META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen ... · META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen Diskussion“ April 2018 - Seite 4 1 Executive Summary Meta-Analyse

META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen Diskussion“

Eine META-Studie im Auftrag der April 2018

META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen Diskussion“ April 2018 - Seite 2

Inhaltsverzeichnis Seite1 Executive Summary ................................................................................................................................... 4 2 Kurzfassung ................................................................................................................................................. 5 3 Ausgangssituation und Zielstellung .................................................................................................... 10 4 Methodik und Fokussierung .................................................................................................................. 11 5 Studienübersicht....................................................................................................................................... 13

Übersicht der Studien ................................................................................................................................. 13 5.1 Steckbriefe der Studien ............................................................................................................................... 15 5.2 Exkurs: „Sektorenkopplung - Vier Infrastrukturen, eine optimale Lösung?“ ............................................. 20 5.3 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 20 5.4

6 Die Rolle von Gas in der Sektorenkopplung ...................................................................................... 22 Endenergieverbrauch und Gasbedarf .......................................................................................................... 22 6.1 Gasbedarf in den Sektoren .......................................................................................................................... 27 6.2 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 28 6.3

7 Sektorale Strategien ................................................................................................................................. 29 Technologien im Wärmesektor ................................................................................................................... 29 7.1 Technologien im Verkehrssektor ................................................................................................................ 30 7.2 Technologien im Stromsektor .................................................................................................................... 31 7.3 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 32 7.4

8 Kosten der Sektorenkopplung .............................................................................................................. 33 Vergleichbarkeit ......................................................................................................................................... 33 8.1 Kosteneffekte der Dekarbonisierung .......................................................................................................... 33 8.2 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 34 8.3

9 Treiber der Ergebnisse ............................................................................................................................ 35 Effizienzgewinne im Wärmesektor ............................................................................................................ 35 9.1 Effizienzgewinne im Verkehrssektor .......................................................................................................... 36 9.2 Effizienzgewinne im Stromsektor .............................................................................................................. 36 9.3 Potenzialgrenzen PV und Wind .................................................................................................................. 37 9.4 Kohleausstieg ............................................................................................................................................. 39 9.5 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 40 9.6

10 Infrastrukturmaßnahmen ........................................................................................................................ 41 Wärmenetze und KWK .............................................................................................................................. 41 10.1 Ausbau im Verkehrssektor ......................................................................................................................... 41 10.2 Gasnetzausbau ............................................................................................................................................ 42 10.3 CO2-Netz .................................................................................................................................................... 42 10.4 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 43 10.5

11 Handlungsempfehlungen ....................................................................................................................... 44 Umlagen, Steuern, Entgelte und Abgaben .................................................................................................. 44 11.1 Förderung von Power-to-Gas ..................................................................................................................... 44 11.2 Weitere Themen ......................................................................................................................................... 45 11.3 Zwischenfazit ............................................................................................................................................. 45 11.4

12 Ausblick ...................................................................................................................................................... 46


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Autoren enervis Julius Ecke

Alexander Fricke

Eine Studie im Auftrag von:

Veröffentlichung: April 2018

enervis hat diese Unterlage sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch keinerlei Gewähr für die Vollständigkeit und Richtigkeit der in den Unterlagen dargestellten Informationen übernommen.

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Zu gesetzlichen Regelungen und rechtlichen Rahmenbedingungen sollte im konkreten Fall eine anwaltliche Beratung eingeholt werden.

Bildrechte: „VNG/ Torsten Proß (Jürgen Jeibmann Photographik)“

Alle Rechte vorbehalten (Rechte Dritter ausgenommen).


1 Executive Summary

Meta-Analyse zur Studienlage in der Diskussion um Strategien der Sektorenkopplung

Hintergrund In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Studien zum Thema Sektorenkopplung veröffentlicht. Der Umfang und die Komplexität der Studienlage sind damit jedoch deutlich angestiegen. Den Teilnehmern der Diskussion verbleibt oft der Eindruck einer unklaren Gesamtsituation; Argumente und Schlussfolgerungen sind nicht immer nachvollziehbar. Vor diesem Hintergrund hat die VNG-Gruppe die enervis energy advisors GmbH damit beauftragt, eine Meta-Analyse zur Studienlage durchzuführen.

Ziel dieser Meta-Studie ist die Analyse von Annahmen, Ergebnissen und den dazwischen bestehenden Abhängigkeiten der zugrundeliegenden Studien. Anhand eines Kriterienkatalogs wurden 10 relevante Studien ausgewählt, die genauer untersucht wurden; dies mit dem Ziel, Schlussfolgerungen und Aussagen über die auch weiterhin offenen Punkte ableiten zu können. Meta-Studien haben dabei den methodischen Vorteil, dass sie unabhängiger von den Annahmen der einzelnen Studien sind.

Zentrale Ergebnisse 80 % CO2-Reduktion zu begrenzten Kosten möglich

Für eine Reduktion der CO2-Emissionen um 80 % gegenüber 1990 sind die technologischen Strategien bekannt; die volkswirtschaftlichen Kosten sind begrenzt. Erdgas spielt hier weiter in vielen Sektoren eine zentrale Rolle.

Strategie der Technologie- und Innovations- offenheit sollte fortgeführt werden

In den Szenarien mit einer Senkung der Emissionen bis 2050 um mehr als 90 % gegenüber 1990, ist in vielen Sektoren kein Konsens über geeignete Technologien und Strategien aus der Studienlage ableitbar. Vor dem Hintergrund der großen Anzahl ungesicherter Annahmen sollte hier eine Strategie der Technologie- und Innovationsoffenheit fortgeführt werden.

Gas spielt auch bei weitreichender Dekarbonisierung bis 2050 eine wichtige Rolle

In allen Studien besteht ein Konsens darüber, dass die Gasinfrastruktur einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten kann und somit die Existenz der Infrastruktur gesichert werden sollte. In der Mehrheit der Studien verbleibt auch in 2050 und auch bei weitreichender Dekarbonisierung ein relevanter Gasverbrauch von mehr als 600 TWh.

Power-to-Gas spielt wichtige Rolle als eine „Deep-Decarbonization“ Technology

Mit steigendem Ambitionsniveau der CO2-Reduktion steigt der Anteil von Power-to-Gas am Gasverbrauch. Klar erkennbar ist die Rolle von Power-to-Gas als „Deep-Decarbonization“ Technology, also als eine Technologie, die eine Reduktion der Emissionen um mehr als 80 % ermöglicht.

Notwendige Maßnahmen und Anreizstrukturen noch nicht gesichert

Die gesichteten Studien zeichnen kein klares Bild zu den notwendigen Maßnahmen und Anreizstrukturen ab, um ambitionierte Klimaschutzziele zu erreichen. Die modellgestützte Diskussion ist hier stärker mit der Analyse und der Ableitung politischer Handlungsoptionen zu verknüpfen.


2 Kurzfassung Ausgangssituation und Zielstellung

Technologische Strategien und Anreizmechanismen zur Ausgestaltung von Sektorenkopplung sind voraussichtlich eines der zentralen Themen der kommenden Legislaturperiode. Nicht zuletzt die im Koalitionsvertrag (Stand: 02/2018) vorgesehenen verschiedenen Kommissionen lassen erste Weichenstellungen erwarten.

Über die letzten zwei bis drei Jahre wurde eine Vielzahl von Studien zum Thema Sektorenkopplung veröffentlicht. Allein die in dieser Studie als besonders relevant identifizierten 10 Studien umfassen 2.355 Seiten und haben somit einen beeindruckenden Umfang. Es ist davon auszugehen und auch grundsätzlich zu begrüßen, dass die Veröffentlichungstätigkeit zu dieser Thematik nicht abreißen wird.

Die Komplexität der Studienlage hat damit jedoch eine prohibitive Höhe erreicht. Den Entscheidern, insbesondere den politischen, verbleibt der Eindruck einer unklaren Gesamtsituation; Argumente und robuste Schlussfolgerungen sind nicht immer nachvollziehbar.

In anderen energiewirtschaftlichen Diskussionssträngen hat sich gezeigt, dass Meta-Studien eine wichtige Rolle spielen können, um diese Situation aufzulösen. Meta-Studien haben dabei den großen methodischen Vorteil, dass sie auf dem Vergleich einer Vielzahl von Studien mit unterschiedlichen Hintergründen und Annahmen fußen. Dies erlaubt es, robustere Schlussfolgerungen zu ziehen, die unabhängiger von den Annahmen einzelner Studien sind.

Ziel dieser Meta-Studie ist die Analyse von Annahmen, Ergebnissen und den dazwischen bestehenden Abhängigkeiten der zugrundeliegenden Studien - dies mit dem Ziel robuste Schlussfolgerungen und Aussagen über die auch weiterhin offenen Punkte ableiten zu können.

Methodik und Fokussierung

Im Fokus dieses Projektes steht eine Meta-Studie zu Strategien der Sektorenkopplung.

Die berücksichtigten Studien werden in einem transparenten zweischrittigen Prozess ausgewählt, insbesondere anhand der Relevanz und der Methodik der Studien.

Auswahl der Studien

Im Ergebnis werden in dieser Meta-Studie zehn Studien analysiert, die insgesamt 2.355 Seiten beinhalten. Dazu wurden diejenigen Studien ausgewählt, die sektorenübergreifende und modellgestützte Analysen zu möglichen Szenarien zur Erreichung der klimapolitischen Ziele (-80 bis -95 % vs. 1990 bis zum Jahr 2050) für Gesamtdeutschland beinhalten.

Die Studien bilden eine große Bandbreite von CO2-Reduktionszielen ab (60 – 100%). Die Bandbreite der betrachteten Szenarien umfasst dabei sowohl Referenz- als auch Dekarbonisierungsszenarien, die eine Reduktion der CO2-Emissionen um mehr als 90 % ggü. 1990 abbilden. Die Studien beinhalten keine Szenarien mit sogenannten „Negativemissionen“1, die sich im Kontext von sehr ambitionierten Klimaschutzzielen, wie sie sich für Deutschland beispielsweise in einer Welt, in der die Erwärmung auf 1,5 Grad begrenzt werden soll, ergeben könnten. Unabhängig von Fragen der realistischen Umsetzbarkeit wäre eine ergänzende Betrachtung von Szenarien mit Negativemissionen auch deswegen relevant, weil sich hierbei eventuell andere Aussagen zu Pfadabhängigkeiten (bzw. den sogenannten Lock-in Effekten) ergeben können.

1 Also Szenarien, in denen mehr CO2 aus der Luft absorbiert als emittiert wird.


Alle Studien betrachten technologieoffene Szenarien. Die Mehrzahl der Studien untersucht zudem Elektrifizierungsszenarien, also solche, in denen eine weitreichende Elektrifizierung der Sektoren vorgegeben wird.

Die Rolle von Gas in der Sektoren-kopplung

Die folgenden Ausführungen legen einen Schwerpunkt auf das Jahr 2050, soweit nicht explizit davon abgewichen wird.

In allen Studien, auch in denen, die über 80% CO2-Reduktion hinausgehen, verbleibt ein relevanter Gasverbrauch im Jahr 2050. Es besteht also - basierend auf der Studienlage - ein Konsens darüber, dass die Gasinfrastruktur einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten kann und somit die Existenz der Gasinfrastruktur, zumindest in großen Abschnitten, gesichert werden sollte.

Mit steigendem Ambitionsniveau steigt dabei der Anteil von Power-to-Gas an. Der Übergang von einem 80 %igen auf ein 95 %iges Dekarbonisierungsniveau beinhaltet daher gerade für den Gasabsatz weitreichende Veränderungen. Klar erkennbar ist somit die Rolle von Power-to-Gas als „Deep-Decarbonization“ Technology, die erst in sehr ambitionierten Klimaschutzszenarien eine Rolle spielt.2

Trotz Power-to-Gas geht der Bedarf an Gasen im Mittel über alle Studien insgesamt zurück und somit auch die Auslastung der Netze, wenn nicht andere Transportaufgaben, z.B. der Transit von Gas in andere Länder, parallel zunehmen. Mit ansteigendem Dekarbonisierungsniveau ändert sich daher die Rolle des Gasnetzes, das Gasnetz wird zunehmend von einem Mengen- zu einem Flexibilitätsträger.

Jedoch ist die Streuung der Studien diesbezüglich hoch. So gibt es auch Studien, in denen der Gasverbrauch auf heutigem Niveau bleibt. Hier ist also noch kein breiter wissenschaftlicher Konsens erkennbar.

Im Wärmesektor ist zu beobachten, dass die Rolle von Power-to-Gas mit ambitionierteren CO2-Reduktionszielen zunimmt. In der Spitze erreicht Power-to-Gas einen Anteil von ca. 50 % des Gasbedarfs. In einer „80 %-Welt“ spielt synthetisches Gas in den Anwendungen im Wärmemarkt noch keine Rolle.

Im Verkehrssektor steigt der Anteil von Power-to-Gas selbst in Spitzenszenarien nicht weit über 30 %. Hier dominieren strombasierte Technologien in den Endanwendungen.

Der Anteil der Importe synthetischer Gase3 ist in allen Szenarien, in denen sie zugelassen sind, hoch. Dies spricht für niedrigere Kosten im Ausland bei gleichzeitig größeren Ausbaupotenzialen, die dazu führen, dass Importe, wenn in den Modellen zugelassen, sich gegen die inländische Herstellung durchsetzen. Durch den Import synthetischer Gase kann vielen Herausforderungen, die mit der inländischen Herstellung verbunden sind, begegnet werden. Fragen zu begrenzten Ausbaupotenzialen der Windkraft, niedrigere Vollbenutzungsstunden der Anlagen oder des sich ergebenden zusätzlichen inländischen Flexibilitätsbedarfs, stellen sich dann nicht.

Eine solche „Importstrategie“ ist jedoch voraussetzungsreich. So müssen hierfür verschiedene energiewirtschaftliche und infrastrukturelle Voraussetzungen gegeben sein oder geschaffen werden. Daneben hat eine solche Importstrategie auch weitreichende

2 Unter diesem Begriff werde im Folgenden Technologien verstanden, die zu hohen aber konstanten, d.h. vom Ambitionsniveau der

CO2-Reduktion weitgehend unabhängigen, Vermeidungskosten die CO2-Emissionen reduzieren können. Solche Technologien eignen sich besonders gut um eine weitreichende Dekarbonisierung zu erreichen.

3 Hierunter werden Gase (Methan und Wasserstoff) verstanden, die mittels Power-to-Gas-Technologien hergestellt wurden.


(geo-)politische Implikationen und setzt daher zwingend auch eine breite politische Diskussion, nicht zuletzt mit den Exportländern, voraus.

Robuste sektorale Strategien

Die Nutzung von Gas in Gas-Backup-Kraftwerken erscheint aus heutiger Sicht abgesichert. In „80+ Szenarien“ kommt hierfür Erdgas zum Einsatz, in „90+ Szenarien“ ist dies dann Power-to-Gas.

Im Wärmesektor ist das Bild in den „80+ Szenarien“ einheitlich. In der Hochtemperatur dominiert Erdgas, in den anderen Bereichen dominiert zunehmend die Stromwärmepumpe und ggf. auch die Fernwärme.

In den „90+ Szenarien“ dominiert synthetisches Gas in einem Großteil der Studien weiterhin die Hochtemperaturanwendungen, primär in der Industrie und dort ggf. in KWK. In den Niedertemperaturanwendungen setzen sich jedoch strombasierte Anwendungen und Fernwärme weiter durch.

Im Bereich „Feedstock“4 ist die Studienlage noch unvollständig. Hier wird zum Teil eine Umstellung von flüssigen auf gasbasierte Kohlenstoffträger angenommen, was den Bedarf an Gas deutlich stützt. Zum Teil werden hier flüssige (synthetische) Energierohstoffe vorn gesehen, jedoch enthalten nur wenige Studien substanzielle Aussagen hierzu.

Im Verkehrssektor ist die Gemengelage komplex. Im Pkw-Segment ist eine weitreichende Dominanz der E-Mobilität sowohl in „80+“ als auch in „90+“Szenarien erkennbar. Im Bereich des Lkw-Verkehrs nehmen der Anteil der E-Mobilität und die Nutzung synthetischer Kraftstoffe mit steigendem CO2-Reduktionsziel zu, eine genaue Strategie zeichnet sich aber noch nicht ab. Hier stehen viele Strategien mit einander im Wettbewerb (Wasserstoff, Power-to-Liquid, E-Mobilität mit Oberleitungen etc.). Bei den Schiffen / Flugzeugen ist das Bild verhältnismäßig einheitlich: Es dominieren synthetische Kraftstoffe und Biokraftstoffe. Der Schienenverkehr wird nur in wenigen Studien detaillierter betrachtet. Dabei wird auf eine zunehmende Elektrifizierung gesetzt. Das Potenzial von Wasserstoff wird in diesem Segment nicht untersucht.

Kosten der Sektorenkopplung

Die Kosten sind äußerst unterschiedlich definiert (Elemente, Zeitraum, Vergleich) und daher nur schwer vergleichbar. Hier sollte in zukünftigen Studien eine Angleichung der Kostendefinitionen angestrebt werden.

Klimaschutz ist mit steigenden Kosten verbunden. Diese liegen in der kumulierten Betrachtung bis 2050 in der Größenordnung von 1,5 Billionen Euro für die „90+ Szenarien“, wobei viele Kosten nicht oder nur unvollständig berücksichtigt sind - insofern dürfte es sich hierbei eher um eine untere Abschätzung handeln.

„80+ Szenarien“ sind deutlich günstiger, insb. durch die Weiternutzung von Erdgas. „80+ Szenarien“ lassen sich aus heutiger Sicht also zu niedrigen und vertretbar erscheinenden energiewirtschaftlichen Kosten ansteuern.

Die verschiedenen Kostenangaben schwanken dabei aber stark, schon bedingt durch die unterschiedlichen Definitionen. Zu den Gesamtkosten der Sektorenkopplung ist daher noch kein abgesicherter Stand erkennbar. Insbesondere die Kosten der Infrastrukturen (Gas, Strom, Verkehr) und der Gebäudesanierungen werden bisher noch nicht ausreichend oder umfassend berücksichtigt.

4 Hierunter wird die stoffliche Nutzung von Energierohstoffen zusammengefasst.


Technologieoffene Szenarien sind günstiger. Technologieoffenheit zahlt sich also insbesondere im direkten Vergleich mit reinen Elektrifizierungsszenarien aus. Große Kostensenkungspotenziale der Technologieoffenheit liegen hier vor allem darin, dass Power-to-Gas in der Rückverstromung zum Einsatz kommen kann und das Gasnetz als Flexibilitätsquelle genutzt werden kann.

Treiber der Ergebnisse

Insgesamt ergibt sich bei den Annahmen zu Effizienzmaßnahmen noch kein klares Bild, insofern scheint es noch keine klare Strategie zu geben. Gerade im Gebäudebereich streuen die Annahmen breit. Im Mittel der Studien steigen die Sanierungsraten leicht mit dem CO2-Reduktionsziel, jedoch ist das Bild hier uneinheitlich. Die Sanierungsrate schwankt in den untersuchten Szenarien zwischen 1,4% und 3,1% pro Jahr. Die Sanierungsrate ist dabei eher eine Prämisse als ein Modellergebnis. Annahmen bzw. Angaben zu den Sanierungskosten fehlen in allen Studien.

In Szenarien mit einem ambitionierten Reduktionsziel liegen die Annahmen zu den Potenzialgrenzen für Erneuerbare Energien tendenziell höher. Hier ist auch eine Wechselwirkung mit den Annahmen zum Import von erneuerbarem Strom oder erneuerbaren Gasen aus dem Ausland erkennbar. Ambitionierte Dekarbonisierungsszenarien mit begrenzten EE-Potenzialen gehen von Importen von Strom oder Gas aus.

Ein hohes CO2-Reduktionsziel korrespondiert notwendigerweise mit einem Kohleausstieg. Bei allen ambitionierten Klimaschutzszenarien, die auf eine Reduktion von mindestens 95 % abzielen, erfolgt bis spätestens 2050 ein vollständiger Kohleausstieg.

Infrastruktur-maßnahmen

Keine Studie enthält Aussagen dahingehend, dass die Gas-Infrastruktur (das Gas-Fernleitungsnetz, das Gas-Verteilnetz und die Gasspeicher) nicht mehr benötigt würden. Somit gehen die Studien für alle Ambitionsniveaus davon aus, dass die Gasinfrastruktur erhalten bleibt.

In Bezug auf die Verkehrsinfrastruktur ist das Bild uneinheitlich. So sind der Ausbau der Wasserstoff- und LNG-Infrastruktur und die damit verbundenen Potenziale häufig nicht berücksichtigt. Auch der Ausbau der Ladesäuleninfrastruktur ist häufig nur über grobe Schätzungen oder indirekt berücksichtigt. Oberleitungsnetze werden in wenigen Studien diskutiert, ihre Rolle nimmt in den neueren Studien jedoch zu. Dabei wird u.a. eine Finanzierung über die Lkw-Maut vorgeschlagen.

CCS5 spielt eine untergeordnete Rolle im Kraftwerksbereich. In der Industrie nimmt die Rolle von Technologien zur CO2-Abscheidung aus Verbrennungsabgasen in neuen Studien zu, insbesondere in Form von CCU6. Zu einem Aufbau eines CO2-Pipelinenetzes wird in keiner der Studien eine Aussage gemacht.

Handlungs-empfehlungen

Die betrachteten Studien bleiben bezüglich einer Reformierung des Systems der deutschen Umlagen, Steuern, Entgelte und Abgaben in der Mehrheit vage.

Eine Mehrheit der Studien geht, zum Teil bereits ab 2020, von einer Ausweitung des Power-to-Gas Zubaus aus. Dies setzt aus heutiger Sicht einen Fördermechanismus voraus, was jedoch in den Studien insgesamt nicht ausführlich thematisiert wird.

Die Beschleunigung des Stromnetzausbaus wird weitgehend unterstützt. Es zeichnet sich hier ein über das bereits vorgesehene

5 CCS = Carbon Capture and Storage, CO2-Abscheidung und -Speicherung, 6 CCU = Carbon Capture and Utilization, eine Technologie zur Nutzung von Kohlendioxid als Rohstoff


Maß hinausgehendes Volumen ab. Eine Minderheit der Studien stützt „Kapazitätsmechanismen“ für Kraftwerke, wenngleich die Aussagen hierzu vage bleiben.

Offene Fragen und weiterer Untersuchungs-bedarf

An dieser Stelle ist voranzustellen, dass die Verfügbarkeit und Transparenz der verschiedenen Daten in den betrachteten Studien sehr uneinheitlich ist. Hier wäre eine Vereinheitlichung erstrebenswert, um die Vergleichbarkeit und Interpretationsfähigkeit der Studien anzuheben. Insbesondere sollte eine Angleichung der Kostendefinitionen angestrebt werden (nach berücksichtigen Elementen, Zeitraum, Szenariovergleich).

Im Verkehrssektor ist die Studienlage für die „90+ Szenarien“ unter allen Sektoren insgesamt am uneinheitlichsten. Insbesondere im Lkw-Fernverkehr streuen die Studienergebnisse noch sehr stark. Wie geht es weiter im Verkehr und wie ist hier die Rolle von Gasen (H2, CH4)?

Hierbei spielt auch eine große Rolle, dass die Potenziale und Kosten von Strom-Infrastrukturen noch nicht ausreichend gesichert sind. Dies gilt insbesondere auch an der Schnittstelle zum Verkehrssektor (zum Beispiel der Verteilnetzausbau durch E-Mobilität, die Ladesäuleninfrastruktur und Oberleitungen).

Die Kosten von Sanierungsmaßnahmen, Maßnahmen zur Umstellung auf Niedertemperaturheizsysteme und dem Ausbau von Wärmenetzen sind transparenter zu diskutieren. Dies gilt sowohl in Bezug auf Annahmen für die einzelnen Maßnahmen, als auch für die volkswirtschaftlichen Gesamtkosten daraus. Erst dann kann eine gesamtheitliche Diskussion zur Rolle von Energieeffizienz geführt werden.

Im Industriebereich sind weitere Untersuchungen zur Abgrenzung des Nieder- und Hochtemperaturbereichs notwendig. Hier streuen die Volumina zwischen diesen beiden Segmenten noch recht stark.

Die stoffliche Nutzung von Energierohstoffen gilt es intensiver und auch in Bezug auf die Kosten/Nutzen einer Umstellung von flüssigen zu gasförmigen Energieträgern zu untersuchen.

Insgesamt ist anzuraten, die techno-ökonomische Diskussion stärker mit einer Diskussion der Anreizmechanismen und politischen Handlungsoptionen zu verknüpfen, um die anstehenden Debatten und Entscheidungen besser vorzubereiten.


3 Ausgangssituation und Zielstellung Die Vielzahl der bereits veröffentlichten Studien um das Handlungsfeld Sektorenkopplung erschwert den Zugang zum Thema.

Technologische Strategien und Anreizmechanismen zur Ausgestaltung von Sektorenkopplung werden voraussichtlich eines der zentralen Themen der kommenden Regierung sein. Nicht zuletzt die (mit Stand 02/2018) im Koalitionsvertrag vorgesehenen Kommissionen lassen erste Weichenstellungen erwarten.

Im Laufe der letzten Jahre wurde eine Vielzahl von techno-ökonomischen Studien rund um das energiewirtschaftliche Handlungsfeld Sektorenkopplung veröffentlicht. Allein die hier in dieser Studie als besonders relevant identifizierten 10 Studien umfassen 2.355 Seiten und haben somit einen beeindruckenden Umfang. Dies macht es insbesondere für politische Entscheider und andere fachferne Stakeholder schwierig, einen Zugang zur Diskussion zu finden oder die Schlussfolgerungen aus der Diskussion aufzunehmen. Die Komplexität der Studienlage hat damit schnell prohibitive Höhe erreicht. Den politischen Entscheidern verbleibt häufig der Außeneindruck einer unklaren Gesamtsituation; Argumente und robuste Schlussfolgerungen sind nicht nachvollziehbar.

Meta-Studien ermöglichen transparente Diskussionen und robuste Schluss-folgerungen.

In anderen energiewirtschaftlichen Diskussionssträngen (zum Beispiel beim Thema Kapazitätsmärkte und in der Diskussion zum EEG) hat sich gezeigt, dass Meta-Studien eine wichtige Rolle spielen können, um diese Situation aufzulösen. So wurde beispielsweise zu Beginn der Diskussion rund um Kapazitätsmechanismen eine Vielzahl modellgestützter Untersuchungen veröffentlicht, die dann sukzessive über Meta- und Vergleichsstudien einer Entscheidung zugeführt wurden.

Meta-Studien haben dabei den großen methodischen Vorteil, dass sie auf dem Vergleich einer Vielzahl von Studien mit unterschiedlichen Hintergründen und Annahmen fußen. Dies ermöglicht transparente Diskussionen und robuste Schlussfolgerungen.

META Studie im Auftrag der VNG-Gruppe; Bearbeitung durch enervis

Vor diesem Hintergrund hat die VNG-Gruppe die enervis energy advisors GmbH damit beauftragt, eine META-Analyse zur Studienlage durchzuführen.

Die VNG-Gruppe ist als Unternehmensgruppe entlang der gesamten Wertschöpfungskette der deutschen und europäischen Erdgaswirtschaft aktiv und konzentriert sich auf die vier Kerngeschäftsbereiche Exploration und Produktion, Handel und Vertrieb, Transport sowie Speicherung.

Zielstellung dieser Studie ist die Ableitung von „no-regret-Optionen“.

Ziel dieser Meta-Studie ist die Analyse von Ergebnissen und Annahmen relevanter energiewirtschaftlicher Studien zu Fragestellungen der Sektorenkopplung, um auf diese Weise robuste Schlussfolgerungen bzw. „no-regret-Optionen“ und Aussagen über die weiterhin offenen Punkte abzuleiten.


4 Methodik und Fokussierung Im Fokus dieses Projektes steht eine Meta-Studie zu Strategien der Sektorenkopplung.

Im Fokus dieses Projektes steht eine Meta-Studie zu Strategien der Sektorenkopplung. In diesem Kapitel wird kurz auf diese Form der Analyse eingegangen.

Eine systematische Literaturübersicht versucht durch geeignete Methoden alles verfügbare Wissen zu einem Thema zu sammeln, zusammenzufassen und kritisch zu bewerten. Grundlage ist dabei stets die bereits publizierte Fachliteratur.

Von besonderer Wichtigkeit dabei ist die systematische (= transparente und kriterienbasierte) Auswahl der einbezogenen Studien.7

Die Metaanalyse ist eine Zusammenfassung von Primär-Untersuchungen zu Metadaten, die mit quantitativen und statistischen Mitteln arbeitet. Insofern handelt es sich bei einer Metaanalyse um eine Untergruppe der systematischen Literaturübersicht.

Die berücksich-tigten Studien werden in einem transparenten zweischrittigen Prozess aus-gewählt.

Abbildung 1: Auswahlprozess (schematisch)

In dieser Studie wird ein zweischrittiges Vorgehen angestrebt, wobei die ganze Breite der Literatur in zwei Schritten reduziert wird.

Auswahlschritt 1 dient der Vorauswahl von Studien. Hier werden die folgenden Prüfsteine angelegt:

• Thematischer Mindestbezug: Die Studien beinhalten Aussagen / Ergebnisse zum Bedarf an verschiedenen Sektorenkopplungstechnologien.

• Aktualität: Mit Blick auf die Dynamik im Energiesektor werden Veröffentlichung ca. innerhalb der letzten 2 Jahre berücksichtigt.

• Geographischer Bezug: Es werden nur Studien mit einem Analyseschwerpunkt auf den deutschen Energiemarkt berücksichtigt..

Auswahlschritt 2: Hier werden die Studien, die weitergehend zu untersuchen sind, Studien ausgewählt. Dazu werden die folgenden Kriterien definiert:

• Methodik: Es werden Studien berücksichtigt, die eine modellgestützte Analyse des Energiesystems aus volkswirtschaftlicher Sicht aufweisen (d.h. keine Studie mit Fokus auf der betriebswirtschaftlichen Situation).

• Es werden nur Studien berücksichtigt, die auch Szenarien mit

7 Ryś. P et al: Review articles, systematic reviews and meta-analyses: which can be trusted?

AUSWAHL

Sichtung

Auswahl

Prüfsteine

Kriterien


Einhaltung von ambitionierten CO2-Vermeidungszielen (mindestens 80 %) beinhalten.

• Der Fokus liegt auf Studien, die mindestens den Wärme-, Verkehrs- und Stromsektor analysieren.

• Studien, die nicht ganz Deutschland abdecken (d.h. Regionalstudien) werden nicht mit berücksichtigt.


5 Studienübersicht Dieses Kapitel gibt eine Übersicht über die relevanten veröffentlichten Studien zum Thema Sektorenkopplung.

Übersicht der Studien 5.1Der Gesamtumfang der Studien zum Thema Sektoren-kopplung steigt mit der Präsenz in der öffentlichen Debatte.

Mit zunehmender Präsenz des Handlungsfeldes Sektorenkopplung in der öffentlichen Debatte steigt auch die Anzahl der Studien zu diesem Thema. Derzeit liegen 18 als Studien vor, die einen Gesamtumfang von fast 3.000 Seiten umfassen.

Abbildung 2: Zeitlicher Verlauf der Veröffentlichungen

Die Studien können in vier Kategorien eingeordnet werden. Betrachtet werden hier modellgestützte Studien mit einem volkswirtschaft-lichen Analyse-schwerpunkt.

Die Studien haben dabei unterschiedlichen Charakter. Die folgende Abbildung skizziert die Klassifizierung der vorhandenen Studien.

Abbildung 3: Übersicht der relevanten Studien

Ein Teil der Studien bewertet entweder die Sektorenkopplungstechnologien oder die Technologien in den verschiedenen Sektoren einzeln und vergleicht diese. Es werden Barrieren identifiziert, die eine Marktdurchdringung aus rechtlicher, finanzieller oder technischer Sicht erschweren. Diese Studien sind im Rahmen dieser Meta-Studie nicht von Interesse.

Der Fokus liegt hier auf Studien, die eine sektorenübergreifende Modellierung durchführen und die Ergebnisse aus volkswirtschaftlicher Sicht quantitativ bewerten.

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Q3 2015 Q4 2015 Q1 2016 Q2 2016 Q3 2016 Q4 2016 Q1 2017 Q2 2017 Q3 2017 Q4 2017 Q1 2018

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Veröffentlichungsdatum

Veröffentlichung ausstehend (Seitenzahl geschätzt) sonstige Methoden Modellrechnungen kumulierte Seitenzahlen


Die ausgewählten Studien unter-scheiden sich in der Auswahl der betrachteten Sektoren, dem CO2-Reduktions-ziel und der Art der Szenarien.

Eine Übersicht über die hier untersuchten Studien ist in obiger Tabelle dargestellt. Die ausgewählten Studien unterscheiden sich in der Anzahl der betrachteten Sektoren, dem CO2-Reduktionsziel und der Art der Szenarien. Im Folgenden, insbesondere in Abbildungen, wird auf die Studien mit ihrem „Kürzel“ Bezug genommen.

Die Studien bilden dabei eine große Bandbreite verschiedener Szenarien zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Die Minderungsziele reichen von 60 % gegenüber 1990 bis zu einer vollständigen Dekarbonisierung. Alle Studien betrachten technologieoffene Szenarien. Des Weiteren untersuchen einige der Studien die Auswirkungen einer Elektrifizierung der Sektoren.

Neben den zehn Studien, die den Fokus dieser Meta-Studie bilden, wird eine Studie der BTU-Cottbus-Senftenberg im Rahmen eines Exkurses berücksichtigt.

Abbildung 4: Kurzzusammenfassung aller Studien


Steckbriefe der Studien 5.2acatech: Je ehrgeiziger die Klimaschutzziele sind, desto wichtiger ist die Sektorenkopplung.

Die Studie von acatech analysiert zunächst das heutige Energiesystem und stellt im Anschluss technische Optionen vor und bewertet die Entwicklungspotenziale. Für eigene Rechnungen wird das Optimierungsmodell REMod-D des Fraunhofer Instituts ISE verwendet. Der Klimaschutz und der Erhalt der Versorgungssicherheit sind prioritäre Ziele.

BCG et al.: Die Maßnahmen zur Reduzierung der CO2-Emissio-nen um 95 % stoßen an die Grenzen der technischen Machbarkeit und gesellschaftlichen Akzeptanz.

Die Studie von BCG et al. für den BDI betrachtet neben einem Referenzszenario ein 80 % und ein 95 % Szenario. Während ersteres Szenario noch technisch möglich und wirtschaftlich verkraftbar ist, stoßen die notwendigen Maßnahmen zur Erreichung von ambitionierteren Zielen an die Grenzen der technischen Machbarkeit und der gesellschaftlichen Akzeptanz.

Abbildung 5: Kurzzusammenfassung der Studie von acatech

Abbildung 6: Kurzzusammenfassung der Studie von BCG et al.


dena: Ziel der dena-Studie war es, realistische Trans-formationspfade und Handlungs-empfehlungen zu formulieren, die auch die Interessen der Bürger einbeziehen.

Ziel der dena-Studie war es, realistische Transformationspfade und Handlungsempfehlungen zu formulieren, die auch die Interessen der Bürger einbeziehen. Während in der ersten Phase zunächst Grundlagen und Pfadabhängigkeiten in den Sektoren Energieerzeugung und –verteilung, Gebäude, Industrie und Mobilität erarbeitet werden, sollen in der zweiten Phase die Erkenntnisse hinterfragt und Sensitivitäten betrachtet werden. Der Abschluss des Projektes ist für Mitte 2018 geplant.

enervis: Die vollständige Dekarbonisierung ohne den Import von Strom hat einen gesteigerten EE-Ausbau und Speicherbedarf zur Folge.

Die Studie von enervis unterscheidet sich bezüglich des CO2-Reduktionsziels von den übrigen Studien. Es findet hier eine vollständige Dekarbonisierung der betrachteten Sektoren statt, wobei Importe von Strom oder synthetischen Brennstoffen nicht zulässig waren. Dies hat insbesondere Auswirkungen auf den EE-Ausbau und den Speicherbedarf von Energie.

Abbildung 7: Kurzzusammenfassung der Studie der Deutschen Energie-Agentur

Abbildung 8: Kurzzusammenfassung der Studie von enervis


ewi: Bei der kosten-effizienten Erreichung der Klimaschutzziele spielen die bestehenden Gas- und Wärmenetze eine wichtige Rolle.

Im Fokus der ewi-Studie steht die Untersuchung des Strom- und Wärmemarktes. Der Verkehrssektor wird exogen simuliert. Es zeigt sich, dass Minderungsziele von 95 % sowohl in einem Elektrifizierungsszenario als auch in einem technologieoffenen Szenario erreicht werden können. Bei der kosteneffizienten Erreichung der Klimaschutzziele spielen die bestehenden Gas- und Wärmenetze eine wichtige Rolle.

Fraunhofer ISI et al.: Power-to-Gas ist erst ab CO2-Minderungszielen von mehr als 80 % erforderlich und wirtschaftlich.

Bei der Studie des Fraunhofer-Instituts ISI et al. handelt es sich um eine sehr umfangreiche Studie, die bisher nur teilweise veröffentlicht wurde. Power-to-Gas ist dabei erst ab CO2-Minderungszielen von mehr als 80 % erforderlich und wirtschaftlich. In der Industrie werden neue Technologien und Konzepte gebraucht, um die CO2-Ziele zu erreichen (Einsatz von CCS und CCU). Wärmenetze spielen für die Dekarbonisierung urbaner Räume eine wichtige Rolle.

Abbildung 9: Kurzzusammenfassung der ewi-Studie

Abbildung 10: Kurzzusammenfassung der Studie vom Fraunhofer-Institut ISI et al.


Fraunhofer ISE: Die CO2-Ziele sind nicht ohne eine großflächige Installation von Anlagen zur Herstellung synthetischer Energieträger aus EE-Strom erreichbar.

Das Fraunhofer-Institut ISE kommt zu dem Schluss, dass die CO2-Ziele nicht ohne eine großflächige Installation von Anlagen zur Herstellung synthetischer Energieträger aus EE-Strom erreichbar sind. Dabei ist eine Elektrifizierung der Sektoren essentiell. Ein beschleunigter Kohleausstieg bis 2040 wirkt sich signifikant positiv auf das Erreichen der Klimaschutzziele aus.

Fraunhofer IWES: Zur Erreichung der Klimaschutzziele muss eine weitgehende Elektrifizierung der Sektoren erfolgen.

Das Fraunhofer-Institut IWES verwendet ein sektorenübergreifendes Zubauoptimierungsmodell, welches die Kosten in Summe über den Strom-, Wärme- und Verkehrsmarkt minimiert. Der Wärme- und Verkehrsbereich wird überwiegend elektrifiziert. Zur Erreichung der Klimaschutzziele werden eine Steuererhöhung für fossile Brennstoffe (CO2-Abgabe), eine Absenkung der Stromsteuer und Subventionen für strombasierte Anwendungen empfohlen.

Abbildung 11: Kurzzusammenfassung der Studie vom Fraunhofer-Institut ISE

Abbildung 12: Kurzzusammenfassung der Studie vom Fraunhofer-Institut IWES


frontier et al.: Durch die Nutzung der Gasnetze können jährlich 12 Mrd. Euro gegen-über Szenarien mit einer reinen Zwischenspeicher-funktion von Gas eingespart werden.

Allgemeiner Konsens ist, dass Gasspeicher zur effizienten Erreichung der Klimaziele dringend benötigt werden. Der Fokus der Studie von frontier et al. liegt daher auf der Analyse der Vorteile einer Nutzung der Gasnetze gegenüber einer reinen Zwischenspeicherfunktion. Dabei ergibt sich eine jährliche Einsparung in Höhe von 12 Mrd. Euro um 2050. Außerdem trifft die Nutzung der Gasinfrastruktur auf eine höhere Akzeptanz in der Bevölkerung, als der Stromnetzausbau.

Öko-Institut et al.: Zur Erreichung ambitionierter Klimaschutzziele reichen die derzei-tigen politischen Maßnahmen nicht aus.

Das Öko-Institut et al. kommt zu dem Schluss, dass das derzeitige Energiekonzept für eine Minderung der CO2-Emissionen um mehr als 80 % nicht ausreicht. Hier besteht erheblicher politischer Handlungsbedarf. Darüber hinaus muss die Stromnachfrage bis 2030 deutlich sinken.

Abbildung 14: Kurzzusammenfassung der Studie vom Öko-Institut et al.

Abbildung 13: Kurzzusammenfassung der Studie von frontier


Exkurs: „Sektorenkopplung - Vier Infrastrukturen, eine optimale Lösung?“ 5.3Kurzzusammen-fassung der Studie der BTU Cottbus-Senftenberg

Power-to-Gas ist unverzichtbarer Teil einer optimalen Lösung für die Herausforderungen des zukünftigen Energiesystems.

Um die durchgeführten Analysen und die Studien mit einer systemischen Perspektive in den Fokus zu rücken und mit einer betriebswirtschaftlichen Perspektive zu flankieren, wurde eine von der BTU Cottbus-Senftenberg im November 2017 veröffentlichte Studie in einem Exkurs betrachtet. In der Studie werden der technologische Stand und die Einsatzmöglichkeiten der verschiedenen Power-to-X-Technologien, sowie die verschiedenen energetischen und stofflichen Märkte untersucht. Daraus werden Schlussfolgerungen zur wirtschaftlichen Situation dieser Technologien abgeleitet.

Power-to-Gas wird dabei als ein wichtiges Element einer Lösung für die Herausforderungen des zukünftigen Energiesystems identifiziert.

In der Studie werden geeignete Standorte für Power-to-Gas-Anwendungen abgeleitet.

In der Studie werden geeignete Standorte für Power-to-Gas-Anwendungen abgeleitet. Es wird die Wirtschaftlichkeit der Power-to-X-Technologien untersucht. Den Betriebskosten, die vorwiegend durch die Strombezugspreise bestimmt werden, stehen mögliche Erträge durch die Vermarktung der Power-to-Gas-Produkte im Rahmen von Multi-Use-Cases an den verschiedenen Gas-, Wärme-, Mobilitäts- und Regelleistungsmärkten gegenüber.

Bei Multi-Use Cases und Reduktion der Umlagenlast kann Wirtschaftlichkeit erreicht werden.

In Single-Use-Cases ist die Wirtschaftlichkeit nicht gegeben. In der Betrachtung der Multi-Use-Cases (Mobilität, Wärme, Regelleistung) können bei einem kompletten Umlageentfall auf allen Märkten positive Deckungsbeiträge erwirtschaftet werden. Dies betont die hohe wirtschaftliche Relevanz der gesetzlichen Regelungen zu Umlagen, Entgelten und Abgaben für Technologien wie Power-to-Gas.

Durch eine technologieoffene Ausgestaltung des existierenden rechtlichen Rahmens, die sektorenübergreifende Gestaltung von Abgaben und Umlagen, sowie der Schaffung zusätzlicher Anreize zur Verminderung der CO2-Emissionen, können die Hemmnisse zur wirtschaftlichen und systemdienlichen Kopplung der Energiesektoren abgebaut werden. Darüber hinaus wird gefordert, den Ausbau von Power-to-Gas-Anlagen zu beschleunigen und Synthesegas als Biokraftstoff anzuerkennen.

Zwischenfazit 5.4 In der deutschen Literatur wurden insgesamt 18 besonders relevante Studien identifiziert. In

einem zweiten Schritt wurden aus diesem Studienkanon diejenigen ausgewählt, die sektorenübergreifende und modellgestützte Analysen zu möglichen Szenarien zur Erreichung der klimapolitischen Ziele (-80 bis -95 % vs. 1990) für Gesamtdeutschland beinhalten. Im Ergebnis werden in dieser Meta-Studie zehn Studien analysiert, die insgesamt 2.355 Seiten

Abbildung 15: Kurzzusammenfassung der Studie der BTU Cottbus-Senftenberg


beinhalten. Die Studien bilden eine große Bandbreite von CO2-Reduktionszielen ab (60-100%). Die

Bandbreite der betrachteten Szenarien umfasst dabei sowohl Referenzszenarien, als auch Dekarbonisierungsszenarien, die eine Reduktion der CO2-Emissionen um mehr als 90 % ggü. 1990 abbilden. Noch nicht vertieft betrachtet werden Szenarien mit sogenannten „Negativemissionen“, die sich im Kontext von sehr ambitionierten Klimaschutzzielen, wie sie sich für Deutschland beispielsweise in einer Welt, in der die Erwärmung auf 1,5 Grad begrenzt werden soll, ergeben würden.

Die ergänzende Betrachtung von solchen Szenarien mit Negativemissionen wäre auch deswegen wichtig, weil sich hierbei eventuell andere Aussagen zu Pfadabhängigkeiten bzw. zu den sogenannten Lock-in Effekten ergeben können.

Alle Studien betrachten technologieoffene Szenarien. Die Mehrzahl der Studien untersucht zudem Elektrifizierungsszenarien - also solche, in denen eine weitreichende Elektrifizierung der Sektoren vorgegeben wird.


6 Die Rolle von Gas in der Sektorenkopplung In diesem Kapitel wird die Rolle verschiedener Sektorenkopplungstechnologien analysiert. Ein Fokus liegt dabei auf der zukünftigen Rolle von Gas und der Abhängigkeit der Studienergebnisse vom jeweiligen Dekarbonisierungsniveau.

In den folgenden Betrachtungen ist zu berücksichtigen, dass nicht alle Studien und /oder Szenarien zu allen erhobenen Bereichen Aussagen bzw. Daten beinhalten. Darüber hinaus beziehen sich die Auswertungen, wenn nicht anders vermerkt, nur auf technologieoffene Szenarien. Obwohl also zehn Studien mit insgesamt 29 Szenarien zur Verfügung standen, sind zum Teil deutlich weniger Datenpunkte in den Auswertungen berücksichtigt.

Endenergieverbrauch und Gasbedarf 6.1Der Endenergie-verbrauch variiert in den untersuchten Studien.

Zur Einordnung des Gasverbrauchs im Jahr 2050 wird zunächst der Endenergieverbrauch über alle Energieträger in Abhängigkeit vom CO2-Reduktionsziel analysiert.

Nachfolgende Abbildung zeigt hierzu eine Übersicht der verschiedenen Fundstellen. Dargestellt ist jeweils der Endenergieverbrauch im Jahr 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus.

Unter Dekarbonisierungsniveau wird hier und im Folgenden verstanden, welche Reduktion in den Sektoren, die in den Studien betrachtet werden (die zum Teil auch unvollständig sein können, z.B. ohne Landwirtschaft) und in Bezug auf die betrachteten Treibhausgase, bis 2050 erreicht sein soll. Aus der vorgenannten Definition wird deutlich, dass sich hieraus nur eine grobe Zuordnung des Ambitionsniveaus der Studien ableiten lässt.

Abbildung 16: Endenergieverbrauch in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Erkennbar ergibt sich kein einheitliches Bild. Dies liegt einerseits an den unterschiedlichen Prämissen (z.B. Effizienz für Technologien und Basisstromverbrauch, Sanierungsrate etc.) und andererseits an der unterschiedlichen Zusammensetzung des Technologieportfolios in den Studien (etwa Umgang mit Umweltwärme und Feedstock). Die Vergleichbarkeit ist daher etwas eingeschränkt.

Der Gasverbrauch sinkt mit wachsen-dem CO2-Reduk-tionsziel.

Nachfolgende Abbildung zeigt den Gasbedarf im Jahr 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus. Unter dem Begriff „Gas“ wird fossiles Gas, synthetisches Gas und Bio-Methan zusammengefasst.

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CO2-Reduktion bis 2050

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Abbildung 17: Gasverbrauch in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Auch hier zeigt sich ein insgesamt uneinheitliches Bild, es lässt sich aus heutiger Sicht noch keinen Konsens aus der Studienlage ableiten.

Der Gasverbrauch (Endenergie im Jahr 2050) sinkt im Mittel über alle Studien mit höherem CO2-Reduktionsziel in der Tendenz ab.

Geprägt wird diese Aussage jedoch von zwei Ausreißern nach unten (BDI- und Öko-Institut-Studie). Hier konzentriert sich der Gasverbrauch auf die Verstromung bzw. berücksichtigt nur wenig zusätzlichen Verbrauch im Hochtemperatursegment. Dabei ist festzuhalten, dass mindestens in der Studie des Öko-Instituts der geringe Gasbedarf eher eine Annahme als das Ergebnis einer wirtschaftlichen Optimierung darstellt.

Würde man diese „Ausreißer“ eliminieren, so würde sich die Trendlinie um ca. 200 TWh nach oben verschieben. Selbst in einem 100% Szenario verbliebe ein Gasverbrauch von 627 TWh und läge damit nur etwas unter dem heutigen Niveau. Die enervis Studie weist sogar bei 100% Dekarbonisierung einen über dem heutigen Niveau liegenden Gasverbrauch auf, da hier im Feedstock Segment zusätzlicher Gasverbrauch geschaffen wird.

Insgesamt ist festzustellen, dass auch unter Berücksichtigung der Ausreißer ein relevanter Sockel verbleibt. Mindestens die Existenz der Fernleitungsinfrastruktur, sowie der Gasspeicherung wird also in keiner Studie in Frage gestellt.

Bei ambitionierten Dekarbonisie-rungszielen wird vorwiegend auf eine Elektrifizierung der Sektoren ge-setzt.

Wird der Gasverbrauch in Relation zum Endenergieverbrauch gesetzt, bestätigt sich der Trend zu einer abnehmenden Rolle von Gas mit wachsendem CO2-Reduktionsziel.

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Abbildung 18: Anteil des Gasverbrauchs in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Die Grafik verdeutlicht, dass bei ambitionierteren Dekarbonisierungszielen vorwiegend auf eine Elektrifizierung der Sektoren gesetzt wird.

Die Nutzung von Power-to-Gas steigt mit dem Ambitionsniveau.

Für eine weitreichende Dekarbonisierung muss der Anteil von fossilem Gas naturgemäß sinken, während für die Power-to-Gas Mengen eine umgekehrte Tendenz gilt.

Die folgende Abbildung verdeutlicht die Rolle von Power-to-Gas als „Deep-Decarbonization“ Technologie.

Abbildung 19: Power-to-Gas-Menge in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Mit steigendem Ambitionsniveau steigt die Nutzung von Power-to-Gas. Während es in der Öko-Institut- bzw. BDI-Studie jeweils noch ein 80 % Szenario ohne Power-to-Gas gibt, gibt es bei mehr als 80 % keine entsprechenden Szenarien mehr. Trotz eines klaren Trends zeigt sich insbesondere bei 95 % Szenarien eine große Streuung.

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Mit höherem CO2-Reduktionsziel ver-drängt Power-to-Gas das fossile Gas.

Mit höherem Ambitionsniveau steigt der Anteil von Power-to-Gas. Fossiles Gas wird dadurch verdrängt.

Abbildung 20: Anteil von Power-to-Gas in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus8

Erkennbar ist der deutliche Unterschied zwischen einer „80 %-Welt“ und einer „95 %-Welt“ für den Energieträger Erdgas. Sowohl die BDI-Studie als auch die ewi-Studie sehen bei einem CO2-Reduktionsziel von 95 % einen Anteil von Power-to-Gas in Höhe von ca. 75 %.

Bio-Methan spielt unabhängig vom Ambitionsniveau eine untergeordnete Rolle, wenngleich die Datengrundlage hier weniger gut ist.

Wasserstoff gewinnt bis zum Jahr 2050 zwar an Bedeutung, wird aber weiterhin von Methan dominiert.

Das bei Power-to-Gas hergestellte Gas ist entweder Wasserstoff oder Methan, wobei häufig in den Studien nicht differenziert wird.

Folgende Abbildung zeigt den Anteil von Wasserstoff bzw. Methan an der Power-to-Gas-Menge im Mittel über die Szenarien des entsprechenden Dekarbonisierungsniveaus.

Abbildung 21: Zusammensetzung des synthetischen Gases in 2050 in Abhängigkeit des

Dekarbonisierungsniveaus

8 Die Datenpunkte überlagern sich zum Teil.

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Fraunhofer ISE Öko Institut BDI

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Anteil Wasserstoff Anteil Methan


In den untersuchten Studien schwankt der Anteil von Wasserstoff am Gasverbrauch zwischen 15 und 60 %. Dies beinhaltet bereits die Wasserstoffmengen, die ggf. direkt auch in der Industrie Verwendung finden und repräsentiert somit nicht direkt den Beimischungsgrad im Erdgasnetz.

Die Abbildung verdeutlicht zudem, dass Wasserstoff bis zum Jahr 2050 zwar an Bedeutung gewinnt, Methan aber aber weiterhin unabhängig vom Ambitionsniveau dominiert.

Der Umgang mit dem Import synthetischer Gase hat einen binären Charakter und muss auch die politische Ebene reflektieren.

In folgender Abbildung ist der Anteil der importierten Power-to-Gas-Mengen an der Gesamt-Power-to-Gas-Menge zu sehen. Bei der Analyse ergibt sich kein klares Bild. Dies verdeutlicht das „binäre Wesen“ dieser wichtigen Rahmenfestlegung, handelt es sich doch um eine nicht nur energiewirtschaftliche Größe, sondern auch um eine Annahme mit durchaus politischem Charakter.

Abbildung 22: Anteil von Power-to-Gas-Importen in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Erkennbar ist, dass der Anteil der Importe in allen Szenarien (drei Studien), in denen sie zugelassen sind, sehr hoch ist. Dies spricht für niedrigere Kosten im Ausland bei gleichzeitig größeren Ausbaupotenzialen. Werden Importe nicht zugelassen, steigt der Bedarf an Batterie- und Gasspeichern.

Hierbei ist zu berücksichtigen, dass verschiedene energiewirtschaftliche und infrastrukturelle Voraussetzungen gegeben sein müssen, um solche Gasimporte zu ermöglichen. Daneben hat eine solche Importstrategie auch weitreichende (geo-)politische Implikationen und setzt daher zwingend auch eine breite politische Diskussion, nicht zuletzt mit den Exportländern, voraus.

Zu bemerken ist, dass der Anteil der Importe eher von der grundlegenden Gestaltung der Szenarien in der entsprechenden Studie, als vom Ambitionsniveau der CO2-Reduktion abhängt.

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Gasbedarf in den Sektoren 6.2Im Wärmesektor ist ebenfalls zu beob-achten, dass die Rolle von Power-to-Gas mit ambitio-nierteren CO2-Reduktionszielen zunimmt.

Im Wärmesektor ist ein ähnlicher Zusammenhang wie bei der sektorübergreifenden Nutzung von Power-to-Gas erkennbar. Die Datengrundlage ist hier jedoch etwas schlechter. Nur vier Studien machen konkrete Angaben zum Einsatz von Power-to-Gas.

Abbildung 23: Anteil von Power-to-Gas im Wärmesektor in 2050 in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Der Anteil von Power-to-Gas erreicht im Wärmesektor in der Spitze maximal 50 %. Der Rest geht in ambitionierten Szenarien überwiegend auf strombasierte Heizsysteme zurück.

Im Wärmesektor spielt Power-to-Gas erst bei Szenarien mit einem CO2-Minderungsziel von über 80 % eine Rolle.

Im Verkehrssektor dominiert die Elektrifizierung. Power-to-Gas spielt daher eine unter-geordnete Rolle.

Im Verkehrssektor wird Power-to-Gas weniger stark genutzt als im Wärmesektor.

Abbildung 24: Anteil von Power-to-Gas im Verkehrssektor in 2050 in Abhängigkeit des


Die zugrundeliegenden Fahrzeugtechnologien finden keine ausgeprägte Verbreitung. Der Verkehr wird überwiegend elektrifiziert (Straße und Schiene). Selbst in Spitzenszenarien steigt der Anteil nicht weit über 30 %.

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ewi frontier enervis Fraunhofer ISE Öko Institut


Zwischenfazit 6.3 In allen Studien, auch in denen, die über 80 % CO2-Reduktion hinausgehen, verbleibt ein

relevanter Gasverbrauch. Es besteht also, basierend auf der gesichteten Studienlage, ein Konsens darüber, dass die Gasinfrastruktur einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten kann und somit die Existenz der Infrastruktur gesichert werden sollte.

Mit steigendem Ambitionsniveau steigt dabei der Anteil von Power-to-Gas an. Klar erkennbar ist somit die Rolle von Power-to-Gas als „Deep-Decarbonization“ Technology.

Trotz Power-to-Gas geht der Bedarf an Gasen insgesamt zurück und somit auch die Auslastung der Netze, wenn nicht andere Transportaufgaben, z.B. Transit von Gas in andere Länder, parallel zunehmen. Mit ansteigendem Dekarbonisierungsniveau ändert sich daher die Rolle des Gasnetzes, das Gasnetz wird zunehmend von einem Mengen- zu einem Flexibilitätsträger.

Jedoch ist die Streuung der Studien diesbezüglich noch hoch, hier ist also noch kein wissenschaftlicher Konsens ersichtlich.

Auch im Wärmesektor ist zu beobachten, dass die Rolle von Power-to-Gas mit ambitionierteren CO2-Reduktionszielen zunimmt. In der Spitze erreicht Power-to-Gas einen Anteil von ca. 50 %. In einer „80 %-Welt“ spielt synthetisches Gas in den Anwendungen im Wärmemarkt noch keine Rolle.

Selbst in Spitzenszenarien steigt der Anteil von Power-to-Gas im Verkehrssektor nicht weit über 30 %. Hier dominieren strombasierte Technologien in den Endanwendungen.

Der Anteil der Importe synthetischer Gase ist in allen Szenarien, in denen sie zugelassen sind, sehr hoch. Dies spricht für niedrigere Kosten im Ausland bei gleichzeitig größeren Ausbaupotenzialen, die dazu führen, dass Importe, wenn in den Modellen zugelassen, sich gegen die inländische Herstellung durchsetzen. Durch den Import synthetischer Gase kann vielen Herausforderungen, die mit der inländischen Herstellung verbunden sind, begegnet werden. Fragen zu begrenzten Ausbaupotenzialen, wie der Windkraft, niedrigere Vollbenutzungsstunden der Anlagen oder des sich ergebenden zusätzlichen inländischen Flexibilitätsbedarfes, stellen sich dann nicht. Da eine solche „Importstrategie“ auch weitreichende geopolitische Implikationen hat, sollte sie nicht allein aus energiewirtschaftlicher Sicht diskutiert werden. Sie setzt zwingend auch eine breite politische Diskussion, nicht zuletzt auch mit den Herstellungsländern, voraus.


7 Sektorale Strategien In diesem Kapitel wird untersucht, welche Technologien sich in den Sektoren Wärme, Verkehr und Strom durchsetzen. Dies hängt u.a. vom angestrebten Ambitionsniveau ab. Daher wird im Folgenden zwischen Szenarien mit einem Minderungsziel von 80 – 89% („80+ Szenarien“) und Szenarien mit einem CO2-Reduktionsziel von mindestens 90 % („90+ Szenarien“) unterschieden.

Die folgenden Abbildungen geben den Anteil der Szenarien an (in Bezug zur Gesamtmenge der Szenarien, die zur der Thematik eine Aussage gemacht haben), in dem die entsprechende Technologie dominiert hat. Da sich in den verschiedenen Bereichen der einzelnen Sektoren nicht notwendigerweise nur eine Technologie durchsetzt, werden auch Kombinationen von Technologien betrachtet.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass die ausgewerteten Studien mehrheitlich keine detaillierten Angaben dazu machen, welche Energiemengen durch die einzelnen Technologien erzeugt oder verbraucht werden. Daher wurde eine qualitative Einordnung der Studien dahingehend vorgenommen, welche Technologie jeweils als besonders effizient beschrieben wurde.

Technologien im Wärmesektor 7.1In 80 – 89% Szenarien domi-nieren gasbasierte Anwendungen im Hochtemperatur-bereich.

Die folgende Abbildung illustriert den Anteil der Szenarien, die eine CO2-Reduktion von 80 – 89 % avisieren, die auf die entsprechende Technologie in dem jeweiligen Bereich setzen.

Abbildung 25: Technologien im Wärmesektor in den "80+ Szenarien"

Im Hochtemperaturbereich in der Industrie dominiert Gas mit Anteilen von KWK. Im Niedertemperaturbereich wird in 40 % der Szenarien Biomasse eingesetzt. In den übrigen Szenarien kommen hier Strom-Wärmepumpen und zum Teil in Kombination mit Gas-Wärmepumpen zum Einsatz. Auch bei Gebäuden dominieren Strom-Wärmepumpen.

In ambitionierten Szenarien nimmt die Elektrifizierung zu. Gas wird weiterhin genutzt.

In noch ambitionierteren Szenarien (CO2-Reduktionsziel von 90 – 100 %) nimmt die Elektrifizierung zu (siehe nachfolgende Abbildung).

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Abbildung 26: Technologien im Wärmesektor in den "90+ Szenarien"

Gas dominiert weiterhin im Hochtemperaturbereich, zum Teil in KWK. In den Bereichen „Industrie Niedertemperatur“ und „Gebäude“ dominieren zwar strombasierte Anwendungen. Gas wird aber weiterhin genutzt.

Technologien im Verkehrssektor 7.2Während das Bild im Straßengüter-verkehr in 80 – 89 % Szenarien noch uneinheitlich ist, werden Pkw überwiegend elektrifiziert.

Insgesamt ist das Bild im Verkehrssektor uneinheitlicher als im Wärmesektor.

Im Verkehrssektor zeigt sich, dass insbesondere im motorisierten Individualverkehr in den 80 – 89 % Szenarien eine Elektrifizierung stattfindet. Gepaart wird die E-Mobilität mit Gas, Wasserstoff und Biokraftstoffen.

Abbildung 27: Technologien im Verkehrssektor in den "80+ Szenarien"

Im Straßengüterverkehr ist das Bild uneinheitlich. Hier ist kein klarer Trend erkennbar. Auch fossile Kraftstoffe kommen noch zum Einsatz. Im Schiffs- und Flugverkehr werden Biokraftstoffe und synthetisch erzeugte Brennstoffe verwendet.

In den 90 – 100 % Szenarien verstärkt sich der Trend zu

In den 90 – 100 % Szenarien verstärkt sich der Trend zu E-Mobilität sowohl im Pkw- als auch im Lkw-Bereich, wenngleich das Bild hier unklar bleibt. Im Schiffs- und Flugverkehr nimmt der Anteil von Power-to-Liquid zu.

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E-Mobilität sowohl im Pkw- als auch im Lkw-Bereich.

Abbildung 28: Technologien im Verkehrssektor in den "90+ Szenarien"

Technologien im Stromsektor 7.3In 80 – 89 % Szenarien wird in den meisten Studien Power-to-X in der Rückverstro-mung eingesetzt.

Im Großteil der 80 – 89 % Szenarien wird im Stromsektor Power-to-X in der Rückverstromung eingesetzt. Batteriespeicher spielen ebenfalls eine bedeutende Rolle. Lastflexibilität wird in allen Studien als essentiell angesehen.

Abbildung 29: Technologien im Stromsektor in den "80+ Szenarien"

In den 90 – 100 % Szenarien nutzen alle Studien Power-to-X in der Rück-verstromung.

In den 90 – 100 % Szenarien gewinnt die Rückverstromung von Power-to-X an Bedeutung. Die Notwendigkeit von Batteriespeichern und Lastflexibilität bestätigt sich.

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Abbildung 30: Technologien im Stromsektor in den "90+ Szenarien"

Zwischenfazit 7.4 Die Nutzung von Gas in Gas-Backup-Kraftwerken erscheint aus heutiger Sicht abgesichert. In

„80+ Szenarien“ kommt hierfür Erdgas zum Einsatz, in „90+ Szenarien“ ist dies dann Power-to-Gas.

Im Wärmesektor ist das Bild in den „80+ Szenarien“ einheitlich. In der Hochtemperatur dominiert Erdgas, in den anderen Bereichen dominiert zunehmend die Stromwärmepumpe und ggf. auch die Fernwärme.

In den „90+ Szenarien“ dominiert synthetisches Gas in einem Großteil der Studien weiterhin die Hochtemperaturanwendungen, primär in der Industrie und dort ggf. in KWK. In den Niedertemperaturanwendungen setzen sich jedoch strombasierte Anwendungen und Fernwärme weiter durch.

Im Bereich des Feedstocks (also der stofflichen Nutzung von Energierohstoffen) ist die Studienlage noch weniger vollständig. Hier wird zum Teil eine Umstellung von flüssigen auf gasbasierte Kohlenstoffträger angenommen, was den Bedarf an Gas deutlich stützt. Zum Teil werden hier jedoch weiterhin flüssige (synthetische) Energierohstoffe vorn gesehen. Hier ist aus heutiger Sicht die Studienlage weiterhin nur rudimentär, nur wenige Studien enthalten hierzu substanzielle Aussagen.

Im Verkehrssektor ist die Gemengelage komplex - insbesondere im Bereich des Lkw-Verkehrs. Zwar nehmen der Anteil der E-Mobilität und die Nutzung synthetischer Kraftstoffe mit steigendem CO2-Reduktionsziel zu. Es werden jedoch weiterhin auch fossile Energieträger genutzt. Bei den Schiffen / Flugzeugen ist das Bild verhältnismäßig einheitlich. Es dominieren synthetische Kraftstoffe und Biokraftstoffe. Der Schienenverkehr wird in nur wenigen Studien detaillierter betrachtet.

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PTX -> Strom Batteriespeicher Lastflexibilität

Ja Nein


8 Kosten der Sektorenkopplung In diesem Kapitel werden die Kosten der Sektorenkopplung in Abhängigkeit des CO2-Reduktionsziels untersucht. Insgesamt haben nur sechs Studien Aussagen zu den Kosten gemacht.

Vergleichbarkeit 8.1Die Vergleichbar-keit der Kosten ist nur bedingt gegeben.

Die Vergleichbarkeit der in den Studien angegebenen Kosten wird aus mehreren Gründe erschwert:

1. Die Studien aggregieren die Kosten zum Teil über den gesamten Modellierungszeitraum. Dieser unterscheidet sich jeweils. Zum Teil werden Kosten wiederum nur für einzelne Stützjahre, z.B. das Jahr 2050 ausgewiesen.

2. Es werden in der Regel keine absoluten Kosten angegeben, sondern nur Differenzkosten zu einem jeweils unterschiedlich definierten Referenzszenario.

3. Die Studien definieren die Sektoren unterschiedlich. In den meisten Fällen wird der Bereich Feedstock nicht berücksichtigt.

4. Darüber hinaus werden die Kosten zum Teil diskontiert und zum Teil summiert.

Kosteneffekte der Dekarbonisierung 8.2Für ambitionierte Szenarien liegen die Kosten in einer Größenordnung von 1,5 Billionen Euro.

In folgender Abbildung sind die Differenzkosten zu einer Fortschreibung des Status Quo zu sehen. Nur drei Studien haben entsprechende Angaben gemacht.

Abbildung 31: Differenzkosten gegenüber eines Referenzszenarios in Abhängigkeit des


Die Ergebnisse streuen hier stark. Der Trend zeigt jedoch, dass die Kosten in einer Größenordnung von 1,5 Billionen Euro für Szenarien mit einem Reduktionsziel von über 90 % liegen. Die 80 % Szenarien sind deutlich günstiger.

Auffällig sind die negativen Differenzkosten im 80 % Szenario („Globaler Klimaschutz“) der BDI-Studie. Im Gegensatz zum Szenario „Nationale Alleingänge“ werden hier internationale Rahmensetzungen zu Klimaschutzanstrengungen umgesetzt. Dies hat neben einem positiven Effekt auf das BIP auch einen deutlich wachsenden Weltmarkt für Klimatechnologien zur Folge und damit Auswirkungen auf deren Kostenstruktur.

Technologieoffene Szenarien sind

Drei weitere Studien weisen Differenzkosten von Elektrifizierungsszenarien zu technologieoffenen Szenarien aus. Dabei handelt es sich jeweils um

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Fraunhofer ISE acatech BDI


günstiger. Szenarien, die ein ambitioniertes Dekarbonisierungsniveau anstreben. Vergleicht man diese Kostendifferenzen mit den mittleren Kosten der „90+ Szenarien“ ggü. der Referenzentwicklung, so ergibt sich das folgende Bild.

Die orangenen Balken stehen dabei jeweils für die Mehrkosten der Elektrifizierungsszenarien, die als Korridor um die mittleren Mehrkosten dargestellt wurden.

Festzuhalten ist: In allen Szenarien kommt es zu Mehrkosten der Elektrifizierungsszenarien ggü. den technologieoffenen Szenarien. Dabei ist allerdings die Größenordnung uneinheitlich, was auch an den unterschiedlichen Definitionen der hinterliegenden Szenarien liegt.

Abbildung 32: Differenzkosten gegenüber eines Elektrifizierungsszenarios

Zwischenfazit 8.3 Die Kosten sind äußerst unterschiedlich definiert (Elemente, Zeitraum, Vergleich) und daher

nur schwer vergleichbar. Hier sollte zukünftig eine Angleichung der Kostendefinitionen angestrebt werden.

Klimaschutz ist mit steigenden Kosten verbunden. Diese liegen in der Größenordnung 1,5 Billionen Euro für die „90+ Szenarien“, wobei viele Kosten nicht oder nur unvollständig berücksichtigt sind.

„80+ Szenarien“ sind deutlich günstiger, insb. durch die Weiternutzung von Erdgas. „80+ Szenarien“ lassen sich aus heutiger Sicht also zu niedrigen und vertretbar erscheinenden energiewirtschaftlichen Kosten ansteuern.

Die verschiedenen Kostenangaben schwanken dabei aber stark, schon bedingt durch die unterschiedlichen Definitionen. Zu den Gesamtkosten der Sektorenkopplung ist daher noch kein abgesicherter Stand erkennbar. Insbesondere die Kosten der Infrastrukturen (Gas, Strom, Verkehr) und der Sanierungen werden bisher noch nicht ausreichend oder umfassend berücksichtigt.

Technologieoffene Szenarien sind günstiger. Technologieoffenheit zahlt sich also insbesondere im direkten Vergleich mit reinen Elektrifizierungsszenarien aus. Große Kostensenkungspotenziale der Technologieoffenheit liegen hier vor allem darin, dass Power-to-Gas in der Rückverstromung zum Einsatz kommen kann und das Gasnetz als Flexibilitätsquelle genutzt werden kann.

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9 Treiber der Ergebnisse In diesem Kapitel werden entscheidende Prämissen untersucht, welche besonderen Einfluss auf die Ergebnisse haben. Dies betrifft etwa die Effizienz verschiedener Technologien oder den Ausbau von Erneuerbaren Energien.

Effizienzgewinne im Wärmesektor 9.1Bei Gebäuden wird mit Effizienz-steigerungen zwischen 0,7 % und 3,5 % gerechnet.

Im Wärmesektor unterstellen die Studien Effizienzsteigerungen von Gebäuden durch Neubau, Sanierungen oder bessere Heizsysteme zwischen 0,7 % und 3,5 % p.a. (gemessen in mittlerer jährlicher Absenkung des Nettowärme-bedarfs). Hier zeigt sich ein abnehmender Trend mit steigendem CO2-Reduktionsziel. Die Aussagekraft ist hierbei jedoch beschränkt, da nur wenige Studien Auskunft geben.

Abbildung 33: Jährliche Effizienzgewinne (im Sinne einer mittleren jährlichen Absenkung des

Nettowärmebedarfs) von Gebäuden in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

In der Industrie steigt die Effizienz mit wachsendem Ambitionsniveau.

In der Industrie steigt die Effizienz von Prozesswärme mit wachsendem Ambitionsniveau. In der Studie von acatech wird keine Steigerung erwartet.

Abbildung 34: Jährliche Effizienzgewinne in der Industrie (Prozesswärme) in Abhängigkeit des


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Die Sanierungsrate steigt leicht mit größerem Ambitionsniveau.

Die Sanierungsrate schwankt in den untersuchten Szenarien zwischen 1,4 % (ewi- und dena-Studie) und 3,1 % (Öko-Institut-Studie). Dabei ist eine leichte Tendenz zu höheren Sanierungsraten bei größerem Ambitionsniveau zu erkennen. Annahmen zu Sanierungskosten fehlen in allen Studien.

Abbildung 35: Jährliche Sanierungsrate in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Während das Gros der Studien Raten von ca. 2 % annimmt, wird im 95 % Szenario des Öko-Instituts eine Sanierungsrate von über 3 % unterstellt.

Effizienzgewinne im Verkehrssektor 9.2Im Straßenverkehr sind hohe Effizienzgewinne insbesondere bei konventionellen Antriebsarten zu erwarten.

Die meisten Studien enthalten im Verkehrssektor wenige Informationen zu den Effizienzannahmen.

Insbesondere werden keine Aussagen zur Effizienz im Schienen-, Luft- oder Schiffsverkehr gemacht.

Für Pkw wird überwiegend angenommen, dass in allen Antriebsarten Effizienzsteigerungen von mindestens 20 % bis zum Jahr 2050 erzielt werden können. Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge haben aufgrund ihres bereits sehr hohen Wirkungsgrades die geringsten Steigerungsmöglichkeiten. Konventionelle Anriebe haben das Potenzial, den Verbrauch fast zu halbieren.

Im Straßengüterverkehr fallen die Effizienzsteigerungen geringer als im motorisierten Individualverkehr aus.

Effizienzgewinne im Stromsektor 9.3Bezüglich des Basisstromver-brauchs gibt es die Auffassungen, dass dieser entweder bis 2050 konstant bleibt oder um ca. 25 % sinkt.

Als Basisstrom wird der Teil des Endenergiebedarfs bezeichnet, der über den Bedarf aus Wärme, Verkehr und Feedstock hinausgeht. Hier variieren die Effizienzannahmen der strombasierten Endanwendungen je nach Studie und Szenario.

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Abbildung 36: Jährliche Minderung des Basisstromverbrauchs in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Der Basisstromverbrauch wird zum Teil bis 2050 konstant gehalten. Alternativ wird etwa eine Effizienzsteigerung von 0,8 % p.a. angenommen (Fraunhofer IWES (80 %), Öko-Institut (80 %), acatech (85 %), Fraunhofer ISE (85 %) und enervis (100 %)).

Potenzialgrenzen PV und Wind 9.4Potenzialgrenzen spielen eine sehr wichtige Rolle in Bezug auf Importe und Speicher-bedarf.

Potenzialgrenzen spielen eine wichtige Rolle in Bezug auf Speicherbedarf und die Importe von Gas oder Strom. Ist der Import unzulässig, so müssen die Potenzialgrenzen insbesondere bei ambitionierten CO2-Reduktionszielen vergleichsweise hoch gewählt werden. Zudem werden verstärkt Batterie- und Gasspeicher benötigt.

Erkennbar werden drei verschiedene Strategien bei der Wahl der Potenzialgrenzen verfolgt. Während in der Studie von frontier keine Grenzen für PV und Wind gesetzt werden, sind in der Studie von enervis nur Grenzen für Wind gesetzt. Die übrigen Studien begrenzen sowohl PV als auch Wind.

Die Potenzial-grenzen müssen umso höher gewählt werden, wenn das CO2-Reduktionsziel ambitioniert ist.

Die Analyse der gewählten PV-Potenzialgrenzen zeigt, dass diese umso höher gewählt werden, je höher das CO2-Reduktionsziel ist, wie die nachfolgende Abbildung verdeutlicht. Insbesondere gilt dies, wenn keine Importe von Strom, wie etwa bei den Studien von acatech, frontier und enervis, zulässig sind.

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Abbildung 37: Potenzialgrenze PV in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Die Potenzialgrenze von 500 GW von acatech gilt hier für PV und Wind zusammen.

Auch im 80 % Szenario liegt die Potenzialgrenze mit 120 GW etwa dreimal so hoch wie die derzeitige Kapazität von PV.

Auch bei Wind onshore steigen die Potenzialgrenzen mit höherem Ambitionsniveau.

Analog zu PV steigen die Potenzialgrenzen bei Wind onshore mit höherem Ambitionsniveau.

Abbildung 38: Potenzialgrenze Wind onshore in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Bei Wind offshore zeigt sich ein ähnliches Bild wie bei Wind onshore.

Bei Wind offshore zeigt sich ein ähnliches Bild wie bei Wind onshore, jedoch auf einem niedrigeren Niveau.

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Abbildung 39: Potenzialgrenze Wind offshore in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Kohleausstieg 9.5Insbesondere bei einem modellendo-genen Kohleaus-stieg ist eine klare Tendenz zu einem früheren Ausstieg mit höherem CO2-Ziel zu sehen.

Dem Kohleausstieg kommt bei der Dekarbonisierung eine bedeutende Rolle zu. Dieser wurde zum Teil exogen vorgegeben. Ein modellendogener Ausstieg, der in den Studien von enervis (100 %), ewi (95 %), dena (80 % und 95 %) und Fraunhofer IWES (80 %) vollzogen wird, ist in der folgenden Abbildung mit großen Symbolen gekennzeichnet. Zu sehen ist dabei eine klare Tendenz zu einem früheren Kohleausstieg je ambitionierter das CO2-Ziel ist.

Abbildung 40: Zeitpunkt des Kohleausstiegs in Abhängigkeit des Dekarbonisierungsniveaus

Ein Kohleausstieg kann aber auch trotz ambitionierten Zielen erst bis 2050 erfolgen. Bis zum CO2-Reduktionsziel von 90 % gibt es noch Szenarien, die auch 2050 nach wie vor Kohle nutzen. In der Studie von acatech können die Kraftwerke vor dem Ende der kalkulatorischen Lebensdauer nicht zurückgebaut werden.

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Zwischenfazit 9.6 Bei den Effizienzannahmen im Wärmesektor ergibt sich derzeit noch kein eindeutiges Bild.

Während die Effizienz bei Gebäuden sinkt, steigt sie in der Industrie mit dem Ambitionsniveau. Die Annahmen bzgl. des Basisstromverbrauchs haben binären Charakter. Dieser stagniert

oder fällt bis 2050 um ca. 25 %. Gerade im Gebäudebereich streuen die Annahmen breit. Im Mittel der Studien steigen die

Sanierungsraten leicht mit dem CO2-Reduktionsziel, jedoch ist das Bild hier uneinheitlich. Die Sanierungsrate schwankt in den untersuchten Szenarien zwischen 1,4 % und 3,1 % pro Jahr. Die Sanierungsrate ist dabei eher eine Prämisse als ein Modellergebnis. Annahmen bzw. Angaben zu den Sanierungskosten fehlen in allen Studien.

In Szenarien mit einem ambitionierten Reduktionsziel liegen die Annahmen zu den Potenzialgrenzen für Erneuerbare Energien tendenziell höher. Hier ist auch eine Wechselwirkung mit den Annahmen zum Import von erneuerbarem Strom oder erneuerbaren Gasen aus dem Ausland erkennbar. Ambitionierte Dekarbonisierungsszenarien mit begrenzten EE-Potenzialen gehen von EE-Importen von Strom oder Gas aus.

Ein hohes CO2-Reduktionsziel korrespondiert mit einem frühen Kohleausstieg. Bei allen ambitionierten Klimaschutzszenarien, die auf eine Reduktion von mindestens 95 % abzielen, erfolgt bis spätestens 2050 ein vollständiger Kohleausstieg.


10 Infrastrukturmaßnahmen In diesem Kapitel wird untersucht, ob in den Studien Aussagen bezüglich des Ausbaus bzw. Aufbaus von Ladesäulen für Pkw oder von Wasserstoff-, LNG- oder CO2-Infrastrukturen gemacht werden.

Hierbei werden im Folgenden Aussagen jeweils nur aus den optimalen Szenarien und mit einem Dekarbonisierungsniveau von mehr als 90 % herangezogen.

Wärmenetze und KWK 10.1In der Mehrzahl der Szenarien werden Wärmenetze ausgebaut.

In Szenarien mit einem CO2-Reduktionsziel von über 90 % wird in 60 % der Szenarien ein Ausbau von Wärmenetzen empfohlen.

Da wenige Studien separate Angaben zur KWK Strom- und Wärmeerzeugung machen, wurden die Aussagen zur Rolle der KWK geclustert.

20 % der Szenarien sehen eine eher schwache Rolle der KWK. 40 % sehen eine mittlere, 40 % eine deutlich zunehmende Rolle der KWK.

Abbildung 41: Ausbau von Wärmenetzen und Rolle von (Gas-)KWK

Ausbau im Verkehrssektor 10.2Zum Aufbau des Wasserstoff- oder LNG-Netzes werden keine Aussagen gemacht.

Bezüglich von Informationen zu Infrastrukturmaßnahmen im Verkehrssektor hält sich die Mehrzahl der Studien zurück. Insbesondere zum Aufbau der Wasserstoff- oder der LNG-Infrastruktur werden keine Aussagen getroffen.

Trotz des hohen Anteils der E-Mobilität bei Szenarien mit einem CO2-Minderungsziel von mehr als 90 % werden auch zum Ausbau der Ladeinfrastruktur keine genauen Angaben gemacht. Kosten für einen entsprechenden Ausbau werden indirekt in den Kosten des Stromnetzausbaus erfasst. Oberleitungsnetze werden nur in wenigen Studien betrachtet. Hier wird etwa vorgeschlagen, den Ausbau über die Lkw-Maut zu finanzieren.


Abbildung 42: Ausbau der Infrastruktur im Verkehrssektor

Gasnetzausbau 10.3Sämtliche Studien erhalten unab-hängig vom Ambitionsniveau das Gas-Fernleitungsnetz, das Gas-Verteilnetz und die Gasspeicher.

Insgesamt herrscht unabhängig vom Ambitionsniveau Einigkeit über den Erhalt des Gas-Fernleitungsnetzes, des Gas-Verteilnetzes und der Gasspeicher.

Abbildung 43: Gasnetzausbau

Es erfolgt zudem keine vollständige Umwidmung des Gasnetzes auf ein Wasserstoffnetz bei Szenarien mit einem CO2-Reduktionsziel von über 90 %.

CO2-Netz 10.4Insbesondere CCU wird in Szenarien mit einem CO2-Reduktionsziel von mehr als 90 % vermehrt genutzt.

Während CCS und CCU in Szenarien mit einem CO2-Reduktionsziel von weniger als 90 % nur in einem einzigen Fall eine Rolle spielen, kommen die Technologien in ambitionierteren Szenarien vermehrt zum Einsatz – insbesondere CCU.

Zum Aufbau eines CO2-Netzes wird in keiner der Studien Stellung bezogen.

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Abbildung 44: Aufbau eines CO2-Netzes

Zwischenfazit 10.5 Keine Studie enthält Aussagen, dass die Gas-Infrastruktur (das Gas-Fernleitungsnetz, das

Gas-Verteilnetz und die Gasspeicher) nicht mehr benötigt würden. Somit gehen die Studien für alle Ambitionsniveaus davon aus, dass die Gasinfrastruktur erhalten bleibt.

In Bezug auf die Verkehrsinfrastruktur ist das Bild bisher uneinheitlich. Während zu einem Ausbau des Wasserstoff- und LNG-Netzes häufig keine Aussagen gemacht werden, wird der Ausbau der Ladesäuleninfrastruktur zumindest indirekt über das Stromnetz betrachtet. Oberleitungsnetze werden in wenigen Studien diskutiert. Dabei wird u.a. eine Finanzierung über die Lkw-Maut vorgeschlagen.

CCS spielt eine untergeordnete aber relevante Rolle im Kraftwerksbereich. In der Industrie, insbesondere in Form von CCU, nimmt diese Rolle in den neuen Studien zu. Zu einem Aufbau eines CO2-Pipelinenetzes wird in keiner der Studien eine Aussage gemacht.

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11 Handlungsempfehlungen Ziel dieser META-Studie ist neben dem Aufzeigen möglicher Entwicklungen und deren Kosten auch die Ableitung von Schlussfolgerungen. In den meisten Studien werden jedoch nur wenige oder keine politischen oder rechtlichen Handlungsempfehlungen gegeben.

Die Studien beschreiben daher die Entwicklung der Zusammensetzung des Technologieportfolios in den verschiedenen Sektoren weitgehend losgelöst von den notwendigen Rahmenbedingungen, um eine solche Entwicklung eigentlich zu erreichen.

Einen Überblick über die wenigen Aussagen hierzu gibt dieses Kapitel.

Umlagen, Steuern, Entgelte und Abgaben 11.1Der Großteil der Studien äußert sich nicht bzgl. einer Reformierung der Umlagen. Drei Studien schlagen eine CO2-Besteu-erung von fossilen Brennstoffen vor.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den Anteil der Studien die Handlungsempfehlungen bzgl. einer Reformierung der Umlagen geben. Ein Großteil der Studien macht keine Angaben zur Reform des Systems von Umlagen, Steuern, Entgelte und Abgaben auf die verschiedenen Energieträger um eine verstärkte und kosteneffizientere Minderung der CO2-Emissionen zu bewirken.

Eine Minderheit von immerhin drei der zehn Studien schlägt jedoch CO2-Besteuerung von fossilen Brennstoffen vor. Eine Studie vom Fraunhofer Institut IWES argumentiert eine Reduzierung der Stromsteuer und eine grundsätzliche Entlastung flexibler Verbraucher durch eine Dynamisierung der EEG-Umlage.

Abbildung 45: Handlungsempfehlungen für Reformierung der Umlagen

Förderung von Power-to-Gas 11.2Der Ausbau von Power-to-Gas wird angenommen; die Förderung wird jedoch instrumen-tell nicht untersetzt.

Im Text der Studien wurden Aussagen zur Notwendigkeit der Förderung von Power-to-Gas recherchiert und in fünf „Cluster“ eingeordnet („Nein“, „Eher Nein“, „keine Angabe“, „Eher Ja“, „Ja“).

Zuerst wurde geprüft, ob Aussagen zur grundsätzlichen Notwendigkeit von Power-to-Gas beinhaltet waren. Die meisten Studien widersprechen dabei der Aussage, dass Power-to-Gas nicht notwendig ist (klar oder eher).

Darüber hinaus wurde geprüft, ob Aussagen zur Förderung von Power-to-Gas beinhaltet waren. Ein Großteil der Studien sieht mindestens tendenziell eine solche Förderung vor. Hier wurden jedoch auch Studien als „Eher Ja“ gewertet, die bereits 2020 ff. einen weiteren Ausbau von Power-to-Gas annehmen, da dies voraussichtlich eine Förderung notwendig macht.

Abschließend wurde geprüft, ob Aussagen zur Einführung eines

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Marktanreizprogrammes für Power-to-Gas beinhaltet waren. Unter einem Marktanreizprogramm wird hier verstanden, dass es zu einem sehr signifikanten Ausbau von Power-to-Gas kommt, der voraussichtlich nicht allein durch eine projektbasierte Individualförderung erreichbar ist. Hier ist die Studienlage bereits unklarer.

Trotz der zum Teil sehr signifikanten Power-to-Gas-Mengen wird die Ausgestaltung der Förderung in keiner der Studien im Detail diskutiert. In Bezug auf Förderinstrumente stellen sich konzeptionell ähnliche Fragestellungen wie für andere Technologien. So reicht das Instrumentarium hier grundsätzlich von Quotenmodellen über Ausschreibungen und verschiedene Prämienmodelle.

Abbildung 46: Handlungsempfehlungen für Förderung von Power-to-Gas

Weitere Themen 11.3Alle Studien sehen eine massive Notwendigkeit des Stromnetzausbaus, ggf. auch über das heute bereits geplante Maß hinaus.

Die Beschleunigung des Netzausbaus wird weitgehend unterstützt.

Es zeichnet sich hier auch ein über das absehbare Maß hinausgehendes Volumen ab.

„Kapazitätsmechanismen“ werden (zum Teil) vage gestützt.

Zwischenfazit 11.4 Die betrachteten Studien bleiben bezüglich einer Reformierung des Systems der deutschen

Umlagen, Steuern, Entgelte und Abgaben in der Mehrheit vage. Eine Minderheit der Studien fordert explizit eine CO2-Besteuerung in einer Höhe von bis zu 124 €/t in 2050.

Eine Mehrheit der Studien geht, zum Teil bereits ab 2020, von einer Ausweitung des Power-to-Gas Zubaus aus. Dies setzt aus heutiger Sicht einen Fördermechanismus voraus, was jedoch in den Studien insgesamt nicht ausführlich thematisiert wird.

Die Beschleunigung des Stromnetzausbaus wird weitgehend unterstützt. Es zeichnet sich hier ein über das bereits vorgesehene Maß hinausgehendes Volumen ab. Eine Minderheit der Studien stützt „Kapazitätsmechanismen“ für Kraftwerke, wenngleich die Aussagen hierzu vage bleiben.

Insgesamt ist anzuraten die techno-ökonomische Thematik stärker mit einer Diskussion der Anreizmechanismen und politischen Handlungsoptionen zu verknüpfen, um die anstehenden Debatten und Entscheidungen besser vorzubereiten.

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12 Ausblick Die Verfehlung der Klimaziele über zwei bis drei Dekaden berechtigt ein grundsätzliches Hinterfragen der klimabezogenen Governance-Prozesse.

Bereits 1990 wurde das Ziel formuliert, die energiebedingten CO2 -Emissionen in den alten Bundesländern bis 2005 gegenüber 1987 um 25 % zu vermindern. Dieses Ziel wurde mit einer realen Reduktion um rd.4 % deutlich verfehlt.9 Inzwischen ist absehbar, dass auch das Ziel die CO2-Emissionen bis 2020 um 40 % gegenüber 1990 zu reduzieren voraussichtlich deutlich verfehlt wird. Festhalten lässt sich also, sollte Deutschland bis 2030 wieder auf den Zielpfad zurückkehren, lägen dann zwei bis drei Dekaden der Zielverfehlung zurück. Dies wirft Fragen zum politischen Umgang mit Zielen und speziell zu den Governance-Prozessen10 in Bezug auf Klimaschutz auf, anders formuliert: Wie wollen wir die Energiewende organisieren?

Der aktuelle Koalitionsvertrag adressiert Governance Defizite nicht vollständig und sieht einen sehr ambitionierten Zeitplan vor

Vor diesem Hintergrund waren naturgemäß weitreichende Erwartungen gegenüber den energie- und klimabezogenen Ergebnissen der Koalitionsvereinbarungen formuliert worden.

Im Koalitionsvertrag für die kommende Legislaturperiode wird nun bekräftigt das Minderungsziel 2030 erreichen zu wollen. Zentrale Maßnahme hierfür ist die Einführung von verschiedenen Kommissionen mit den Themen „Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung“ und („analog“) zum Wärme- und Verkehrssektor. Der Zeitplan sieht vor, dass ein konkretes Aktionsprogramm unter Einbeziehung verschiedener Akteure aus Politik, Wirtschaft, Umweltverbänden und Gewerkschaften bis Ende 2018 erarbeitet werden soll. Die Umsetzung in Gesetze ist für das Jahr 2019 vorgesehen.

Hierbei ist zuerst festzuhalten, dass die Delegation von Ausarbeitungen in verschiedenen Kommissionen die grundsätzlichen Defizite in der Zielerreichung zumindest nicht offensichtlich adressiert. Weiterreichende Reformen der Governance sollten zumindest diskutiert werden.

Darüber hinaus ist die Zeitplanung bereits für verhältnismäßig eng abgrenzbare Themenbereiche wie den Kohleausstieg ambitioniert. Diese Meta-Studie zeigt auf, dass die Komplexität der Sektorenkopplungsdiskussion noch einmal deutlich höher ist. Eine Ausarbeitung eines Aktionsprogrammes in dem vorgesehenen Zeitraum birgt insofern Risiken für voreilige Festlegungen.

Im Angesicht der weitreichenden Unsicherheiten ist Technologie- und Innovationsoffen-heit sinnvoll.

Die Kommission „Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung“ soll unter anderem einen Plan zur schrittweisen Reduzierung und Beendigung der Kohleverstromung einschließlich eines Abschlussdatums erarbeiten. Dies belegt, dass Maßnahmen, die auch in dieser Meta-Studie als essentiell eingestuft wurden, auch von politischer Seite angestrebt werden.

In vielen anderen Bereichen bleibt der Koalitionsvertrag hingegen wenig konkret und auch über die Studienlage insgesamt scheint ein eindeutiger Pfad zur Erreichung der Klimaziele in vielen Bereichen noch nicht gegeben. Dies spricht als ein Argument dafür, eine Strategie der Technologie- und Innovationsoffenheit zu verfolgen.

Die techno-ökonomische Diskussion sollte stärker mit einer Diskussion der Anreizmechanis-men und politischen Handlungsoptionen verknüpft werden.

Nach Sichtung einer Vielzahl relevanter Studien zum Thema Sektorenkopplung ist zu bemerken, dass die Verfügbarkeit und Transparenz der verschiedenen Daten insgesamt sehr uneinheitlich ist. Hier wäre eine Vereinheitlichung auf höherem Niveau erstrebenswert, um die Vergleichbarkeit und Interpretationsfähigkeit der Studien anzuheben.

Darüber hinaus beschränken sich die Studien im Allgemeinen auf die techno-ökonomische Analyse ohne jedoch konkrete Handlungsempfehlungen zu geben. Es ist daher anzuraten die techno-ökonomische Diskussion stärker mit einer Diskussion der Anreizmechanismen und politischen Handlungsoptionen zu verknüpfen, um die anstehenden Diskussionen und Entscheidungen besser vorzubereiten.

9 Kübler, K. (2017): Was ist eigentlich aus dem ersten CO2–Minderungsziel der Bundesregierung geworden? 10 Hierunter versteht man das Steuerungs- und Regelungssystem im Sinn von Strukturen und Prozessen


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META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen ... · META-Studie Sektorenkopplung: „Analyse einer komplexen Diskussion“ April 2018 - Seite 4 1 Executive Summary Meta-Analyse