Energiebereitstellung durch Erdgas statt Kohle : ein Energiemodell für den Strom-Markt von Deutschland und Österreich

Abstract

In den letzten Jahren konnte in Deutschland eine "Renaissance der Kohle-Kraftwerke" festgestellt werden. Verbunden mit dem nahenden Ausstieg aus der Kernenergie, stellt dies den deutschen Elektrizitätssektor vor große Herausforderungen hinsichtlich der geplanten Reduktion der CO2-Emissionen. Zwar werden große Hoffnungen in den Ausbau der regenerativen Technologien gesetzt, allerdings wird in der näheren Zukunft noch ein Großteil der benötigten elektrischen Energie durch die Erzeugung aus fossilen Energieträgern bereitgestellt werden. Außerdem ist für die Gewährleistung der Versorgungssicherheit weiterhin eine beträchtliche Engpassleistung der kalorischen Kraftwerke bzw. der Pumpspeicherkraftwerke notwendig. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, wie sich ein verstärkter Ausbau der Erdgas-Kraftwerke, statt der Braun- bzw. Steinkohle-Kraftwerke, auf die Systemkosten bzw. CO2-Emissionen (daraus folgend den CO2-Vermeidungskosten dieser Energieträger-Substitution) von Deutschland und Österreich der nächsten Jahre auswirkt. Für die Beantwortung dieser Frage wurde ein Optimierungsmodell des Elektrizitätssektors von Deutschland und Österreich entwickelt, das auf der Basis der Kraftwerkseinsatzplanung und vorgegebener Investitionspfade die Berechnung der jährlichen Kosten und CO2-Emissionen dieses Sektors bis 2030 ermöglicht. Durch die Variation der Schwerpunkte der Ausbaupfade (Basis-Referenz-, Kohle-, Gas- und Uran-Szenario) wird dabei die Betrachtung unterschiedlicher finanzieller und ökologischer Auswirkungen ermöglicht. Die Modellergebnisse zeigen, dass der verstärkte Einsatz von Erdgas-Kraftwerken, vor allem GuD-Kraftwerken mit KWK, anstatt emissionsreicher Kohle-Kraftwerke bis 2030 aus klimapolitischer Sicht durchaus sinnvoll erscheint. So können insgesamt etwa 275 Mio. t CO2 bis zum Jahr 2030 eingespart werden und der CO2-Emissionsfaktor des Jahres 2030 um rund 60 kg/MWh gesenkt werden. Dabei liegen die errechneten CO2-Vermeidungskosten in der Höhe von 25 EUR/t teilweise sehr deutlich unter den derzeitigen Vermeidungskosten vieler regenerativer Stromerzeugungsanlagen. Dennoch ist das CO2-Vermeidungspotential begrenzt, weshalb langfristig der Ausbau der erneuerbaren Energiequellen davon unbeeinflusst forciert werden sollte, um substantielle CO2-Reduktionen zu erreichen. Es bleibt jedoch offen, ob die erhöhte Abhängigkeit von Erdgas durch den verstärkten Einsatz in der Stromerzeugung aus strategischer Sicht wünschenswert ist. Außerdem stellt sich die Frage, wie dies den Einsatz der umstrittenen Schiefergas-Förderung (Fracking - nach dem Vorbild Nordamerikas) in Europa beeinflussen würde und ob diese aus ökologischer Sicht vertretbar ist.

In the last years "dash for coal" has been observed across Germany. Coupled with the phase-out of nuclear energy, this is a major challenge for German electricity production, with respect to its CO2- emission reduction targets. Despite of the deployment of renewable energy generation technology in recent years, the majority of the electrical energy in the near future will still be provided by fossil fuels. In addition, a significant capacity of flexible thermal power plants and pumped storage power plants is also necessary to ensure the security of electricity-supply. This raises the question how an increased development of natural gas power plants instead of the lignite- or coal-fired power plants effects the system costs and CO2-emissions and consequently the CO2-abatement-costs. To answer this question, an optimization model of the electricity sector in Germany and Austria was developed. Based on a dispatch model and various investment scenarios the annual costs and CO2-emissions from this sector were estimated until 2030. The variation of the expansion-paths (base-reference-, coal-, gas- and uranium-scenario) leads to different financial and environmental impacts. Model results suggest that the increased use of natural gas fired power plants, especially combined cycle power plants with cogeneration, rather than emission-intensive coal-fired power plants, appears, by 2030, to be quite reasonable. This shift from coal to natural gas enables lowering the total CO2-emissions of about 275 m. t CO2 by 2030 and the CO2-emission-factor of 2030 will be reduced by around 60 kg/MWh. Estimated CO2-abatement-costs of around 25 EUR/t are lower than those of many renewable energy generation facilities. Nevertheless, the CO2-abatement-potential is limited. Therefore the development of renewable energy sources should still be pursued to reach emission reduction targets. However, it is unclear whether the increased use of natural gas power plants and the dependence on this energy source is desirable in Germany and Austria. Additionally the question remains how the increased use of natural gas influences the deployment of the controversial shale gas extraction in Europe.