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Energieszenarien

 | 
Christian Dieckhoff
, 
Wolf Fichtner
, 
Armin Grunwald
, 
et al.

Energieszenarien im Umweltbundesamt

Diana Nissler

Texte intégral

1 Die Aufgaben des Umweltbundesamtes im Bereich der Energiepolitik

1Die deutsche Energiepolitik wird durch mehrere Bundesministerien geprägt. Federführend ist das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, das u. a. für Fragen des Wettbewerbs oder für die Versorgungssicherheit zuständig ist.

2Das Bundesministerium für Verkehr und Bauwesen ist mit Energiefragen im Verkehrs- und Gebäudebereich befasst. Dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit obliegen die Vermeidung negativer Umweltauswirkungen der Energieversorgung sowie der Ausbau der erneuerbaren Energien.

3Als Bundesoberbehörde im Zuständigkeitsbereich des Umweltministeriums befasst sich auch das Umweltbundesamt mit den Umwelteffekten der Energieversorgung. Laut Gründungsgesetz gehört es zu den Aufgaben des Amtes,

  • das Bundesministerium für Umwelt und Naturschutz in seinen Aufgaben mit wissenschaftlicher Beratung zu unterstützen,

  • Daten zum Zustand der Umwelt zu erheben und aufzubereiten und der Öffentlichkeit zugänglich zu machen,

  • Verwaltungsaufgaben, zum Beispiel für den Vollzug von Gesetzen, wahrzunehmen.

4Die Abteilung I 2 „Energie und Klimaschutz“ am Umweltbundesamt besteht aus 6 Fachgebieten (Arbeitseinheiten). Diese befassen sich mit globalen und nationalen Klimaschutzzielen, den internationalen Verhandlungsprozessen zum Klimaschutz, mit erneuerbaren Energien, Energieeffizienz, Energiestatistik und Energiedaten und mit dem Führen des deutschen THG-Emissionsregisters und der Berichterstattung über die deutschen Treibhausgasemissionen.

5Das Fachgebiet „Energiestrategien und-szenarien“ ist ein Grundsatzfachgebiet. Es setzt sich mit der umfassenden Fragestellung auseinander, wie die Energieversorgung umweltgerechter gestaltet werden kann. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Erfordernisse des Klimaschutzes: Wie sollte eine Energieversorgung aussehen, die deutlich weniger klimawirksame Treibhausgase freisetzt, als das heute der Fall ist? Schlüsselfaktoren sind dabei der Ausbau der erneuerbaren Energien und eine wesentlich effizientere Nutzung von Energie. Mit welchen Instrumenten und Maßnahmen kann die Bundesregierung diese Faktoren positiv beeinflussen? Ein weiterer Schwerpunkt des Fachgebiets besteht darin, zu untersuchen, wie wirksam Instrumente der Klimapolitik – einzeln oder im Zusammenspiel betrachtet – sind.

2 Die Arbeit mit Energieszenarien am Umweltbundesamt

6Bisher werden Energieszenarien für das Umweltbundesamt in der Regel durch Auftragsarbeiten wissenschaftlicher Institute erstellt. Über eigene Energiemodelle verfügt das Umweltbundesamt derzeit nicht.

7Die Auftragsforschung wird in der Regel über den Umweltforschungsplan (Ufoplan) organisiert. Dieser Titel im Bundeshaushalt wird von den Ressortforschungseinrichtungen im Umweltressort – neben dem Umweltbundesamt das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) und das Bundesamt für Naturschutz (BfN) – und auch dem Umweltministerium selbst genutzt, um wissenschaftliche Fragestellungen zu untersuchen, die für die weitere Gestaltung der Umweltpolitik relevant sind. Für die Aufstellung des Ufoplans benennen alle beteiligten Institutionen ihren Forschungsbedarf; die endgültige Auswahl der Projektideen erfolgt dann in einem Abstimmungsprozess mit dem Umweltministerium. Bei der Ausschreibung der Forschungsvorhaben sind dann Fragestellungen und Bearbeitungsmethoden meist schon sehr detailliert vorgegeben.

2.1 Politikszenarien

8Mit den Politikszenarien [Umweltbundesamt 2009] werden seit 1996 die möglichen Entwicklungen der Treibhausgasemissionen in Deutschland bis zum Jahr 2030 projiziert. Die Modellergebnisse sind Grundlage für den Nationalbericht über die Entwicklung der Treibhausgasemissionen, der derzeit alle zwei Jahre an die EU-Kommission übermittelt wird.

9Die Energieszenarien bestehen im Wesentlichen aus folgenden zwei Zukunftsbildern: im Mit-Maßnahmen-Szenario wird davon ausgegangen, dass bis 2030 die deutsche Klimaschutzpolitik unverändert bleibt. Im Mit-Weiteren-Maßnahmen-Szenario wird untersucht, wie sich ein Portfolio zusätzlicher klimapolitischer Maßnahmen auf die weitere Entwicklung der THG-Emissionen auswirken würde.

10Sowohl die Rahmendaten für die Modellrechnungen (z. B. Bevölkerungsentwicklung, Wirtschaftswachstum, Entwicklung Energieträgerpreise) als auch die möglichen zusätzlichen klimapolitischen Maßnahmen werden in der Interministeriellen Arbeitsgruppe CO2 (IMA CO2) abgestimmt, in der alle mit Energiefragen und THG-Emissionen befassten Ressorts der Bundesregierung vertreten sind. Für die Modellierung werden bottom-up-Nachfragemodelle für verschiedene Sektoren (z. B. ASTRA für den Verkehr) mit den Modellen PowerACE (Erzeugung erneuerbarer Energien) und ELIAS (fossile Stromerzeugung einschl. der an KWK gekoppelten Wärmeproduktion) sowie dem Merit-Order-Modell kombiniert. Für einzelne Annahmen – z. B. unterschiedliche Energiepreisentwicklungen oder Verfügbarkeit/Nichtverfügbarkeit der Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und-verpressung (CCS) – werden Sensitivitätsrechnungen erstellt.

2.2 Kosten- und Modellvergleich langfristiger Klimaschutzpfade (bis 2050)

11Schaffen wir mit energiepolitischen Entscheidungen Pfadabhängigkeiten, die verhindern, dass wir langfristig ambitioniertere Emissionsminderungsziele erreichen können? Aus dieser Fragestellung ging ein Forschungsprojekt hervor, in dem drei Klimaschutzszenarien unter einheitlichen Rahmenbedingungen mit demselben Modellsystem nachgebildet werden. So ist ein direkter Vergleich der ökonomischen und Umweltwirkungen möglich.

12Die drei untersuchten Klimaschutzszenarien sind:

  • Szenario 1: Moderate Effizienzsteigerung mit angebotsseitigem

  • Szenario 2: Moderate Effizienzsteigerung mit strukturkonservativer angebotsseite

  • Szenario 3: Hohe Effizienzsteigerung mit angebotsseitigem Strukturwandel

13Diese Szenarien, die auf externen Studien beruhen, wurden in ein Modellsystem implementiert, das aus dem gekoppelten detaillierten makroökonomischen Wachstums- und Energiesystemmodell REMIND-D des Potsdam-Instituts und dem technologisch differenzierteren Energienachfragemodell DEESY des Wuppertal Instituts besteht. Als (endogene) Rahmenbedingung ist vorgegeben, dass die Szenarien – soweit die Modelle diesen Entwicklungspfad abbilden können – über alle Sektoren Emissionsminderungen von insgesamt 40% bis zum Jahr 2020 und von 85% bis zum Jahr 2050 in Deutschland erreichen sollten.

14Erste Zwischenergebnisse wurden im Sommer 2010 in Form eines Thesenpapiers [Umweltbundesamt 2010a] veröffentlicht. Unter anderem wurde deutlich, dass eine Steigerung der Energieeffizienz die wirtschaftlich vorteilhafteste Klimaschutzoption ist – und entscheidend für das Erreichen der Klimaschutzziele. Der Ausbau der erneuerbaren Energien erfolgt in den Simulationen schneller als bisher in den Zielen der Bundesregierung angestrebt.

2.3 Energieziel 2050: 100% Erneuerbare Energien

15Kann ein hochentwickelter Industriestaat wie Deutschland seinen Strombedarf aus erneuerbaren Energien decken? Diese Frage stand am Anfang einer Untersuchung zur möglichen Stromversorgung im Jahr 2050 [Umweltbundesamt 2010b]. Ausgangspunkt war die Vision eines „treibhausgasneutralen Deutschlands“– mit einem weitestgehend THG-emissionsreduzierten Stromsektor, der vollständig auf erneuerbaren Energien beruht.

16Basierend auf Annahmen zur demographischen und gesamtwirtschaftlichen Entwicklung leiteten die Experten des Umweltbundesamtes einen Energieverbrauchswert für das Jahr 2050 ab. Dazu kamen Schätzungen für die Sektoren private Haushalte, Industrie, Gewerbe, Handel, Dienstleistungen und Verkehr – ausgehend von den besten heute verfügbaren Techniken. Diese Schätzungen werden ergänzt durch Werte für Leitungsverluste und den Stromverbrauch im Umwandlungsbereich sowie für Potenziale einer Reihe von Speichertechnologien (einschließlich Lastmanagement). Für die Angebotsseite wurde das technisch-ökologische Potential erneuerbarer Energien hergeleitet.

17Im Szenario Regionenverbund simuliert das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), wie die so beschriebene Stromnachfrage im Jahr 2050, die unter Rückgriff auf die Wetter- und Lastprofile der Jahre 2006-2009 zeitlich aufgelöst wurde, jederzeit durch die Einspeisung der verfügbaren EE-Stromerzeugung bzw. durch den Rückgriff auf Speichertechniken gedeckt werden kann. Dazu wurde das Modell SimEE eingesetzt.

18Dieses Szenario Regionenverbund bildet einen Eckpunkt des Lösungsraums, der zeigen soll, wie eine vollständige Deckung der Stromnachfrage im Jahr 2050 aus technischer Sicht gestaltet werden könnte. Das Szenario Regionenverbund wird in Zukunft ergänzt werden durch die Szenarien Großtechnik-International und Lokal-Autark.

2.4 Exkurs: Koordination der Szenarienarbeit im Umweltbundesamt

19Vor etwa zwei Jahren hat das Umweltbundesamt im Fachgebiet I 1.1 „Grundsatzfragen, Umwelt- und Nachhaltigkeitsstrategien“ eine Anlaufstelle für das Thema „Modelle und Szenarien“ eingerichtet. Die Kollegen haben sich einen Überblick verschafft, welche Arbeitseinheiten im Haus Szenarioansätze verwenden, welche Inputdaten und welche Modelle genutzt werden. Etwa zwei Mal im Jahr findet ein „Szenarien-jour-fixe“ statt, an dem die mit Szenarien befassten UBA-Mitarbeiter aktuelle Arbeiten vorstellen und diskutieren. Die Treffen sollen auch der methodischen Weiterbildung dienen. In unregelmäßigen Abständen werden externe Referenten eingeladen, die zu grundsätzlichen Fragen in der Szenarienarbeit berichten.

20Auch diese Arbeitseinheit initiiert Forschungsvorhaben mit und zu Szenarientechniken. Aktuell wird im Rahmen eines Gutachtens mit der Universität Stuttgart (Herr Weimer-Jehle, ZIRN) an einem harmonisierten und konsistenten Rahmendatensatz gearbeitet (FKZ 363 01 318); hierbei werden qualitative (Cross-Impact-Bilanzanlayse) mit quantitativen (Datenreihen) Methoden kombiniert.

21Ferner werden noch zwei rein qualitative Szenario-Forschungsvorhaben bearbeitet: „Nachhaltige Stadt 2030“ und „Integrierte Nachhaltigkeitsszenarien“. Im ersten Fall werden die Szenarien/Leitbilder einer nachhaltigen Stadt normativ gebildet und im zweiten Fall wird die explorative Szenario-Technik angewendet.

22Die jüngst veröffentlichte Studie zur 100% erneuerbaren Stromerzeugung (siehe 2.3) hingegen wurde mit dem Story-and-Simulation-Ansatz [Alcamo 2009] erarbeitet. Das methodische Spektrum wird kontinuierlich um qualitative und hybride Ansätze erweitert.

3 Fazit zur Arbeit mit Energieszenarien am Umweltbundesamt

23Bisher kamen in den Szenarienarbeiten, die das Umweltbundesamt in Auftrag gegeben hat, fast ausschließlich modellbasierte, quantifizierte Simulationen der Energiewirtschaft oder-technik zur Anwendung. In der Studie „Energieziel 2050“ wurde erstmals ein stärker qualitativ ausgerichteter Ansatz (story and simulation) gewählt. Unterschiedliche Szenarien entstanden i. d. R. über die Variation wichtiger Eingangsoder Rahmendaten. So wurden Zusammenhänge z. B. zwischen der Energiepreisentwicklung und der Entwicklung der THG-Emissionen erkundet.

24Eine Schwierigkeit dieser Methode besteht darin, dass die Modellrechnungen für das Umweltbundesamt – als Auftraggeber, der auf extern entwickelte Modelle zurückgreift – eine Art „black box“ bilden. Es ist in der Regel unmöglich, einzelne quantitative Modellergebnisse durch Rückgriff auf das verwendete Modell zu rekonstruieren. Umso wichtiger ist eine verständliche Dokumentation der Modelleigenschaften und grundlegenden Wirkungszusammenhänge im Modell durch das beauftragte Forschungsinstitut, um Reliabilität und Validität der Ergebnisse zu belegen.

25Um eine nachhaltige, den Erfordernissen des Klimaschutzes Rechnung tragende Energiewirtschaft zu gestalten, ist ein Strukturwandel sowohl im Bereich der Energienutzung als auch im Bereich der Energieerzeugung notwendig.

26Während das Ziel, die Zwischenziele und unsere augenblickliche Ausstattung (die politischen Instrumente) für diesen Weg klar benannt sind – Erhöhung der Energieeffizienz, Ausbau der erneuerbaren Energien, Deckelung der Emissionen durch einen Zertifikatehandel etc. – fehlen systematische Untersuchungen dazu, wie sich diese Entwicklungen im Detail auf die unterschiedlichen Akteure in Wirtschaft und Gesellschaft auswirken können. Vergleicht man den bevorstehenden Strukturwandel mit einer Bergwanderung, würde das bedeuten: Wir kennen das Ziel und wissen, wir müssen zunächst bergauf. Es gibt eine grobe Wegskizze mit Landmarken (= Zwischenziele). Wir haben keine Wanderkarte mit hinreichend kleinem Maßstab. Wir wissen nicht, ob wir mit Bachquerungen oder Schneefeldern rechnen müssen. Unsere Mitwanderer (die Energieversorger, Netzbetreiber, Energieverbraucher) scheinen mit gutem Schuhwerk ausgestattet – aber wie ist es um ihre Kondition und ihre Geschicklichkeit im Gelände bestellt? Schaffen Sie es, Ihr Gepäck – zum Beispiel die für den Strukturwandel erforderlichen Innovationen und Investitionen – zu schultern? Wer kann uns unterwegs bei Schwierigkeiten unterstützen – und wer wird unserer Unterstützung bedürfen?

27Klar ist: Es gibt für diese Aufgabe eine Menge unbekannter Größen, die wir so bald wie möglich näher erkunden sollten. Szenarientechniken bieten sich an, einige dieser Fragen näher zu betrachten. Wir sollten sie in Zukunft umfassender als bisher nutzen – und sind offen für Anregungen und Unterstützung.

Bibliographie

Literaturverzeichnis

Alcamo, J (ed.) 2009, Environmental futures, Elsevier, Amsterdam/Oxford.

Gesetz über die Errichtung eines Umweltbundesamtes (UBAG) vom 22. Juli 1974 (BGBl. I S. 1505) in der Fassung vom 11. August 2009 (BGBl. I S. 2723).

Umweltbundesamt, 2009, Politikszenarien für den Klimaschutz V – auf dem Weg zum Strukturwandel – Treibhausgas-Emissionsszenarien bis zum Jahr 2030, Reihe Climate Change, Dessau.

Umweltbundesamt, 2010a, Kosten- und Modellvergleich langfristiger Klimaschutzpfade (bis 2050) - Kernthesen zum 2. Zwischenbericht, aufgerufen am 26. November 2010, <http://www.umweltbundesamt.de/energie/archiv/kosten_und_modellvergleich_langfristiger_klimaschutzpfade.pdf>

Umweltbundesamt, 2010b, 100% Strom aus erneuerbaren Quellen, Umweltbundesamt, Dessau.

Auteur

Umweltbundesamt, Wörlitzer Platz 1, 06844 Dessau, Deutschland, E-mail: Diana.Nissler@uba.de, Telefon: + 49(0)340/21032959

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