Modellgestützte Analyse kosteneffizienter CO$_{2}$-Reduktionsstrategien

Jülich / Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag (2020) [Buch, Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (XIV, 269 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

Die Klimaziele der Bundesregierung sehen eine Reduktion der Treibhausgasemissionen Deutschlands um 80-95% bis zum Jahr 2050, gegenüber 1990, vor. Wie diese Ziele allerdings erreicht werden sollen, ist Gegenstand der aktuellen öffentlichen Diskussion. Die potenziellen Maßnahmen zur Umsetzung dieses Vorhabens sind vielseitig und komplex. Neben einem massiven Ausbau erneuerbarer Energien stehen ebenfalls alternative Antriebstechnologien im Verkehrssektor und Energieeffizienzmaßnahmen im Industrie- und Gebäudesektor als Optionen zur Verfügung. Der Einsatz dieser Technologien steht jedoch für einen disruptiven Wandel des derzeitigen Energiesystems. Die Rückwirkungen auf andere Bereiche des Systems und die damit einhergehenden Kosten sind nur schwer abzuschätzen. Aus diesem Grund verfolgt diese Arbeit das Ziel, ein Energiesystemmodell zu entwickeln, welches in der Lage ist, solche technischen Zusammenhänge und resultierenden Kosten zu ermitteln. Auf diese Weise bietet es eine Entscheidungsgrundlage zur Planung kosteneffizienter CO2-Reduktionsstrategien. Bei dem entwickelten Modell handelt es sich um ein Optimierungsmodell zur Minimierung der Gesamtsystemkosten des Energiesystems unter Einbeziehung der CO2-Emissionen aller Sektoren. Es zeichnet sich durch neuentwickelte methodische Ansätze zur Reduktion der Berechnungsdauer mittels Zeitreihenaggregation, der Erhöhung des erfassten Detailgrads und der Berücksichtigung von Kostenunsicherheiten aus. Somit kann ein konsistentes, sektorenübergreifendes, technologieoffenes, normatives Energieszenario für Deutschland generiert werden. Die Ergebnisse weisen eine komplexe Transformation des Energiesystems in allen Sektoren auf. Insgesamt zeigt sich, dass die CO2-Reduktion im Industriesektor mit den höchsten spezifischen Vermeidungskosten verbunden ist. Der Industriesektor ist entsprechend für 43-72% der verbleibenden CO2-Emissionen im Jahr 2050 verantwortlich. Diese verbleibenden Emissionen sind, trotz weitreichender Energieeffizienzmaßnahmen in allen Sektoren und einer deutlichen Reduktion des Endenergieverbrauchs um 33-36%, zu erwarten. Systemübergreifend stellen sich zur Umsetzung des 80%-Reduktionsziels jährliche Mehrkosten von ca. 49 Mrd. €/a bzw. ca. 128 Mrd. €/a bei der Reduktion um 95% ein. Die kumulierten Gesamtkosten der geplanten Energiewende liegen bis zum Jahr 2050 bei 655 Mrd. € bzw. 1.850 Mrd. €. Im Energiesektor zeigt sich die Bedeutung des Ausbaus der erneuerbaren Energien. Zur Einhaltung der Klimaziele ist eine installierte Leistung von bis zu 296 GW im 80%-Reduktionsszenario und auf bis zu 471 GW im 95%-Reduktionsszenario erforderlich. Gleichzeitig ist mit einem Anstieg des Nettostromverbrauchs um bis zu 46-102% gegenüber heute zu rechnen, insbesondere aufgrund der Sektorenkopplung. Dies ist vor allem auf PtX-Maßnahmen (Power-to-Heat, Power-to-H2 und E-Mobilität) mit einem zukünftigen Strombedarf von bis zu 307-538 TWh/a zurückzuführen. Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit bei einer Emissionsreduktion um 95% muss zudem mit internationalen Importen erneuerbarer Energieträger von bis zu 364 TWh/a geplant werden.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Lopion, Peter Marco

Gutachterinnen und Gutachter

Stolten, Detlef
Pitz-Paal, Robert

Identifikationsnummern

  • ISBN: 978-3-95806-493-5
  • REPORT NUMBER: RWTH-2020-08352

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