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Kraftwerks-Stilllegungen zur Emissionsreduzierung und Flexibilisierung des deutschen Kraftwerksparks: Möglichkeiten und Auswirkungen

Herausgeber/Institute:

IZES

Datum:

August 2015

Autoren:

Juri Horst et al.

Art der Veröffentlichung:

Endbericht

Auftraggeber/Förderer:

Ministerium für Wirtschaft, Klimaschutz, Energie und Landesplanung Rheinland-Pfalz

Themenbereiche:

Energiesysteme
Politik

Schlagwörter:

Strommarkt, Treibhausgase, Versorgungssicherheit, Emissionshandel, Klimaschutz, Systemtransformation, Kosten-Nutzen-Analyse

Seitenzahl:

305

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Zielsetzung und Fragestellung

Vor dem Hintergrund der Klimaschutzziele der Bundesregierung geht die Studie der Frage nach, inwieweit ein nationaler Kohleausstieg in den nächsten Jahren möglich wäre und wie er sich auf den deutschen Strommarkt auswirken würde. Im Fokus stehen dabei die energiewirtschaftlichen Auswirkungen im Hinblick auf die Ziele Versorgungssicherheit, Kosten und Klimaeffekte. Die Autoren entwickeln kein Instrument zur Umsetzung des Kohleausstiegs, prüfen jedoch die rechtlichen Möglichkeiten. 

Zentrale Ergebnisse

Empfehlung: Blockspezifische Abschaltdaten für Kohlekraftwerke und Neubauverbot

Um den CO2-Ausstoß im Kraftwerkspark bis 2020 um mindestens 50 Millionen Tonnen (Mt) zu senken, schlägt das IZES vor, blockspezifisch Abschaltdaten für Kohlekraftwerke vorzugeben. Die Stilllegungsreihenfolge solle sich an den spezifischen Emissionen der Kraftwerke orientieren. Zugleich solle der Neubau von Kohlekraftwerken ausgeschlossen werden.

Auswirkungen auf die ...

Empfehlung: Blockspezifische Abschaltdaten für Kohlekraftwerke und Neubauverbot

Um den CO2-Ausstoß im Kraftwerkspark bis 2020 um mindestens 50 Millionen Tonnen (Mt) zu senken, schlägt das IZES vor, blockspezifisch Abschaltdaten für Kohlekraftwerke vorzugeben. Die Stilllegungsreihenfolge solle sich an den spezifischen Emissionen der Kraftwerke orientieren. Zugleich solle der Neubau von Kohlekraftwerken ausgeschlossen werden.

Auswirkungen auf die ...

Empfehlung: Blockspezifische Abschaltdaten für Kohlekraftwerke und Neubauverbot

Um den CO2-Ausstoß im Kraftwerkspark bis 2020 um mindestens 50 Millionen Tonnen (Mt) zu senken, schlägt das IZES vor, blockspezifisch Abschaltdaten für Kohlekraftwerke vorzugeben. Die Stilllegungsreihenfolge solle sich an den spezifischen Emissionen der Kraftwerke orientieren. Zugleich solle der Neubau von Kohlekraftwerken ausgeschlossen werden.

Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit

Unter den in den Szenarien getroffenen Annahmen liege die maximale Residuallast bei knapp 80 Gigawatt (GW) und es stehe eine gesicherte Leistung von mindestens 84 GW zur Verfügung. Dabei sei teilweise ein Ersatz von Kohlekraftwerken durch Gas-GuD-Anlagen erforderlich, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Durch den Ausbau des europäischen Verbundnetzes könne der Kapazitätsbedarf allerdings niedriger ausfallen als bei einer rein national beschränkten Sichtweise. Für Systemdienstleistungen stünden ausreichend technische Alternativen zu Kohlekraftwerken zur Verfügung.

Marktsignale reichen für Umbau nicht aus

Die Marktsignale reichten bis Mitte der 2020er Jahre nicht aus, um ausreichend Anreize für den notwendigen Brennstoffwechsel von Kohle auf Gas sowie für zusätzliche Flexibilitätsoptionen wie Speicher und Lastmanagement zu setzen. Über das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz könnte ein Beitrag geleistet werden, des Weiteren über den Regelleistungsmarkt. Die politischen Instrumente seien aber nicht Gegenstand der Studie.

Ökonomische Auswirkungen

Die Abschaltung von Kohlekraftwerken verursache zusätzliche Überschüsse an Emissionsrechten, je nach Szenario im Umfang von 50 bis 140 Millionen Tonnen pro Jahr. Das CO2-Preisniveau würde dadurch weiter sinken und Effizienzanreize weiter vermindert werden. Es sei daher wichtig, die überschüssigen Zertifikate vom Markt zu nehmen, bzw. die Emissionsobergrenze spätestens ab 2020 stärker zu senken und Deutschland entsprechend weniger Zertifikate zuzuteilen. 

Zur Sicherstellung der Versorgungssicherheit müssten alte Kohle-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen teilweise durch Gas-KWK-Anlagen ersetzt werden. Das verursache zunächst zusätzliche Kosten, je nach Szenario und unterstelltem CO2-Preispfad bis zu 30 Milliarden Euro bis 2030. Danach kehre sich der Trend um, ab Mitte der 2030er Jahre sei mit Kostenvorteilen gegenüber dem Referenzszenario zu rechnen. Je höher der CO2-Preis, desto geringer würden die Differenzkosten ausfallen. 

Der Großhandelsstrompreis steige durch den Wechsel von Kohle zur Erdgas je nach Szenario mehr oder weniger stark an. Für die Letztverbraucher sei zunächst mit einer zusätzlichen Belastung zu rechnen, da die Entlastung der EEG-Umlage durch das höhere Strompreisniveau bis in die Mitte der 2020er Jahre niedriger ausfalle als die Kostensteigerung bei der Stromerzeugung. Auch für Industrieunternehmen, insbesondere wenn sie von der Besonderen Ausgleichsregelung (BesAR) profitieren, seien steigende Preise zu erwarten. 

Rechtliche Bewertung sieht großen Spielraum für Gesetzgeber

Dem Gesetzgeber stünden relativ große Spielräume zur Verfügung, um den Kohleausstieg auch ohne Entschädigungsansprüche voranzutreiben. Sowohl verfassungs- als auch EU-rechtlich sei es am günstigsten, das Transformationsziel für den Stromsektor direkt, klar und offen zu adressieren durch Abschaltdaten bzw. Restlaufzeiten, anlagenbezogene Reststrommengen oder stufenweise sinkende Einspeisungsbudgets sowie Kontingentvorgaben für Reststrommengen. 

Die immissionsschutzrechtliche Genehmigung für die Kraftwerke beinhalte keinen Vertrauensschutz gegenüber Änderungen der energierechtlichen Rahmenbedingungen und der EU-Vertrag gestehe den Mitgliedstaaten ausdrücklich zu, die Nutzung verschiedener Energiequellen und die Struktur der Energieversorgung selbst zu bestimmen.

Mengenregelungen für die CO2-Emissionen seien zwar auch gut zu begründen, jedoch gebe es ein größeres juristisches Konfliktpotenzial hinsichtlich der Emissionshandels- und Industrieemissions-Richtlinie. Juristisch ungünstiger seien anlagenbezogene CO2-Grenzwerte oder Effizienzanforderungen.

Zentrale Annahmen und Thesen

Bis 2020 müssen mindestens 50 Millionen Tonnen CO2 im Kraftwerkspark eingespart werden

Ausgangspunkt der Studie ist die These, dass die bisher im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 avisierten und beschlossenen Maßnahmen nicht ausreichen, um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen. Die Autoren schlagen deshalb vor, mindestens 50 Millionen Tonnen Kohlendioxid (Mt CO2) im Kraftwerkspark einzusparen, um die nach derzeitigem Stand absehbare Lücke von rund ...

Bis 2020 müssen mindestens 50 Millionen Tonnen CO2 im Kraftwerkspark eingespart werden

Ausgangspunkt der Studie ist die These, dass die bisher im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 avisierten und beschlossenen Maßnahmen nicht ausreichen, um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen. Die Autoren schlagen deshalb vor, mindestens 50 Millionen Tonnen Kohlendioxid (Mt CO2) im Kraftwerkspark einzusparen, um die nach derzeitigem Stand absehbare Lücke von rund ...

Bis 2020 müssen mindestens 50 Millionen Tonnen CO2 im Kraftwerkspark eingespart werden

Ausgangspunkt der Studie ist die These, dass die bisher im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 avisierten und beschlossenen Maßnahmen nicht ausreichen, um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen. Die Autoren schlagen deshalb vor, mindestens 50 Millionen Tonnen Kohlendioxid (Mt CO2) im Kraftwerkspark einzusparen, um die nach derzeitigem Stand absehbare Lücke von rund 90 Mt CO2 bis 2020 zu schließen. Dafür sei es notwendig, emissionsintensive Kraftwerkskapazitäten, also Kohlekraftwerke, vom Markt zu nehmen. Zur ökonomischen Absicherung flexibler Gaskraftwerke und zur Absicherung der Minderungsziele wäre allerdings eine Reduktion um 93 Mt CO2 im Kraftwerkspark am zielführendsten.

Rahmendaten der untersuchten Szenarien

Der angenommene Stromverbrauch orientiert sich in allen betrachteten Szenarien am Netzentwicklungsplan 2015 (535,4 Terawattstunden) und wird unverändert fortgeschrieben. Die Jahreshöchstlast wird über alle Jahre konstant mit 86 Gigawatt (GW) angenommen. 

Die laut Bundesnetzagentur aktuell in Planung und Bau befindlichen Kraftwerke werden fertiggestellt und beim Zubau der Erneuerbaren Energien orientieren sich die Autoren in allen Szenarien an den Korridoren des EEG 2014, so dass die Photovoltaik-Leistung auf 52 Gigawatt steigt und dann stagniert. 

  • Im Referenzszenario kommen ab 2020 etwa 2 GW Braun- und Steinkohlekraftwerke hinzu, die abgeschalteten Atomkraftwerke werden durch 12 GW GuD-Anlagen kompensiert. Die Erneuerbaren Energien erreichen bis 2020 einen Anteil von 35 % und bis 2030 einen Anteil von 46 % an der Nettostromerzeugung. Der CO2-Ausstoß des deutschen Kraftwerkparks liegt bei 294 Mt im Jahr 2020 und 259 Mt im Jahr 2030. 
  • Das Szenario 1 „BMWi plus“ beruht den Autoren zufolge auf den Vorschlägen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie und senkt die CO2-Emissionen im Kraftwerkspark um 22 bzw. 16,5 Mt pro Jahr. Die installierte Leistung von Braunkohlekraftwerken sinkt bis 2020 um 5,6 GW und bis 2030 um weitere 8,5 GW auf rund 7 GW. Die Erneuerbaren Energien bleiben gegenüber dem Referenzszenario unverändert. Die sinkenden Strommengen aus der Braunkohle werden durch eine steigende Stromerzeugung aus Steinkohle- und Erdgaskraftwerken ersetzt. Der Atomausstieg führt Anfang der 2020er Jahre zu einem Anstieg der Treibhausgase, bis 2030 werden die Klimaziele jedoch mit hohen CO2-Preisen und der weiteren Abschaltung von Braunkohlekraftwerken erreicht. 
  • Im Szenario 2 „Erreichung der politischen Zielsetzungen“ (Ziel) ist der Bau von neuen Kohlekraftwerken mit Ausnahme der bereits im Bau befindlichen Anlagen ausgeschlossen. Bis 2020 werden nahezu alle Braunkohlekraftwerke stillgelegt. Der Ausbau der Erneuerbaren Energien bleibt gegenüber dem Referenzszenario unverändert. Braunkohlestrom wird insbesondere durch Steinkohle- und Gaskraftwerke ersetzt. Auch hier kommt es durch den Atomausstieg Anfang der 2020er Jahre zu einer Erhöhung der Treibhausgasemissionen. Das weitere Abschalten von Steinkohlekraftwerken verbunden mit einem wärmeorientierten Ausbau von Gaskraftwerken führt zur Erreichung der Emissionsziele bis 2030 (Senkung um 93 Mt bis 2020 bzw. 136 Mt bis 2030).
  • Auch im Szenario 3 „Kohleausstieg“ bleibt der Ausbau der Erneuerbaren Energien gegenüber dem Referenzszenario unverändert. Das Szenario stellt eine Erweiterung von Szenario 2 dar und strebt den Kohleausstieg bis 2040 an. Gegenüber dem Szenario 2 werden knapp 30 weitere Kohlekraftwerksblöcke vom Netz genommen. Bis 2020 werden insgesamt 17 GW an Braunkohle- und 8 GW an Steinkohlekapazitäten zurückgebaut, bis 2030 weitere 10 GW an Steinkohlekapazitäten. Auch hier werden Kohle-KWK-Anlagen durch GuD-KWK-Anlagen ersetzt. Die jährlichen CO2-Emissionen des Kraftwerksparks liegen im Jahr 2020 um 12 Mt niedriger und im Jahr 2030 um bis zu 38 Mt als im Szenario 2.

Methodik

Die Autoren modellieren vier Szenarien zur Entwicklung des Kraftwerksparks, die sich vor allem durch die unterstellten Emissionsminderungsziele und die entsprechenden Kraftwerksstilllegungen unterscheiden. Ausgangspunkt ist ein Referenzszenario, das auf dem Netzentwicklungsplan 2015 und der Kraftwerksstilllegungsanzeigenliste der Bundesnetzagentur basiert. Davon ausgehend werden die analytischen Systemdifferenzkosten gegenüber den anderen Szenarien ermittelt. 

Die Kraftwerksblöcke werden in der Rangfolge ihrer spezifischen Emissionen vom Netz genommen, bis das Minderungsziel erreicht wird. Die ...

Die Autoren modellieren vier Szenarien zur Entwicklung des Kraftwerksparks, die sich vor allem durch die unterstellten Emissionsminderungsziele und die entsprechenden Kraftwerksstilllegungen unterscheiden. Ausgangspunkt ist ein Referenzszenario, das auf dem Netzentwicklungsplan 2015 und der Kraftwerksstilllegungsanzeigenliste der Bundesnetzagentur basiert. Davon ausgehend werden die analytischen Systemdifferenzkosten gegenüber den anderen Szenarien ermittelt. 

Die Kraftwerksblöcke werden in der Rangfolge ihrer spezifischen Emissionen vom Netz genommen, bis das Minderungsziel erreicht wird. Die ...

Die Autoren modellieren vier Szenarien zur Entwicklung des Kraftwerksparks, die sich vor allem durch die unterstellten Emissionsminderungsziele und die entsprechenden Kraftwerksstilllegungen unterscheiden. Ausgangspunkt ist ein Referenzszenario, das auf dem Netzentwicklungsplan 2015 und der Kraftwerksstilllegungsanzeigenliste der Bundesnetzagentur basiert. Davon ausgehend werden die analytischen Systemdifferenzkosten gegenüber den anderen Szenarien ermittelt. 

Die Kraftwerksblöcke werden in der Rangfolge ihrer spezifischen Emissionen vom Netz genommen, bis das Minderungsziel erreicht wird. Die Modellierung der Auswirkungen eines Kohleausstiegs erfolgt mit dem Strommarktmodell des IZES. Jedes Szenario wird jeweils für drei Wetterjahre und mit jeweils drei CO2-Preispfaden für die Jahre 2016 bis 2030 gerechnet.

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