                                        Einspeisevergütung
               Keine Kapazitätsmechanismen bzw. Diskussion in einem frühen Stadium                      Quoten
               Kapazitätsmechanismen im Gesetzgebungsprozess bzw. in Planung                            Einspeise-Prämie
               Volle oder partielle Kapazitätsmechanismen implementiert                                 Kombination aus Quote und Einspeisevergütung

               Kapazitätsreserve implementiert                                                          Kombination aus Einspeise-Prämie und Einspeisevergütung



 Eigene Darstellung nach Eurelectric (2012), Öko-Institut et al. (2012), Fraunhofer ISI et al. (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                                              13
Agora energiewende




These 9 (Teil 2)
ein neuer energiewende-markt ist erforderlich


→ Der neue Markt für Investitionen in Kapazität generiert Vergütungen für:
  - das Produkt „gesicherte flexible Leistung“ beziehungsweise „gesicherte
    flexible Lastverschiebung“ zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit
  - das Produkt „CO2-freie Strommengen“, zur Sicherung des Umstiegs
    auf Erneuerbare Energien
→ Die Ausgestaltung dieses neuen Marktes bedarf noch genauerer Analysen;
  verschiedene Optionen (Prämien/Boni, Ausschreibungen, Zertifikate), deren
  Wirkungen noch genauer betrachtet werden müssen, sind möglich
→ Ein Umstieg von der Einspeisevergütung für Erneuerbare Energien auf einen
  neuen Mechanismus ist nur gerechtfertigt, wenn eine Effizienzsteigerung zu
  erwarten ist




 ein mögliches marktdesign für die energiewende




  synchronisation von                                                   Energy Only-Markt
  Angebot und Nachfrage                           Fossile Kraftwerke, erneuerbare-energien-Anlagen, Nachfrage


                                                                        Investitionsmarkt

  sicherstellung von                        Gesicherte Kapazität                                 CO2-freier Strom
  Versorgungssicherheit                Fossile Kraftwerke, Nachfrage,                         erneuerbare-energien-
  und Klimaschutz                                 speicher                                           Anlagen



  Gewährleistung                       Wettbewerb für Systemdienstleistungen (zum Beispiel Regel- und Ausgleichsenergie)
  der Netzstabilität                         Fossile Kraftwerke, erneuerbare-energien-Anlagen, Nachfrage, speicher




 Eigene Darstellung



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                       14
Agora energiewende




These 10
Der energiewende-markt bindet die Nachfrageseite aktiv ein


→ Die Flexibilisierung der Nachfrageseite ist ein entscheidender Baustein, um
  mehr Wind- und PV-Strom nutzen zu können
→ Die Verschiebung der Nachfragelast ist oft kostengünstiger als die Speicherung
  von Strom oder die Vorhaltung von Kraftwerksleistung
→ Die bisherigen Regelungen bei Netzentgelten und Systemdienstleistungen,
  wie etwa Regelenergiemärkten, laufen dem aber oft zuwider und sollten
  deshalb reformiert werden
→ Der neue Markt für Investitionen in Kapazität muss so ausgestaltet wer-
  den, dass die Nachfrageseite hier aktiv teilnimmt (über die Verschiebung von
  Nachfragelast)




 Beitrag der Nachfrage zur Flexibilisierung im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im Februar




                                                   Verschiebung der Nachfrage
         GW


         70
                                                                                            • In der Nacht von Freitag auf Samstag und am
                                                                                              Samstagvormittag gibt es jeweils einen Über-
         50                                                                                   schuss an Strom; Freitagmittag/-nachmittag
                                                                                              werden jedoch etwa 20 GW fossiler Erzeugung
                                                                                              benötigt
         30

                                                                                            • Industriebetriebe und andere Stromverbraucher
         10                                                                                   können ihre Nachfrage von Freitagmittag auf
                                                                                              Freitagnacht beziehungsweise Samstagvormittag
                                                                                              verlagern
               Mo          Di        Mi      Do            Fr          Sa       So



                    Stromnachfrage                Fossile Kraftwerke                 Wind Onshore/Offshore

                    Photovoltaik                  Wasser                             Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                          15
Agora energiewende




These 11
Der energiewende-markt muss im
europäischen Kontext gedacht werden

→ Die zunehmende Integration des deutschen in das europäische Stromsystem
  macht die Energiewende günstiger und einfacher, weil
  - sich Fluktuationen von Wind und PV über die größere geographische
    Verteilung ausgleichen
  - gesicherte Kapazität gemeinsam vorgehalten werden kann
  - günstige Flexibilitätsoptionen in Europa genutzt werden können
    (z.B. Speicher in Skandinavien und den Alpenländern)
→ Der europäische Stromhandel stabilisiert die Börsenpreise
→ Langfristig wird der europäische Strommarkt vollständig integriert werden




 schwankungen der stromnachfrage im regionalen Vergleich

               %
                   Schwankungen der Nachfrage über einen Tag (Abweichung vom Stundendurchschnitt)
         30

         20

         10
               1   2    3    4     5       6    7     8    9   10   11    12    13    14     15     16    17   18   19   20   21   22   23   24
          0

         -10

        -20

        -30



               %
                   Schwankungen der Nachfrage über ein Jahr (Abweichung vom Tagesdurchschnitt)
         40



         20



          0



        -20


                                       Einzelne Regionen                          Europa gesamt (EU 27)
        -40


 Darstellung basierend auf ECF (2010)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                              16
Agora energiewende




These 12
effizienz: eine gesparte kWh ist die günstigste


→ Ein effizienter Umgang mit Energie senkt die Gesamtkosten
→ Die Steigerung der Energieproduktivität ermöglicht die Entkopplung von
  Wirtschaftswachstum und Energieverbrauch
→ Jede gesparte kWh erfordert weniger
  - Verbrennung von Gas und Kohle
  - Investitionen in neue Kraftwerke - fossile und erneuerbare
→ Die Herausforderung liegt weniger in der Technik als in den Anreizen
→ Eine gesamthafte Betrachtung von Strom, Wärme und Transport ist erforder-
  lich: Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge erhöhen den Strombedarf, sind aber
  kein Widerspruch zur Effizienz




 Wirkung von effizienz im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im November



                                                       In einer Woche über 1.000 GWh
                     Reduktion der Nachfrage           weniger Erzeugung aus Gas
                                                                                              • Das Ziel der Bundesregierung ist es, die Energie-
                     um bis zu 8 GW                    und Kohle                                effizienz so zu steigern, dass der Stromverbrauch
         GW                                                                                     im Jahr 2020 um 10 Prozent niedriger ist als 2008;
                                                                                                dies entspricht einer Reduktion des Bruttostrom-
                                                                                                verbrauchs um etwa 60 Terrawattstunden
        80
                                                                                              • Eine Reduktion der Stromnachfrage führt dazu,
        60                                                                                      dass weniger Strom aus Kohle- und Gaskraftwer-
                                                                                                ken produziert wird

        40
                                                                                              • Zudem sinkt der Bedarf an gesicherter Kapazi-
                                                                                                tät – in dieser Woche im November werden bis
        20                                                                                      zu 8 GW weniger gesicherte Leistung oder ver-
                                                                                                schiebbare Nachfragelast benötigt, um die Versor-
                                                                                                gungssicherheit zu gewährleisten
               Mo         Di         Mi        Do        Fr         Sa        So



                    Stromnachfrage                  Fossile Kraftwerke                 Wind Onshore/Offshore

                    Photovoltaik                    Wasser                             Biomasse




 Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012)



Impulse | 12 Thesen zur energiewende                                                                                                                 17
Agora Energiewende




Quellenverzeichnis der Abbildungen
Agora Energiewende (2012): Erneuerbare Energien und Stromnachfrage im Jahr 2022.
Illustration der anstehenden Herausforderungen der Energiewende in Deutschland

DWD (2012): Datenbank der monatlichen Temperaturen in Deutschland, verfügbar unter
www.dwd.de (unter Klimadaten online frei > Klimadaten Deutschland > Messstationen > Monatswerte)

ECF (2010): Roadmap 2050 – a practical guide to a prosperous, low carbon Europe.

Eurelectric (2012): Investitionsnotwendigkeiten und Kapazitätsmechanismen im EU Binnenmarkt.
Präsentation von Susanne Nies auf der Jahreskonferenz 2012 des Öko-Instituts

Fraunhofer ISE/ISI (2009): Integration von Windenergie in ein zukünftiges Energiesystem
unterstützt durch Lastmanagement.

Fraunhofer ISI et al. (2012): RE-Shaping – Shaping an effective and efficient European renewable energy market.

Öko-Institut/LBD/Raue LLP (2012): Fokussierte Kapazitätsmärkte. Ein neues Marktdesign für den Übergang
zu einem neuen Energiesystem

TAB (2012): Regenerative Energieträger zur Sicherung der Grundlast in der Stromversorgung.




Publikationen von Agora Energiewende
12 Thesen zur Energiewende
Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Herausforderungen im Strommarkt
(Lang- und Kurzfassung)

Brauchen wir einen Kapazitätsmarkt?
Dokumentation der Stellungnahmen der Referenten der Diskussionsveranstaltung am 24. August 2012 in Berlin

Erneuerbare Energien und Stromnachfrage im Jahr 2022
Illustration der anstehenden Herausforderungen der Energiewende in Deutschland.
Analyse auf Basis von Berechnungen von Fraunhofer IWES

Kapazitätsmarkt oder Strategische Reserve?
Ein Überblick über die in der Diskussion befindlichen Modelle zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit in Deutschland
(erscheint im Dezember 2012)

Kritische Würdigung des Netzentwicklungsplanes 2012
Studie des Büros für Energiewirtschaft und technische Planung (BET)

Steigende EEG-Umlage: Unerwünschte Verteilungseffekte können vermindert werden
Analyse des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW)


Impulse | 12 Thesen zur Energiewende                                                                                  18
006/02b-I-2012/DE




Wie gelingt uns die Energiewende?
Welche konkreten Gesetze, Vorgaben
und Maßnahmen sind notwendig,
um die Energiewende zum Erfolg zu
führen? Agora Energiewende will den
Boden bereiten, damit Deutschland
in den kommenden Jahren die
Weichen richtig stellt. Wir verstehen
uns als Denk- und Politiklabor, in
d
­ essen ­ ittelpunkt der Dialog mit
         M
den ­ elevanten energiepolitischen
     r
Akteuren steht.




Agora Energiewende
Rosenstraße 2 | 10178 Berlin
T +49. (0)30. 284 49 01-00
F +49. (0)30. 284 49 01-29
www.agora-energiewende.de
info@agora-energiewende.de

Agora Energiewende ist eine gemeinsame Initiative der Stiftung Mercator und der European Climate Foundation
im Rahmen der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP).

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  • 1. 12 Thesen zur Energiewende Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Herausforderungen im Strommarkt Kurzfassung (Online-Version)
  • 2. Agora energiewende Guten Tag! Sie ist ein komplexes Unterfangen, die Energiewende. Dies birgt die Gefahr, dass die politische Debatte auf Nebenschauplätze abgleitet oder die Aufmerk- samkeit auf wenige – mehr oder weniger relevante – Themen gelenkt wird. Mit 12 Thesen zur Energiewende legt Agora Energiewende einen Beitrag zur Prioritätensetzung vor. Wir werfen einen Blick auf den Strommarkt der nächsten 10 bis 20 Jahre und benennen die wichtigsten Herausforderungen. Die Thesen sind das Ergebnis intensiver Analysen der vorliegenden Studien und vieler Gespräche mit Experten. Sie fassen aus unserer Sicht den heutigen Stand des Wissens prägnant zusammen. Wir verstehen diese 12 Thesen zur Energiewende als Einladung zur Diskus- sion. Anmerkungen, Kommentare und Kritik sind herzlich willkommen. Rainer Baake und das Team von Agora Energiewende IMPRESSUM IMPULSE ERSTELLT VON 12 Thesen zur Energiewende AGORA ENERGIEWENDE Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Agora Energiewende Herausforderungen im Strommarkt Rosenstraße 2 | 10178 Berlin (Kurzfassung) T +49. (0) 30. 284 49 01-00 F +49. (0) 30. 284 49 01-29 Dieses Dokument skizziert grundlegende Thesen zur www.agora-energiewende.de Energiewende, die der Arbeitsstab von Agora Energie- info@agora-energiewende.de wende für die Diskussion im Rat der Agora entwickelt hat. Diese Thesen spiegeln nicht die Meinung der Rats- mitglieder wider. 006/02b-I-2012/DE Impulse | 12 Thesen zur energiewende 2
  • 3. Agora energiewende Der erste Hauptsatz der energiewende lautet: „Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“ Denn Wind und photovoltaik sind die beiden wichtigsten säulen der energiewende. Die Folge: Diese Technologien verändern das energiesystem und den energiemarkt fundamental. 1. Im Mittelpunkt stehen Wind und Solar! GW 70 MERKMALE Wind und pV sind > dargebotsabhängig 60 die günstigsten > schnell fluktuierend 50 erneuerbaren energien > nur Kapitalkosten 40 Das potenzial anderer 30 erneuerbarer energien 20 ist begrenzt 10 0 Mo Di Mi Do Fr Sa So Wie synchronisieren wir Nachfrage und Angebot? Wie minimieren wir die Kosten? Wie realisieren wir die energiewende im europäischen Kontext? TECHNISCHES SYSTEM MARKTDESIGN UND REGULIERUNG 2. »Grundlastkraftwerke« gibt es nicht mehr: Gas 7. Der heutige strommarkt handelt Kilowattstunden und Kohle arbeiten Teilzeit – er garantiert keine Versorgungssicherheit 3. Flexibilität gibt es reichlich – nur lohnt sie sich 8. Am Grenzkostenmarkt können sich Wind und pV bislang nicht prinzipiell nicht refinanzieren 4. Netze sind billiger als speicher 9. ein neuer energiewende-markt ist erforderlich 5. Die sicherung der Höchstlast ist kostengünstig 10. Der energiewende-markt bindet die Nachfrage ein 6. Die Integration des Wärmesektors ist sinnvoll 11. er muss im europäischen Kontext gedacht werden 12. effizienz: eine gesparte kWh ist die günstigste Impulse | 12 Thesen zur energiewende 3
  • 4. Agora energiewende These 1 (Teil 1) Der erste Hauptsatz der energiewende lautet: „Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“ → Der Technologie-Wettbewerb des Erneuerbare-Energien-Gesetzes kennt zwei Sieger: Windkraft und Photovoltaik; sie sind absehbar die kostengünstigsten Technologien und haben das größte Potenzial → Alle anderen Technologien sind entweder deutlich teurer beziehungsweise ha- ben nur begrenzte Ausbaupotenziale (Wasser, Biomasse/Biogas, Geothermie) und/oder sind noch im Forschungsstadium (Wellenenergie, Osmose, etc.) → Wind und PV-Anlagen werden 2015 Vollkosten von 7-10 ct/kWh haben – ein System aus Wind, PV und Backup-Kapazitäten liegt damit in der gleichen Größenordnung wie neue Gas- und Kohlekraftwerke ⇨ Wind und PV sind die beiden wichtigsten Säulen der Energiewende! stromnachfrage und erzeugung aus erneuerbaren energien in vier beispielhaften Wochen im Jahr 2022 (Teil 1) GW Anfang Februar (KW 6) GW Anfang April (KW 14) 80 80 60 60 40 40 20 20 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Die vier dargestellten Wochen zeigen beispielhaft verschiedene Situationen auf, wie sie bei steigenden Anteilen von Erneuerbaren Energien immer öfter auftreten werden: Anfang Februar (6. Kalenderwoche) zieht ein Stark-Windgebiet über Deutschland, mit dem Ergebnis, dass der Anteil der Erneuerbaren Energien am Stromverbrauch von ca. 20 Prozent am Montag auf über 100 Prozent am Wochenende steigt. In sonnigen Frühjahrs- und Sommerwochen – z.B. im April (14. Kalenderwoche) oder im August (33. Kalender- woche) – führt das Zusammentreffen von Stromproduktion aus Solar- und Windenergie regelmäßig dazu, dass mittags die Erneu- erbaren-Energien-Stromproduktion nahe oder sogar über der Stromnachfrage liegt. Demgegenüber ist das Stromangebot aus Er- neuerbaren Energien im Falle einer Windflaute im Winter sehr gering, wie hier für Ende November (47. Kalenderwoche) dargestellt. Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 4
  • 5. Agora energiewende These 1 (Teil 2) Der erste Hauptsatz der energiewende lautet: „Im mittelpunkt stehen Wind und solar!“ → Wind und Solarenergie haben drei zentrale Eigenschaften: - Sie sind dargebotsabhängig, d.h. die Stromproduktion hängt vom Wetter ab - Sie haben hohe Kapitalkosten und (fast) keine Betriebskosten - Ihre Stromproduktion ist schnell fluktuierend → Diese Eigenschaften sind grundlegend anders als die von Kohle und Gas; sie verändern das Energiesystem und den Energiemarkt fundamental → Wind und PV sollten parallel ausgebaut werden, denn sie ergänzen sich gegen- seitig: In der Regel weht der Wind dann, wenn die Sonne nicht scheint – und umgekehrt stromnachfrage und erzeugung aus erneuerbaren energien in vier beispielhaften Wochen im Jahr 2022 (Teil 2) GW Mitte August (KW 33) GW Ende November (KW 47) 80 80 60 60 40 40 20 20 Mo Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Die Graphik wurde erstellt von Fraunhofer IWES im Auftrag von Agora Energiewende. Dargestellt ist das Ergebnis einer Modellrech- nung der Stromnachfrage und der Stromerzeugung in Deutschland für vier beispielhafte Wochen im Jahr 2022. Die rote Linie stellt die Nachfrage in GW dar, die verschiedenen Farben die Erzeugung aus Erneuerbaren Energien, die graue Fläche die residuale Nachfrage, die durch die fossilen Kraftwerke gedeckt werden muss. Die Grundlage für die Berechnungen bildet das sogenannte Leitszenario des von der Bundesnetzagentur genehmigten Szenariorahmens für den Netzentwicklungsplan 2012. Die vollständigen Daten für alle 52 Wochen sind erhältlich unter www.agora-energiewende.de/download. Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 5
  • 6. Agora energiewende These 2 „Grundlastkraftwerke“ gibt es nicht mehr: Gas und Kohle arbeiten Teilzeit → Wind und PV werden zur Basis der Stromversorgung; das restliche Strom- system wird sich um diese herum optimieren → Die meisten Kraftwerke werden nur in Zeiten von wenig Sonne und Wind gebraucht, ihre Auslastung sinkt: „Grundlastkraftwerke“ gibt es nicht mehr → Schnelle Änderungen der Einspeisung sowie Prognoseunsicherheiten stellen neue Anforderungen an kurz- und langfristige Flexibilität → Kraft-Wärme-Kopplung und Biomasse müssen mittelfristig nach dem Strombedarf betrieben werden → Lastmanagement und Speicher tragen zur Synchronisation bei Bedarf an fossilen Kraftwerken im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im August GW Fast keine 20-30 GW fossilen Kraftwerke fossile Kraftwerke 80 • Von Montag bis Donnerstag decken Wind und PV den größten Teil der Stromnachfrage ab, fossile 60 Kraftwerke werden kaum benötigt 40 • Zwischen Donnerstagnachmittag und Sonntag- vormittag werden durchgängig etwa 20 bis 30 GW 20 ergänzende Kraftwerkskapazität benötigt Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 6
  • 7. Agora energiewende These 3 Flexibilität gibt es reichlich – nur lohnt sie sich bislang nicht → Schwankungen in der Erzeugung (Wind und PV) erfordern zukünftig eine wesentlich höhere Flexibilität des Stromsystems → Technische Lösungen zur Flexibilität sind umfangreich vorhanden, z.B. - nach Strombedarf betriebene KWK- und Biomasseanlagen - Flexibilisierung fossiler Kraftwerke (Mindestleistung, Startzeiten) - Erzeugungsspitzen von Wind und PV vermeiden oder für Wärme nutzen - Lastverschiebung und abschaltbare Lasten in der Industrie → Die Herausforderung liegt nicht in der Technik oder ihrer Steuerung sondern in den richtigen Anreizen → Kleinteilige Flexibilitätsoptionen auf Haushaltsebene über Smart Meter zu aktivieren, ist derzeit zu teuer Flexibilitätsanforderungen im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im August Differenz bei Wind und GW PV: 30 GW in vier Stunden 80 • Donnerstags von 10 bis 13 Uhr wird die Stromnach- frage fast vollständig durch Wind und PV gedeckt 60 • Ab 13 Uhr lassen Wind und Sonneneinstrahlung nach, 40 so dass um 17 Uhr etwa 30 GW ergänzende Kraft- werkskapazität benötigt werden 20 Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 7
  • 8. Agora energiewende These 4 Netze sind billiger als speicher → Netze reduzieren Flexibilitätsbedarf: Schwankungen in Erzeugung (Wind und PV) und Nachfrage werden über große Distanzen ausgeglichen → Netze ermöglichen Zugriff auf die kostengünstigsten Flexibilitätsoptionen in Deutschland und Europa → Übertragungsnetze reduzieren dadurch die Gesamtsystemkosten bei relativ geringen Investitionskosten → Auch der Aus- und Umbau der Verteilnetze ist günstiger als lokale Speicher → Neue Speichertechnologien werden erst ab einem Anteil von mehr als 70% Erneuerbarer Energien erforderlich → Lokale PV-Batterie-Systeme können sich – aufgrund von gesparten Abgaben- und Steuern – schon früher betriebswirtschaftlich rechnen Bedeutung von Netzen und pumpspeichern im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im Februar GW • In einer Woche Anfang Februar gibt es so viel Wind, ~16 GW Netze dass über fast zwei Tage ein signifikanter Überschuss ~ 9 GW Pumpspeicher entsteht 80 • Über Netze können in diesem Zeitraum etwa 16 GW 60 Strom exportiert werden 40 • In bestehenden Pumpspeichern können weitere 9 GW für etwa fünf Stunden aufgenommen werden 20 • Neue Speichertechnologien würden aufgrund ihrer höheren Kosten nicht zum Einsatz kommen (hinrei- Mo Di Mi Do Fr Sa So chender Netzausbau vorausgesetzt) Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) und TAB (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 8
  • 9. Agora energiewende These 5 Die sicherung der Höchstlast ist kostengünstig → Wind und PV können in bestimmten Zeiten (z.B. bei Windflaute im Winter) nicht zur Sicherung der Höchstlast beitragen, daher sind steuerbare Kapazitä- ten in ähnlicher Größenordnung wie heute erforderlich → Die Höchstlast kann durch gesicherte Leistung gedeckt oder durch nachfra- geseitige Maßnahmen gesenkt werden; fast ein Viertel des Bedarfs (ca. 15 bis 25 GW) fällt nur in sehr wenigen Stunden im Jahr an (<200) → Gasturbinen können diesen Bedarf kostengünstig decken (35 bis 70 Millionen Euro pro Jahr pro GW), abschaltbare Lasten oder alte Kraftwerke eventuell noch günstiger → Durch den europäischen Verbund wird die Sicherung der Höchstlast einfacher und kostengünstiger sicherung der Höchstlast im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im November GW 80 GW 0 GW PV Nachfrage 4 GW Wind • Im Moment der höchsten Last von 80 GW (beispiels- 80 weise an einem Donnerstag im November um 19 Uhr) gibt es keine Sonne und während einer Windflaute nur ca. 4 GW Erzeugung aus Wind 60 • Allein für den möglichen Fall, dass genau in diesem Moment gar kein Windstrom erzeugt wird, muss hinrei- 40 chend steuerbare Kapazität vorgehalten werden • Etwa ein Viertel der gesamten steuerbaren Kapazität 20 wird nur für diesen Fall – in wenigen Stunden im Jahr – vorgehalten Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 9
  • 10. Agora energiewende These 6 Die Integration des Wärmesektors ist sinnvoll → Der Wärmesektor bietet enorme Flexibilitätspotenziale - Er ist doppelt so groß wie der Stromsektor; Gas und Öl müssen zur Erreichung der Klimaziele (fast) vollständig ersetzt werden - Wärme ist im Gegensatz zu Strom gut speicherbar - Wärme wird v.a. im Winter benötigt, wenn das Windaufkommen hoch ist → KWK verbindet schon heute den Strom- mit dem Wärmesektor → Mittelfristig kommen bei hohem Windaufkommen bivalente Heizsysteme, die sowohl Brennstoffe als auch Strom nutzen können, zum Einsatz → Langfristige Integration über einen gemeinsamen Brennstoff: Erdgas/Biogas/Power to Gas Heizbedarf und Windstromerzeugung in Deutschland im monatlichen Verlauf Stromerzeugung Temperaturdifferenz (TWh) (°Celsius) 5,0 20 Windstromerzeugung 4,0 (TWh pro Monat, 15 Durchschnitt 2003 bis 2008) 3,0 10 Heizbedarf 2,0 (Abweichung der monatlichen Durchschnittstemperatur von 5 1,0 20° Celsius) 0,0 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Eigene Berechnungen basierend auf Fraunhofer ISE/ISI (2009) und DWD (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 10
  • 11. Agora energiewende These 7 Der heutige strommarkt handelt Kilowattstunden – er garantiert keine Versorgungssicherheit → Am heutigen Strommarkt werden Strommengen gehandelt (Energy Only) → Der Strompreis wird – stündlich – durch die Betriebskosten des teuers- ten laufenden Kraftwerks bestimmt (Grenzkosten); dieser Mechanismus stellt sicher, dass zuerst die Kraftwerke mit den niedrigsten Betriebskosten einge- setzt werden, dann die mit höheren → Es ist nicht gesichert, dass dieser Strommengenmarkt genügend Anreize für Neu- und Bestandsanlagen schafft, um dauerhaft das öffentliche Gut Versor- gungssicherheit zu gewährleisten → Die Energiewende verschärft diese Frage, weil Wind und PV den durchschnitt- lichen Börsenstrompreis und die Auslastung fossiler Kraftwerke senken logik der strompreisbildung anhand der Merit Order-Kurve Zeitpunkt mit wenig Wind und PV Zeitpunkt mit viel Wind und PV Heizöl Heizöl Grenzkosten Grenzkosten EUR/MWh Erdgas EUR/MWh Erdgas Steinkohle Steinkohle Wind, PV, Wind, PV, Wasser Wasser Braunkohle Braunkohle Hoher Kernkraft Strompreis bei wenig Wind und PV Kernkraft Niedriger Strompreis bei viel Wind und PV Kapazität Kapazität GW GW Nachfrage nach Strom Nachfrage nach Strom Eigene Darstellung Impulse | 12 Thesen zur energiewende 11
  • 12. Agora energiewende These 8 Am Grenzkostenmarkt können sich Wind und pV prinzipiell nicht refinanzieren → Wind und PV haben Betriebskosten von nahe Null → Sie produzieren Strom dann, wenn der Wind weht bzw. die Sonne scheint – unabhängig vom Börsenstrompreis → In Zeiten von viel Wind und/oder Sonne produzieren die Wind- und PV- Anlagen soviel Strom, dass sie die Preise am Spotmarkt senken; die Folge: Wind und PV machen sich an der Börse „ihren eigenen Preis“ kaputt → Daher können sich Wind und PV am Grenzkostenmarkt prinzipiell nicht refinanzieren – selbst wenn ihre Vollkosten zukünftig unter denen von Kohle und Gas liegen → Hohe CO2-Preise ändern daran grundsätzlich nichts einfluss hoher Wind- und pV-stromproduktion auf den Börsenpreis im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im August Grenzkosten: ~0 EUR/MWh GW 70 • Zwischen Montagnacht und Dienstagabend decken Wind und PV (plus kleine Mengen anderer Erneu- 50 erbarer Energien) die gesamte Stromnachfrage in Deutschland 30 • Der Börsenpreis, der sich auf Grenzkostenbasis ergibt, wird über etwa 18 Stunden konstant gegen Null EUR/MWh tendieren 10 Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 12
  • 13. Agora energiewende These 9 (Teil 1) ein neuer energiewende-markt ist erforderlich → Der zukünftige „Energiewende-Markt“ sollte zwei Funktionen erfüllen: - den Einsatz der Kapazitäten steuern, um eine effiziente Synchronisation von Angebot und Nachfrage zu erreichen - Investitionssignale für Erneuerbare Energien einerseits sowie konventionelle Anlagen, Flexibilisierung der Nachfrage und (langfristig) Speicher andererseits senden → Dabei werden zwei Zahlungsströme entstehen: - Erlöse (wie bisher) aus einem Markt für Strommengen (MWh) – grenzkostenbasierter Energy Only-Markt - Erlöse an einem neuen Markt für Investitionen in Kapazität (MW) → Daneben gibt es einen Wettbewerb für Systemdienstleistungen (z.B. Regel- energie), bei dem fossile Kraftwerke, Erneuerbare Energien, Nachfrage und Speicher miteinander konkurrieren Kapazitätsmechanismen in europa erneuerbaren-energien-Fördersysteme in europa Einspeisevergütung Keine Kapazitätsmechanismen bzw. Diskussion in einem frühen Stadium Quoten Kapazitätsmechanismen im Gesetzgebungsprozess bzw. in Planung Einspeise-Prämie Volle oder partielle Kapazitätsmechanismen implementiert Kombination aus Quote und Einspeisevergütung Kapazitätsreserve implementiert Kombination aus Einspeise-Prämie und Einspeisevergütung Eigene Darstellung nach Eurelectric (2012), Öko-Institut et al. (2012), Fraunhofer ISI et al. (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 13
  • 14. Agora energiewende These 9 (Teil 2) ein neuer energiewende-markt ist erforderlich → Der neue Markt für Investitionen in Kapazität generiert Vergütungen für: - das Produkt „gesicherte flexible Leistung“ beziehungsweise „gesicherte flexible Lastverschiebung“ zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit - das Produkt „CO2-freie Strommengen“, zur Sicherung des Umstiegs auf Erneuerbare Energien → Die Ausgestaltung dieses neuen Marktes bedarf noch genauerer Analysen; verschiedene Optionen (Prämien/Boni, Ausschreibungen, Zertifikate), deren Wirkungen noch genauer betrachtet werden müssen, sind möglich → Ein Umstieg von der Einspeisevergütung für Erneuerbare Energien auf einen neuen Mechanismus ist nur gerechtfertigt, wenn eine Effizienzsteigerung zu erwarten ist ein mögliches marktdesign für die energiewende synchronisation von Energy Only-Markt Angebot und Nachfrage Fossile Kraftwerke, erneuerbare-energien-Anlagen, Nachfrage Investitionsmarkt sicherstellung von Gesicherte Kapazität CO2-freier Strom Versorgungssicherheit Fossile Kraftwerke, Nachfrage, erneuerbare-energien- und Klimaschutz speicher Anlagen Gewährleistung Wettbewerb für Systemdienstleistungen (zum Beispiel Regel- und Ausgleichsenergie) der Netzstabilität Fossile Kraftwerke, erneuerbare-energien-Anlagen, Nachfrage, speicher Eigene Darstellung Impulse | 12 Thesen zur energiewende 14
  • 15. Agora energiewende These 10 Der energiewende-markt bindet die Nachfrageseite aktiv ein → Die Flexibilisierung der Nachfrageseite ist ein entscheidender Baustein, um mehr Wind- und PV-Strom nutzen zu können → Die Verschiebung der Nachfragelast ist oft kostengünstiger als die Speicherung von Strom oder die Vorhaltung von Kraftwerksleistung → Die bisherigen Regelungen bei Netzentgelten und Systemdienstleistungen, wie etwa Regelenergiemärkten, laufen dem aber oft zuwider und sollten deshalb reformiert werden → Der neue Markt für Investitionen in Kapazität muss so ausgestaltet wer- den, dass die Nachfrageseite hier aktiv teilnimmt (über die Verschiebung von Nachfragelast) Beitrag der Nachfrage zur Flexibilisierung im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im Februar Verschiebung der Nachfrage GW 70 • In der Nacht von Freitag auf Samstag und am Samstagvormittag gibt es jeweils einen Über- 50 schuss an Strom; Freitagmittag/-nachmittag werden jedoch etwa 20 GW fossiler Erzeugung benötigt 30 • Industriebetriebe und andere Stromverbraucher 10 können ihre Nachfrage von Freitagmittag auf Freitagnacht beziehungsweise Samstagvormittag verlagern Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 15
  • 16. Agora energiewende These 11 Der energiewende-markt muss im europäischen Kontext gedacht werden → Die zunehmende Integration des deutschen in das europäische Stromsystem macht die Energiewende günstiger und einfacher, weil - sich Fluktuationen von Wind und PV über die größere geographische Verteilung ausgleichen - gesicherte Kapazität gemeinsam vorgehalten werden kann - günstige Flexibilitätsoptionen in Europa genutzt werden können (z.B. Speicher in Skandinavien und den Alpenländern) → Der europäische Stromhandel stabilisiert die Börsenpreise → Langfristig wird der europäische Strommarkt vollständig integriert werden schwankungen der stromnachfrage im regionalen Vergleich % Schwankungen der Nachfrage über einen Tag (Abweichung vom Stundendurchschnitt) 30 20 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0 -10 -20 -30 % Schwankungen der Nachfrage über ein Jahr (Abweichung vom Tagesdurchschnitt) 40 20 0 -20 Einzelne Regionen Europa gesamt (EU 27) -40 Darstellung basierend auf ECF (2010) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 16
  • 17. Agora energiewende These 12 effizienz: eine gesparte kWh ist die günstigste → Ein effizienter Umgang mit Energie senkt die Gesamtkosten → Die Steigerung der Energieproduktivität ermöglicht die Entkopplung von Wirtschaftswachstum und Energieverbrauch → Jede gesparte kWh erfordert weniger - Verbrennung von Gas und Kohle - Investitionen in neue Kraftwerke - fossile und erneuerbare → Die Herausforderung liegt weniger in der Technik als in den Anreizen → Eine gesamthafte Betrachtung von Strom, Wärme und Transport ist erforder- lich: Wärmepumpen und Elektrofahrzeuge erhöhen den Strombedarf, sind aber kein Widerspruch zur Effizienz Wirkung von effizienz im Jahr 2022 am Beispiel einer Woche im November In einer Woche über 1.000 GWh Reduktion der Nachfrage weniger Erzeugung aus Gas • Das Ziel der Bundesregierung ist es, die Energie- um bis zu 8 GW und Kohle effizienz so zu steigern, dass der Stromverbrauch GW im Jahr 2020 um 10 Prozent niedriger ist als 2008; dies entspricht einer Reduktion des Bruttostrom- verbrauchs um etwa 60 Terrawattstunden 80 • Eine Reduktion der Stromnachfrage führt dazu, 60 dass weniger Strom aus Kohle- und Gaskraftwer- ken produziert wird 40 • Zudem sinkt der Bedarf an gesicherter Kapazi- tät – in dieser Woche im November werden bis 20 zu 8 GW weniger gesicherte Leistung oder ver- schiebbare Nachfragelast benötigt, um die Versor- gungssicherheit zu gewährleisten Mo Di Mi Do Fr Sa So Stromnachfrage Fossile Kraftwerke Wind Onshore/Offshore Photovoltaik Wasser Biomasse Eigene Darstellung basierend auf Agora Energiewende (2012) Impulse | 12 Thesen zur energiewende 17
  • 18. Agora Energiewende Quellenverzeichnis der Abbildungen Agora Energiewende (2012): Erneuerbare Energien und Stromnachfrage im Jahr 2022. Illustration der anstehenden Herausforderungen der Energiewende in Deutschland DWD (2012): Datenbank der monatlichen Temperaturen in Deutschland, verfügbar unter www.dwd.de (unter Klimadaten online frei > Klimadaten Deutschland > Messstationen > Monatswerte) ECF (2010): Roadmap 2050 – a practical guide to a prosperous, low carbon Europe. Eurelectric (2012): Investitionsnotwendigkeiten und Kapazitätsmechanismen im EU Binnenmarkt. Präsentation von Susanne Nies auf der Jahreskonferenz 2012 des Öko-Instituts Fraunhofer ISE/ISI (2009): Integration von Windenergie in ein zukünftiges Energiesystem unterstützt durch Lastmanagement. Fraunhofer ISI et al. (2012): RE-Shaping – Shaping an effective and efficient European renewable energy market. Öko-Institut/LBD/Raue LLP (2012): Fokussierte Kapazitätsmärkte. Ein neues Marktdesign für den Übergang zu einem neuen Energiesystem TAB (2012): Regenerative Energieträger zur Sicherung der Grundlast in der Stromversorgung. Publikationen von Agora Energiewende 12 Thesen zur Energiewende Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Herausforderungen im Strommarkt (Lang- und Kurzfassung) Brauchen wir einen Kapazitätsmarkt? Dokumentation der Stellungnahmen der Referenten der Diskussionsveranstaltung am 24. August 2012 in Berlin Erneuerbare Energien und Stromnachfrage im Jahr 2022 Illustration der anstehenden Herausforderungen der Energiewende in Deutschland. Analyse auf Basis von Berechnungen von Fraunhofer IWES Kapazitätsmarkt oder Strategische Reserve? Ein Überblick über die in der Diskussion befindlichen Modelle zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit in Deutschland (erscheint im Dezember 2012) Kritische Würdigung des Netzentwicklungsplanes 2012 Studie des Büros für Energiewirtschaft und technische Planung (BET) Steigende EEG-Umlage: Unerwünschte Verteilungseffekte können vermindert werden Analyse des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW) Impulse | 12 Thesen zur Energiewende 18
  • 19. 006/02b-I-2012/DE Wie gelingt uns die Energiewende? Welche konkreten Gesetze, Vorgaben und Maßnahmen sind notwendig, um die Energiewende zum Erfolg zu führen? Agora Energiewende will den Boden bereiten, damit Deutschland in den kommenden Jahren die Weichen richtig stellt. Wir verstehen uns als Denk- und Politiklabor, in d ­ essen ­ ittelpunkt der Dialog mit M den ­ elevanten energiepolitischen r Akteuren steht. Agora Energiewende Rosenstraße 2 | 10178 Berlin T +49. (0)30. 284 49 01-00 F +49. (0)30. 284 49 01-29 www.agora-energiewende.de info@agora-energiewende.de Agora Energiewende ist eine gemeinsame Initiative der Stiftung Mercator und der European Climate Foundation im Rahmen der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP).