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ENERGIEWIRTSCHAFT Ohne Energie wäre die moderne Industriegesellschaft sicher undenkbar. Die Versorgung mit Energie ist allerdings nicht nur ein technisches Problem; sie ist auch ein wirtschaftliches. Energie ist ein knappes Gut. Sie muss bewirtschaftet werden. Ihre Erzeugung, die Verteilung und die Nutzung wird über Preise geregelt. Wie das geschieht, welche wirtschaftlichen Probleme sich dabei stellen und welche Lösungen für diese Probleme vorstellbar sind, ist Gegenstand dieser Veranstaltung. Die Betrachtung der Energiewirtschaft erfolgt vorwiegend aus volkswirtschaftlicher Perspektive. Vorträge aus der Unternehmenspraxis, Exkursionen und Fallstudien, die in die Veranstaltung eingestreut werden, sollen jedoch eine Brücke zur betriebswirtschaftlichen Praxis schlagen. Die Veranstaltung wendet sich an Studenten und Studentinnen aus dem 6. und 7. Semester des Studienganges Wirtschaftsingenieurwesen. Ein Leistungsnachweis wird nach einem halben Jahr durch eine semesterbegleitende Prüfung in Form einer Präsentation erbracht. Die Fachendnote wird im Rahmen einer zweistündigen Klausur am Ende des Wintersemesters ermittelt. Veranstaltungsübersicht. Teil I: Grundlagen 1. Warum Energiewirtschaft – eine Einführung 1.1 Einführung 1.2 Ein Ausflug in die Geschichte der Energiewirtschaft 1.3 Ziele und Aufgaben der Energiepolitik 2. Die primären Energieträger 2.1 Ressourcenökonomische Betrachtung der fossilen Energieträger 2.1.1 Übersicht über Ressourcen und Reserven 2.1.2 Die ökonomische Theorie nicht-regenerierbarer Ressourcen 2.1.3 Die ökonomische Theorie regenerierbarer Ressourcen 2.1.4 Backstop-Technologien 2.2 Energiemärkte im Überblick 2.3 Ökonomische Aspekte der Erdölversorgung 2.4 Ökonomische Aspekte der Gasindustrie 2.5 Ökonomische Aspekte der Stein- und Braunkohleindustrie 2.6 Ökonomische Aspekte der Nutzung von erneuerbaren Energien 3. Energienachfrage 3.1 Wirtschaftliche Entwicklung als Bestimmungsfaktor der Energienachfrage

Ankündigung 3.2 Sektoraler Strukturwandel als Bestimmungsfaktor der Energienachfrage 3.3 Technischer Fortschritt als Bestimmungsfaktor der Energienachfrage Teil II: Der Umwandlungssektor 1. Die Stromwirtschaft im Überblick 2. Kosten- und Leistungsrechnung in der Stromwirtschaft 3. Preisbildung 3.1 Das Angebot 3.2 Die Nachfrage 3.3 Die Preisbildung 3.4 Die Preisbildung in der Praxis 4. Marktversagen im Umwandlungssektor 4.1 Grundlagen: Monopoltheorie und Preisbildung 4.2 Liberalisierung der Energiewirtschaft 4.3 Verbändevereinbarungen und Regulierungsbehörde

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Teil III: Energie und Umwelt 1. Treibhauseffekt und Klimawandel 2. Technische Optionen 3. Theoretische Grundlagen 3.1 Theoretische Grundlagen: Wohlfahrtstheorie und Theorie der externen Effekte 3.2 Die Preislösung: Ökosteuern 3.3 Die Mengenlösung: Emissionshandel 3.4 Die Ökologische Steuerreform 3.5 Der EU-Emissionshandel Literatur: Für den Überblick und den Teil I empfehle ich: Endres; A./Querner, I.: Die Ökonomie natürlicher Ressourcen. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1993. Hensing, I./Pfaffenberger, W./Ströbele, S.: Energiewirtschaft. Einführung in Theorie und Politik. Oldenburg Verlag, München/Wien 1998. Erdmann, Georg: Energieökonomik: Theorie und Anwendungen. Teubner Verlag, Stuttgart 1995. Für den Teil II Umwandlungssektor (Stromwirtschaft) empfehle ich: Müller, L.: Handbuch der Elektrizitätswirtschaft – Technische, wirtschaftliche und rechtliche Grundlagen. Berlin/Heidelberg 1998 Pfaffenberger, W.: Elektrizitätswirtschaft. Oldenburg Verlag, München/Wien 1993. Für den Teil III empfehle ich als Einführung: Endres, A.: Umweltökonomie. Eine Einführung. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1994. Dritter Teil. S. 97-172. Weitere Angaben, insbesondere zu einschlägigen Websites und Fachzeitschriften, finden sich in den Übungsblättern und werden in der Veranstaltung bekannt gegeben.

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Teil I Grundlagen 1. Warum Energiewirtschaft 1.1 Einführung Energieträger • Energieträger sind Stoffe bzw. Stoffsysteme, die die Fähigkeit der Energieumwandlung

besitzen und als feste, flüssige und gasförmige und Kernbrennstoffe, als Elektroenergie, als Dampf, aber auch als Wind, Wasser, Strahlung u. a. existieren.

• „Man kann einen lebendigen Organismus als ein System definieren, welches seine Ordnungsstrukturen durch ständige Aufnahme von äußerer Energie erhält und ausbaut.“ (Erdmann 1995, 1) Generell gilt: Alle komplexen Strukturen sind auf die Zufuhr von Energie angewiesen.

Energie als knappes Gut • Diesen Zusammenhang kann man sich am Menschen, der ja auch ein solches

komplexes System darstellt, veranschaulichen. Der Mensch nimmt Nährstoffe zu sich, die gebundene Energie enthalten. Er verwandelt sie durch Muskelbewegung in mechanische Energie, in der Tätigkeit der Nerven in elektrische Energie, mit der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur in Wärme und mit Hilfe der Stimmbänder in Schallenergie. Ohne eine beständige Zufuhr von Energie wäre alles organische Leben, also auch das menschliche Leben nicht möglich.

• „Alles Leben kann als ein Wettbewerb um die freie Energie, deren zugängliche Menge beschränkt ist, aufgefasst werden. Aus der Sichtweise des einzelnen Organismus ist die Erschließung des freien Energieangebotes mit Aufwand verbunden. Energie ist somit – trotz der auf dem Globus wahrlich im Überfluss vorhandenen freien Energie, vor allem in Form der Sonnenstrahlung – ein knappes Gut.“ (Erdmann 1995, 1)

• Weil Energie ein knappes Gut ist, muss sie in menschlichen Gesellschaften bewirtschaftet werden.

Wirtschaften und ökonomische Effizienz • Zielmaximierung aus volkswirtschaftlicher Perspektive

– Güter in die Verwendung lenken, in der sie den höchsten Nutzen stiften – Energieträger dort einsetzen, wo sie den höchsten Nutzen stiften

• Kostenminimierung aus volkswirtschaftlicher Perspektive – Güter mit einem möglichst geringen Aufwand (Kosten) herstellen – Energieträger mit einem möglichst geringen Aufwand (Kosten) bereit stellen

• Betriebswirtschaftliche Perspektive – möglichst hoher Gewinn oder – Gegebenes Ziel mit möglichst geringen Kosten erreichen

Ökonomische und technische Effizienz • Die Begriffe Aufwand und Ziel werden in den Ingenieurwissenschaften und den

Wirtschaftswissenschaften unterschiedlich aufgefasst. • Die Ökonomen verstehen Aufwand und Ziel in der Regel monetär. • Die Ingenieurwissenschaftler definieren Aufwand und Ziel in physikalisch-technischen

Begriffen.

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Energiebilanz Deutschland 2003

Einige Begriffe • Primärenergieträger sind die von der Natur in ihrer ursprünglichen Form angebotenen

Energieträger. Ihr Energiegehalt wird als Primärenergie bezeichnet. • Sekundärenergie erhält man, wenn die ursprüngliche Form der Primärenergieträger

durch Umwandlung oder Behandlung geändert wird. Als Sekundärenergieträger werden alle Primärenergieträger nach ein- oder mehrmaliger Umwandlung bezeichnet.

• Endenergie ist diejenige Energiemenge, die der Endverbraucher zur Deckung seines Energiebedarfs bezieht. Er erhält diese Menge durch den Einsatz von Endenergieträgern, die überwiegend aus Sekundärenergieträgern bestehen, aber auch Primärenergieträger sein können.

• Nutzenenergie ist die Energie, die dem Verbraucher nach der letzen Umwandlung des Endenergieträgers zur Deckung seiner Bedürfnisse zur Verfügung steht. Diese Bedürfnisse des Menschen sind beispielsweise Wünsche nach Behaglichkeit, die durch Wärme, oder nach Kommunikation, die durch Licht und Kraft erfüllt werden.

Besonderheiten der Energiemärkte • Unvollkommene Märkte • Lange Investitionslaufzeiten • Energie als Infrastruktureinrichtung • Intertemporale Allokationsprobleme • Schadstoffemissionen

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Typische ökonomische Fragestellungen • Wie viele Ressourcen (hier im Sinne von Produktionsmittel oder Produktionsfaktoren) soll

die Gesellschaft für die Prospektion, Erschließung und Verteilung neuer Energielagerstätten aufwenden?

• Wie viele Ressourcen sollen zur Förderung bereits bekannter, qualitativ aber inferiorer Energielagerstätten eingesetzt werden?

• Wie viele Ressourcen sollen zur Substitution von Energieträgern durch effizientere Technologien und erneuerbare Energien verwendet werden?

• Wie viele Ressourcen sollen zur Vermeidung und/oder Beseitigung von energienutzungsbedingten Umweltschäden abgezweigt werden?

• Wie viele Ressourcen sollen für die Erhöhung der technischen Sicherheit von Energieanlagen eingesetzt werden?

• Wie viel hochwertige Energiereserven sollen für zukünftige Generationen reserviert werden?

Der Markt als Allokationsmechanismus

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1.2 Ein Ausflug in die Geschichte der Energiewirtschaft Nach Rolf Peter Sieferle: Das vorindustrielle Solarenergiesystem. In: Hans Güter Brauch (Hrsg.): Energiepolitik. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1997. S.27-46 Energiegeschichtliche Epochen

Jäger- und Sammlergesellschaften • Das Energiesystem der paläolithischen Jäger- und Sammlergesellschaften unterscheidet

sich nicht grundsätzlich von dem Energiesystem anderer Primatenpopulationen. Es reduziert sich auf die:

– Energiebilanz der Nahrungsaufnahme und auf die – Nutzung des Feuers

• Energetisch kam es darauf an durch das Jagen und Sammeln einen Ertrag zu erzielen, der größer war als der energetische Aufwand, der erforderlich war, um einen Menschen am Leben zu erhalten (ca. 8000 kJ/Tag und Person).

• Feuer wurde genutzt zur Denaturierung, zur Konservierung und Desinfizierung der Nahrung, zur Erzeugung eines künstlichen Kleinklimas in Höhlen und Hütten, zur Abschreckung von Raubtieren und schließlich als Mittel zur Jagd.

Energetischer Ertrag unterschiedlicher Produktionsweisen

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Agrargesellschaften I • Der energetische Zweck der Landwirtschaft in Agrargesellschaften bestand darin, mehr

chemische Energie in Form von Biomasse zu gewinnen als für diesen Zweck chemische Energie in mechanische Energie verwandelt werden mußte. Die vorindustrielle Gesellschaft mußte deshalb grundsätzlich mit einem positiven energetischen Erntefaktor arbeiten, weil – außer dem Energiespeicher Wald – nicht auf (fossile) Energiespeicher zurückgegriffen werden konnte.

Agrargesellschaften II • Wofür wurde die Energie in der Agrargesellschaft benötigt?

– Nahrungsmittelproduktion – Mechanische Energie – Chemische Energie

• „Sieht man von der Nutzung des Windes und der Wasserkraft ab, die innerhalb des gesamten Energiebudgets der Agrargesellschaften nur eine untergeordnete Rolle spielten, so stellte sich das Problem der Energienutzung als eines der alternativen Flächennutzung. Der Nahrung wurde ein Acker, der Zugkraft eine Weide und der Wärme ein Wald zugerechnet. Wenn also etwa der Anteil von Zugkraft zu Lasten von Wärme vermehrt werden sollte, bestand der einzige Weg darin, ein Stück Wald zu roden und als Weidefläche zu nutzen.“

Flächenkonkurrenz als energetischer Engpass

Agrargesellschaften IV • Auch der dezentrale Charakter solcher Agrargesellschaften hatte einen Flächenbezug,

weil die Energie in Form von Biomasse gleichmäßig über die Fläche verteilt ist. Freie Flächen sind nur nutzbar, solange der Transportaufwand zur nächsten Siedlung noch energetisch positiv ist. Grundsätzlich lag also keine Prämie auf Größe und Konzentration von Siedlungen und Gewerbezentren. Lediglich, wenn Wasser oder Windkraft eingesetzt werden konnte, konnten größere Agglomerationen entstehen.

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Der Übergang: Bevölkerungswachstum

Quelle: Sieferle 1997, S.38

Knappheitsindikator Holz in Deutschland Im frühen Mittelalter 33 m³ Holz pro Kopf Im 13. Jahrhundert 6-8 m³ Holz Pro Kopf Mitte des 18. Jahrhunderts 1,5 m³ Holz pro Kopf Flächen- und Holzverfügung in England


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Ausweg aus der Energieknappheit: Nutzung fossiler Energieträger (Kohle) • Schlüsselinnovationen:

– Entfernung unerwünschte Stoffe wie Schwefel und Phosphor durch Verkokung und das Puddle-Verfahren – Umwandlung der chemischen Energie der Kohle in mechanische Energie mit Hilfe der Dampfmaschine

Flächenkorrelate der jährlichen britischen Kohleproduktion


Industriegesellschaften • Bildung von großen Agglomerationen (früher noch in der Nähe von Lagerstätten für

fossile Energieträger) • Produktion und Konsumtion können sich weitgehend ohne Rücksicht auf physische

Beschränkungen ausweiten • Abkehr vom materiellen Nullsummenspiel zugunsten der Erwartung ständigen

materiellen Fortschritts Aber: • Neue Umweltprobleme z.B. Klima • Endlichkeit der fossilen Energieträger

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Perspektiven

1.3 Energiepolitik Ziele der Energiepolitik • Versorgungssicherheit • Wirtschaftlichkeit • Umweltverträglichkeit • Ressourcenschonung Energiepolitik in Deutschland • 1. Phase des Wiederaufbaus (bis 1957) • 2. Phase des verschärften Wettbewerbs zwischen Kohle und billigem Erdöl und Erdgas

(1958 – 1972) • 3. Phase: Streben nach Energiesicherheit im Zeichen der Erdölpreiskrisen (1973 – 1980) • 4. Phase im Zeichen des Umweltschutzes (1981 – 1989) • 5. Phase im Zeichen der Liberalisierung der Energiemärkte und des Klimaschutzes (seit

1990) Nach Hans Günter Brauch: Energiepolitik im Zeichen der Klimapolitik beim Übergang Zum 21. Jahrhundert. In: Hans Günter Brauch: Energiepolitik. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1997, S.13,14

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2. Primäre Energieträger 2.1 Ressourcenökonomische Betrachtung der fossilen Energieträger

2.1.1 Ressourcen und Reserven

Quelle: Winje/Witt “Energiewirtschaft”

Reserven und Ressourcen einzelner Primärenergieträger

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Reichweite Reichweite = Reserven / Jahresförderung Regenerierbare und nicht regenerierbare Ressourcen • Nicht-regenerierbare Ressourcen sind solche Ressourcen, die sich nach menschlichen

Maßstäben nicht erneuern (Kohle, Gas, Öl, Uran). Sie nehmen demnach durch den Verbrauch kontinuierlich ab.

• Regenerierbare Ressourcen sind solche Ressourcen, die durch natürliche Prozesse immer wieder erneuert werden (Holz, Biomasse, Gezeitenenergie, Wind, Wasserkraft, Solarenergie etc.). Holz und Biomasse nehmen nur dann ab, wenn die Verbrauchsrate größer ist als die Regenerationsrate. Bei anderen regenerierbaren Ressourcen setzt das natürliche Dargebot eine Grenze des Verbrauchs (Sonnenenergie oder Windenergie).

2.1.2 Die ökonomische Theorie nicht-regenerierbarer Ressourcen – der wohlfahrtsoptimale Abbaupfad Fragestellung • Bei endlichen Ressourcen wie nicht-erneuerbaren Energieträgern (Kohle, Öl, Gas usw.)

stellt sich das Problem, dass der Verbrauch der heutigen Generation den Verbrauch zukünftiger Generationen einschränkt. Es bedarf also einer Regel, in welcher Geschwindigkeit solche Ressourcen abgebaut bzw. verbraucht werden (normative Theorie).

• Einige mögliche Regeln wären – den Verbrauch der Ressourcen zu Gunsten künftiger Generationen zu beschränken, – allen Generationen den gleichen Anteil am Ressourcenvorrat zu zubilligen oder – zeitnah lebende Generationen gegenüber späteren Generationen zu bevorzugen.

Vorgehen • Einführung in die neoklassische Wohlfahrtstheorie • Intertemporale Wohlfahrtsoptimierung

– Wirkung des Diskontierens – Wirkung des abnehmenden Grenznutzen

• Zahlenbeispiel • Graphische Lösung des intertemporalen Allokationsproblems • Das Problem der sozialen Diskontrate

Neoklassische Wohlfahrtstheorie Objektive und subjektive Wohlfahrtsmaße • Vielfach wird Wohlfahrt von Personen oder ganzen Volkswirtschaften in Kategorien wie

Einkommen, Kaufkraft, Vermögen, Dichte der ärztlichen Versorgung, Zahl der Schulen usw. gemessen. Solche Kategorien nennt man objektive Wohlfahrtsmaße.

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• Problem: Wenn zwei Personen über ein gleich hohes Einkommen verfügen, muss das nicht zwangsläufig bedeuten, dass ihre jeweilige Wohlfahrt auch gleich groß ist, weil sie die Einkommenshöhe unterschiedlich bewerten.

• Dementsprechend wird in der Wohlfahrtsökonomik getrennt zwischen den objektivierbaren Verfügungsrechten über Gütern und Dienstleistungen und dem subjektiv bewerteten Nutzen (~Wohlfahrt), den sie stiften.

Bewertung im Ein-Güter-Fall

Zwei Annahmen sind fundamental für Wohlfahrtstheorie: 1. Der Nutzen nimmt mit der Menge eines Gutes, über das ein Wirtschaftssubjekt

verfügen kann, zu. In mathematischen Terms: die Nutzenfunktion steigt monoton. 2. Allerdings nehmen die Nutzenzuwächse ab. In mathematischen Terms: die

Grenznutzenfunktion fällt monoton. Ein Beispiel Eine Funktion, die diesen Bedingungen genügt, ist die folgende:

Transformationskurve, Opportunitätskosten • Im Prinzip wäre eine Wohlfahrtssteigerung im Ein-Güter-Fall möglich, je mehr Güter der

Konsument zur Verfügung hätte.

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• Da die Wirtschaftssubjekte aber nicht im Land „Schlaraffia“ leben, unterliegen sie einer Beschränkung.

– Aus individueller Perspektive ist das ihr Einkommen. – Aus volkswirtschaftlicher Perspektive sind das die Produktionsmöglichkeiten einer Gesellschaft.

• Graphisch kann man diesen Sachverhalt durch eine Transformationskurve (Produktionsmöglichkeitenkurve) abbilden. Sie gibt im vereinfachenden Zwei-Güter-Fall an, auf wie viele Einheiten eines zweiten Gutes x2 ein Wirtschaftssubjekt verzichten muss, wenn es eine zusätzliche Einheit des Gutes x1 konsumiert.

• Dieser Verzicht auf Einheiten von x2, wenn eine zusätzliche Einheit von x1 konsumiert wird, wird auch mit dem Begriff Opportunitätskosten des Konsums von x1 bezeichnet.

Graphische Darstellung einer Transformationskurve

Wohlfahrtsoptimum • Weil der Konsum einer zusätzlichen Einheit eines Gutes x1 Opportunitätskosten im Form

des entgangenen Nutzens der Einheiten von x2, die nun nicht mehr konsumiert werden können, verursacht, liegt ein Optimierungsproblem vor. Gesucht ist (hier für den Zwei-Güter-Fall) die Kombination von x1 und x2 unter den realisierbaren Kombinationen, die den höchstmöglichen Nutzen (~Wohlfahrtsoptimum) stiftet.

• Formal und allgemein lässt sich dieses Optimierungsproblem wie folgt formulieren:

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Ein Zahlenbeispiel

Eine Bedingung für das Wohlfahrtsoptimum • Die gleiche Lösung dieses Optimierungsproblems ergibt sich auch im Schnittpunkt der

Grenznutzenkurve von x1 und x2, die wir hier als Grenzopportunitätskosten bezeichnen können.

• Plausibel kann man sich diese Behauptung machen, indem man sich vorstellt, dass das Wirtschaftssubjekt ausgehend von der Menge 0 schrittweise den Konsum von x1 erhöht.

• Solange die jeweilige Erhöhung des Nutzens (~Grenznutzen) größer ist als der jeweilige Nutzenentgang durch den Verzicht auf Einheiten von x2 (~Grenzopportunitätskosten) vergrößert das Wirtschaftssubjekt seine Wohlfahrt.

• Überschreitet es einen Punkt, bei dem die Grenzopportunitätskosten in Form des Verzichtes auf x2 größer werden als der Grenznutzen durch ein zusätzliches Gut von x1, sinkt seine Wohlfahrt wieder.

• Daraus folgt, das im Wohlfahrtsmaximum gelten muss: Grenznutzen = Grenzopportunitätskosten

Illustration am Beispiel

Zwei Interpretationsmöglichkeiten der Opportunitätskosten • Aus gesellschaftlicher Perspektive lassen sich die Opportunitätskosten in zweifacher

Weise interpretieren:

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• Zum einen können das Wohlfahrtseinbussen sein, die dadurch entstehen, das mit zunehmenden Konsum eines Gutes x1 auf Güter des Typs x2 verzichtet werden muss.

• Zum anderen können das auch die Kosten der Produktion des Gutes x1 sein, die wir bisher nicht berücksichtigt haben. Wenn wir das Gut x2 vernachlässigen, ist dann ein Wohlfahrtsoptimum gegeben, wenn der Grenznutzen von x1 gleich den Grenzkosten der Produktion des Gutes x1 ist.

Besonderheit intertemporaler Wohlfahrtsoptimierung: das Diskontieren

Wohlfahrtseffekte durch abnehmenden Grenznutzen

Merke: Wegen des abnehmenden Grenznutzens bei zunehmendem Ressourcenverbrauch nehmen die Wohlfahrtsverluste bei sinkendem Ressourcenverbrauch zu. Durch diesen Effekt führt eine Verlagerung des Ressourcenverbrauchs in die Gegenwart zu Wohlfahrtsverlusten über den gesamten Betrachtungszeitraum.

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Wohlfahrtseffekte durch soziale Diskontierung

Merke: Durch die Verlagerung von Ressourcenverbrauch in die Zukunft kommt es zu einer Wohlfahrtsminderung, weil die Wohlfahrt, die eine Einheit der Ressource in der Zukunft stiftet, geringer bewertet wird als die Wohlfahrt, die eine Einheit in der Gegenwart stiftet. Formalisierung des Problems

Ein Zahlenbeispiel

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Falluntersuchung 1. Gleichverteilung (qt=3) 2. Gänzlicher Ressourcenabbau in der Gegenwart (q0=9) 3. qo=4,q1=3,q2=2 Ergebnisse der Falluntersuchung

Graphische Lösung des Maximierungsproblems im Zwei-Periodenfall – 1

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Graphische Lösung des Maximierungsproblems im Zwei-Periodenfall – 2

Graphische Lösung des Maximierungsproblems im Zwei-Periodenfall – 3 • Die Differenz aus der marginalen Zahlungsbereitschaft der Periode 1 und der

Abbaugrenzkosten der Periode 1 ergibt die Wohlfahrtsgewinne in der Periode 1. • Wenn man diese Wohlfahrtsgewinne auf die Periode 0 abdiskontiert, kann man sie auch

als die Nutzungsgrenzkosten der Periode 0 interpretieren: je mehr in der Periode 0 die Ressource abgebaut wird, desto weniger steht vom Ressourcenvorrat in der Periode 1 zur Verfügung, desto geringer werden die Wohlfahrtsgewinne in Periode 1 sein und desto größer werden diese Nutzungsgrenzkosten ausfallen.

• Das Optimierungsproblem stellt sich demnach wie folgt: Wenn in Periode 0 eine zusätzliche Einheit der Ressource verbraucht wird, muss die Gesellschaft den Wohlfahrtsverlust der in Periode 1 entsteht, weil eine Einheit weniger für den Verbrauch zur Verfügung steht, mit dem Wohlfahrtsgewinn in Periode 0 abwägen.

• Das Wohlfahrtsoptimum ist dann gegeben, wenn die marginale Zahlungsbereitschaft in Periode 0 gleich den Abbaugrenzkosten in Periode 0 + den Nutzungsgrenzkosten in Periode 0 ist.

• Leicht formalisiert muss im Optimum gelten: MZB0=AGK0+NGK0

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Graphische Lösung des Maximierungsproblems im Zwei-Periodenfall - 4

Formalisierung des Zwei-Perioden-Falles

Formalisierung des Mehr-Perioden-Falles

Wie lässt sich eine soziale Diskontrate rechtfertigen? • Das Diskontieren sorgt in dem skizzierten Modelltypus dafür, dass der Ressourcenabbau

nicht über die Zeitperioden gleich verteilt ist, sondern – teilweise – in die zeitnahen Perioden verlagert wird. Dementsprechend stellt sich die entscheidende Frage, welche Rechtfertigung es für eine solche soziale Diskontierung gibt, die ja offensichtlich die Gegenwartsgeneration bzw. den Gegenwartskonsum bevorzugt.

• Mögliche Argumente: – Die Unsicherheit der Zukunft rechtfertigt eine soziale Diskontierung. – Die gegenwärtige Generation hinterlässt zukünftigen Generationen neue

technische Möglichkeiten, die es erlauben aus einer Einheit einer Ressource mehr Nutzen zu ziehen (Steigerung der Ressourcenproduktivität).

– Es findet eine kostengünstige Substitution von nicht-erneuerbaren Ressourcen durch Kapital, Know-How oder andere Ressourcen statt.

Die ökonomische Theorie nicht-regenerierbarer Ressourcen – die Allokation über Märkte Fragestellungen • Faktisch wird die intertemporale Allokation von Ressourcen über Märkte dezentral

bewerkstelligt.

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• Dementsprechend stellt sich die Frage, welche intertemporale Allokation sich auf Märkten einstellt und

• ob diese Allokation der sozial optimalen Allokation entspricht. Die Entscheidungssituation eines Unternehmens • Die Entscheidungssituation eines Unternehmens, das über eine Reserve verfügt, wird in

zwei Alternativen gefasst: – Nichtnutzung und warten, dass die Marktpreise für den Rohstoff infolge

zurückgehender Verfügbarkeit steigen, so daß sich höhere Erlöse pro Mengeneinheit realisieren lassen (= „morgen abbauen“)

– Nutzung und Investition des Nettoertrages (Erlös – Förderkosten) in alternative Verwendungen. Zur Vereinfachung werden hier Wertpapiere mit einem Marktzinssatz i angenommen. (= „heute abbauen“)

Annahmen der Modellierung • Die Rohstoffunternehmen trachten danach, den Gegenwartswert ihrer Nettoerträge, die

sie im Laufe der Zeit erwirtschaften, zu maximieren. • Vollständige Voraussicht über die zukünftige Nachfrage • Es handelt sich um Förderrechte eines homogenen Rohstoffes, dessen gesamter

Lagerstätteninhalt zu konstanten Stückkosten c abgebaut werden kann. c beinhaltet die normale Verzinsung des eingesetzten Kapitals sowie die marktübliche Abgeltung unternehmerischer Wagnisse.

Die Knappheitsrente

Die Knappheitsrente können wir ökonomisch als den Preis für die Verfügungsrechte an einem fossilen Energieträger interpretieren. Sie ist nicht gleichbedeutend mit dem Verkaufspreis des Energieträgers. Sie wird auf Märkten sichtbar, wenn Explorationsrechte gehandelt werden.

Das Gleichgewicht im Zwei-Perioden-Fall • Nehmen wir an, in der Gegenwartsperiode seien die Marktpreise so hoch, dass für alle

Marktteilnehmer die Knappheitsrente der Gegenwartsperiode � 0 so hoch ist, dass unter Berücksichtigung der Verzinsung alle die Entscheidung treffen den fraglichen Rohstoff möglichst schnell abzubauen. Die Folge ist eine erhebliche Angebotsausweitung in der Gegenwartsperiode. Bei konstanter Nachfrage wird damit ein Druck auf die Marktpreise, damit auf die Erlöse und schließlich auf die Knappheitsrente der Gegenwartsperiode ausgeübt: sie fällt. Das wiederum hat zu Folge, dass einige Marktteilnehmer, bei denen c möglicherweise etwas höher ist, aus dem Markt ausscheiden und auf ein Steigen des Preises in der nächsten Periode setzen, um dann eine höhere Knappheitsrente erzielen zu können.

• Man kann sich auch den umgekehrten Fall vorstellen. In diesem Fall sind die Marktpreise so niedrig und die Knappheitsrente in der Gegenwartsperiode gleichfalls niedrig, dass

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kaum ein Unternehmen die Ressource anbietet. Bei konstanter Nachfrage steht dann einem geringen Angebot eine große Nachfrage gegenüber, so dass die Preise wieder steigen.

• Im Gleichgewicht muss deshalb gelten:

Preisbildung (Hotelling-Regel)

Vergleich der sozial optimalen Abbaurate mit der Marktlösung

Zentrale Voraussetzung für die Identität von sozial optimalem Abbaupfad und realem Abbaupfad: Existenz von Zukunftsmärkten und deren Kenntnis durch die Akteure. Abweichungen von der Regel im Überblick • Erwartungsirrtümer • Bindung der Marktteilnehmer durch irreversible Entscheidungen • Unvollkommene Durchsetzung von Förderrechten • Fragmentierung der Entscheidungsträger

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Erwartungsirrtümer

Quelle: G. Erdmann: Energieökonomik. Zürich 1995. S.43

Irreversible Entscheidungen

Quelle: G. Erdmann: Energieökonomik. Zürich 1995. S.44

Unvollkommene Durchsetzung von Förderrechten • Unvollständige Durchsetzung von Förderrechten durch das

– Common Pool Problem – befürchtete staatliche Enteignungen

• Folge: Förderung und Marktangebot werden über die wohlfahrtsoptimale Menge hinaus vergrößert.

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Fragmentierung der Entscheidungsträger • Trennung zwischen den Inhabern des Förderrechts und den Rohstoff abbauenden

Unternehmen • Festlegung einer Förderabgabe (Royality) • Wenn Orientierung am Nettoerlös der Unternehmen, dann Problem der asymmetrischen

Informationen zwischen Inhaber und Unternehmen. Die Knappheitsrente (~Royality) kann verrechnungstechnisch in Kosten verwandelt werden und wird dementsprechend dem Inhaber vorenthalten.

• Erhöhungen der Royality nach der Bindung des Unternehmens durch Investitionen können zu einer Teilenteignung des Förderrechts führen (windfall profits).

2.1.3 Die ökonomische Theorie regenerierbarer Ressourcen Biologisches Wachstum in Abhängigkeit vom Bestand

Legende w jährliches Wachstum X Bestand t Zeit wmax Maximal mögliches Wachstum Xmax maximal möglicher Bestand X

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Nachhaltige Ernte

Legende y jährliche Erntemenge ymsy maximum sustainable yield Marginaler Reproduktionseffekt

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Das wohlfahrtstheoretische Optimum

Legende yt Erntemenge in Periode t Xt Bestand in Periode t w jährliches Wachstum 2.1.4 Backstop-Technologien, Neuerschließung von Reserven, Fortschritte der

Abbautechnologie Backstop-Technologien als Preisobergrenze

Einige Resultate des Grundmodells • Der Marktpreis einer erschöpfbaren Ressource kann nicht über den Grenzkosten der

Back-Stop-Technologie liegen. • Nach Kenntnis der Back-Stop-Technologie wird der Markt auf einen Abbaupfad

einschwenken, bei dem die Erschöpfung der Ressource dann erreicht ist, wenn der Ressourcenpreis gleich den Grenzkosten der Back-Stop-Technologie ist.

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Wirkung von sinkenden Grenzkosten einer Back-Stop-Technologie

Neuerschließung von Reserven

Neuerschließung von Reserven • Die Nutzungsgrenzkosten sinken durch die Neuerschließung von Reserven „ruckartig“. • Bei konstanten Abbaugrenzkosten führt dies zu einem „ruckartigen“ Preisverfall. Fortschritte der Abbautechnologie – Typen • Autonomer Fortschritt • Knappheitsinduzierter technischer Fortschritt

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Fortschritt der Abbautechnologie – Folgen

Sinkende Abbaugrenzkosten (~ct) erlauben nach der Hotelling-Regel einen gemäßigteren Preisanstieg (pt). Sie wirken der aufdiskontierten Knappheitsrente entgegen

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3. Energienachfrage 3.1 Bestimmungsfaktoren der Energienachfrage

Primärenergieverbrauch und Bruttoinlandsprodukt

Bestimmungsfaktoren der Endenergienachfrage

E...Endenergienachfrage P...Population Y...Bruttoinlandsprodukt

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Mögliche Indikatoren für die Endenergienachfrage eines Landes

Mikroanalytische Prozeßanalyse: Innovation, Diffusion, Sättigung

Quelle: G. Erdmann: Energieökonomik. 2. Auflage. 1995. S.212.

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Mikroanalytische Prozessanalyse Wirkungsgradverbesserung

Quelle: G. Erdmann: Energieökonomik. 2. Auflage. 1995. S.213.

Makroökonomischer Ansatz: Elastizitäten der Energienachfrage

Elastizitäten in den OECD-Ländern

Zitiert nach G. Erdmann: Energieökonomik. 2. Auflage. 1995. S.218.

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Empirische Befunde


3.2 Sektoraler Strukturwandel als Bestimmungsfaktor der Energienachfrage Theoretische Ansätze des Strukturwandels • Dienstleistungen haben einen geringen Produktivitätszuwachs. Folge: Ihr relativer Anteil

am BIP steigt. • Landwirtschaft und Industrie haben einen abnehmenden Grenznutzen gegenüber

Dienstleistungen. Folge: Dienstleistungen werden vermehrt nachgefragt. Ihr Anteil am BIP steigt.

• Das Wachstum des Dienstleistungssektors wird vor allem durch unternehmensorientierte Dienste vorangetrieben (Vorleistungen: Rechts- und Wirtschaftsberatung, Informationsdienste, Geschäftsreisen, Bankdienstleistungen und Versicherungen).

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Sektorale Energieintensitäten


Substitution von Energie durch Kapital- die Problemstellung • Eine Strategie zum Erreichen höherer Energieeffizienzen sind Investitionen in

entsprechende Geräte und Anlagen. Inwieweit das geht, hängt davon ab, inwieweit sich Energie durch Kapital substituieren lässt.

• Zwei Ansätze können diese Substitutionsbeziehung erhellen: – Wirtschaftlichkeitsberechnungen technischer Substitutionspotentiale – eine Analyse über makroökonomische Produktionsfunktionen

Betriebswirtschaftliches Kalkül – Bestandteile Allgemein muss gelten, dass die abdiskontierten Investitionen pro eingesparter Energieeinheit kleiner sind als der (abdiskontierten) Preis pro Energieeinheit.

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3.3 Technischer Fortschritt als Bestimmungsfaktor der Energienachfrage Reichweite der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung • Kritisch kann man gegen diese Betrachtungsweise anführen, dass sie lediglich einen

Ausschnitt des wirtschaftlichen Geschehens abbildet. • Wenn etwa die Energieffizienz von Autos durch den Einsatz leichterer Materialien

gesteigert wird, z.B. die Substitution von Stahl durch Aluminium, dann kann es durchaus sein, dass der deutlich höhere Energieverbrauch des Aluminiums die Verbrauchsreduzierung bei den KFZ überkompensiert.

Substitution zwischen Energie und Kapital

Substitution von Energie durch Know-How Zu den weltweit besonders intensiv bearbeiteten Feldern der Energieforschung und -entwicklung gehören: • neue Energieträger und Energiespeicher (Reaktorsicherheit, erneuerbare Energien,

Wasserstoff, Methanol, Solarzellen, Supraleitung) • Vergrößerung und Veredelung fossiler Energiereserven (Wirbelschichtbefeuerung,

Kohlevergasung, , Gasturbine, Brennstoffzelle)

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• Sicherung und Verbesserung der Flexibilität auf allen Stufen der Energieumwandlung bis hin zum Endverbraucher (nuklearer Brennstoffzyklus, bivalente und multivalente Energieanwendungen)

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Teil II Der Umwandlungssektor 1. Einführung in die Elektrizitätswirtschaft Spezifika der elektrischen Energie • Steigende Skalenerträge ergeben Kostenvorteile durch Größe • Nichtspeicherbarkeit: Strom ist nur zu sehr hohen Kosten lagerbar, deshalb muss die

Produktion zeitgleich mit der Nachfrage erfolgen • Leitungsgebundenheit • Substitution von Strom durch andere Energieträger ist bei vielen Anwendungen nicht

möglich • Schwankungen in der Nachfrage können zu Variationen bei Frequenz und Spannung

führen; deshalb ist eine sorgfältige Koordination des gesamten Angebotes und der gesamten Nachfrage erforderlich

• Verbundsysteme bringen Kostenvorteile Kostenvorteile durch Verbundsysteme Beispiel I

Quelle: Pfaffenberger, W. :Elektrizitätswirtschaft. München Wien, Oldenburg-Verlag, S.8 ff.

Beispiel II


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Beispiel III


2. Kosten- und Leistungsrechnung in der Stromwirtschaft Ein rechnerisches Beispiel • Folgende Angaben seien gegeben

Investitionskosten 1.000 €/kW Zins 4,5% Abschreibungszeit 20 Jahre Annuität 7,7% Personal/sonst.Fixkost. 34 €/kWa

• Für die Berechnung der Brennstoffkosten

Kohlepreis 135 €/t Energiegehalt 8,14 kWh/kg Wirkungsgrad 33 % Arbeit 1430 kWh

• Berechnen Sie die Gesamtkosten pro Tag und die Durchschnittskosten pro kWh für die

folgenden Varianten – 1 Kraftwerk mit einer Kapazität von 280 kW – 2 Kraftwerke mit einer Kapazität von je 200 kW

Quelle: Pfaffenberger, W: Elektrizitätswirtschaft, S.8 ff.

Berechnung der Brennstoffkosten

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Exkurs Annuität Def.: Annuität...konstante jährliche Zahlung, die bei einem gegebenen Zinssatz erforderlich ist, um den Schuldendienst zu bedienen. Beispiel

Mit Hilfe der Annuität wird die variierende jährliche Zinsbelastung in einen Betrag umgewandelt, der im Betrachtungszeitraum von Jahr zu Jahr konstant ist.

3. Preisbildung 3.1 Angebot an Elektrizität Angebotsplanung • Jede Art von Angebotsplanung setzt im eine Abschätzung der Nachfrage voraus. Für die

Stromwirtschaft wird die (geschätzte) Nachfrage durch eine angenommene Jahresdauerlinie repräsentiert.

• Grundsätzlich kann man zwischen kurzfristiger und langfristiger Angebotsplanung unterscheiden.

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• Kurzfristige Angebotsplanung bei konstanten Erzeugungskapazitäten: hier ist das Problem zu lösen, welche Arten von Kraftwerken welche Bedarfe befriedigen sollen. Im Kern ist die kurzfristige Angebotsplanung eine Einsatzplanung vorhandener Kraftwerke.

• Langfristige Angebotsplanung: Hier geht es um die Frage, welche Arten von Kraftwerken neu gebaut werden sollen – entweder für den Ersatzbedarf oder für die Befriedigung zusätzlicher Nachfrage.

Jahresdauerlinie

Kostenfunktion Bei gegebenen Preisen und gegebener Nachfrage ist die Angebotsplanung im wesentlichen ein Kostenminimierungsproblem. Die entsprechende Formel lautet:

Bei der kurzfristigen Angebotsplanung ist der Kraftwerkspark gegeben. Ii ist damit für jeden Kraftwerkstyp eine fixe Größe. Eine Minimierung der Kosten kann nur noch über die variablen Kosten (=Betriebskosten) erfolgen. Kurzfristige Angebotsplanung - Kraftwerkspark – ein Beispiel

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Graphische Lösung

Rechnerische Lösung • Rechenweg für die Ermittlung der Einsatzzeiten

– 1. Schritt: Bestimmung der Jahresdauerlinie – 2. Schritt: Bestimmung der Schnittpunkte der jeweiligen

Kapazitätsbereiche mit der Jahresdauerlinie • Rechenweg für die Ermittlung der Arbeit, die auf die jeweiligen Kraftwerke entfällt

– Flächeninhalte unter der Jahresdauerlinie bestimmen • Rechenweg für die Ermittlung der Gesamtkosten

– Einsetzen der gewonnen Werte in die Gesamtkostenfunktion Langfristige Angebotsplanung • Die langfristige Angebotsplanung unterscheidet sich von der kurzfristigen dadurch, dass

nunmehr die Kapazitäten Xi und damit auch die Investitionskosten frei wählbar sind. • Gesucht ist deshalb die kostenminimale Auslegung des Kraftwerksparks bei gegebener

Nachfrage. • In der Kostengleichung müssen deshalb folgende Werte bestimmt werden:

Bildung einer Kostenfunktion

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Grundidee • Das Kostenminimum entspricht der Fläche unter dem Kurvenzug. • Beachte Xi wird bei dieser Darstellung vernachlässigt.

Graphische Veranschaulichung des Rechenweges

Rechenweg • Bestimmung der Schnittpunkte (ti) der Kostenfunktionen durch Gleichsetzen der

Kostenfunktionen für jeden Kraftwerkstyp und Ermittlung der kostenoptimalen Einsatzzeiten

• Bestimmung der jeweiligen Leistung unter Benutzung der Jahresdauerlinie und der kostenoptimalen Einsatzzeiten

• Bestimmung der jeweiligen Arbeit der einzelnen Kraftwerkstypen mit Hilfe der Jahresdauerlinie

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Ein Beispiel: Die Kostenfunktionen

3.2 Nachfrage nach Elektrizität Wichtige Begriffe – Arbeit • Bruttostromerzeugung (Im Kraftwerk erzeugte Arbeit el. Arbeit, gemessen an den

Generatorklemmen) • - Kraftwerkseigenverbrauch (Elektrische Arbeit, die in den Neben- und Hilfsanlagen

verbraucht wird.) • = Nettostromerzeugung • + Bezug (El. Arbeit, die von Dritten bezogen wird, z.B. aus industriellen Eigenanlagen) • = Netzeinspeisung • - Pumpstromverbrauch

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• = Abgabe (Diese Größe ist die Menge von Arbeit, die das EVU an das Netz zur Verfügung der Verbraucher abgibt.)

• - Arbeitsverluste im Netz (Verluste, die durch Transport und Umspannung bedingt sind.) • = Nutzbare Abgabe (Gesamte Abgabe an Verbraucher einschließlich EVU) • - Betriebsverbrauch (Verbrauch des EVU in den betriebseigenen Einrichtungen) • = Abnahme Wichtige Begriffe – Leistung • Leistungsbedarf der nutzbaren Abgabe (Leistung der zum Zeitpunkt zu beliefernden

Geräte) • + Leistungsverluste im Netz (Leistung entsprechend dem Netzverlust) • = Leistungsbedarf der Abgabe • - Leistungsbedarf der Speicherpumpen • = Leistungsbedarf der Netzeinspeisung • + Sicherheitszuschlag für Nachfrageschwankungen • = bereinigter Leistungsbedarf der Netzeinspeisung Installierte Leistung

v... Installierte Leistung beim Verbraucher j Intensität der nachgefragten Leistung

u...Intensität der nachgefragten Leistung mit 0 < uij < 1 i... Messpunkte (Zeit) m...Anzahl Messpunkte j... Verbraucher n...Zahl der Verbraucher Gesamte nachgefragte Leistung

Vektor x repräsentiert die Tageslastkurve des Netzes

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Tageslastkurve

Quelle: Pfaffenberger, Elektrizitätswirtschaft, S.136

Lastkurve für mehrere Tage


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Jahresdauerlinie


Gleichzeitigkeit

Zufällige Schwankungen der Nachfrage Unterstellt man zufällige Schwankungen der Nachfrage einzelner Verbraucher, so nimmt die vorzuhaltende Spitzenleistung mit der Zahl der Verbraucher ab und nähert sich dem statistischen Mittelwert der zu beliefernden Geräte. Beispiel: Vorzuhaltende Leistung für Kühlschränke (nach Pfaffenberger, Elektrizitätswirtschaft, S. 124) „Anschlusswert: 100 W; Einschalthäufigkeit: 20% der Zeit. Existiert ein Gerät, so beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Netzbelastung von 100 W = 20%. (...) Existieren zwei Geräte, so beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Netzbelastung von 200 W nur noch 0,2 * 0,2 = 4 %. (...) Bei zehn Geräten ist die Wahrscheinlichkeit einer Netzbelastung von 1000 W (also einem gleichzeitigen Betrieb aller Geräte) nur noch 0,00001 % und damit kleiner als ein vernünftiger Sicherheitsgrad der Versorgung. Bei einer sehr großen Zahl von Geräten sind durchschnittlich immer 20% aller Geräte eingeschaltet. Die durchschnittlich zu versorgende Anschlussleistung beträgt also mit hoher Sicherheit nur

0,2 * n * 100 W (mit n = Anzahl der Geräte)“

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Systematische Schwankungen der Nachfrage • Zeitbezogenes Verlagern • Arbeitsanforderung ändert sich • Veränderung der installierten Leistung Abgeleitete Nachfrage • Die Nachfrage nach Elektrizität ist eine „abgeleitete“ Nachfrage. Der Verbraucher ist nicht

an Elektrizität an sich interessiert, sondern an dem Nutzen, den sie etwa in Gestalt von Wärme, Kraft, Licht stiften kann.

• Diesen Nutzen hat sie i.d.R. nur in Verbindung mit (Kapital-) gütern: elektrischer Heizung, Maschinen, Lampen.

• Dementsprechend kann es eine – preisabhängige – Substitutionsbeziehung zwischen Kapital und Energie geben,

• ferner eine – preisabhängige – Substitutionsbeziehung zwischen Strom und anderen Energieträgern.

Elastizitäten • Kurzfristig dürfte die Preiselastizität der Nachfrage nach Elektrizität eher gering sein;

langfristig jedoch deutlich größer. • Analog dürfte die Einkommenselastizität der Nachfrage nach Elektrizität kurzfristig gering

und langfristig deutlich höher sein. 3.3 Preisbildung in der Elektrizitätswirtschaft aus theoretischer Perspektive Nach: Wolfgang Pfaffenberger: Elektrizitätswirtschaft. Oldenbourg, München/Wien 1993. S. 191-200 Das Problem I Allgemein gilt auf Märkten die Regel: Preis gleich Grenzkosten (p=GK).

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Das Problem II In der Elektrizitätswirtschaft ist die Regel p=GK nicht so ohne weiteres anwendbar, weil je nach Lastbereich (Spitzen-, Mittel- oder Grundlast) die Grenzkosten variieren. Die variablen Kosten der Kraftwerkstypen (in unserer Nomenklatur b*kwh) verändern sich mit der Ausbringungsmenge. Bildet man die erste Ableitung (=b) kommt je nach Kraftwerkstyp ein anderes Ergebnis heraus.

Die erste Ableitung entspricht der Steigung der Kostenfunktionen. Sie ist für die drei abgebildeten Kraftwerkstypen offensichtlich unterschiedlich groß. Das zwingt zu einer Preisdifferenzierung im Abhängigkeit vom Lastbereich. Überblick über die verwendeten Bezeichnungen

Quelle: Wolfgang Pfaffenberger: Elektrizitätswirtschaft. Oldenburg. München,Wien. 1993, S. 192.

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Zur Vereinfachung des Problems wird angenommen, dass es für jede Periode lediglich ein – repräsentatives Kraftwerk gibt. Gewinnfunktion

Gewinnfunktionen – bezogen auf die Kraftwerke

Graphische Illustration

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Spitzenlastkraftwerk Mittellastkraftwerk Grundlastkraftwerk Ableitung der Gewinnfunktionen nach dG/dX

Berechnung von p1

Berechnung von p2

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Berechnung von p3

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Kommentierung der Lösungen - Spitzenlastkraftwerk –

Kommentierung der Lösungen – Mittellastkraftwerk –

Kommentierung der Lösungen – Grundlastkraftwerk –

Des Pudels einfacher Kern Wenn der Kraftwerkspark der Jahresdauerlinie richtig angepasst ist, reduzieren sich die Lösungen auf

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Teil III Energie und Umwelt 3. Theorie der externen Effekte Beispiele für Negative externe Effekte • Flugzeuglärm in der Einflugschneise eines Großflughafens • Versauerung des Grundwassers durch den Braunkohletagebau • Beeinträchtigung des Pflanzenwuchses auf den Äckern durch Schwefeldioxidemissionen

eines Kraftwerkes Beispiel für Positive externe Effekte • Nutzung der Ergebnisse der Grundlagenforschung • Ästhetischer Nutzen für Dritte durch die Pflege der Vorgärten • Die Anpflanzungen einer Gärtnerei erhöhen die Erträge des benachbarten Imkers Grundidee

Was sind externe Effekte ? Definitionen • Externe Effekte sind Nebenwirkungen wirtschaftlicher Aktivitäten (Produktion oder

Konsum), die nicht oder nur unzureichend über den Markt vermittelt sind. • Sie können bei den Betroffenen Kosten verursachen, dann spricht man von negativen

externen Effekten. • Sie können den Betroffenen aber auch nützlich sein, dann spricht man von positiven

externen Effekten. • Externe Effekte werden ferner nach pekuniären, technologischen und psychologischen

externen Effekten unterschieden. • Im folgenden geht es ausschließlich um technologische Externalitäten, die sich dadurch

auszeichnen, dass zwischen den Produktions- und Nutzenfunktionen der Wirtschaftssubjekte Beziehungen existieren, die nicht oder nur unzureichend durch den Markt erfasst werden.

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Die Beziehung von Nutzen- und Produktionsfunktion bei externen Effekten

Das Problem des „richtigen“ Umweltverbrauches aus wohlfahrtstheoretischer Sicht • Bei Vorliegen negativer externer Effekte ist der Wunsch der Betroffenen, das Ausmaß

der negativen Effekte sei 0, verständlich. • Aus wohlfahrtstheoretischer Sicht stehen dem möglichen Zuwachs an Wohlfahrt durch

Einschränkung des Umweltverbrauches Wohlfahrtsverluste durch die Reduktion der Menge des Gutes, das für diesen negativen Effekt verantwortlich ist, gegenüber.

• Dadurch ergibt sich ein Optimierungsproblem: Die Wohlfahrtsverluste durch die Einschränkung des Umweltverbrauches sollten nicht größer sein als die Kosten, die durch die Schädigung der Umwelt ausgelöst werden.

Wohlfahrtseffekte - die Kosten des Umweltverbrauches

Das Ausmaß der negativen Effekte auf die Wohlfahrt lässt sich an der Kostenkurve ablesen. Die erste Ableitung der Kostenkurve gibt die Grenzkosten des Umweltverbrauches an. Die markierte Fläche unter der GK-Kurve entspricht den Kosten des Umweltverbrauches.

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Die Wohlfahrtsverluste durch Einschränkung des Umweltverbrauches

Die grün schraffierte Fläche gibt den Wohlfahrtsverlust durch die Einschränkung der Produktion von x wieder. „Wohlfahrtsbilanz“ – algebraisch

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„Wohlfahrtsbilanz“ – graphisch

Optimaler Umweltverbrauch aus wohlfahrtstheoretischer Sicht

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Die Schadensfunktion

Die Kosten des Umweltverbrauches

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Die Grenzkosten des Umweltbrauches

Internalisierung der negativen externen Effekte

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3.4 Der Standard-Preis-Ansatz Warum ökologische Standards ? • Der so genannte Standard-Preis-Ansatz ist eine Reaktion auf die Probleme der

Monetarisierung der Umweltbeanspruchung. • Diese scheitert häufig daran, dass

– der ökonomischen Aktivität und der Schadensursache nicht eindeutig zu klären ist,

– die Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen der Schadensursache und dem (Umwelt-)

Schaden nicht eindeutig zu klären ist, – die Schadensverläufe unstetig sind und – die Zurechnung von Wohlfahrtseffekten zu Schäden nicht oder nur sehr

schwer möglich ist. Der Standard-Preis-Ansatz

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Probleme des Standard-Preis-Ansatzes

Statt Wohlfahrtsoptima Kosteneffizienz

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Klimaschutzpolitik Ziele und strategische Optionen Ableitung klimapolitischer Ziele

Reale klimapolitische Ziele • Kyotoprotokoll: Selbstverpflichtung der EU zu einer Reduktion der Treibhausgase um 8%

bis zum Zielzeitraum 2008-2012 (Referenzjahr 1990) • Die EU-interne Lastenverteilung dieser Selbstverpflichtung sieht vor, dass Deutschland in

diesem Zeitraum eine Reduktion der Treibhausgase um 21% erbringt. • Selbstverpflichtung Deutschlands aus dem Jahr 1990: Reduktion der Treibhausgase um

25% von 1990 bis 2005. • Vorschlag zur Weiterentwicklung: Reduktion um 40% bis 2020 gegenüber 1990 in

Deutschland (Bundesregierung 1990)

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Emissionsentwicklung in den EU-Mitgliedstaaten

Entwicklung der CO2-Emissionen in Deutschland

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Treibhausgasemissionen von Erdgas und Kohle

Das Zeitfenster der Klimapolitik in Deutschland

Die technischen Optionen der Klimapolitik

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• Wirkungsgradverbesserung • Abscheidung und Lagerung von CO2 • Energieträgerwechsel von CO2-intensiven zu CO2-armen Energieträgern • Reduktion des Stromverbrauches • Reduktion des Wärmebedarfes • Reduktion des Energiebedarfes im Verkehrssektor Wirkungsgradverbesserung • Aktuelle Wirkungsgrade:

– Steinkohle bis zu 47%, Braunkohle bis zu 43%, möglich bis zu 55%, gasbetriebene GuD-Anlagen bis zu 58%

– Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen von 70% bis über 90% • Durch Wirkungsgradverbesserung ist das Ziel einer 40%igen Reduktion der

Treibhausgase bis 2020 vermutlich nicht zu erreichen. CO2-Sequestration • Durch CO2-Abscheidung kann der CO2-Ausstoß eines Kraftwerks zwischen 80% und

90% reduziert werden. • CO2-Abscheidung führt zu Wirkungsgradverlusten zwischen 8 und 13% • Deponierung in alten Kohlenflözen, salinen Aquiferen, Öl- und Gasfeldern • Geschätzte Kosten für die Abscheidung zwischen 18 und 60 €/t CO2 und für

Transport/Deponierung zwischen 10 und 25 €/t • Diese Kosten führen bei Braunkohlekraftwerken zu zusätzlichen Stromgestehungskosten

zwischen 3 und 10 ct/kWh. Energieträgerwechsel Kohle => Gas • Die Umstellung von Kohle- auf Erdgaskraftwerke bringt eine brennstoffspezifische

Reduktion der CO2-Emissionen um etwa 40%. • Bei der Umstellung auf gasbetriebene GuD-Kraftwerke wären es etwa 60%. Beurteilungskriterien für umweltpolitische Instrumente

• Ökologische Treffsicherheit • Kosteneffizienz • Statische Allokationseffizienz • Dynamische Allokationseffizienz • Wettbewerbsverzerrende Wirkungen • Verwaltungskosten • Verteilungswirkungen

EU-Emissionshandel

• Der Gliederungsabschnitt „EU-Emissionshandel“ wird in der Veranstaltung durch die Teilnehmer erarbeitet.

• Entsprechende Übungsaufgaben und Literaturhinweise werden in der Veranstaltung ausgehändigt.

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Ökologische Steuerreform

• Der Gliederungsabschnitt „ökologische Steuerreform“ wird in der Veranstaltung durch die Teilnehmer erarbeitet.

• Entsprechende Übungsaufgaben und Literaturhinweise werden in der Veranstaltung ausgehändigt.

Zertifikate, Lizenzen Definition:

• Mit Zertifikaten oder Lizenzen vergibt der Gesetzgeber an Emittenten handelbare Umweltnutzungsrechte.

• Dem Emittenten wird das Recht eingeräumt, bis zum Nennwert des Zertifikates Emissionen zu tätigen.

• Für die Zertifikate gibt es einen Markt, auf dem sich ein Preis für die Umweltnutzungsrechte bildet, der sich an Angebot und Nachfrage orientiert.

• Zertifikate können durch die Emittenten mithin gekauft und verkauft werden. Funktionsprinzip

Optimierungskalkül eines Unternehmens

E

N A

E*

p*

GKV

E

GKV1

GKV2

E1

E2

Legende p…Zertifikatepreis E…Emissionsniveau A…Zertifikateangebot N…Zertifikatenachfrage

Legende GKV… Grenzkosten der Vermeidung GKV

i…Grenzkosten der Vermeidung des Unternehmens i

z

i

i

iiziii

iii

iziii

pV

K

VEpVKC

EEV

EpVKC

=

!+=

!=

+=

"

"

)()(

)(

max

max

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Zertifikate und Abgaben

• Bei Zertifikaten legt der Staat die zulässige Gesamtmenge der Umweltnutzung (Emissionen) fest und auf dem Markt bildet sich durch das Zusammenspiel von Angebot und Nachfrage ein Preis für die Umweltnutzung. (Mengenlösung)

• Bei Umweltabgaben legt der Staat den Preis für die Umweltnutzung fest und auf dem Markt legt jedes Unternehmen für sich die optimale Menge der Umweltnutzung fest. (Preislösung)

• Sofern der Staat die Grenzvermeidungskosten der Unternehmen zutreffend antizipiert, verhalten sich Mengen- und Preislösung spiegelbildlich. In beiden Fällen resultiert die gleiche Umweltnutzung (Emissionsmenge).

Ökologische Treffsicherheit

• Die Zertifikatelösung ist treffsicherer als die Abgabenlösung, weil die ausgebende Behörde über die Begrenzung der Zertifikate zugleich die Menge der zulässigen Emissionen limitiert.

• Bei der Abgabenlösung hängt hingegen die Erreichung des (ökologischen) Lenkungszieles von der korrekten Antizipation der Anpassungsreaktionen der Emittenten ab.

Erstausgabemechanismen Im Prinzip lassen sich zwei Erstausgabemechanismen bei den Zertifikaten unterscheiden:

• Zuteilung (Grandfathering) • Auktion

Vor- und Nachteile: • Die Zuteilung hat den Vorteil, dass bei der Erstausgabe den Unternehmen zunächst

keine Kosten entstehen, wenn die Zuteilung in Höhe der vorhandenen Umweltnutzung der einzelnen Unternehmen erfolgt. Durch eine allmähliche Entwertung der Umweltnutzungsrechte kann dann eine „sanfte“ Anpassung in Richtung der gewünschten Gesamtmenge der zulässigen Umweltnutzung realisiert werden. (Dies entspricht den nationalen Allokationsplänen.)