Der Ausbau erneuerbarer Energien wird in vielen Ländern gefördert. Technologien wie Wind- und Solaranlagen weisen jedoch naturbedingt Schwankungen in der Erzeugung auf und stellen damit eine große Herausforderung für die Netzstabilität dar. „Speichertechnologien, welche die Produktionsschwankungen abfangen können, tragen demnach in großem Maße dazu bei, ob die deutsche Energiewende zu einem Erfolg wird“, erläutert Fabian Naumann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl Volkswirtschaftslehre, Fachgebiet Ressourcen- und Energieökonomik, der TU Kaiserslautern. Der Wissenschaftler hat zusammen mit Dr. Adhurim Haxhimusa (FH Graubünden) und Prof. Dr. Mario Liebensteiner (FAU Erlangen-Nürnberg) die Rolle von Pumpspeicherkraftwerken untersucht.
Pumpspeicherkraftwerke aus Österreich unter der Lupe
Um den Einfluss der erneuerbaren Energien im Gesamtgefüge darzustellen, hat das Forschertrio konkret die Ertragskraft der Energiespeicher für den deutsch-österreichischen Markt analysiert. Das grundlegende Geschäftsmodell von Pumpspeicherkraftwerken liegt darin, die Preisunterschiede für das Speichern und Entladen eines Wasserreservoirs über die Zeit zu nutzen. Hierfür wird in Zeiten mit niedrigen Energiepreisen (zum Beispiel nachts, wenn die Stromnachfrage gering ist) Wasser mittels Pumpleistung aus einem unteren Wasserbecken in den oberen Speichersee befördert und dort gespeichert. Hingegen steigen der Energiebedarf und somit die Stromgroßhandelspreise tagsüber. Das nutzen Pumpspeicherkraftwerke, um das gespeicherte Wasser aus dem oberen Reservoir abzulassen, mittels Turbinenleistung Energie zu erzeugen und diese anschließend zu verkaufen.„Der Ausbau von Erneuerbaren Energien führt jedoch zum sogenannten ‚Merit-Order-Effekt‘: Um den Energiebedarf von Industrie und Haushalten zu decken, ersetzen regenerative Energiequellen, welche kostengünstig Energie erzeugen können, unter anderem Gaskraftwerke, die durch den Brennstoffeinsatz höhere Produktionskosten aufweisen“, erklärt Prof. Mario Liebensteiner.
Erneuerbare lassen Großhandelspreis sinken
Als Resultat sinkt der Großhandelspreis, da der Energiebedarf mit günstigerem Kraftwerkseinsatz bereitgestellt werden kann. Die Erzeugung der Windenergie ist über den Tagesverlauf relativ konstant, wohingegen die Sonnenenergie lediglich tagsüber zur Verfügung steht – das Preisniveau wird somit insgesamt gesenkt, besonders tagsüber, wenn Speichertechnologien Energie erzeugen. „In Folge sinkt der Profit von Pumpspeicherkraftwerken, wie wir es in unserer Studie für die österreichischen Betreiber nachweisen konnten. Langfristig kann das sogar dazu führen, dass weniger in die systemrelevanten Energiespeicher investiert wird. Dabei ist zu beachten, dass Pumpspeicherkraftwerke die derzeit einzige Technologie darstellen, um Energie kostengünstig und in großem Maßstab speichern zu können.“Das Forscher-Trio findet diese Entwicklung besorgniserregend, da der weitere Ausbau erneuerbarer Energien mittels direkter Förderung diese Effekte verstärken werde. „Beispielsweise plant Deutschland den Anteil erneuerbarer Energien bis 2050 auf 80 % anzuheben – 2019 waren es noch 46 %.
Es erscheint den Wissenschaftlern paradox, dass die Produktionsschwankungen von erneuerbaren Energien einerseits die Flexibilität und Kapazität von Speicheranlagen benötigen, andererseits dem Ertrag dieser Kraftwerke entgegenwirken und folglich Investitionsanreize senken – aber es ist eine Tatsache, die wir in die Rechnung einbeziehen müssen“, ergänzt Dr. Adhurim Haxhimusa, der dritte Forscherkollege im Verbund.
Einen effizienteren Lösungsansatz sehen die Wissenschaftler in einer CO₂-Bepreisung anstelle einer direkten Subventionierung erneuerbarer Energien. „Das Ziel einer intensiveren CO₂-Bepreisung ist es, dass emissionsintensive Erzeugungstechnologien im Vergleich zu emissionsarmen teurer werden“, sagt Naumann.
Ein hoher und stabiler CO₂-Preis setze dadurch langfristig Anreize, den Strommarkt emissionsärmer zu gestalten. Dadurch könne wiederum die Erzeugung aus vergleichsweise emissionsarmen Technologien wie etwa Gas generell günstiger für die Deckung des Energiebedarfs sein als die Produktion aus emissionsintensiven Technologien wie etwa Kohle. Mit Hilfe dieser Brennstoffumstellung („fuel switch“) lassen sich Emissionen signifikant reduzieren. Bei Bedarfsspitzen ist die Stromgewinnung teurer und lässt den Großhandelspreis ansteigen, wodurch sich die Erträge der Speicheranlagen ebenfalls erhöhen. „Folglich erleben auch erneuerbare Energien verstärkte Investitionsanreize, da sich die erzeugte Energie zu einem höheren Marktpreis verkaufen lässt“, sagt Haxhimusa.
CO₂-Preis muss hoch genug sein
Die durchschnittliche CO₂-Bepreisung durch den Europäischen Emissionszertifikatehandel lag im Untersuchungszeitraum bei lediglich 7 €/t CO₂ und konnte dadurch die Erträge der Pumpspeicherbetreiber lediglich um 9 % erhöhen. „Ohne eine CO₂-Bepreisung hätten die Erträge noch stärker als 25 % abgenommen“, warnt Liebensteiner. Für einen Emissions-Zertifikatspreis von 25 €/t CO₂, welcher das aktuelle Niveau widerspiegelt, ergibt das statistische Modell des Forschungsteams eine Ertragssteigerung von rund 32 %. Eine CO₂-Bepreisung kann somit den unerwünschten Effekten der direkten Subventionierung erneuerbarer Energien entgegenwirken, sollte diese hoch genug ausfallen.„Wir wissen, dass die Abschaffung der Subventionierung erneuerbarer Energien hin zu einem höheren CO₂-Preis politisch nicht umsetzbar ist, da beispielsweise Einspeisevergütungen für Jahrzehnte garantiert sind“, resümiert Haxhimusa. „Jedoch raten wir dringend dazu, im Rahmen der Klimapolitik die CO₂-Bepreisung zu intensivieren, da es sich um eine wirkungsvolle Maßnahme handelt, um effizient Emissionen zu reduzieren und zugleich die Ertragskraft von systemrelevanten Energiespeichern zu sichern ebenso wie Investitionen in diese aufrechtzuerhalten.“
Die Arbeit des Forschertrios „Subsidizing Renewable Energies or Pricing Carbon? Causal Effects on Energy Storages“ ist online abrufbar unter: https://vwl-re.wiwi.uni-kl.de/fileadmin/vwlre.wiwi.uni-kl.de/Dokumente_Fabian/PumpStorage.pdf
