Entwicklung des Energiesektors im Spannungsfeld von Klimaschutz und Ökonomie: eine modellgestützte Systemanalyse
Gespeichert in:
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| Format: | Hochschulschrift/Dissertation Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
IER
2002
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| Schriftenreihe: | Forschungsbericht des Instituts für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung
85 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis V
Tabellenverzeichnis IX
Abkürzungsverzeichnis XI
Verzeichnis der Formelzeichen XV
Kurzfassung XDC
Abstract XX
1 Problemstellung und Zielsetzung 1
2 Anforderungen an die Systemanalyse im Kontext des Klimaschutzes 5
2.1 Klimaschutzpolitik 5
2.1.1 Treibhauseffekt und Klimaänderung 6
2.1.2 Internationale Vereinbarungen zum Klimaschutz 7
2.1.3 Nationale Ziele für den Klimaschutz in Deutschland 11
2.2 Energiewirtschaftliche Ausgangslage 13
2.2.1 Entwicklung der Energienachfrage 14
2.2.2 Entwicklung der Treibhausgasemissionen 21
2.2.3 Energiepolitische Rahmenbedingungen 24
2.3 Beitrag der Energiesystemanalyse zum Klimaschutz 28
2.3.1 Systemanalyse in der Energiewirtschaft 28
2.3.2 Klimaverträgliche Energiebereitstellung als Entscheidungsproblem 30
2.3.3 Existierende modellgestützte Analysen zur klimaverträglichen
Energieversorgung 31
2.4 Anforderungen an ein Modellsystem 34
3 Methodische Grundlagen der Modellbildung 37
3.1 Wirtschaftstheoretische Grundlagen 37
3.1.1 Allgemeine Gleichgewichtsanalyse 38
3.1.2 Einordnung unterschiedlicher Ansätze der Energiemodellbildung 41
1
II Inhaltsverzeichnis
3.2 Partialanalytische Gleichgewichtsansätze in prozeßtechnischen Energiemodellen 45
3.2.1 Prozeßtechnischer Modellansatz linearer Energiemodelle 47
3.2.2 Prozeßtechnischer Modellansatz für Energieversorgungsmodelle 51
3.2.3 Prozeßtechnischer Modellansatz für Energiesystemmodelle 51 ¦¦
3.2.4 Prozeßtechnischer Modellansatz mit preiselastischer Nachfrage 59 :
3.3 Allgemeiner Gleichgewichtsansatz für Modelle der Energiewirtschaft 73
3.3.1 Intertemporales gesamtwirtschaftliches Wachstumsmodell 73
3.3.2 Intertemporaler Gleichgewichtsansatz für die Energiewirtschaft 79
3.4 Methodische Grundlagen der nichtlinearen Optimierung 89
3.4.1 Charakterisierung nichtlinearer Optimierungsprobleme 90
3.4.2 Optimalitätsbedingungen nichtlinearer Gleichungssysteme 92
3.4.3 Nichtlineare Lösungsverfahren 97
3.4.4 Abgrenzung zum Komplementaritätsformat 101
I
4 Technische und ökonomische Aspekte der Nachfrageentwicklung 107 I
4.1 Ökonomische und demographische Rahmenannahmen in Deutschland 108 j
4.1.1 Wirtschafts und Bevölkerungsentwicklung 108
4.1.2 Annahmen zur Entwicklung der Nachfrage :•::¦¦ .M9
4.1.3 Energiepreisentwicklung ¦*
4.2 Technologien der Wärmebereitstellung ^
4.2.1 Technische Optionen der Raumwärme und Warmwasserbereitstellung 114
4.2.2 Maßnahmen an der Gebäudehülle 117
4.3 Technologien der Stromanwendung im Haushaltssektor ^2 |
4.3.1 Effizienzverbesserungen der Stromanwendungen *
4.3.2 Potentiale der Energieeinsparung *â„¢
4.4 Preiselastizitäten der Energienachfrage 1
4.4.1 Empirische Abschätzungen eigenpreiselastischer Nachfrageänderungen 127
4.4.2 Preiselastizitäten der Nachfrage in Deutschland *
4.4.3 Parametrisierung der Elastizitätskennzahlen *
4.5 Entkopplung der Nachfrage vom Wirtschaftswachstum *
4.5.1 Autonome Energieeffizienz Steigerungen *
4.5.2 Kalibrierung der makroökonomischen Modellkoeffizienten 3
1*39
5 Modellergebnisse einer Fallstudie für Deutschland l
5.1 Charakterisierung der Szenarien und der zugehörigen Annahmen iJ7
5.2 Trendszenario *
5.2.1 Endenergieverbrauch * |
5.2.2 Stromerzeugung ** f
1 AI ^8
5.2.3 Primärenergieverbrauch * ,«
Inhaltsverzeichnis m
5.2.4 Energiebedingte Treibhausgasemissionen 148
5.2.5 Zusammenfassende Darstellung der Trendentwicklung 150
5.3 Szenarien der Treibhausgasminderung 151
5.3.1 Endenergieverbrauch 152
5.3.2 Stromerzeugung , 155
5.3.3 Primärenergieverbrauch 156
5.3.4 Energiebedingte Treibhausgasemissionen 158
5.3.5 Minderungskosten 160
5.4 Berücksichtigung preiselastischer Nachfrageeffekte 163
5.4.1 Energienachfrage 164
5.4.2 Treibhausgasemissionen und Minderungskosten 167
5.5 Berücksichtigung makroökonomischer Wechselwirkungen 168
5.5.1 Wirtschaftsentwicklung 169
5.5.2 Nachfrageentwicklung und Energieverbrauch 170
5.5.3 Treibhausgasemissionen und Minderungskosten 173
5.5.4 Sensitivitätsanalyse für Importenergiepreise 174
5.6 Vergleichende Betrachtung der modelltechnischen Erweiterungen ,. 175
6 Schlußbetrachtung 181
Literaturverzeichnis 187
Anhang A: Annahmen zur Preis und Nachfrageentwicklung 199
Anhang B: Ergebnistabellen zu den Szenariorechnungen.. 201
Abbildungsverzeichnis V
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 2 1: Kennzahlen der energiewirtschaftlichen Entwicklung in den alten
Bundesländern und in Deutschland 15
Abbildung 2 2: Entwicklung des Endenergieverbrauchs nach Energieträgem in
Deutschland 16
Abbildung 2 3: Entwicklung des Endenergieverbrauchs nach Sektoren in Deutschland 17
Abbildung 2 4: Entwicklung des Primärenergieverbrauches in Deutschland 20
Abbildung 2 5: Entwicklung der direkten CCh Äquivalentemissionen in Deutschland 21
Abbildung 2 6: Entwicklung der CO2 Emissionen nach Regionen in Deutschland 22
Abbildung 2 7: Entwicklung der CC^ Emissionen nach Sektoren in Deutschland 24
Abbildung 3 1: Einordnung bestehender Modellansätze der Energiewirtschaft 42
Abbildung 3 2: Netzwerkstruktur in einem prozeßtechnischen Energiesystemmodell 48
Abbildung 3 3: Gleichgewichtszustände in einem linearen Energiesystemmodell mit
starrer und preisinduzierter Energienachrrage 52
Abbildung 3 4: Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage in einem
prozeßtechnischen partiellen Gleichgewichtsansatz 63
Abbildung 3 5: CobWeb Algorithmus zur Bestimmung des partiellen
Marktgleichgewichts 69
Abbildung 3 6: Gleichgewichtszustände in einem linearen Energiesystemmodell mit
linearisierter preiselastischer Nachfrage 72
Abbildung 3 7: Struktur der geschachtelten Produktionsfunktion der
makroökonomischen Modellkomponente 81
Abbildung 3 8: Kopplung einer prozeßtechnischen mit einer makroökonomischen
Modellkomponente in einem Allgemeinen Gleichgewichtsansatz für
die Energiewirtschaft {E^Macrö) 87
Abbildung 3 9: Nichtlineares Optimierungsproblem mit nichtlinearer Zielfunktion
sowie nichtlinearen und linearen Nebenbedingungen als
Minimierungsaufgabe 91
Abbildung 4 1: Darstellung der datentechnischen Eingangsgrößen in einem
Modellsystem 107
Abbildung 4 2: Annahmen zur Entwicklung wesentlicher Nachfragegrößen in
Deutschland bis zum Jahr 2030 111
Abbildung 4 3: Projektionen der Importpreise wichtiger Energieträger in Deutschland
bis zum Jahr 2030 112
VI Abbildungsverzeichnis 9
Abbildung 4 4: Entwicklung der Nutzenergiekennzahlen des Gebäudebestandes in den a
alten Bundesländern 118 m
Abbildung 4 5: Einsparpotential und investive Mehrkosten der Wärmedämmung für jl
Ein und Mehrfamilienhäuser beispielhaft für die alten Bundesländern M
im Jahr 2020 120 1
Abbildung 4 6: Gesamtes Einsparpotential und Lost Potentials für Maßnahmen an der I
Gebäudehülle der Altbauten in Deutschland bis zum Jahr 2030 121 j
Abbildung 4 7: Effizienzverbesserungen ausgewählter Haushaltsgeräte 123
Abbildung 4 8: Kosten Potentialkurve der Stromeinsparung für die
Stromanwendungen der privaten Haushalte für die Jahre 2010,2020
und 2030 125 I
Abbildung 4 9: Entkopplung der Nachfrage vom Wirtschaftswachstum am Beispiel I
der Raumwärme im Haushaltssektor in Deutschland 132 I
Abbildung 5 1: Entwicklung der Endenergie nach Sektoren in Deutschland für das jl
Trendszenario ...143 »
Abbildung 5 2: Entwicklung der Endenergienachfrage nach Energieträgern in }
Deutschland für das Trendszenario _.— —.M5
Abbildung 5 3: Entwicklung der Nettostromerzeugung nach Energieträgern in I
Deutschland für das Trendszenario }
Abbildung 5 4: Entwicklung des Primärenergieverbrauches nach Energieträgern in {
1 AR
Deutschland für das Trendszenario Abbildung 5 5: Entwicklung der energiebedingten CO2 Äquivalentemissionen nach
Sektoren in Deutschland für das Trendszenario Abbildung 5 6: Jährliche Veränderung wesentlicher Einflußgrößen bis zum Jahr 2030
für das Trendszenario Abbildung 5 7: Endenergieverbrauch nach Sektoren in Deutschland im
153
Szenariovergleich Abbildung 5 8: Endenergieverbrauch nach Energieträgern in Deutschland im
154
Szenariovergleich Abbildung 5 9: Entwicklung der Nettostromerzeugung in Deutschland im
155
Szenariovergleich Abbildung 5 10: Primärenergieverbrauch nach Energieträgern in Deutschland im
Szenariovergleich * Abbildung 5 11: Energiebedingte CÖrÄquivatentemtoioneii nach Sektoren in j
Deutschland im Szenariovergleich » n
AbbilÄmgsverzrichms VI
Abbildung 5 12: Kumulierte Zusatekosten für eine Minderung der energiebedingten
Treibhausgase in Deutschland bis zum Jahr 2030 im Szenariovwgleäch.. 161
Abbildung S 13: Veränderung des Endeaergieverbfmiehes in den Mindentrtg*sz«narien
des preteeksäschen Mödellaasarxes mit hoben und niedrigen
Hastizitätetennzahfcn gegcaüter einer preisunela tischcn
Entwicklung in den Jutoen 2010 und 20M , 165
Abbildung 5 14: Veränderung der margiBaleo Trejbhamgas Mnderuag kotten flär den
preiselastischen Modellansatz mit hoben und niedrigen
Hagüätstrisennzahlen gegenüber ein« radsunelastischen
Entwicklung im SaaMttiovergJeidj der Jahre 2010 bis 2030 168
Abbildung 5 15: Vettnderuog des kumuEerten BirtJoänteidsproduktts bis zum 3
2030 gegenüber dem Trendszeaario im Szenariovergkäch 170
Abbildung 5 16: Veränderung des Jändenetgieverbtaaches im All^meinen
Oleichgewichtsamsatz gegenüber dem linearen PmtiaJansatz der
Enei^jesystenHnodeHe im Szenarioveigldch 171
Tabellenverzeichnis K
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2 1: Treibhausgasminderungsziele der Europäischen Union bezogen auf das
Emissionsniveau im Jahr 1990 11
Tabelle 4 1: Annahmen zur Wiitschaftsentwicklung in Deutschland .109
Tabelle 4 2: Annahmen zur Entwicklung der Bevölkerung in Deutschland 109
Tabelle 4 3: Annahmen zur Entwicklung der Wohnungen in Deutschland 110
Tabelle 4 4: Spezifikation der im Modell abgebildeten Wärmeerzeuger 115
Tabelle 4 5: Annahmen zu den Verbesserungen der geratebezogenen
Stromverbräuche von Neugeraten im Zeitraum von 1995 bis 2030 124
Tabelle 4 6: Ausgewählte Abschätzungen langfristiger Preiselastizitäten im
Energiesektor in den USA 127
Tabelle 4 7: Modellparameter für die kurzfristigen Preiselastizitäten der jeweiligen
Nachfragekategorien in Deutschland 130
Tabelle 5 1: Energiepolitische Annahmen zur Kohlepolitik und Kernenergie in
Deutschland 141
Tabelle 5 2: Reduktionsziele für die energiebedingten Treibhausgasemissionen in
Deutschland in den Minderungsszenarien 141
Tabelle 5 3: Charakterisierung der Szenarien entsprechend energie und
umweltpolitischer Vorgaben 142
Tabelle 5 4: Verringerung der energiebedingten Treibhausgas und CCh Emissionen
im Trendszenario 149
Tabelle 5 5: Entwicklung der energiebedingten COz Emissionen und Verringerung
gegenüber dem Emissionsniveau des Jahres 1990 in den
Minderungsszenarien 159
Tabelle 5 6: Entwicklung der marginalen Treibhausgas Minderungskosten für die
Zielerreichung der energiebedingten Treibhausgasemissionen in den
Minderungsszenarien 162
Tabelle 5 7: Vergleich der marginalen Treibhausgas Minderungskosten für die
Zielerreichung der energiebedingten Treibhausgasemissionen in den
Minderungsszenarien mit und ohne Berücksichtigung der
makroökonomischen Rückwirkungen 173
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Inhaltsverzeichnis
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Bibliotheksmagazin
| Signatur: |
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| Exemplar 1 | Ausleihbar Am Standort |