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Veröffentlichung Evaluierung und Weiterentwicklung des EU-Emissionshandels (EU-ETS-5)(2016) Öko-Institut; Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung; Deutschland. UmweltbundesamtDie Ergebnisse des Projekts "Evaluierung und Weiterentwicklung des EU-Emissionshandels (EU-ETS- 5)" sind in diesem Gesamtbericht zusammengeführt. Ziel des Projekts war die Beratung des Umweltbundesamtes (UBA) als vollziehender Behörde und des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) als federführendem Ressort bei der nationalen Umsetzung, Bewertung und Weiterentwicklung des Europäischen Emissionshandels (EU-ETS). Im vorliegenden Projekt standen, in stärkerem Umfang als in Vorläuferprojekten, auch Auswertungen zur generellen Wirkung des EU-ETS (inklusive methodischer Weiterentwicklungen zu diesem Zweck) im Fokus.Quelle: https://www.umweltbundesamt.deVeröffentlichung Klimaschutz im Stromsektor 2030(2017) Hermann, Hauke; Loreck, Charlotte; Ritter, David; Deutschland. UmweltbundesamtFür die Erreichung des Klimaschutzziels der Energiewirtschaft im Klimaschutzplan 2050 muss die Erzeugung von Braun- und Steinkohlekraftwerken bis 2030 um mehr als 50% gegenüber dem Jahr 2014 reduziert werden. Die Studie untersucht sechs verschiedene Instrumente zur Emissionsminderung im Stromsektor die das Klimaziel erreichen. Ein nationaler CO2-Preisaufschlag reduziert primär die Stromerzeugung aus Erdgas- und Steinkohlekraftwerken in Deutschland. Das Kapazitätsmanagement und die Volllaststundenbegrenzung führen zu höheren Minderungsbeiträgen von Braunkohlekraftwerken. Mit Blick auf die Kraftwerkseinsatzkosten, ist ein nationaler CO2-Preisaufschlag das günstigste Instrument. Ein Kapazitätsmanagement von Braun- und Steinkohlekraftwerken weist hingegen Vorteile auf, da diese Formen der Stromerzeugung besonders klimaschädlich sind, eine hohe europäische Emissionsminderung erreicht wird und diese robust gegenüber externen Entwicklungen ist. Quelle: UmweltbundesamtVeröffentlichung Politikszenarien für den Klimaschutz VII(2018) Repenning, Julia; Emele, Lukas; Blanck, Ruth; Öko-Institut. Büro Berlin; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Nowakowski, MarkUntersucht wurden die Treibhausgasemissionen für Deutschland auf der Basis von Modellanalysen für im Detail spezifizierte energie- und klimapolitische Instrumente. Im Mit-Maßnahmen-Szenario (MMS) werden alle Maßnahmen berücksichtigt, die bis zum 31.08.2014 ergriffen worden sind. Im Mit-Weiteren-Maßnahmen-Szenario (MWMS) kommen die im Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 und im Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz im Dezember 2014 zusätzlich von der Bundesregierung beschlossenen Maßnahmen hinzu.Im Vergleich zum Basisjahr 1990 wird bis 2020 eine Emissionsminderung für die vom Kyoto-Protokoll erfassten Treibhausgase von 32,7 % (MMS) bzw. 37,4 % (MWMS) erreicht, bis 2030 sind es 43 bzw. 49 %. Der vorliegende Bericht entspricht inhaltlich im Wesentlichen dem Projektionsbericht der Bundesregierung 2015.Veröffentlichung Untersuchung der klimapolitischen Wirksamkeit des Emissionshandels - erweiterte Analysen(2018) Cludius, Johanna; Schumacher, Katja; Loreck, Charlotte; Deutschland. Umweltbundesamt; Gagelmann, Frank; Gibis, Claudia; Schlömer, SteffenDer EU-Emissionshandel (EU-EHS) für Treibhausgase aus der Strom- und Wärmeversorgung und energienintensiven Industrien wurde im Jahr 2005 eingeführt und deckt etwa 45 % der EU-Gesamtemissionen ab. Ein vermuteter Vorteil eines Emissionshandels sind Kostensenkungen durch die Möglichkeit zum Handel der Verpflichtungen, bei gleichzeitiger Einhaltung der Emissionsobergrenze. Dieser Bericht stellt Schätzergebnisse für solche "Handelsgewinne" für die Jahre 2008 bis 2012 Ń die zweite Handelsperiode des EU-EHS Ń dar. Da die Ergebnisse stark von der Schätzmethode abhängen, werden verschiedene Methoden und Annahmen verglichen. Quelle: http://www.umweltbundesamt.deVeröffentlichung International climate initiatives - a way forward to close the emissions gap?(2016) Graichen, Jakob; Healy, Sean; Siemons, Anne; Deutschland. Umweltbundesamt; Voß-Stemping, JudithIn December 2015 Parties adopted the Paris Agreement at the 21st session of the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). In its Article 2 governments agreed to limit global warming to ̮well below 2˚C above pre-industrial levelsŁ and to pursue to limit it to 1.5˚C (UNFCCC 2015). The UNEP Emissions Gap Report 2016 showed that a gap of 14 GtCO2e exists for 2030 between the (unconditional) mitigation proposals submitted by Parties as part of their intended nationally determined contributions (INDCs) and a pathway compatible with holding temperature increase below 2˚C (UNEP 2015b). Based on an analysis of 174 initiatives the study analyses the potential total impact of these initiatives on GHG emissions in comparison to INDCs as well as the potential impact broken down to the eight countries Brazil, China, the EU, India, Indonesia, Japan, Russia, USA. Furthermore, the study identifies good practices shared by these initiatives and further discusses the relationship between these initiatives and the UNFCCC. The results show that international initiatives can play an important role in the transition to a low carbon economy. It is estimated that 19 initiatives, which have been quantified, have the potential to reduce global greenhouse gas emissions by approximately 5 11 GtCO2e/year (average 8 GtCO2e/year) compared to an INDC background in 2030. Quelle: http://www.umweltbundesamt.deVeröffentlichung Emissionsbilanz erneuerbarer Energieträger(2018) Lauf, Thomas; Memmler, Michael; Schneider, Sven; Deutschland. UmweltbundesamtDie in diesem Bericht aufgeführten Ergebnisse für das Jahr 2017 zeigen, dass der Ausbau erneuerbarer Energien wesentlich zur Erreichung der Klimaschutzziele in Deutschland beiträgt. Insgesamt werden in allen Verbrauchssektoren fossile Energieträger zunehmend durch erneuerbare Energien ersetzt und damit dauerhaft Treibhausgas- und Luftschadstoffemissionen vermieden. Die Ergebnisse zeigen darüber hinaus, dass eine differenzierte Betrachtung verschiedener Technologien und Sektoren sinnvoll und notwendig ist, wenn es z.B. darum geht, gezielte Maßnahmen zum Klimaschutz und der Luftreinhaltung abzuleiten, da sich die spezifischen Vermeidungsfaktoren für die untersuchten Treibhausgase und Luftschadstoffe teilweise erheblich unterscheiden.Im Ergebnis weist die Netto-Emissionsbilanz der erneuerbaren Energien unter Berücksichtigung der Vorketten eine Vermeidung von Treibhausgasemissionen in Höhe von rund 177,1 Mio. t CO2 -Äquivalente (CO2-Äq.) im Jahr 2017 aus. Auf den Stromsektor entfielen 135,2 Mio. t CO2-Äq., davon sind 115 Mio. t der Strommenge mit EEG-Vergütungsanspruch zuzuordnen. Im Wärmesektor wurden 34,5 Mio. t und durch biogene Kraftstoffe 7,4 Mio. t CO2-Äq. vermieden.Generell lässt sich feststellen, dass bei Strom und Wärme das Ergebnis maßgeblich dadurch beeinflusst wird, welche fossilen Brennstoffe durch erneuerbare Energieträger ersetzt werden. Bei den Biokraftstoffen sind insbesondere die Art und Herkunft der verwendeten Rohstoffe ausschlaggebend. Sofern es sich dabei nicht um biogene Reststoffe oder Abfälle handelt, sind Landnutzungsänderungen durch den landwirtschaftlichen Anbau der Energiepflanzen zu beachten.Veröffentlichung What makes an ideal global stocktake?(2018) Hermwille, Lukas; Siemons, Anne; Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie; Öko-Institut. Büro Darmstadt; Berger, JulianeMany hope that the Global Stocktake under the Paris Agreement can become a catalyst for increased mitigation ambition over time. Based on different theories of change, this paper outlines four governance functions for the Global Stocktake. It can contribute to the Paris Agreement as a pacemaker (stimulating and synchronizing policy processes across governance levels), by ensuring accountability of Parties, by enhancing ambition through benchmarks for action and transformative learning, and by reiterating and refining the guidance and signal provided from the Paris Agreement. The paper further outlines process- and information-related preconditions that would enable an ideal Global Stocktake. Quelle: UmweltbundesamtVeröffentlichung Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung(2019) Wietschel, Martin; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; DVGW-Forschungsstelle; Deutschland. Umweltbundesamt; Purr, Katja; Sandau, FabianZiel der Studie ist es, die Potentiale wichtiger neuer Anwendungen für Strom zur Subsituierung fossiler Energieträger (sogenannte Sektorkopplungsoptionen (SKO)) für Deutschland bis 2050 zu identifizieren und den möglichen Beitrag dieser Anwendungen zu den energie- und klimapolitischen Zielen zu analysieren. Für die untersuchten SKO lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen. Viele der SKO haben ein hohes Treibhausgas(THG)-Minderungspotential. Wichtig für den THG-Minderungsbeitrag der SKO ist, dass ausschließlich oder überwiegend erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt. Eine relevante Anzahl der SKO weist zudem ein hohes Flexibilitätspotential auf und trägt zur Systemintegration von Erneuerbaren bei. Je stärker das Flexibilitätspotential der SKO genutzt wird, desto weniger bedarf es an Technologien, die ausschließlich zur Flexibilitätsbereitstellung eingesetzt werden wie z. B. Speicher. Einige der Sektorkopplungsoptionen können auch einen signifikanten Beitrag zur Energieeffi-zienzsteigerung leisten. Bei der Wirtschaftlichkeit unter Einbezug der Umweltkosten schneiden insbesondere die untersuchten SKO im Verkehr, längerfristig auch in der Wärme gut ab. Viele der SKO in der Industrie stehen diesbezüglich jedoch vor großen Herausforderungen. Unter Wirtschaftlichkeits- und Umweltaspekten sollte möglichst der Strom direkt genutzt werden und auf die Umwandlung zu gasförmigen- oder flüssigen Brenn- und Kraftstoffen verzichtet werden. Dies ist allerdings nicht in allen Anwendungsbereichen möglich bzw. sinnvoll, beispielsweise im internationalen Flug- oder Schiffsverkehr. Wenn Strom umgewandelt wird, ist besonders auf die Stromherkunft zu achten sowie das vorhandene große Flexibilitätspotential dieser SKO zu nutzen. Die Elektrolyse sowie die Gewinnung von CO2 aus Abscheidungsprozessen sind dabei die Schlüsseltechnologien für einen künftigen Markterfolg. Für den mittel- und langfristigen Markterfolg ist aufgrund der langen Vorlaufzeiten ein frühzeitiger Einstieg in die SKO bedeutsam. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung(2019) Wietschel, Martin; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; DVGW-Forschungsstelle; Deutschland. Umweltbundesamt; Purr, Katja; Sandau, FabianZiel der Studie ist es, die Potentiale wichtiger neuer Anwendungen für Strom zur Subsituierung fossiler Energieträger (sogenannte Sektorkopplungsoptionen (SKO)) für Deutschland bis 2050 zu identifizieren und den möglichen Beitrag dieser Anwendungen zu den energie- und klimapolitischen Zielen zu analysieren. Für die untersuchten SKO lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen. Viele der SKO haben ein hohes Treibhausgas(THG)-Minderungspotential. Wichtig für den THG-Minderungsbeitrag der SKO ist, dass ausschließlich oder überwiegend erneuerbarer Strom zum Einsatz kommt. Eine relevante Anzahl der SKO weist zudem ein hohes Flexibilitätspotential auf und trägt zur Systemintegration von Erneuerbaren bei. Je stärker das Flexibilitätspotential der SKO genutzt wird, desto weniger bedarf es an Technologien, die ausschließlich zur Flexibilitätsbereitstellung eingesetzt werden wie z. B. Speicher. Einige der Sektorkopplungsoptionen können auch einen signifikanten Beitrag zur Energieeffi-zienzsteigerung leisten. Bei der Wirtschaftlichkeit unter Einbezug der Umweltkosten schneiden insbesondere die untersuchten SKO im Verkehr, längerfristig auch in der Wärme gut ab. Viele der SKO in der Industrie stehen diesbezüglich jedoch vor großen Herausforderungen. Unter Wirtschaftlichkeits- und Umweltaspekten sollte möglichst der Strom direkt genutzt werden und auf die Umwandlung zu gasförmigen- oder flüssigen Brenn- und Kraftstoffen verzichtet werden. Dies ist allerdings nicht in allen Anwendungsbereichen möglich bzw. sinnvoll, beispielsweise im internationalen Flug- oder Schiffsverkehr. Wenn Strom umgewandelt wird, ist besonders auf die Stromherkunft zu achten sowie das vorhandene große Flexibilitätspotential dieser SKO zu nutzen. Die Elektrolyse sowie die Gewinnung von CO2 aus Abscheidungsprozessen sind dabei die Schlüsseltechnologien für einen künftigen Markterfolg. Für den mittel- und langfristigen Markterfolg ist aufgrund der langen Vorlaufzeiten ein frühzeitiger Einstieg in die SKO bedeutsam. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung(2019) Köppel, Wolfgang; Wietschel, Martin; DVGW-Forschungsstelle; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Purr, Katja; Sandau, FabianZiel des vorliegenden Berichts ist es, das Potenzial und die Auswirkungen der Integration erneuerbarer Energien im Gasnetz durch die Elektrifizierung von Betriebsmitteln vor dem Hintergrund der Erreichung der langfristigen Klimaschutzziele und der Energiewende zu betrachten. Betriebsmittel im Gasnetz sind technische Komponenten, die dem Gastransport und der Gasspeicherung dienen. Diese Betriebsmittel werden bislang unabhängig vom Stromnetz mit dem zu transportierenden Erdgas betrieben. Diese Untersuchung wurde im Rahmen der Studie "Integration erneuerbarer Energien durch Sektorenkopplung, Teilvorhaben 2: Analyse zu technischen Sektorkopplungsoptionen" durchgeführt, die die Subsituierung fossiler Energieträger durch Einsatz sog. Sektorkopplungsoptionen (SKO) für Deutschland bis 2050 in verschiedenen Anwendungsbereichen identifiziert und den möglichen Beitrag zu den energie- und klimapolitischen Zielen analysiert (Wietschel 2017). Die Möglichkeiten des Gasnetzes werden in dem vorliegenden Bericht untersucht. Zur Beurteilung der zukünftige Entwicklung der Sektorkopplungsoptionen bis 2050 wurden zwei Szenarien AMS und KS95 (Beschreibung s. Wietschel 2017) betrachtet: Im Aktuelle-Maßnahmen-Szenario (AMS) schreibt den aktuellen Stand der energie- und klimaschutzpolitischen Rahmenbedingungen bis zum Jahre 2050 fort. Die energie- und klimaschutzpolitischen Ziele der Bundesregierung werden in diesem Szenario weitgehend verfehlt. Im Klimaschutzszenario 95 (KS95) werden bis zum Jahr 2050 die Treibhausgasemissionen um 95 % gegenüber 1990 gemindert durch Erreichen von ambitionierten Zielen für Treibhausgasemissionen, Energieeffizienz und erneuerbare Energien. Für die vorliegenden Betrachtungen zum Gastransport wurden die Szenarien erweitert und die Funktion Deutschlands als Transitland von Gas im europäischen Kontext berücksichtigt. Grundlegend ist jedoch festzuhalten, dass die Szenarien zur langfristigen Entwicklung eine deutliche Reduzierung des Primärenergieverbrauchs von Gas in Deutschland bis 2050 aufzeigen. Die durchgeführte Studie betrachtet die Elektrifizierung der technischen Komponenten des deutschen Gasferntransportnetzes inklusive der dort angeschlossenen Untertageerdgasspeicher sowie deren flexiblen Betrieb in einem fluktuierenden erneuerbaren Energiesystem. Die Transportverdichter in den ca. 70 Stationen des Fernleitungsnetzes, die Druckverluste durch Reibung ausgleichen, sowie die Verdichter zum Einspeichern von Gasmengen in die Untertageerdgasspeicher eignen sich im Rahmen der Sektorenkopplung zu Elektrifizieren, da ihr Antrieb grundsätzlich gasbasiert und strombasiert erfolgen kann. Ebenso kann die Vorwärmung des Gases vor dem Entspannen des Gases aus den Speichern oder dem Ferntransportnetz in ein nachgelagertes Netz mit erneuerbarem Strom realisiert werden (Power to Heat). Die infrastrukturellen Auswirkungen der zusätzlichen Stromnachfrage aus dem Gasnetz für das Stromnetz wurden nicht mitbetrachtet. Für die Elektrifizierung der Betriebsmittel im Gasnetz lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: - Technisches Potential im Gasnetz vorhanden. - Für die Verdichtung und Vorwärmung von Gas im Gastransport (Fernleitungsnetz) und im Speicherbetrieb ergibt sich momentan ein technisches Potential zur Integration von Strom von ca. 3,8 TWh im Jahr. Durch den erwarteten Rückgang der transportierten Gasmenge und damit Verringerung der benötigten Verdichterleistung und Energieaufwendungen für die Vorwärmung verringert sich dieses Potential bis 2050 signifikant (ca. 2,5 TWh im AMS und ca. 1,6 TWh im KS95). - Bivalente Systeme sind Vorteilhaft, jedoch kostenintensiver. - Die Anwendungen im Gasnetz sind relativ unflexibel und können nur begrenzt in einem fluktuierenden Energiesystem agieren. Ein höherer Flexibilitätsbeitrag kann bei bivalenter Auslegung der technischen Kom-ponenten geleistet werden. Eine bivalente Anlage hält zwei unterschiedlichen Anlagentechnologien vor (sowohl gasbasierter als auch elektrischer Betrieb möglich), was zunächst höhere Investitionen verursacht als nur eine Anlage. Gleichfalls sind auch in der Wartung höhere Kosten zu erwarten, aufgrund z.B. der zusätzlichen Belastungen durch häufiges An- und Abfahren der Anlagen. Deshalb ist diese Anlagenkonfiguration betriebswirtschaftlich momentan häufig nicht darstellbar und zukünftig nur bei entsprechend hohen Flexibilitätsanreizen im Strommarkt. - Die Elektrifizierung der Betriebsmittel führt zu geringen Treibhausgasemissionen, kann jedoch nur einen geringen Beitrag zu den Minderungszielen insgesamt leisten. - Die Treibhausgas (THG) -Emissionen der Sektorkopplungsoptionen hängen vor allem von dem Mix der eingesetzten Kraftwerkstypen zur Stromproduktion ab. Wird der stündliche Eintrag von erneuerbarem Strom in Strommix des Aktuelle-Maßname-Szenario (AMS) unterstellt, kann bis ins Jahr 2050 durch die SKO im Gasnetz im Vergleich zu anderen Maßnahmen kaum CO2 eingespart werden. Durch die inflexible Fahrweise des Gasnetzes wird auch in Zeiten mit hohem Anteil an fossil erzeugtem Strom bezogen. Eine vollständig auf erneuerbarer Energie basierende Stromversorgung, aber auch eine Umstellung des Brenngases auf regenerative Gase würde eine deutlichere THG-Minderung bewirken. - Der Primär- und Endenergiebedarf sinkt beim Einsatz von Elektromotoren zur Gasver-dichtung. - Die Einsparungen liegen bei etwa 3,5 TWh in beiden Szenarien. - Aus volkswirtschaftlicher Sicht ist im Jahr 2050 die strombasierte Verdichtung der gasbasierten vorzuziehen. - Eine volkswirtschaftliche Betrachtung zeigt, dass strombasierten Verdichter leicht günstigere Faktorkosten (Investition, Energiekosten incl. Zertifikatspreise, Betriebskosten) aufweisen als die gasbetriebene Referenztechnik. Dabei handelt es sich jedoch um mittlere Werte, die je nach Standort variieren können. Beispielsweise kann die Lage einer Verdichterstation zur nächsten geeigneten Transformator-Station des Stromnetzes Einfluss auf die Investitionen haben. Außerdem werden in dem vorliegenden Bilanzraum mögliche Mehrkosten für eine zusätzliche Infrastruktur auf Stromseite nicht berücksichtigt. - Die Elektrifizierung der Betriebsmittel führt zu geringeren Umweltkosten. - Die Umweltkosten reduzieren sich beim Einsatz der strombasierten Verdichter im Wesentlichen aufgrund des geringeren Primärenergieeinsatzes beim Gastransport. Hier sind Einsparungen bis zu 255 Mio. âą im Jahr 2050 möglich (KS95). Bei der Gasvorwärmung sind die Beiträge zu energie- und klimapolitischen Zielen wesentlich geringer. Die Elektrifizierung der Betriebsmittel im Gasnetz ist unter der Annahme einer "Kupferplatte" im Stromnetz langfristig sinnvoll, um die Primärenergieeinsparpotentiale und Treibhausgasminderungspotentiale verbunden mit den volkswirtschaftlichen Minderkosten sowie den geringeren Umweltkosten gegenüber der heutigen Nutzung von Gas als Betriebsmittel zu heben. Der Ersatz von Erdgas durch regenerative Gase würde zwar zu ähnlichen Treibhausgasminderungspotentiale führen, aber höhere volkswirtschaftliche Kosten verursachen. Auch in der Übergangszeit und vor dem Hintergrund der Integration der erneuerbaren fluktuierenden Erzeugung sowie der Gewährleistung der Versorgungssicherheit im Gasnetz erscheint der bivalente Betrieb von Betriebseinheiten im Gasnetz aus energetischer Sicht zweckmäßig. Eine relativ rasche Marktdurchdringung bei den elektrisch betriebenen Verdichtern sollte mit einem entsprechenden Anreizprogramm für Energieunternehmen möglich sein. Quelle: Forschungsbericht
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