Projekt

FFF- Die Zukunft fossiler Energieträger im Zuge von Treibhausgasneutralität

Projektbeginn 10/2018
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Projektende 09/2021

Ziel des Projekts ist es, bisher zu wenig erforschte Aspekte der Dekarbonisierung des deutschen Stromsektors im europäischen Kontext zu untersuchen und konkrete politische Instrumente sowohl auf deutscher als auch auf europäischer Ebene zu bewerten. Dies bezieht sich insbesondere auf Kohle, aber auch auf andere fossile Brennstoffe wie Erdgas. Der trans- und interdisziplinäre Forschungsansatz zielt darauf ab, die verschiedenen ökonomischen, technischen, sozialen und politischen Herausforderungen des anstehenden Ausstiegs aus den fossilen Energieträgern besser zu verstehen. Ein innovativer Aspekt des des Forschungsansatzes ist die Zusammenführung von methodischen Ansätzen – numerische Modellierung, ökonomische Theorie, Ökonometrie, Insti-tutionenökonomik, politische Ökonomik – mit „konkreten Fragen zur politischen Ausge-staltung einer Energieversorgung ohne fossile Brennstoffe. Dies berücksichtigt die Perspektiven einer Vielzahl von Praxispartnern, mit einem Fokus auf die nationale und die europäischen Ebene.

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Stand des Projekts

TU Berlin: 

Die TU Berlin trägt mit zwei verschiedenen Ansätzen zu dem Projekt bei:  

  1. Politisch-ökonomische Analyse der verschiedenen kohlenstoffarmen Strategien in verschiedenen europäischen Ländern. Es wurden umfangreiche Fallstudien für Deutschland, Großbritannien und Polen durchgeführt, die die Gründe für die unterschiedlichen Entwicklungen untersuchen und die wichtigsten Hürden und Treiber des Kohleausstiegs identifizieren
    (https://doi.org/10.1016/j.eist.2020.09.001; doi.org/10.1016/j.enpol.2020.11162).
    Für Kohlebergbauländer liegt die größte Herausforderung in den notwendigen Anpassungen für die betroffenen regionalen Volkswirtschaften. Nichtsdestotrotz kann eine gezielte Politik der gerechten Transformation soziale Sicherheit für die Arbeitnehmer und neue wirtschaftliche Möglichkeiten für die abhängigen Regionen bieten.
  2. Modellierung eines kohlenstoffarmen Energiesystems für Europa. Während des Projekts wurden Soft-Linkage-Übungen von GENESYS und dynELMOD durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen die Höhe der potenziellen "stranded assets" für die kohle- und gasbefeuerte Stromerzeugung in Deutschland und Europa und die zu erwartenden Verschiebungen der Stromerzeugungszentren. (https://doi.org/10.1016/j.esr.2019.100422; doi.org/10.3390/en12152988).

DIW:

Der Fokus des DIW Berlin im Projekt FFF liegt auf der Umstellung des Energiesystems auf fluktuierende erneuerbare Energien. Die Arbeiten sind in drei komplementäre Strängen gegliedert:

  1. Übergeordnete Analysen: In einem Überblicksartikel wurde die Rolle von Stromspeichern bei steigenen Anteilen erneuerbarer Energien und ihre Interaktion der Sektorenkopplung eingeordnet (https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.07.022). Daneben wurde Reviewartikel zur Ökonomie von fluktuierenden erneuerbaren Energien und Stromspeichern erstellt (https://arxiv.org/abs/2012.15371), der mittlerweile im Journal Annual Reviews of Respurce Economics zur Veröffentlichung angenommen wurde. Daneben wurde eine methodische Arbeit zu unerwünschten Effekten von der Implementierung von EE-Mindestanteilen auf die Speichern in Energiemodellen erstellt, die auf diversen Konferenzen und Seminaren präsentiert wurde (noch unveröffentlicht).
  2. Konkrete numerische Analysen: Mit Hilfe des quelloffenen Stromsektormodells DIETER wurde ein methodischer Beitrag zur bessren Abbildung der Substitution von fossilen durch erneuerbare Energieträger in makroökonomischen Modellen entwickelt (https://www.diw.de/documents/publika-tionen/73/diw_01.c.795779.de/dp1885.pdf). Außerdem wurde das Modell DIETER in einen Python-Umgebung eingebettet, was eine besseres Pre- und Post-Processing der Modelldaten sowie effizientere Szenarioanalysen erlaubt. Das neue Modell wurde der quelloffen als Python Package (https://pypi.org/project/dieterpy/), sowie über GitLab (https://gitlab.com/diw-evu/dieter_public/dieterpy) bereit gestellt und in einem Fachartikel beschireben (https://arxiv.org/abs/2010.00883)
  3. Empirische Analysen zu den sozioökonomischen Implikationen von Energieinfrastrukturen: Hier wurden unter Nutzung von Daten des sozio-ökonomischen Panels (SOEP) Untersuchungen der Auswirkungen von Bioenergie-Anlagen (Diskussionspapier: www.diw.de/documents/publikationen/73/diw_01.c.809799.de/diw_sp1116.pdf) sowie des Ausbaus des Stromübertragungsnetzes (noch unveröffentlicht) auf die Lebenszufriedenheit der lokalen Bevölkerung vorgenommen.

PIK:

PIK fügte technische (z.B. negative Emissionen und Darstellung von ETS-Branchen) und politische Aspekte (z.B. Umsetzung der Marktstabilitätsreserve - MSR) in bestehende Modelle ein. 
Zentrale Ergebnisse: 
Die Verschärfung des EU-ETS-Ziels (-63% statt -43% im Jahr 2030) beschleunigt die Transformation um 3-17 Jahre. Dies wirkt sich nicht nur auf den EE-Ausbau aus, der bis 2030 >70% erreicht, sondern führt auch zu einem fast vollständigen Kohleausstieg bis 2030 und einem Gasausstieg bis 2040 in ganz Europa. Diese Zahlen sind erreichbar, ohne dass CCS und Kernkraft eine große Rolle spielen, was die Machbarkeit des neuen EU-Ziels unterstreicht. Obwohl eine starke Zunahme des Einsatzes von vRES, Wasserstoff und Batterien erforderlich ist, ist die zusätzliche finanzielle Belastung durch ein ehrgeizigeres Ziel moderat (5 % mehr als im aktuellen Szenario), obwohl die CO2-Preise bis 2030 130 eur/t erreichen.

Vorläufige Ergebnisse des Projekts

Die grafische Zusammenfassung aus dem Papier "Tightening EU ETS targets in line with the European Green Deal: Impacts on the decarbonization of the EU power sector" fasst die Auswirkungen eines ehrgeizigeren ETS-Ziels (-63%, in Übereinstimmung mit dem EU Green Deal) im Vergleich zu denen des erwarteten aktuellen Ziels (-43%) bis 2030 zusammen.

Eine Zusammenfassung der Ergebnisse des Projekts wurde auf dem finalen Workshop des Themenschwerpunkts vorgestellt und ist hier zugänglich.


Kernthesen und Befunde

  • Um politisch durch­setzbar zu sein, müssen Instrumente zur Kohle-Reduktion mit sozial- & struktur­politischen Maß­nahmen kombiniert werden.

  • Ein­seitige Ausstiegs­pläne könnten zur nationalen Ziel­erreichung beitragen, aber es besteht die Gefahr, dass im Rahmen des EU-weiten Emissions­handels­systems CO2 lediglich verlagert wird.

  • Lang­fristige Strom­speicherung und flexible Sektor­kopplung sind Schlüssel­kom­po­nen­ten zu­künftiger Energie­systeme.


Flagship-Paper

Brauers, H., Oei, P.-Y., Walk, P. (2020):
Comparing Coal Phase-out Pathways: The United Kingdom’s and Germany’s Diverging Transitions. Environmental Innovation and Societal Transitions 37: 238-53.

Löffler, K., Burandt, T., Hainsch, K., Oei, P.-Y. (2019):
Modeling the Low-Carbon Transition of the European Energy System - A Quantitative Assessment of the Stranded Assets Problem. Energy Strategy Reviews 26.

Pietzcker, R.C., Osorio, S., Rodrigues, R. (2021):
Tightening EU ETS targets in line with the European Green Deal: Impacts on the decarbonization of the EU power sector. Appl. Energy 293, 116914.

Schill, W.-P. (2020):
Electricity storage and the renewable energy transition. Joule 4, 1-6.