Nur auf den ersten Blick gut

Direkte Förderung erneuerbarer Energien gefährdet Energiespeicher und die Erfolgsaussichten der Energiewende

Wie lässt sich die Energiewende nachhaltig realisieren: erneuerbare Energien finanziell fördern oder Kohlenstoffemissionen bepreisen? Und wie wirkt sich der Zubau von regenerativen Energien auf das Gesamtsystem aus? Das Forschertrio Dr. Adhurim Haxhimusa, Fachhochschule Graubünden, Prof. Dr. Mario Liebensteiner, FAU, und Fabian Naumann, Technische Universität Kaiserslautern, hat im Rahmen einer Studie insbesondere die Rolle von Pumpspeicherkraftwerken untersucht – der derzeit einzigen Technologie, um vorhandene Produktionsschwankungen auszugleichen. Ihr Fazit: Indem sie die Marktpreise senkt, gefährdet die direkte Förderung erneuerbarer Energien den wirtschaftlichen Betrieb ihrer eigenen Speicher. Um den Erfolg der Energiewende zu sichern, raten die Forscher daher zu einer intensiveren CO₂-Bepreisung.

Um den Einfluss der erneuerbaren Energien im Gesamtgefüge darzustellen, hat das Forschertrio die Ertragskraft der Energiespeicher für den deutsch-österreichischen Markt analysiert. Mit Hilfe eines statistischen Modells zeigen die Wissenschaftler: Die operativen Profite der österreichischen Pumpspeicherkraftwerke, die die benötigten Pufferkapazitäten für das Energiesystem bieten, sind durch den sogenannten „Merit-Order-Effekt“ im Zeitraum von 2015 bis 2018 um bis zu 25 Prozent gesunken.

Einen effizienteren Lösungsansatz sehen die Wissenschaftler in einer CO₂-Bepreisung anstelle einer direkten Förderung erneuerbarer Energien.

„Um dem Klimawandel und dessen Folgen entgegenzuwirken, wird der Ausbau erneuerbarer Energien in vielen Ländern gefördert. Technologien wie Wind- und Solaranlagen weisen jedoch naturbedingt Schwankungen in der Erzeugung auf und stellen damit eine große Herausforderung für die Netzstabilität dar. Speichertechnologien, welche die Produktionsschwankungen abfangen können, tragen demnach in großem Maße dazu bei, ob die deutsche Energiewende zu einem Erfolg wird“, erläutert Fabian Naumann, TU Kaiserslautern.

Das grundlegende Geschäftsmodell von Pumpspeicherkraftwerken liegt darin, die Preisunterschiede für das Speichern und Entladen eines Wasserreservoirs über die Zeit zu nutzen. Hierfür wird in Zeiten mit niedrigen Energiepreisen (zum Beispiel nachts, wenn die Stromnachfrage gering ist) Wasser mittels Pumpleistung aus einem unteren Wasserbecken in den oberen Speichersee befördert und dort gespeichert. Hingegen steigen der Energiebedarf und somit die Stromgroßhandelspreise tagsüber. Das nutzen Pumpspeicherkraftwerke, um das gespeicherte Wasser aus dem oberen Reservoir abzulassen, mittels Turbinenleistung Energie zu erzeugen und diese anschließend zu verkaufen.

„Der Ausbau von erneuerbaren Energien führt jedoch zum sogenannten ‚Merit-Order-Effekt‘: Um den Energiebedarf von Industrie und Haushalten zu decken, ersetzen regenerative Energiequellen, welche kostengünstig Energie erzeugen können, unter anderem Gaskraftwerke, die durch den Brennstoffeinsatz höhere Produktionskosten aufweisen“, erklärt Prof. Dr. Mario Liebensteiner, Juniorprofessur für Energiemärkte und Energiesystemanalyse an der FAU. „Als Resultat sinkt der Großhandelspreis für Strom, da der Energiebedarf mit günstigerem Kraftwerkseinsatz bereitgestellt werden kann. Die Erzeugung der Windenergie ist über den Tagesverlauf relativ konstant, wohingegen die Sonnenenergie lediglich tagsüber zur Verfügung steht – das Preisniveau wird somit insgesamt gesenkt, besonders tagsüber, wenn Speichertechnologien Energie erzeugen. In Folge dessen wird die Profitabilität von Pumpspeicherkraftwerken negativ beeinträchtigt, wie wir es in unserer Studie für die österreichischen Betreiber nachweisen konnten“

Das Forscher-Trio findet diese Entwicklung besorgniserregend, da der weitere Ausbau erneuerbarer Energien mittels direkter Förderung diese Effekte verstärken werde. „Beispielsweise plant Deutschland den Anteil Erneuerbarer Energien bis 2050 auf 80 Prozent anzuheben – 2019 waren es noch 46 Prozent. Es scheint paradox, dass die Produktionsschwankungen von erneuerbaren Energien einerseits die Flexibilität und Kapazität von Speicheranlagen benötigen, andererseits dem Ertrag dieser Kraftwerke entgegenwirken und folglich Investitionsanreize senken – aber es ist eine Tatsache, die wir in die Rechnung einbeziehen müssen“, ergänzt Dr. Adhurim Haxhimusa von der FH Graubünden.

Einen effizienteren Lösungsansatz sehen die Wissenschaftler in einer CO₂-Bepreisung anstelle einer direkten Förderung erneuerbarer Energien. „Das Ziel einer intensiveren CO₂-Bepreisung ist es, dass emissionsintensive Erzeugungstechnologien im Vergleich zu emissionsarmen teurer werden“, sagt Naumann. „Ein hoher und stabiler CO₂-Preis setzt dadurch langfristig Anreize den Strommarkt emissionsärmer zu gestalten. Dadurch könnte wiederum die Erzeugung aus vergleichsweise emissionsarmen Technologien wie etwa Gas generell günstiger für die Deckung des Energiebedarfs sein als die Produktion aus emissionsintensiven Technologien wie etwa Kohle. Mit Hilfe dieser Brennstoffumstellung („fuel switch“) lassen sich Emissionen signifikant reduzieren. Bei Bedarfsspitzen ist die Stromgewinnung teurer und lässt den Großhandelspreis ansteigen, wodurch sich die Erträge der Speicheranlagen ebenfalls erhöhen. Folglich erleben auch erneuerbare Energien verstärkte Investitionsanreize, da sich die erzeugte Energie zu einem höheren Marktpreis verkaufen lässt.“

Die durchschnittliche CO₂-Bepreisung durch den Europäischen Emissionszertifikatehandel lag im Untersuchungszeitraum bei lediglich 7 Euro pro Tonne CO₂ (€/tCO₂) und konnte dadurch die Erträge der Pumpspeicherbetreiber lediglich um 9 Prozent erhöhen. „Ohne eine CO₂-Bepreisung hätten die Erträge noch stärker als 25 Prozent abgenommen“, warnt Liebensteiner. Für einen Emissions-Zertifikatspreis von 25 €/tCO₂, welcher das aktuelle Niveau widerspiegelt, ergibt das statistische Modell des Forschungsteams eine Ertragssteigerung von rund 32 Prozent. Eine CO₂-Bepreisung kann somit den unerwünschten Effekten der direkten Förderung erneuerbarer Energien entgegenwirken, sollte diese hoch genug ausfallen.

„Wir wissen, dass die Abschaffung der Förderung erneuerbarer Energien hin zu einem höheren CO₂-Preis politisch nicht umsetzbar ist, da beispielsweise Einspeisevergütungen für Jahrzehnte garantiert sind“, resümiert Haxhimusa. „Jedoch raten wir dringend dazu, im Rahmen der Klimapolitik die CO₂-Bepreisung zu intensivieren, da es sich um eine wirkungsvolle Maßnahme handelt, um effizient Emissionen zu reduzieren und zugleich die Ertragskraft von systemrelevanten Energiespeichern zu sichern ebenso wie Investitionen in diese aufrechtzuerhalten.“

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Mario Liebensteiner
Juniorprofessur für Energiemärkte und Energiesystemanalyse
Tel.: 0911/5302-96204
mario.liebensteiner@fau.de

Dr. Adhurim Haxhimusa
FH Graubünden
Tel.:  +41 81/286-3761
adhurim.haxhimusa@fhgr.ch

Fabian Naumann
TU Kaiserslautern
Tel.: 0631/205-4104
fabian.naumann@wiwi.uni-kl.de