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Die Energiewende in Deutschland aus wirtschaftstheoretischer Sicht

Diplomarbeit 2012 71 Seiten

VWL - Umweltökonomie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

1. Einleitung

2. Zielkonflikte und Handlungsfelder einer zukunftsfähigen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

3. Netzmonopole als „Flaschenhals“ für eine erfolgreiche Energiepolitik

4. Das CO2-Problem: Inakzeptable Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft durch fossile Energieträger

5. „Auslaufmodell Kohlekraftwerk“ oder die Reduzierung der brisanten Importabhängigkeit von knappen Ressourcen

6. Begünstigung der Erneuerbaren – ein Fass ohne Boden?

7. Fazit

Literaturverzeichnis

Anhang / Verwendete Gesetze

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1: Das deutsche Stromnetz

Abbildung 2: Zirkuläre Stromflüsse

Abbildung 3: Regelzonen

Abbildung 4: Konzentrationen der Treibhausgase von 0 bis 2005

Tabelle 1: Externe Kosten unterschiedlicher Stromerzeugungs-systeme in ausgewählten Studien

1. Einleitung

Die Bedeutung einer wirtschaftlichen Energieversorgung ist enorm und die Gesellschaft hat sich daran gewöhnt, dass die Elektrizitätssysteme reibungslos im Hintergrund laufen. Indes erfüllt die gegenwärtige Strom-erzeugung nicht annähernd die Mindestanforderungen einer nachhaltigen Entwicklung. So gehen seit der Industrialisierung wertvolle und erschöpf-bare Rohstoffe von klimaschädlichen Primärenergieträgern wie Erdöl, Erdgas, Kohle oder Kernbrennstoffe wie Uran und Plutonium durch Verbrennung in Energie unwiederbringlich verloren und deren Import könnte sich für Deutschland langfristig als kritisch erweisen.[1] Die fossilen Brennstoffe können zwar effizient genutzt werden, jedoch muss ihre Nutzung deshalb nicht nachhaltig sein. Ihre Verbrennung verschmutzt die Umwelt und verstärkt den Treibhauseffekt und die damit verbundene Erder-wärmung. Auch Gewinnung und Transport hinterlassen erhebliche Umweltbelastungen: z. B. Landschaftszerstörung, Schäden aus havarierten Tankern oder vergiftete Pflanzen und Tiere. Daneben weisen Elektrizitätsnetzinfrastrukturen netzspezifische Besonderheiten auf. Im Zusammenhang mit leitungsgebundenen Sekundärenergieträgern wie der Elektrizität bzw. dem Netzbetrieb, spricht man von natürlichen Monopolen und einer nicht wettbewerbstauglichen Wertschöpfungsstufe.[2] Der Energiemarkt unterscheidet sich kurz gesagt erheblich von gewöhnlichen Produktmärkten bzw. dem Idealbild eines Marktes. Hinsichtlich dieser exemplarisch aufgeführten Herausforderungen betreibt der Staat Energiepolitik, häufig aus Gründen der Theorie des Marktversagens.[3]

Unter dem Schlagwort Energiewende hat Deutschland den Schritt in das Zeitalter der erneuerbaren Energien und deren raschen Ausbau (vor allem zur Stromproduktion) beschlossen, um mit Hilfe von Sonne, Wind, Gezeiten und Wasserkraft ambitionierte Klimaziele zu erreichen und Nachhaltigkeitsdefiziten entgegen zu wirken. Bei allen Anstrengungen zum Klimaschutz dürfen andere Ziele aber nicht aus den Augen geraten: Klimaschutzpolitik sollte auch kosteneffizient umgesetzt werden.[4] Doch gerade die Kosten der Förderung der erneuerbaren Energien werden in der öffentlichen Debatte immer wieder angeprangert.[5]

Kernziel der Arbeit ist es, im Spannungsfeld aus Versorgungssicherheit, Umweltverträglichkeit, Wettbewerb und Wirtschaftlichkeitsgebot eine Einschätzung zu geben, ob der Ausbau der erneuerbaren Energien mittels wirtschaftspolitischer Interventionen ökonomisch sinnvoll und gesamtwirtschaftlich lohnend ist. Für die Beurteilung und die Begründung von Energiepolitik mit dem Schwerpunkt Erneuerbare Energien benötigt man Kriterien, beispielsweise die Auswirkungen unterschiedlicher Technologien auf das Klima und die Umwelt sowie deren Grad der Versorgungssicherheit oder die Ausgestaltung ökonomischer Rahmenbedingungen. Dazu werden in Kapitel 3 - 6 die passenden Erklärungen und Begriffe aus den volkswirtschaftlichen Nachbardisziplinen Preis- und Markttheorie, Netzwerkökonomie, Umwelt- und Ressourcenökonomie sowie der Theorie des Marktversagens herangezogen, die sich thematisch teilweise überschneiden.

Kapitel 2 widmet sich der Frage, mit welchen energiepolitischen Zielen versucht wird, die Märkte zu beeinflussen. Es werden die grundlegenden normativen und zum Teil konträren Ziele für eine nachhaltige Energieversorgung verdeutlicht. Um die (in den Kapiteln 3 - 6) vorgestellten Aspekte wie Umweltschutz, niedrige Preise oder Importabhängigkeit im Schluss-kapitel beurteilen zu können, wird in Kapitel 2 auch eine Handlungsempfehlung mit absteigenden Prioritäten vorgestellt. Des Weiteren wird das Thema Erneuerbare Energien in das Gesamtkonzept Energiewende eingeordnet und abgegrenzt, da unter diese Strategie auch Handlungsfelder wie Gebäudesanierung oder neue Speichertechnologien fallen.

Kapitel 3 befasst sich mit der Notwendigkeit besonderer Marktregelungen für die leitungsgebundene Energiewirtschaft und liefert einen kurzen Abriss über das komplexe System der Elektrizitätsnetze. Damit sollen die wesentlichen Unterschiede des Gutes Strom – genauer gesagt der Über-tragungs- und Verteilernetze – zu anderen Netzen (z. B. Eisenbahn) sowie anderen vor- und nachgelagerten Produktionsstufen (z. B. Erzeugung) verdeutlicht werden. Dargestellt wird u. a. die monopolartige Struktur der Netze. Hier liegen regelmäßig Bottleneck-Situationen[6] vor, sowohl im Sinne von monopolistischer Marktmacht als auch im Sinne von Versorgungsengpässen. Echter Wettbewerb ist – das gilt in diesem Zusammenhang auch für die Anbieter von „grünem Strom“ – nur möglich, wenn Dritte Zugang zu den Netzen erhalten. Zusammenfassend soll verdeutlicht werden, dass das Stromnetz das Rückgrat der Energieversorgung bildet und welche Relevanz der Netzausbau für die Einbindung von erneuerbaren Energien wie Offshore-Windenergie an lastfernen Standorten hat.

In Kapitel 4 werden die Hintergründe dargelegt, weshalb sich die Gesellschaft in einer ernst zu nehmenden Klimakrise befindet. Zudem wird die Verbindung zum Energiesektor hergestellt, der für rd. 50 Prozent des klimaschädlichen CO2-Ausstoßes verantwortlich ist.[7] Die Umweltökonomie deutet solche Umweltprobleme als Problem negativer externer Effekte. In diesem Zusammenhang werden die Begriffe Marktversagen und Internalisierung behandelt. Davon ausgehend, dass die Erzeugung von Energie zu lokalen und globalen Umweltschäden führt, werden die Ergebnisse von wissenschaftlichen Studien vorgestellt. Die Betrachtung soll darlegen, dass sich die Wettbewerbssituation zwischen grund-verschiedenen Kraftwerkstypen (Kohle, Gas, Kernenergie, Wind, Solar, etc.) verschieben kann, sofern externe Effekte der Energieerzeugung berücksichtigt werden.

In Kapitel 5 wird der Verbrauch fossiler Ressourcen thematisiert. Es ist zunehmend mit Verknappungstendenzen fossiler Brennstoffe zu rechnen. Dazu werden die Chancen und Probleme erneuerbarer und nachhaltiger Energiesysteme aufgegriffen. Hier soll der Standpunkt diskutiert werden, ob erneuerbare Energien einen Beitrag zur Versorgungssicherheit leisten können.

Kapitel 6 behandelt die Kosten des Ausbaus erneuerbarer Energien für die Gesellschaft sowie die volkswirtschaftlichen Vorteile und geht der Frage nach, ob die Förderung aus gesamtwirtschaftlicher Sicht lohnend ist. Erneuerbare Energien sind i. d. R. noch nicht wettbewerbsfähig und haben ohne staatliche Hilfen geringe Marktchancen.[8] Um am Markt bestehen zu können, erfolgt die Finanzierung der neuen Technologien u. a. über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) durch Überwälzung der Mehrkosten auf die Stromrechnung der Endkunden.[9]

Kapitel 7 schließt mit einem Resümee und einer Antwort auf die zuvor formulierte Zielsetzung der Arbeit.

2. Zielkonflikte und Handlungsfelder einer zukunftsfähigen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

Mittlerweile dürfte der Begriff Energiewende aus Presse und Fernsehen weithin bekannt sein und eine große Popularität genießen. Eine einheitliche wissenschaftliche Definition oder griffige Formulierung, um die Idee und die politischen Absichten des Begriffes kurz und präzise zusammenzufassen, gibt es nicht. Intuitiv werden viele Bürger wahrscheinlich den Begriff mit der Förderung regenerativer Energien und dem Atomausstieg in Verbindung bringen. Das ist grundsätzlich zutreffend. Unter das Gesamtkonzept Energiewende fallen aber auch Strategien und Handlungsfelder wie energetische Gebäudesanierung und energieeffizienter Neubau, neue Speichertechnologien und Energieforschungsprogramme für Innovationen, Verbesserungen der Energieeffizienz bei Umwandlungs- und Verarbeitungsprozessen, z. B. von Roh- zu Heizöl oder Umwandlung von End- in Nutzenergie, Ausbau der Stromnetze, Einsatz „intelligenter“ Stromnetze bzw. Zähler, auch Smart Grid bzw. Smart Meter genannt, Investitionen in neue klimafreundliche fossile Kraftwerke, Konzepte zur Elektromobilität oder Repowering.[10] Zur Deckung des Energiebedarfs stehen generell zwei große Gruppen von Energieträgern zur Verfügung. Erstens: Nicht erneuerbare fossile Brennstoffe wie Erdöl, Erdgas und Kohle sowie Kernbrenn-stoffe wie Plutonium und Uran gehen bei fortwährender Nutzung zur Neige. Zweitens: Regenerative oder erneuerbare Energien wie Sonne, Wind, Gezeiten und Wasserkraft „erneuern“ sich ohne unser Zutun von selbst.[11] Die Arbeit konzentriert sich auf den Umbau der Energieversorgung durch die Integration von erneuerbaren Energien und den Ausbau der Strom-netze. Im Verlauf der Arbeit wird mehrfach Bezug auf den Ausbau von Offshore-Windparks in der Nord- und Ostsee und die konventionelle Nutzung von fossilen Brennstoffen genommen. Die Themenstellung wird somit bewusst eingegrenzt, da bei weitem nicht alle Aspekte der Energiewende abgedeckt werden können.

Die Bereitstellung der täglichen Energieversorgung für die Bürger und die Industrie ist eine elementare und unentbehrliche Leistung.[12] Das politisch leitende Prinzip für diese Anforderung kann prägnant formuliert werden: Eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung.[13] Die Rede ist auch vom magischen Dreieck energiepolitischer Ziele[14]. Die Zielbeziehung kann zum besseren Verständnis durch Synonyme und Unterziele an dieser Stelle ergänzt werden: Versorgungssicherheit, effiziente Energienutzung, niedrige und stabile Strompreise, Wettbewerbsfähigkeit, Umweltverträglichkeit, Erfolge im Klimaschutz oder Einhaltung von Belastungsgrenzen. Gewiss variieren die Formulierungen der politischen Zielsetzung, dennoch sind die grundlegenden normativen Ziele jedes für sich nicht strittig. Ein ökonomisches Dilemma ergibt sich erst durch die Wechselbeziehungen der konkurrierenden Einzelziele. Die Erreichung eines Ziels kann für die Erreichung eines anderen Ziels hinderlich, förderlich oder gleichgültig sein.[15] Bei zwei alternativ verbundenen aber sich gegenseitig ausschließenden Lösungen müssen sog. trade-offs[16] bewältigt werden, z. B. wechselseitige Abhängigkeiten von Produktionskosten und Umweltqualität. Zugunsten niedriger Strompreise nimmt man Umweltrisiken in Kauf bzw. drückende Umweltprobleme und deren Vermeidung belasten die Strompreisentwicklung. Gravierende Umweltschutzauflagen beeinträchtigen die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie mit der Folge von Produktions-verlagerungen in das Ausland. Verhältnismäßig geringe Ressourcenpreise vermitteln eventuell fehlerhafte Knappheitssignale und so fort. Die Interdependenzen zwischen den energiepolitischen Zielen stellen hohe, vielleicht sogar unerreichbare Anforderungen an Volkswirtschaften, wenn deren Umsetzung synchron und gleichrangig angestrebt wird.

Statt einer ausführlichen Zieldiskussion wird hier eine von vielen praktischen Handlungsanweisungen mit vier absteigenden Prioritäten vorgestellt. Diese Regel oder Prioritätenliste kann verwendet werden, um einerseits den o. g. Zielkonflikt aufzulösen und um andererseits Indikatoren für eine zukunftsfähige Energieversorgung abzuleiten.[17] Die Handlungsregel nach Droste-Franke, B. et al. (2012)[18] wird nachfolgend verkürzt wiedergegeben:

- Priority 1. Protection from unacceptable damage through compliance with critical limits of load.
- Priority 2. Preservation of the total value of produced and natural capital.
- Priority 3. Maximising intertemporal welfare.
- Priority 4. Just distribution of basics at present.

Dieser (energiepolitische) Forderungskatalog beginnt mit dem Appell, die Umwelt vor inakzeptablen Schäden zu schützen. Zweite Priorität ist die Erhaltung des Gesamtwertes des produzierten und natürlichen Kapitals. Unter Einhaltung der ersten zwei Prioritäten soll drittens die gesamte Wohlfahrt derzeitiger und zukünftiger Generationen maximiert werden. Viertens soll eine gerechte Verteilung der Grundlagen in der Gegenwart gewährleistet werden.[19] Die Hierarchie wird verwendet, um Indikatoren einer zukunftsfähigen Energieversorgung zu charakterisieren und um abschließend die Integration von erneuerbaren Energien beurteilen zu können. Unterschiedliche Akteure haben durchaus abweichende Sichtweisen auf Probleme und Herausforderungen – und diese (willkürlich ausgewählte) Regel ist gewiss interpretationsfähig und angreifbar. Auf offene Fragen dieser Handlungsanweisungen muss hier aber nicht näher eingegangen werden, dennoch soll erklärt werden, worin der Charme dieser Dringlichkeitshierarchie (aus Sicht des Autors) liegt.

Die erste Priorität umschreibt das Konzept der kritischen Nachhaltigkeit. Bereiche, in denen eine kritische Belastung auftreten kann, sind der globale Klimawandel, die Auflösung der Ozonschicht oder die Verschmutzung ganzer Ökosysteme.[20] Damit wird ein qualitativer Aspekt des Umwelt- und Ressourcenrechts bzw. eine nicht-materielle Ebene des Wohlstands erfasst. Die Einhaltung von lebenserhaltenden Grenzen des Naturkapitals muss gewährleistet bleiben, um wahrscheinliche, aber nicht mit absoluter Sicherheit eintretende, inakzeptable oder irreversible Zerstörungen zu ver-hindern.[21] Das Prinzip der nachhaltigen Entwicklung umschreibt allgemein eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht und dabei die Möglichkeiten zukünftiger Generationen nicht einschränkt.[22] Wesentliche Impulsgeber für den „beispiellosen Siegeszug“[23] des Nach-haltigkeitsbegriffs auf internationaler Ebene war u. a. der Founex Report (1971) und speziell der Bericht Our Common Future (1987), auch als Brundtland-Report bekannt. Letzterer gab auch den Anstoß zum Erdgipfel von Rio de Janeiro (1992), womit die Nachhaltigkeitsidee zu einem Leitprinzip der Staatengemeinschaft und der Politik aufsteigen sollte.[24] Die explizite Formulierung einer nachhaltigen Entwicklung der Energie- versorgung findet sich inzwischen in Gesetzestexten, z. B. in § 1 EEG, siehe Anhang. Dieser Sachverhalt kann als ungewöhnlich bezeichnet werden, denn trotz der Popularität des Nachhaltigkeitsgedankens gibt es eine Unzahl von heterogenen Auslegungen der Idee bzw. des Begriffes „sustainable development“. Wenn im Folgenden die Begriffe Nachhaltigkeit oder nachhaltige Entwicklung verwendet werden, dann soll damit das ursprüngliche Motiv der Nachhaltigkeitsbestrebung unterstrichen werden – die Sorge um das Wohlergehen zukünftiger Generationen im Sinne einer intergenerativen Gerechtigkeit.[25] Der Beitrag der Ökonomie liegt darin, ein messbares Konzept aus der Nachhaltigkeitsidee zu entwickeln.[26]

Die zweite Priorität fordert den Erhalt des Gesamtwertes des adäquat bewerteten produzierten und natürlichen Kapitals. Das Konzept der Addition von Kapitalarten ist unter dem Begriff der schwachen Nachhaltigkeit bekannt. Die Saldierung von Bestandsveränderungen ist zulässig, sofern der gesamte Kapitalstock im Zeitablauf nicht sinkt.[27] Um Allokationen in der Volkswirtschaftslehre wertend miteinander vergleichen zu können, benötigt man ein Bewertungskriterium. Effizienz und Gerechtigkeit sind zwei wesentliche Kriterien, die hier in der dritten und vierten Priorität zum Ausdruck kommen. Effizienz kann über das Pareto-Kriterium definiert werden, welches wiederum eng mit dem traditionellen Leitbild der Wohlfahrtsmaximierung verbunden ist und im Vergleich zu den ersten beiden Prioritäten die wirtschaftstheoretische Literatur dominiert.[28] Für Gerechtigkeit gibt es verschiedene Konzepte. John Rawls (1921-2002) hat mit seinem Werk A Theory of Justice eine Wiederbelebung der Gerechtigkeitsdebatte in der Wissenschaft ausgelöst. Seit dem Erscheinen seines Hauptwerkes wird wieder über Regeln einer gerechten Verteilung sozialer Güter und Lasten gestritten.[29] Dennoch fällt das Gebiet der normativen Wertung eher in den Bereich der Philosophie. Die Forderung nach Maximierung einer generationsübergreifenden Wohlfahrtsfunktion beansprucht sozusagen den dritten Platz der Dringlichkeitspyramide vor dem Anspruch nach einer gerechten Verteilung der Grundlagen.

In der politischen Debatte mag die Forderung nach einer nachhaltigen Energieversorgung im Vordergrund stehen, aus ökonomischer Sicht geht es aber um die Korrektur des Marktversagens auf den Energiemärkten.[30] Der Charme bzw. die Stärke der vorgestellten Dringlichkeitshierarchie liegt darin, dass sie es erlaubt, qualitative Aspekte und inakzeptable Risiken zu integrieren, da ein rein quantitativer Ansatz teils gravierende Schwächen (beispielsweise monetäre Bewertung von Umweltschäden, Unsicherheitsfaktoren, zeitliche Verschiebungen) enthält. Die erste und zweite Priorität sind in diesem Zusammenhang außerordentlich weitreichend, da nicht alle relevanten Aspekte der Energieversorgung in monetären Größen gemessen werden können. Das Vorrangprinzip der kritischen Nachhaltigkeit als übergeordnete Forderung ist damit geeignet, gesellschaftliche Widerstände zu provozieren und den wirtschaftlichen Prozess zu begrenzen, der unter anderen Umständen aus der klassischen Wohlfahrtsfunktion sowie den Präferenzen der Bürger abgeleitet werden könnte.[31]

3. Netzmonopole als „Flaschenhals“ für eine erfolgreiche Energiepolitik

Netzwerke bzw. Netze sind komplexe Systeme und die sog. Netzwerk-ökonomie ist eine junge Disziplin der Mikroökonomie, der zunehmend Beachtung geschenkt wird.[32] Die Fachrichtung beschreibt spezielle Märkte und Netzgüter, die sich aufgrund besonderer Eigenschaften von „normalen Standardmärkten“ unterscheiden. Die Konsumentennachfrage hängt auf Netzwerkmärkten nicht mehr allein vom Preis ab. Faktoren wie Kompatibilität und Komplementarität von Gütern, Größe des Netzes, Kosten eines Netzwechsels, Netzwerkexternalitäten oder Skaleneffekte bei der Produktion bekommen eine besondere Bedeutung in der Netzwerkökonomie. Zur Illustration kann der Markt für Telekommunikation genannt werden. Je mehr Individuen einem Telefonnetz beitreten, desto größer wird der Nutzen für alle. Neue Netzteilnehmer generieren einen zusätzlichen Wert, da die Interaktionsmöglichkeit steigt. Wiederum ist ein einzelnes Telefon ohne Netz bzw. ohne Netzteilnehmer belanglos.[33] In der Ökonomie werden dabei die Begriffe Netzwerkeffekt[34] oder Netzexternalität[35] verwendet, wobei positive und negative Effekte zu unterscheiden sind. Von einem externen Effekt oder von einer Externalität ist die Rede, wenn die ökonomischen Aktivitäten eines Wirtschaftssubjektes andere Marktteilnehmer beeinflussen, ohne dass dafür eine (monetäre) Kompensation getätigt wird.[36] Neben imaginären Netzen[37] gibt es selbstredend auch reale Netze wie das deutsche Stromnetz. Dabei handelt es sich um ein leitungs- oder streckengebundenes Netzwerk[38] zur Übertragung des elektrischen Stroms vom Kraftwerk zum Verbraucher über Freileitungen oder Erdkabel bei verschiedenen Spannungen. Der Begriff „Leitungsgebundenheit“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Einrichtung unabdingbar ist, um den Kunden mit Strom zu versorgen.[39] Es ist also kein Substitut verfügbar.

Abbildung 1: Das deutsche Stromnetz

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle : BMWi (2012), S. 17.

In Abbildung 1 wird die Struktur des deutschen Stromnetzes vereinfacht abgebildet. Das Übertragungsnetz (220 kV oder 380 kV) mit einer Länge von rd. 35.000 km transportiert den Strom landesweit zu den Verbraucherschwerpunkten. Die Verteilernetze sind unterteilt in Hochspannung (60 kV bis 110 kV, Länge ca. 80.000 km), Mittelspannung (6 kV bis 30 kV, Länge ca. 500.000 km) sowie Niederspannung (230 V oder 400 V, Länge ca. 1.100.000 km).[40] Elektrizität wird dabei am wirtschaftlichsten bei hohen Spannungen über große Entfernungen geleitet.[41] Kraftwerke und andere Anlagen stehen dabei in einem weitverzweigten Überlandnetz in Verbindung und arbeiten in einem Verbund. Der technische Zusammenschluss hat Vorteile, z. B. eine gleichmäßige Verteilung der abgenommenen Leistung und eine höhere Versorgungssicherheit bei Ausfall eines Kraftwerks. Diese Verbund- oder Größenvorteile sind ein Beispiel für eine Netzwerk-externalität und stellen einen positiven externen Effekt dar.[42]

Zunächst soll verdeutlicht werden, weshalb in streckengebundenen Netzen eine Reihe interessanter (ökonomischer) Probleme auftreten und warum sich das Elektrizitätsnetz grundsätzlich anders verhält als Autobahnen, Eisenbahnlinien oder Transportleitungen für den Energieträger Gas. Das Gut Strom bzw. das Netz ist durch eine Reihe physikalischer Gesetze gekennzeichnet. Elektrizität verteilt sich im gesamten Netz nach den Kirchhoffschen Gesetzen. Bildlich gesprochen fließt ein Liter Wasser (vom Erzeuger) irgendwo in einen See hinein und irgendwo wird ein Liter Wasser (vom Verbraucher) wieder entnommen, ohne dass der genaue Weg ermittelt werden kann. Danach ist die Summe aller zufließenden Ströme gleich der Summe aller abfließenden Ströme sowie in jedem geschlossenen Stromkreis ist die Summe der erzeugten Spannung (Einspeisung) gleich der Summe der abgenommen Spannung (Ausspeisung).[43] Die Erklärung des physikalischen Phänomens soll anhand von Abbildung 2 dargestellt werden, abgebildet sind je drei Knotenpunkte und Leitungen. Im Kontenpunkt 1 können 600 MW (oder mehr) eingespeist und am Entnahmepunkt 3 abgenommen werden, Ein- und Ausspeisung müssen sich aber jederzeit entsprechen. Annahmegemäß gibt es für die Leitung z1,2 eine Kapazitätsbeschränkung von 200 MW, zudem sei die Strecke z1,2 + z2,3 doppelt so lang, wie der direkte Weg zwischen Ein- und Ausspeisung (z1,3), deren Übertragungskapazität unbegrenzt sei.[44]

Abbildung 2: Zirkuläre Stromflüsse

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Knieps, G. (2007), S. 71.

Die Ströme verteilen sich wie oben angedeutet nach den Kirchhoffschen Gesetzen. Ein Transport auf kürzestem Weg zwischen einem konkreten Einspeise- und einem Ausspeiseknoten innerhalb des Netzes ist nicht möglich. Der Strom fließt im Unterschied zum Verkehrs- oder Schienennetz oder dem Telekommunikationsnetz nicht auf vorgegebenen Wegen. Der Strom sucht sich vielmehr den Weg des geringsten Widerstandes durch das gesamte Netz.[45] Da die Strecke über den Kontenpunkt 2 doppelt so lang ist wie der direkte Weg, teilen sich die Ströme im Verhältnis 1:2 auf, d. h. 200 MW werden auf der Strecke z1,2 + z2,3 und 400 MW auf dem direkten Weg transportiert. Bei diesem einfachen Zahlenbeispiel stimmt die Summe von Ein- und Ausspeisung überein. Sollte sich die Nachfrage am Knotenpunkt 3 aber auf 1.200 MW verdoppeln, so ist es nicht möglich, die Leistung am Knoten 1 einfach zu erhöhen – auch wenn dieses technisch realisierbar wäre. Bei einer Erzeugerkapazität von 1.200 MW teilen sich die Ströme im Verhältnis 1:2 bzw. 400:800 MW auf. Aufgrund der Kapazitätsbeschränkung von 200 MW zwischen Knoten 1 und 2 ist aber das Kirchhoffsche Gesetz verletzt. Eine Entnahme der nachgefragten Menge von 1.200 MW am Verbraucherknoten 3 ist nicht möglich, auch wenn keine Knappheit auf der direkten Strecke z1,3 vorliegt, da annahmegemäß die Kapazität dieser Strecke unbegrenzt sei. Da die alleinige Einspeisung am Knoten 1 physikalisch nicht möglich ist, liegt zunächst ein Versorgungsengpass vor. Die gewünschte Ausspeisung von 1.200 MW am Knoten 3 kann (ohne Netzausbau) nur realisiert werden, wenn auch im zweiten Knoten zusätzlicher Strom eingespeist wird.[46] Also wird durch den Engpass an einer Stelle des Netzes das umliegende Netz direkt beeinflusst.

Das Umwegverhalten nach den Kirchhoffschen Gesetzen ist u. a. von den Übertragungskapazitäten und Widerständen der verschiedenen Leitungen abhängig, aber natürlich auch von den Ein- und Ausspeise-plänen sämtlicher Knoten innerhalb des Netzes, also den Stromversorgern und Konsumenten. Aus allokativer Sicht ist hervorzuheben, dass die Einspeisung (z. B. durch Offshore-Windparks) oder die Entnahme elektrischer Energie an einem Punkt des Netzes dazu führt, dass die Möglichkeiten Dritter (z. B. konventionelle Kraftwerkserzeuger), an anderen Stellen des Netzes Strom einzuspeisen oder zu entnehmen, tangiert wird.[47] In diesem Zusammenhang kann man von System- oder Netzexternalitäten sprechen und versuchen, dieses Phänomen von Knappheit und Interdependenzen mit Opportunitätskosten der Netzinanspruchnahme zu beziffern.[48] Neben dem „Stau- und Umwegproblem“ elektrischer Übertragungsnetze sowie den umschriebenen Externalitäten ist das obige Beispiel mit seinem konstruierten Netzengpass aufgrund knapper Übertragungskapazitäten hilfreich, um den notwendigen Netzausbau zwecks Einbindung des wachsenden Anteils erneuerbarer Energien nachvollziehen zu können. Zur Anbindung von Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee und um den Strom überregional in die Ballungsgebiete transportieren zu können, müssen die Netzbetreiber das Netz erweitern, um Versorgungsengpässe zu vermeiden.[49] Mögliche erzeugerseitige Maßnahmen werden hier nicht betrachtet. Vor der Integration von Regenerativstrom war die Energieversorgung vergleichsweise überschaubar, da Strom gewöhnlich dort erzeugt wurde, wo er verbraucht wurde, so gibt es zahlreiche Kohle- und Kernkraftwerke rund um die großen Ballungsräume in West- und Süddeutschland. Windparks auf offener See stehen damit weit entfernt von den lastintensiven Standorten. Das bedeutet, dass riesige Mengen an Strom über große Distanzen transportiert werden müssen. Zudem muss der dezentral erzeugte Strom (aus vielen „kleinen“ Erneuerbaren-Energien-Anlagen) gewissermaßen erst eingesammelt werden.[50]

Die komplexen Anforderungen an das zukünftige Stromnetz sind in den sog. dena-Netzstudien untersucht worden. Diese berücksichtigen neben den unterschiedlichen Netztypologien die wechselseitigen Abhängigkeiten von Netzausbau, Stromerzeugung und Lastentwicklung.[51] Neben der Verstärkung vorhandener Trassen (z. B. Upgrades von 220 kV- auf 380 kV-Leitungen) besteht ein Ausbaubedarf im deutschen Übertragungsnetz von rd. 850 km bis 2015 und weiteren Trassen mit einer Länge von 3.600 km bis 2020.[52] Allein für den Anschluss der Erzeugungskapazitäten aus Offshore-Anlagen werden rd. 1.400 km Leitung benötigt sowie rd. 1.300 km für Verbindungen mit dem Ausland.[53] Ab dem Jahr 2012 müssen die Übertragungsnetzbetreiber gemäß § 12a, b EnWG jährlich einen sog. Netzentwicklungsplan vorlegen, der die Zukunft des deutschen Netzes mit den erforderlichen Maßnahmen bestmöglich abbildet. Ökonomisch können Netzengpässe als ein Problem der Knappheit gedeutet werden. Hinsichtlich einer effizienten Allokation müssen die Auswirkungen und Kosten eines Engpasses, einem monetären externen Effekt, mit den Kosten neuer Stromtrassen verglichen werden.[54]

Ein zusätzlicher wichtiger Aspekt hinsichtlich der neuen Stromnetzkonzeption ist die Zunahme der fluktuierenden Einspeisung durch erneuerbare Energien. Für ein stabiles Netz müssen sich Ein- und Ausspeisung jederzeit entsprechen, d. h. Angebot (Spannungsquelle des Kraftwerks) und Nachfrage (sog. Verbraucherlast) müssen sich die Waage halten. Ein Ungleichgewicht hat Folgen für die Netzfrequenz, die in Deutschland 50 Hertz[55] beträgt. Schwankungen der Netzfrequenz führen zu technischen Risiken, wie einem Netzzusammenbruch, und gefährden die Versorgungs-sicherheit.[56] Da elektrischer Strom bislang nur in geringem Umfang und unter Verlusten gespeichert werden kann, muss die Stromerzeugung den zeitlichen Schwankungen des Stromverbrauchs folgen.[57] Bei einem gewöhnlichen Produkt könnte ein Unternehmer angesichts schwankender Nachfrage Strategien wie Lagerhaltung oder Qualitätsvariationen ein-setzen. Strom bzw. Elektrizität ist aber wie gesagt mit den derzeitigen Technologien nicht (wirtschaftlich) speicherbar und Strom ist ein sehr homogenes Gut, das keine Qualitätsvariationen zulässt. Vor dem wachsenden Ausbau erneuerbarer Energien wurde die Drehzahl einer konventionellen Turbinenwelle (einfach) so geregelt, dass sie der vorgeschriebenen Frequenz des entstehenden elektrischen Stroms entspricht, d. h. das Angebot wurde gezielt an eine vorgegebene Nachfrage angepasst.[58] Bei erneuerbaren Energien ist die Netzfrequenz (übertrieben ausgedrückt) den Launen von Sonne und Wind ausgeliefert.

Mit den vorangegangen Absätzen, welche Formen von Netzexternalitäten zum Gegenstand hatten, sollte deutlich gemacht werden, dass der „Strommarkt“ und das Gut Strom gegenüber üblichen Standard-Märkten eine Reihe wichtiger Besonderheiten aufweisen. Im Zusammenhang mit der Einspeisung erneuerbarer Energien wurde dargelegt, dass ihre Integration die Netzinfrastruktur dauerhaft verändert. Das übliche abstrakte Modell der Ökonomie würde diesem Markt nur ungenügend Rechnung tragen. Inhaltlich liefert diese Arbeit zwar keine normative Antwort, wie ein Energiemarkt mit einem effizienten Ergebnis aussehen müsste – die Thematisierung von Externalitäten und Marktmacht ist aber für Ökonomen gerade deshalb interessant, da diese häufig eine Abweichung von Marktgleichgewicht und Optimum begründen, Anhaltspunkte für Korrekturen liefern und mit ihnen die Situation des Marktversagens dargestellt werden kann.[59]

Für die weitere ökonomische Betrachtung ist in der Folge die Marktstruktur relevant, da z. B. das Fehlen von Marktmacht eng mit dem Konzept des funktionsfähigen Wettbewerbs und mit einem volkswirtschaftlichen Optimum verbunden ist. Die Marktstruktur kann dabei durch eine Reihe von Variablen beschrieben werden, z. B. dem Ausmaß vor- und nachgelagerter Verflechtungen, der Zahl der Anbieter und ihre Fähigkeit, den Marktpreis maßgeblich zu beeinflussen, der Verlauf der Kostenfunktion oder die Höhe der Markteintrittsbarrieren.[60] Der deutsche Strommarkt ist in den Händen von vier großen Unternehmen, denen über 80 Prozent der Kraftwerke sowie das überregionale Stromleitungsnetz gehören.[61] Dieses „Strom-kartell“ wird in Abbildung 3 veranschaulicht. Genauer gesagt sind die Regelzonen abgebildet. Dieses sind Gebiete mit der Zuständigkeit jeweils eines Übertragungsnetzbetreibers.[62] Damit bilden sie räumlich voneinander abgegrenzte Monopole.[63]

Abbildung 3: Regelzonen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: 50Hertz Transmission GmbH, Amprion GmbH,

TenneT TSO GmbH, TransnetBW GmbH (2012), S. 13.

Der umgangssprachliche Begriff des Energie- oder auch Strommarktes muss an dieser Stelle genauer gefasst werden. Die Energiewirtschaft ist durch einen mehrstufigen Wertschöpfungsprozess (Erzeugung, Handel, Transport, Verteilung, Vertrieb, usw.) gekennzeichnet. Der Ausbau und Unterhalt des Übertragungsnetzes als Stromautobahn und Rückgrat der Energieinfrastruktur liegt in der Hand des jeweiligen monopolistischen Netzbetreibers.[64] Ergänzt wird dieser Markt durch vor- und nachgelagerte Produktionsstufen, z. B. dem Markt für Stromerzeugung oder für Stromhandel. Kraftwerksbetreiber erzeugen Strom und verkaufen diesen an Händler, Händler wiederum verkaufen den Strom an Konsumenten. Der Netzbetreiber kontrolliert die Lastflüsse und stellt das „Transportnetz“ zur Verfügung.[65]

Diese Trennung war bis zur sog. Liberalisierung alles andere als selbstverständlich. Vor der Liberalisierung erfolgte die Versorgung über vertikal integrierte Energieversorgungsunternehmen[66] und damit weitestgehend in monopolistischen Marktstrukturen.[67] Die Unternehmen kontrollierten teils sowohl die Erzeugung, den Transport als auch den Vertrieb. Durch das Liberalisierungsprogramm Ende der 90er Jahre wurde ein Entflechtungsprozess in Gang gesetzt, um die Marktstrukturen der in mehreren Wertschöpfungsstufen tätigen Monopolisten aufzubrechen.[68] In der Marktwirtschaft spielt ein funktionierender Wettbewerbsprozess eine zentrale Rolle für eine optimale Faktorallokation. Die Voraussetzungen für das Vorliegen von Wettbewerb lassen sich aber mit monopolistischen Marktstrukturen nicht in Einklang bringen.[69] Wettbewerb ist für den Monopolisten weder bequem noch risikolos. Für ihn als Alleinanbieter ist es profitabel, den Zutritt zu seinem Markt zu begrenzen. Er hat einen Anreiz, Wettbewerb zu beschränken, um höhere Preise zu fordern.[70] Auf Märkten mit monopolistischer Angebotstruktur ist nach der ökonomischen Theorie prinzipiell ein, gegenüber den Grenzkosten, höheres Preisniveau zu erwarten.[71] Dagegen ist Wettbewerb im Energiesektor aus gesamtwirtschaftlicher Sicht wünschenswert, sei es zugunsten von Wachstum und Beschäftigung oder im Sinne einer preisgünstigen Energieversorgung.[72] Trotz der Öffnung der Märkte konnte eine (ökonomische) Rahmenbedingung nicht beseitigt werden, die potentiell Wettbewerb behindern kann: Streckengebundene Netze haben gemeinhin den Charakter eines natürlichen Monopols.[73]

In der Literatur ist ebenso von einem unvermeidbaren Monopol[74] oder von einem technischen Monopol[75] die Rede. Vorangehend wurde betont, dass die Marktstruktur durch ausgewählte Variablen beschrieben werden kann, u. a. dem Verlauf der Kostenstruktur. Ein Hauptmerkmal der natürlichen Monopole ist, dass diese Branchen starke Skaleneffekte in der Produktion (bei Einproduktunternehmen) aufweisen. Beim Betrieb von Elektrizitäts-netzen liegen steigende Skalenerträge vor. Diese sind auf hohe Fixkosten zurückzuführen (z. B. Baukosten der Netzinfrastruktur) und vergleichsweise geringe variable Kosten. Mit steigender Ausbringung bzw. Auslastung des Netzes sinken die Durchschnittskosten (Kostendegressionseffekt) und die Grenzkosten liegen unter den durchschnittlichen Kosten. Für die Definition eines natürlichen Monopols kann der Begriff der Subadditivität der Kosten herangezogen werden. Eine Kostenfunktion ist subadditiv (im relevanten Nachfragebereich), wenn ein Anbieter den gesamten Output kosten-günstiger produziert als eine beliebige Zahl an Unternehmen, egal wie die Mengen untereinander aufgeteilt werden. In der Praxis wird eine Definition über den Begriff der Subadditivität anspruchsvoll sein, da der Informationsaufwand über den genauen Kostenverlauf von etablierten Unternehmen und potentiellen Wettbewerbern beträchtlich sein dürfte.[76] Die Kostenfunktion mit q als Outputvektor ist allgemein subadditiv, wenn formal gilt[77]:

[...]


[1] Vgl. Praktiknjo, A. (2011), S. 34f.

[2] Vgl. Ströbele, W. et al. (2010), S. 241 und S. 256f.

[3] Vgl. Ströbele, W. et al. (2010), S. 267f. und Mankiw, N. G., Taylor, M. P. (2012), S. 13.

[4] Vgl. Endres, A. (2011), S. 186 oder Field, B. C., Field, M. K. (2009), S. 433.

[5] Vgl. Burger, A. et al. (2011), S. 15-17.

[6] Knieps, G. (2007), S. 164.

[7] Vgl. Crastan, V. (2012), S. 24.

[8] Vgl. Ahlhaus, P., Mennel, T. (2011), S. 62f.

[9] Vgl. Salje, P. (2012), S. 134f. und 144f.

[10] Vgl. BMWi (2012), S. 4-7 und BMU (2012), S. 22-43.

[11] Vgl. Crastan, V. (2010), S. 51.

[12] Vgl. Tröltzsch, J. (2011), S. 61 oder Ströbele, W., et al. (2010), S. 12.

[13] Vgl. BMWi (2010), S. 3.

[14] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 10.

[15] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 9-11.

[16] Vgl. auch Field, B. C., Field, M. K. (2009), S. 85.

[17] Vgl. auch Radke, V. (1999), S. 2.

[18] Vgl. Droste-Franke, B. et al. (2012), S. 11f.

[19] Vgl. Droste-Franke, B. et al. (2012), S. 10-12 und S. 35.

[20] Vgl. Droste-Franke, B. et al. (2012), S. 11f.

[21] Vgl. Endres, A., Radke, V. (1998), S. 18-21 oder Endres, A. (2011), S. 312f.

[22] Vgl. WCED (1987), S. 46.

[23] Radke, V. (1999), S. 1.

[24] Vgl. IPCC (2012a), S. 713 und Radke, V. (1999), S. 10-17.

[25] Vgl. Radke, V. (1999), S. 1 und 12f.

[26] Vgl. Endres, A., Radke, V. (1998), S. 1f. und S. 13.

[27] Vgl. Endres, A. (2011), S. 311.

[28] Vgl. auch Mankiw, N. G., Taylor, M. P. (2012), S. 5. und S. 184f.

[29] Vgl. Liebig, S., Lengfeld, H. (2002), S. 8 f.

[30] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 9.

[31] Vgl. Endres, A. (2011), S. 315.

[32] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 600-602 oder Tirole, J. (1999), S. 909.

[33] Vgl. Shy, O. (2002), S. 1-3.

[34] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 605.

[35] Vgl. Tirole, J. (1999), S. 906-909.

[36] Vgl. Mankiw, N. G., Taylor, M. P. (2012), S. 245f. oder Ziesing, H.-J. (2004), S. 6.

[37] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 602.

[38] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 657f.

[39] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 296.

[40] Vgl. BMWi (2012), S. 16.

[41] Vgl. DPG (2010), S. 126.

[42] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 296f.

[43] Vgl. Wegner, M. (2010), S. 169f. oder Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 297.

[44] Vgl. Knieps, G. (2007), S. 69f.

[45] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 297.

[46] Vgl. Knieps, G. (2007), S. 69-71.

[47] Vgl. Vgl. Wegner, M. (2010), S. 170.

[48] Vgl. Knieps, G. (2007), S. 69 und S. 72-74.

[49] Vgl. Praktiknjo, A. (2011), S. 31.

[50] Vgl. Schröder, A. et al. (2012), S. 9f. und DPG (2010), S. 125.

[51] Vgl. Schröder, A. et al. (2012), S. 3.

[52] Vgl. dena (2010), S. 14 und S. 18.

[53] Vgl. Schröder, A. et al. (2012), S. 3.

[54] Vgl. Ströbele, W. et al. (2010), S. 211f.

[55] Haushalte werden in der Regel mit sinusförmiger Wechselspannung beliefert, deren

Periode 1/50 Sekunde beträgt. Man sagt auch, Strom hat eine Frequenz von 50 Hz,

also 50 mal pro Sekunde wiederholt sich die Spannung.

[56] Vgl. Ströbele, W. et al. (2010), S. 209.

[57] Vgl. DPG (2010), S. 16.

[58] Vgl. Blyth, W. (2010), S. 25 und Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 298-300.

[59] Vgl. auch Mankiw, N. G., Taylor, M. P. (2012), S. 192.

[60] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 588.

[61] Vgl. Praetorius, B. (2006), S. 149-151.

[62] Vgl. Erdmann, G., Zweifel, P. (2010), S. 297.

[63] Vgl. Kurth, M. (2006), S. 413.

[64] Vgl. Crastan, V. (2012), S. 114 und S. 147.

[65] Vgl. Hube, W. (2006), S. 403.

[66] Eine unfangreiche Definition enthält § 3 Nr. 38 EnWG, siehe Anhang.

[67] Vgl. Kurth, M. (2006), S. 416.

[68] Vgl. Boom, A. (2012), S. 59.

[69] Vgl. Heertje, A., Wenzel, H.-D. (2008), S. 434-437.

[70] Vgl. Endres, A., Martiensen, J. (2007), S. 496-499.

[71] Vgl. Heertje, A., Wenzel, H.-D. (2008), S. 435.

[72] Vgl. Kurth, M. (2006), S. 413.

[73] Vgl. Crastan, V. (2012), S. 114f. und Henze, B. et al. (2012), S. 2.

[74] Vgl. Mittendorf, M. (2006), S. 266.

[75] Vgl. Friedman, M. (2002), S. 52 und S. 159.

[76] Vgl. Tirole, J. (1999), S. 42f. und 151.

[77] Vgl. Knieps, G. (2008), S. 23.

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Titel: Die Energiewende in Deutschland aus wirtschaftstheoretischer Sicht