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Veröffentlichung Klimaschutz und regenerativ erzeugte chemische Energieträger - Infrastruktur und Systemanpassung zur Versorgung mit regenerativen chemischen Energieträgern aus in- und ausländischen regenerativen Energien(Umweltbundesamt, 2016) Schütz, Stefan; Härtel, Philipp; DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH; Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik; Deutschland. Umweltbundesamt; Purr, KatjaFür die Erreichung langfristiger ambitionierter Klimaschutzziele ist eine auf hohen Anteilen erneuerbarer Energien basierende Energieversorgung notwendig. Dabei können regenerativ erzeugte Energieträger mit Hilfe von Power-to-Gas und Power-to-Liquid für alle Anwendungsbereiche (Strom, Wärme, Verkehr, Industrie) eine wichtige Rolle spielen. Auf Grund der begrenzten deutschen regenerativen Potenziale und insbesondere der energetischen sowie ökonomischen Vorteile von ausländischen Standorten könnte der Import von erneuerbaren Energien bzw. Energieträgern notwendig sein. Vor diesem Hintergrund war das Ziel des Vorhabens, erste Antworten bezüglich der Potenziale regenerativer chemischer Energieträger aus erneuerbaren Energien (EE) im In- und Ausland sowie den zugehörigen Transportanforderungen und -restriktionen von Seiten der Strom- und Gasinfrastruktur zu gewinnen. Dazu wurde an Hand von möglichen internationalen Standorten die dortigen Einspeisepotenziale der Erzeugungstechnologien Wind on-/offshore, PV und CSP sowie die entsprechende Gastransportinfrastruktur (Pipeline- und LNG-Transport) für die Wasserstoff- und Methanaufnahme bestimmt. Auf nationaler Ebene wurden räumlich aufgelöste Überschüsse in einem zukünftigen Szenario mit den Wasserstoffaufnahmepotenzialen innerhalb von Stromnetzregionen verglichen. Zudem wurden CO2-Minderungspotenziale im Transformationsprozess zum Beispiel bei der Wasserstoffwirtschaft aufgezeigt.Als Ergebnis der Studie liegt ein systematischer Vergleich von möglichen Pfaden für den Import von regenerativen Energien vor sowie erste Handlungsempfehlungen für die Integration dieser im Rahmen des Transformationsprozesses hin zu einer treibhausgasärmeren Energieversorgung.
Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Effiziente Ausgestaltung der Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung(Umweltbundesamt, 2020) Maurer, Christoph; Tersteegen, Bernd; Bekk, Anke; CONSENTEC Consulting für Energiewirtschaft und -technik GmbH; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Purr, KatjaStrom aus erneuerbaren Energien ist nach heutigem Kenntnisstand der wichtigste und voraussichtlich am stärksten eingesetzte CO2-freie Energieträger in einem weitgehend dekarbonisierten Energiesystem. Sektorkopplung - die Nutzung von Strom in bislang hauptsächlich durch fossile Energieträger dominierten Bereichen - ist der Schlüssel, um Strom aus erneuerbaren Energien auch in die Sektoren Industrie, Wärme und Verkehr zu integrieren. Dieses Vorhaben untersucht, wie diese Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung im Hinblick auf den energiewirtschaftlichen Ordnungs- und Rechtsrahmen effizient ausgestaltet werden kann. Sektorkopplungstechniken sind gegenüber fossil-basierten Konkurrenztechniken heute benachteiligt, da auf Grund von staatlich induzierten Preisbestandteilen, wie Entgelte, Abgaben, Umlagen und Steuern der Wettbewerb zwischen erneuerbaren und fossilen Energieträgern verzerrt ist. Der ökologische und - auf Grund der Schadenskosten durch Klimaschäden - auch der ökonomische Nutzen von Sektorkopplungstechniken kommt nicht zur Geltung. Im Rahmen des Vorhabens werden verschiedene Reformmöglichkeiten für die Erhebung von staatlich veranlassten Preisbestandteile untersucht und in ihrer Wirkung auf die Wirtschaftlichkeit von Sektorkopplungstechniken bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Reform der heutigen Rahmenbedingungen und die Einführung einer CO2-Bepreisung bei einer Höhe von ca. 80 Euro/Tonne das Problem von Verzerrungen erheblich abbauen kann. Bei diesem Preis wird ein ausreichendes Finanzierungsvolumen in 2030 generiert, um die EEG-Umlage und die Stromsteuer zu ersetzen und Verzerrungen aus deren Fälligkeit deutlich zu reduzieren. Neben den wirtschaftlichen Effekten auf die Sektorkopplungstechniken werden auch die Verteilungswirkungen auf Sektorebene untersucht. Bei einer fehlenden oder nicht ausreichenden Internalisierung von Schadenskosten sind auch ordnungsrechtliche Instrumente geeignet, um Verzerrungen zu Ungunsten von Sektorkopplungstechniken zu beseitigen. Diese Verzerrungen verlieren ihre Wirkung, wenn ordnungsrechtliche Instrumente den Einsatz von fossil-basierten Konkurrenztechniken einschränken oder verbieten bzw. Sektorkopplungstechniken begünstigen. Zusätzlich können ordnungsrechtliche Instrumente auch weitere Hemmnisse adressieren (z.B. bei hohen Transaktionskosten oder institutionellen Aspekten wie Mieter-Vermieter-Verhältnis) und damit zu einem Abbau von Verzerrungen beitragen. Bei der Ausgestaltung von ordnungsrechtlichen Instrumenten besteht ein großer politischer Gestaltungsspielraum, der umfassendes regulatorisches Wissen erforderlich macht, um Emisssionsminderung dort anreizen bzw. vorgeben zu können, wo sie langfristig am kostengünstigsten sind. Das ist bei ihrer Einführung bzw. Fortführung zu berücksichtigen. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Effiziente Ausgestaltung der Integration erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung(Umweltbundesamt, 2020) Maurer, Christoph; Tersteegen, Bernd; Bekk, Anke; CONSENTEC Consulting für Energiewirtschaft und -technik GmbH; Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Purr, KatjaDieses Dokument enthält Anhänge zum Hauptbericht des UBA-Vorhabens "Effiziente Ausgestaltung der Integration Erneuerbarer Energien durch Sektorkopplung" (FKZ 3714411071). Die Anhänge dokumentieren Teilergebnisse und Zwischenstände des Erkenntnisprozesses aus den verschiedenen Arbeitspaketen innerhalb des Projekts. Sie besitzen zum Teil "Werkstattcharakter". Die erzielten Ergebnisse waren eine wichtige Grundlage für die weiteren Arbeitspaketen, in denen aber auch weiterer Erkenntnisgewinn erzielt wurde. Erkenntnisse, die sich in den Anhängen niederschlagen, wurden durch neue Erkenntnisse in folgenden Arbeitspaketen nicht widerlegt, aber vor allem weiterentwickelt. Die einzelnen Anhänge sind als separate Kapitel in diesem Dokument zusammengefügt. Enthalten sind: - Ergebnisbericht zu Arbeitspaket 1: "Heutige regulatorische Rahmenbedingungen" - Konzeptstudie (Arbeitspaket 2): "Zielmodellen eines Ordnungsrahmens für Sektorkopplung" - Teilbericht zu Arbeitspaket 4: "Untersuchungen zu netzbezogenen Instrumenten" - Untersuchungsergebnis aus Arbeitspaket 3: "Überschlagsrechnungen zur Entwicklung des Fi-nanzierungsaufkommens aus einer CO2-Bepreisung" Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Strommarkt und Klimaschutz: Transformation der Stromerzeugung bis 2050(Umweltbundesamt, 2021) Burstedde, Barbara; Nicolosi, Marco; Connect Energy Economics; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Klaus, Thomas; Werlein, MaxUm die Klimaziele des Übereinkommens von Paris einzuhalten, ist eine Transformation zur Dekarbonisierung der Energieversorgung notwendig. Für Europa bedeutet dies u. a. aufgrund landwirtschaftlicher Sockelemissionen eine weitestgehend CO2-freie Stromerzeugung bis spätestens 2050. Damit dieses Ziel im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung erreicht werden kann, ist eine weitestgehend auf erneuerbaren Energieträgern (EE) basierende Stromver-sorgung erforderlich. Die entsprechende Transformation birgt Herausforderungen für das Stromsystem, die durch eine Vielzahl technologischer Optionen gelöst werden können. Daher stellt sich die Frage, welche dieser sehr vielfältigen Optionen wann und in welchem Umfang genutzt werden sollten. Dabei sind die Substitutionsmöglichkeiten zwischen den Optionen und die komplexen Wechselwirkungen zwischen allen Systemelementen zu beachten. Das Umweltbundesamt (UBA) hat die Connect Energy Economics GmbH (Connect) daher damit beauftragt, effiziente Transformationspfade der Stromerzeugung bis 2050 modellgestützt zu identifizieren. Die analysierten Szenarien bilden dabei die Entwicklung des deutschen und europäischen Versorgungssystems bei ambitionierten CO2-Zielen unter verschiedenen Rahmenbedingungen ab. Die Ergebnisse der Szenarien zeigen, dass sich die analysierten Transformations-pfade des Stromsystems durch große technologische Vielfalt, hohe Flexibilität und eine umfassende Nutzung der Vorteile des europäischen Binnenmarktes für Strom auszeichnen. Auch für sehr ambitionierte Klimaziele bestehen Lösungen für eine weitestgehend CO2-freie und zugleich kostengünstige und sichere Versorgung. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Transformation des Strommarktes bis 2050 - Optionen für ein Marktdesign mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien(Umweltbundesamt, 2021) Burstedde, Barbara; Nicolosi, Marco; Connect Energy Economics; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Klaus, Thomas; Werlein, MaxEine CO2-arme Stromversorgung auf Basis erneuerbarer Energien ist ein integraler Bestandteil eines ambitionierten, langfristigen Klimaschutzvorhabens. Die Dekarbonisierung der Stromversorgung im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung erfordert eine vollständige Umstellung auf erneuerbare Energien (EE) und infolge dessen eine strukturelle Anpassung des residualen Kraftwerksparks, eine Flexibilisierung der Nachfrage, Netzausbau sowie eine verstärkte Nutzung der Schnittstellen des Stromsektors zum Wärme- und zum Verkehrssektor (Sektorkopplung). Um den Transformationsprozess sicher und kostengünstig zu gestalten, müssen Rahmenbedingungen im Markt- und Regulierungsdesign geschaffen werden, die den EE-Ausbau unterstützen und das Zusammenspiel der Systemelemente effizient organisieren. Um den Anforderungen der erneuerbaren Energien und der Transformation gerecht zu werden, entwickelte dieses Projekt einen konsistenten Synthesevorschlag für das Markt- und Regulierungsdesign für die Zeit bis 2050. Dieser sieht für den Strommarkt ein Energy-Only-Marktdesign vor, das die bestmöglichen Voraussetzungen für eine wettbewerblich organisierte Flexibilisierung des Stromsystems schafft. Flexibilitätsoptionen und die Integration des europäischen Binnenmarktes können einen wesentlichen Beitrag zur EE-Integration und zur Stabilisierung ihrer Marktwerte leisten. Letzteres unterstützt die Wirtschaftlichkeit der erneuerbaren Energien. Im EE-Fördersystem sollten die Marktwerte als zentrale Größe bei der Bestimmung der Förderhöhe und im Anreizsystem berücksichtigt werden, sodass effiziente Anreize für den Zubau und die Marktintegration gesetzt werden. Weiterentwickelte Ausschreibungssysteme auf Basis variabler bzw. gleitender Marktprämien können diese Anforderungen erfüllen. Langfristig können auch Power Purchase Agreements eine wichtige (ergänzende) Rolle für die Finanzierung der EE spielen. Ein Energy-Only-Marktdesign kann die Versorgungssicherheit effizient gewährleisten. Zur Absicherung gegen ungewisse Extremereignisse kann eine Kapazitätsreserve dienen, da sie das Anreizsystem nicht verzerrt. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Kapazitätskredit erneuerbarer Energien - welchen Beitrag zur Versorgungssicherheit können Wind- und Solarenergie leisten?(Umweltbundesamt, 2021) Burstedde, Barbara; Nicolosi, Marco; Connect Energy Economics; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Klaus, Thomas; Werlein, MaxWir beschäftigen uns mit der Frage, wie viel konventionelle Kraftwerkskapazität durch dargebotsabhängige erneuerbare Energien bei gleichbleibender Lastdeckungswahrscheinlichkeit eingespart werden können. Der Kapazitätskredit ist ein Indikator für diese Substitutionsbeziehung. Unsere Analysen konzentrieren sich auf den Kapazitätskredit von Windenergie und Photovoltaik und damit auf die beiden bedeutendsten dargebotsabhängigen EE-Technologien. Wir entwickeln dafür bestehende Methoden weiter, um insbesondere räumliche Durchmischungseffekte im europäischen Binnenmarkt unter Berücksichtigung begrenzter Netzkapazitäten sowie dynamische Anpassungsprozesse konventioneller Kapazitäten erfassen zu können. Die durchgeführten Analysen zeigen, wie anhand der weiterentwickelten Methode und auf Basis einer umfangreichen Datengrundlage aus zehn historischen Wetterjahren der Kapazitätskredit der erneuerbaren Energien unter Berücksichtigung der wetterabhängigen, stochastischen Eigenschaften der Last und der Einspeisung erneuerbarer Energien und unter Unsicherheit über Kraftwerksausfälle berechnet werden kann, sowohl bei engpassfreien als auch bei begrenztem internationalen Austausch und bei einer dynamischen Anpassung der konventionellen Kraft-werksleistung an die EE-Durchdringung. Wir berechnen den Kapazitätskredit für insgesamt 15 Szenarien, in denen wir u. a. die EE-Technologien, ihre räumliche Verteilung und die europäischen Interkonnektorkapazitäten variieren. Quelle: Forschungsbericht