Wie gestalten wir die Energiewende richtig?  Welche Entwicklungen müssen berücksichtigt werden? Teil 3 unserer Serie beschäftigt sich mit der KIT-Studie: Nachdem hier bereits einige wichtige Resultate aus der Studie zusammengefasst wurden, beschäftigt sich unser Autor mit weiteren Ergebnissen.

Durch den Atomausstieg und den Anstieg volatiler Stromeinspeisung könnte die Lastdeckung besonders in extremen Last- und Erzeugungssituationen zum Problem werden. Erneuerbare Energien können nur begrenzt Systemdienstleistungen (Maßnahmen, die der kurzfristigen Anpassung der Erzeugung an den Stromverbrauch dienen) bereitstellen und es bestehen Informationsdefizite bei der Einspeisung in das Niederspannungsnetz. Die Entkopplung von Verbrauchs- und Erzeugungszentren insb. bei Erneuerbaren Energien führt zu der Notwendigkeit mehr Reserven in Verbrauchsnähe bereitzustellen. Importleistungen sind vor allem dann nötig, wenn in Deutschland der Verbrauch besonders hoch ist. Allerdings ist gerade in diesen Situationen auch in anderen Ländern mit Lastspitzen zu rechnen, da die Verbrauchsprofile sich recht ähnlich sind.

In der kurzen Frist kann auf Lastunterdeckung – wenn schon alle Kraftwerke auf voller Leistung laufen – nur noch auf Strom aus Speichern, Stromimporte und kurzfristiges Lastmanagement zurückgegriffen werden. Diese Maßnahmen werden jedoch durch die Netzkapazität, die Grenzkuppelstellen oder andere Gründe stark begrenzt. Neue Erzeugungsleistungen oder Maßnahmen zur Effizienzsteigerung helfen nur mittel- bzw. langfristig. Um die Versorgungssicherheit auch zu Spitzenlastzeiten gewährleisten zu können, sind große Anstrengungen beim Netzausbau, dem Zubau von Kraftwerken und Speichern, beim Nachfragemanagement und Effizienzsteigerungen erforderlich.

Eine extreme Einspeisesituation kann entstehen, wenn zu sonneneinstrahlungs- und windintensiven Zeiten, so viel Strom in das Netz eingespeist wird, dass die Last, also der Stromverbrauch, überschritten wird. In einer solchen Situation müssten sämtliche konventionellen Kraftwerke herunter gefahren werden. Doch dies ist weder technisch möglich, noch ökonomisch sinnvoll. Der Stromüberschuss kann einerseits zum Export und andererseits zum Aufladen von Speichern bzw. durch Lastmanagement genutzt werden. Doch wenn diese Möglichkeiten ausgeschöpft sind, verbleibt nur noch die Möglichkeit der Abregelung der erneuerbaren Energien, um einen Netzausfall zu verhindern.

Eine Steigerung der Energieeffizienz wird als zentraler Beitrag für eine bezahlbare Energieversorgung, größere Versorgungssicherheit und Umweltschutz angesehen. Studien schätzen das Einsparpotenzial der Primärenergie auf 17 bis 45% bis 2050. Die durchschnittliche Verbesserung der Energieeffizienz lag zwischen 1990 und 2009 bei 1,7% pro Jahr, von 2000 bis 2010 ging diese Verbesserung jedoch auf 1,1% zurück. Die innovative und energieeffiziente Produktionsweise trägt zu einer Stärkung des Produktions- und Wirtschaftsstandorts Deutschland bei. Die Energieproduktivität (BIP geteilt durch Primärenergieverbrauch) ist in Deutschland seit 1991 um 32% gestiegen. Die größten Steigerungspotenziale der Energieeffizienz sehen die Autoren der KIT-Studie im Fahrzeug- und Maschinenbau, der Chemie-, Papier- und Kunststoff-, sowie der Metallindustrie. Im Haushalt liegen die höchsten Einsparpotenziale bei Raumwärme, Warmwasser, Haushaltsgroßgeräten und IKT-Endgeräten. Bei Gewerbe, Handel und Dienstleistungen können die höchsten Effizienzsteigerungen bei Beleuchtung, Belüftung und Kühlung erzielt werden.

Um die Potenziale bei Elektromotoren, Beleuchtung und Bürogeräten zu heben, muss eine Wirtschaftlichkeit der jeweiligen Energieeffizienzmaßnahme vorliegen. Doch selbst wenn die Maßnahme prinzipiell wirtschaftlich ist, können strukturelle oder sozial-psychologische Hemmnisse die Umsetzung verhindern. Marktversagen kann z.B. aufgrund von asymmetrischen Informationen vorliegen. Dies würde einen staatlichen Eingriff rechtfertigen. In diesen Bereichen fallen etwa Energieeffizienznetzwerke, eine Energieverbrauchskennzeichnung auf Geräten und Informationskampagnen.

Wenn es in geringerem Umfang möglich ist, die Erzeugung der Strommenge zu regeln, so bietet es sich an, Potenziale der Verbrauchsregelung zu erschließen. Hier wird insbesondere auf Preisreaktionen der Endverbraucher gesetzt, um ein Lastmanagement zu ermöglichen. Das Lastmanagement zielt darauf, den Stromverbrauch zu Spitzenzeiten zu reduzieren, sei es durch eine Lastverlagerung auf eine andere Zeit oder durch einen tatsächlich geringeren Strombedarf. So könnte ein solches Lastmanagement sogar zum Teil kurzfristige Regelleistung – also die Anpassung der angebotenen an die nachgefragte Strommenge – oder Speicherlösungen ersetzen.

Studien haben gezeigt, dass ein gewisses Potenzial zum Lastmanagement durch Preismechanismen besteht, sei es durch bewusstes Handeln der Nachfrager oder durch eine automatische Steuerung. Es wird bei etwa 40% angesetzt, wobei ein Großteil auf Speicherheizungen und Wärmepumpen entfällt. Dadurch ist das Verlagerungspotenzial im Winter deutlich höher. Die Akzeptanz und das Potenzial der Lastverlagerung könnten durch moderne Regel- und Kommunikationstechnologien, sowie eine höhere Priorität des Energiesparens bei Verbrauchern, durchaus noch gegenüber bisherigen Studienergebnissen steigen. Auch in der Industrie, dem Gewerbe und in Querschnittstechnologien bestehen gewisse Lasterverlagerungspotenziale, die jedoch durch Opportunitätskosten begrenzt werden.

Bei diesen Smart Markets sind die Anreize so zu setzen, dass die Endverbraucher ihr Verhalten ökonomischen Vorteilen anpassen. Es ist zwischen Anlagen zu unterscheiden, die vorübergehend abschaltbar (z.B. Speicherheizungen) sind, solchen die auf Preissignale reagieren können (z.B. Spülmaschine, Waschmaschine) und solchen, bei denen die Anpassung nicht praktikabel ist (z.B. Fernseher, Computer). Zur Anreizsetzung dienen dynamische Tarife, bei denen sich der aktuelle Preis z.B. am Großhandelspreis ausrichtet. Die Reaktion der Kunden wird dabei überwiegend zu automatisieren sein, so dass die Geräte automatisch auf Preisänderungen reagieren. Die Gefahr einer Übersteuerung des Systems (zu starke Lastverlagerung) sollte jedoch beachtet und möglichst eingedämmt werden.

Marktdesign: Aus dem Zubau erneuerbarer Energien und der gleichzeitigen Notwendigkeit weiterhin Reservekapazitäten vorzuhalten, resultiert das Problem, dass konventionelle Kraftwerke immer seltener tatsächlich Strom liefern. Durch die sinkenden Einsatzstunden dieser Anlagen nimmt ihre Rentabilität unter Umständen sogar so stark ab, dass sich der Zubau weiterer konventioneller Kraftwerke nicht mehr lohnt. Da diese Reservekapazitäten benötigt werden, bietet es sich an, einen Kapazitätsmarkt in Betracht zu ziehen. Dies würde heißen, dass auch vorgehaltene Kapazität, die nicht genutzt wird, bezahlt wird. Ein solcher Markt birgt jedoch auch Risiken, wie Mitnahmeeffekte oder die schnellere Stilllegung von Altanlagen. Zu berücksichtigen wären außerdem Maßnahmen des Lastmanagements und Speicher, sowie Wechselwirkungen zwischen den Märkten für Kapazitäten, Regelenergie usw. Reservekraftwerke lohnen sich für die Betreiber nur durch hohe Strompreise oder solche Bereitstellungsprämien. Beides kostet die Endabnehmer sehr viel Geld.

Ein Zusammenwachsen der Strommärkte würde den ökonomisch sinnvollen Austausch von Energie verbessern. Der Stromaustausch ist in vielen Fällen die effizienteste Option zur Bedarfsdeckung. Dafür müssten die Grenzkuppelstellen und die Netze ausgebaut werden. Teilweise ist es effizienter zusätzliche Reserven in bestimmten Regionen zu schaffen als die Netze für den Transport von Strom aus anderen Regionen zu ertüchtigen. Um Anreize für den Ausbau von Kapazitäten in bestimmten Regionen zu setzen, kommen z.B. regional differenzierte Netzentgelte in Frage. Dieser Mechanismus wäre auch für den Zubau erneuerbarer Energien denkbar.

Der Elektromobilität werden Potenziale zur Senkung der CO²-Emissionen, Lärm und Luftverschmutzung, sowie der Abhängigkeit von erdölexportierenden Ländern zugeschrieben. Die tatsächlichen Effekte hängen freilich vom Energiemix und der Energieeffizienz der Elektroautos ab. Die zunehmende Nutzung von Elektroautos dürfte aber auch erhebliche Auswirkungen auf die Lastverteilung haben. So ist davon auszugehen, dass die meisten Elektrofahrzeuge am (frühen) Abend zum Laden angeschlossen werden. Dies würde zu einer Steigerung der abendlichen Lastspitzen und einer erheblichen Belastung des Niederspannungsnetzes führen. Da die Autos aber zwölf oder mehr Stunden stehen, sie aber nur 6-8 Stunden mit Haushaltsstrom oder 2-3 Stunden mit Starkstrom geladen werden müssen, ergibt sich hier ein großes Potenzial zur Lastverlagerung.

Die Energiewende bringt auch erhebliche Chancen für die heimische Wirtschaft mit sich. Für Unternehmen, die sich auf der gesamten Wertschöpfungskette erneuerbarer Energien befinden, von Zulieferern, über Hersteller bis hin zum Handel und Handwerkern ergeben sich Marktchancen. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an Ausbildung und Beratung im Bereich der Energieeffizienz. Auch Unternehmen, die sich im Bereich der Entwicklung und Bau von Speichern, Netzkomponenten und Ansätzen für das Lastmanagement betätigen, können neue Wachstumschancen wahrnehmen. Der Bereich der Elektromobilität ist von Relevanz für die Automobilindustrie, Hersteller von Ladesäulen und Batterien, aber auch für Energieversorger, IT-Unternehmen und Zulieferer. Den IKT-Unternehmen kommt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der sog. intelligenten Energieversorgung zu. Dadurch, dass Deutschland in diesen Bereichen Vorreiter ist, ergeben sich vielleicht später erhebliche Exportchancen. Dafür dürfen jedoch Forschung und Lehre nicht vernachlässigt werden.

Die Energiewende ist mit zahlreichen Entwicklungen verbunden, die bei ihrer Gestaltung berücksichtigt werden müssen. Durch die Energiewende entstehen häufiger extreme Last- und Erzeugungssituationen, auf die mit verschiedenen Maßnahmen (Energieeffizienz, Lastmanagement, Marktdesign) reagiert werden muss. Die Elektromobilität bringt erhebliche Chancen aber auch Probleme mit sich, die rechtzeitig berücksichtigt werden müssen. Doch auch darüber hinaus ergeben sich zahlreiche Chancen für deutsche Unternehmen, z.B. im Bereich der Energieeffizienz.