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Im Kontext der Überlegungen zur Novellierung des KWK- Gesetzes (KWKG) wird im Folgenden untersucht,
1.welchen geldwerten Vorteil der Emissionshandel in der kommenden Zuteilungsperiode für KWK- Anlagen erbringen wird und
2.welche CO2- Minderungskosten entstehen, wenn ein Ausbau der KWK- Erzeugung erreicht werden soll durch Zuschläge auf die KWK- Stromerzeugung aus neuen, ab 2008 zugebauten KWK- Anlagen.
Da eine Förderung durch die KWK- Novelle (ergänzend zum auslaufenden KWKG) aller Voraussicht nach auf neue (bzw modernisierte) KWK- Anlagen begrenzt sein wird, betrachten wir hier nur neue, moderne KWK- Anlagen Diese werden in der Regel mit Erdgas betrieben werden.
Wir betrachten zwar auch Steinkohle- KWK- Anlagen, die aber für den Ausbau der KWK gegenüber Erdgas wie schon bisher (seit Anfang der 90er Jahre) nur eine geringe Rolle spielen werden (1*). Für den Klimaschutz ist ihr Zubau nur insoweit sinnvoll, als Steinkohleverstromung ohnehin politisch gewollt wird und durch den speziellen Steinkohlebenchmark im Emissionshandel gefördert wird.
Hier die wesentlichsten Ergebnisse für moderne Erdgas- KWK- Anlagen
1.Der Emissionshandel gemäß ZuG 2012 verschafft modernen Erdgas- KWK- Anlagen (durch Verkauf überschüssiger Zertifikate) Erlöse, die zur Wirtschaftlichkeit beitragen, aber zu bescheiden sind, um erhebliche Schubkraft für KWK- Investitionen zu erzeugen. Bei den derzeit aktuellen Forward- Preisen um 20€/tCO2 erreichen diese Erlöse maximal 0,3 ct je kWh Stromerzeugung.
2. Die Förderung des Zubaus neuer Erdgas- KWK- Anlagen ergibt günstige CO2- Minderungskosten. Ihre praxisrelevante Spannweite liegt im Fall, dass 6 Jahre lang 1,5 ct je kWh KWK- Stromerzeugung gezahlt werden, bei 8 - 15 €/tCO2 und damit unter den aktuellen Emissionshandel- Forward Preisen um 20 €/t CO2 (2*).
I. Vorteil der KWK durch Emissionshandel
Wir betrachten zunächst das Benchmarksystem gemäß dem ZuG 2012, danach auch die teilweise Veräußerung/Auktionierung.
Im Benchmarksystem des ZuG 2012 ist die Zuteilung nach Doppelbenchmark keine Sonderregelung zur Begünstigung der KWK, sondern die zwangsläufige Folge der Grundregel, dass jede produzierte kWh an Strom bzw. Wärme die gleiche Benchmark- Zuteilung erhält, unabhängig von der Art der Erzeugung, differenziert lediglich nach Brennstoff. Dadurch werden den KWK- Anlagen Emissionsberechtigungen entsprechend denjenigen Emissionen zugeteilt, die entstünden, wenn die in der KWK- Anlage erzeugte Menge an Strom und Wärme ungekoppelt erzeugt würde, und zwar in modernen Kraftwerken und Heizwerken des Benchmarkstandards "beste verfügbare Technologie". Auch im Verleich zu diesem hohen Standard ungekoppelter Erzeugung verursacht die gekoppelte Erzeugung in modernen KWK- Anlagen erheblich geringere Emissionen. Daher erhalten diese KWK- Anlagen im Benchmarksystem überschüssige Zertifikate, die veräußert werden können. Die Menge an überschüssigen Zertifikaten entspricht der durch KWK erzielten "Einsparung" an CO2- Emissionen gegenüber der ungekoppelten Erzeugung in Anlagen des Benchmarkstandards "beste verfügbare Technologie".
Bild 1 zeigt quantitativ, wie dieser Überschuss von der Effizienz der KWK- Erzeugung abhängt. Dargestellt ist die "relative " Zuteilung von Emissionsberechtigungen für KWK- Anlagen bei den im ZuG 2012 definierten Benchmarks und zwar als Funktion des elektrischen Nutzungsgrads ηe und des Gesamtnutzungsgrads ηg der KWK- Anlage. Die relative Zuteilung ist hier definiert als das Verhältnis der Zuteilung an Emissionsberechtigungen für eine KWK- Anlage zu den von dieser Anlage verursachten Emissionen. Übersteigt sie 100%, so ergibt sie überschüssige Zertifikate.
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Bild 2 gibt – wiederum als Funktion des elektrischen Nutzungsgrads und des Gesamtnutzungsgrads – den Geldwert der überschüssigen Zertifikate je kWh Stromerzeugung der Anlage an und zwar bei einem Zertifikatswert von 20 €/t CO2. Der entspricht etwa dem Durchschnitt der bisher (Mitte August 2007) in 2007 gezahlten Forward- Preise für die Periode 2008 – 2012. Die Grundlagen der Berechnung beider Diagramme sind in der Anlage dokumentiert.
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KWK- Anlagen der Leistungsgrößen, die dem Emissionshandel unterliegen, werden seit Anfang der 90er Jahre überwiegend als Erdgas- GuD- Anlagen ausgeführt. Sie erreichen im reinen KWK- Betrieb in der Regel Gesamtnutzungsgrade um 85 - 90% bei elektrischen Nutzungsgraden von 40 – 50%. Bild 1 zeigt, dass diese modernen, effizienten Anlagen zwischen 25 und 40% an überschüssigen Zertifikaten erhalten. Bild 2 zeigt, dass beim Zertifikatswert 20€/tCO2 der Verkaufswert dieser überschüssigen Zertifikate bei 0,25 - 0,30 ct je kWh Stromerzeugung liegt.
Der Emissionshandel kann also zur Wirtschaftlichkeit des Betriebes von hoch effizienten KWK- Anlagen beitragen. Der Beitrag ist aber zu bescheiden, um erhebliche Schubkraft für KWK- Investitionen zu erzeugen, Demgegenüber hatte der Zuschuss von 1.6 - 1,7 ct/kWh für modernisierte KWK- Anlagen nach KWKG einen Modernisierungsschub bewirkt, der allerdings Ende 2005, der Zeitgrenze für die Inbetriebnahme, abrupt abbrach, Ein marktgetriebener KWK- Ausbau findet kaum statt, obwohl neue KWK- Anlagen schon seit Beginn 2005 im Rahmen des ZuG 2007 die Zuteilung nach Doppelbenchmark erhalten.
Bei hohen Anteilen von ungekoppelter (Kondensations-) Stromerzeugung, entsprechend Gesamtnutzungsgraden unter 75%, erhalten gasbetriebene KWK- Anlagen kaum noch überschüssige Zertifikate. Für kohlegefeuerte KWK- Anlagen liegt der Wert überschüssiger Zertifikate bei vergleichbaren Nutzungsgraden höher als für gasgefeuerte, was aber für die Praxis des KWK- Zubaus nur geringe Bedeutung hat.
Die Auktionierung (bzw. Veräußerung) wirkt im Prinzip so effizienzorientiert wie ein Benchmarksystem: je effizienter die Anlage, desto weniger CO2- Emissionen entstehen bei gleicher Erzeugung von Strom und/oder Wärme mit gleichem Brennstoff und desto weniger Zertifikate müssten folglich abgegeben, mithin gekauft werden. Für die KWK hätte freilich die Grenze von 20 MW Feuerungswärmeleistung bei vollständiger Auktionierung nachteilige Folgen, weil die mit der KWK- Erzeugung konkurrierende ungekoppelte Wärmeerzeugung weitgehend in Heizkesseln von weniger als 20 MW Leistung erfolgt, also nicht mit den Kosten des Kaufs von Emissionsberechtigungen belastet wird (3*).
Dieser potenzielle Nachteil tritt aber bei der im ZuG 2012 gewählten Lösung nicht auf, weil ausschließlich die Stromerzeugung mit der teilweisen Auktionierung oder Veräußerung belastet wird. Die Benchmarkzuteilung für KWK- Anlagen wird demgemäß nicht für die Wärmeerzeugung, sondern nur für die Stromerzeugung gekürzt. Beträgt die Kürzung 10%, dann ergeben sich für KWK- Anlagen mit Gesamtwirkungsgraden ab 75% noch Überschusszuteilungen. Deren Wert beträgt beim Zertifikatspreis 20 €/t CO2 und Gesamtnutzungsgrad ηg= 90% fast unabhängig vom elektrischen Wirkungsgrad 0,23 ct/kWhe (ohne Kürzung 0,3 ct/kWhe vgl. Bild 2), bei ηg= 75% nur noch einige hundertstel ct/kWhe) (4*).
II CO2- Minderungskosten bei durch Zuschläge stimuliertem KWK- Ausbau
Wir gehen davon aus, dass durch Novellierung des KWKG ein Zubau von KWK- Anlagen mittels Zahlung eines Zuschlags auf die KWK- Stromerzeugung gefördert werden soll. Die Effektivität dieser Förderung als Klimaschutzmassnahme lässt sich ausdrücken als das Verhältnis von Zuschlagszahlung zur damit erreichten CO2- Minderung (in €/tCO2). Diese sog. CO2- Minderungskosten sind abhängig von
• der gezahlten Zuschlagssumme für neue KWK- Anlage bezogen auf deren KWK- Stromerzeugung [€/kWhe] und
• den Referenzwerten für die spezifischen CO2- Emissionen der ungekoppelten Erzeugung von Strom (Re) bzw. Nutzwärme (Rq) [kgCO2/kWh]
Als Referenzwerte sind die spezifischen CO2- Emissionen derjenigen Kondensationskraft-werke bzw. Wärmeerzeuger zu wählen, deren Strom- bzw. Nutzwärmeerzeugung durch die Erzeugung der geförderten neuen KWK- Anlagen substituiert wird. Diese Regel ergibt allerdings keine eindeutigen Resultate für die Höhe der Referenzwerte, weil sich der Bestand an Kondensationskraftwerken und Wärmeerzeugern im Lauf der Zeit verändert und weil zudem der zeitliche Einsatz (Lastgang) der neuen KWK- Anlagen nicht einheitlich ist. Daher ist es sachgerecht, das Spektrum der möglichen Referenzwerte Re durch plausible Ansätze einzugrenzen. Wir übernehmen hier (gerundet) die Referenzwerte aus dem Bericht des IER an das BMWi zur Wirksamkeit des KWK- Gesetzes (5*):
Re= 600 bzw. 750 g CO2/kWhe (unterer bzw. oberer Grenzwert)
Rq = 240 g CO2/kWhth.
DIW/Öko-Institut verwenden ähnliche Werte in ihren Untersuchungen zur Minderungen der CO2- Emissionen durch Modernisierung von KWK- Anlagen (6*). Der obere Wert für Re repräsentiert den Mix aus Mittellastanlagen des derzeitigen Bestandes an Kondensationskraftwerken, der untere Wert einen etwa hälftigen Mix aus neuen, modernen Gas/Gud- und Steinkohlekraftwerken (7*).
Mit diesen Referenzwerten für die ungekoppelte Erzeugung ermitteln wir die CO2- Minderungskosten für neue KWK- Anlagen für den Fall, dass – wie in kursierenden Vorschlägen für die KWKG- Novellierung – deren Stromerzeugung während der ersten 6 Betriebsjahre durch einen Zuschlag von 1,5 ct/kWh auf die KWK- Stromerzeugung gefördert wird. Umgelegt auf 20 Betriebsjahre entspricht das einer durchschnittlichen Förderung von 0,45 ct/kWhe. Die CO2- Minderungskosten ergeben sich damit aus der eingangs angegebenen Beziehung als das Verhältnis dieser Zuschlagszahlung zu der je kWh KWK- Stromerzeugung erreichten CO2- Minderung. Die beigefügte Grafik stellt sie als Funktion des elektrischen Nutzungsgrades ηe und des Gesamtnutzungsgrades ηg von Erdgas- KWK- Anlagen dar. Der zugrunde liegende Formelplan ist im Anhang dokumentiert.
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Die dargestellten Werte decken den Bereich der Anlagen mit KWK- Nutzungsgraden von ηg/ηe = 75%/30% bis zu ηg/ηe= 90%/50% ab. In diesem Bereich liegen die Nutzungsgrade der ganz überwiegende Anzahl neuer, moderner Erdgas- KWK- Anlagen. Die CO2- Minderungskosten hängen hier nur geringfügig vom ηe und mehr vom η g der KWK- Anlagen ab, Bei dem für Strom aus neuen Kondensationskraftwerken repräsentativen Referenzwert Re= 0,6 kg CO2/kWhe liegen sie um 35% - 50% höher als bei dem für den Kraftwerksbestand repräsentativen Wert Re = 0,75 kg CO2/kWhe. Das wesentlichste Ergebnis ist aber:
Die praxisrelevante Spannweite der CO2- Minderungskosten für die Förderung des Zubaus neuer Erdgas- KWK- Anlagen liegt mit 8 -15 €/tCO2 unter den aktuellen Forward Preisen um 20 €/t CO2 für den Emissionshandel in der Periode 2008 -2012(8*).
Steinkohle KWK zuzubauen erscheint hinsichtlich Klimaschutz allenfalls unter dem Aspekt sinnvoll, dass Steinkohleverstromung politisch gewollt und (mittels des speziellen Steinkohlebenchmarks) im Emissionshandel gefördert wird. Daher setzen wir für die Steinkohle- KWK nur den oberen Referenzwert Re = 0,75 Kg CO2/kWh an, der gleichermaßen die CO2- Emissionen des Mittellastmix im derzeitigen Kraftwerkspark wie auch die neuer, moderner Steinkohlekondensationskraftwerke repräsentiert. Bei diesem Re – also im Vergleich zur Stromerzeugung des derzeitigen Mittellastmix wie auch moderner Steinkohlekraftwerke – ergeben neue Steinkohle- KWK- Anlagen erhebliche CO2- Einsparungen, dies aber mit höheren Minderungskosten gegenüber Erdgas- KWK- Anlagen. Bei den für neue Steinkohle- KWK- Anlagen erzielbaren Nutzungsgraden ηg um 80% und ηe knapp unter 40% liegen die CO2- Minderungskosten bei 40 – 50 €/tCO2.
> Anlage
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1* Wegen der hohen spezifischen Investitionskosten, die sich bei KWK- Anlagen ungünstiger auswirken als bei großen Kondensationskraftwerken, wurden KWK- Anlagen auf Steinkohlebasis kaum noch zugebaut seitdem die (bis Ende der 80er Jahre geltenden) Restriktionen für Erdgasanlagen über 10 MWe entfielen Nach Erhebungen des VKU zu den infolge Förderung durch das KWKG (bei Inbetriebnahme bis 2005) modernisierten KWK- Anlagen befand sich unter 26 modernisierten Anlagen > 2 MWe nur eine Steinkohleanlage (ca. 250 MWe).. Für unsere Betrachtung sind die derzeit in Bau oder Planung befindlichen Steinkohlegroßkraftwerke, die auch Wärme auskoppeln, nicht relevant, da diese im wesentlichen zur Stromerzeugung dienenden Anlagen keiner Förderung bedürfen; der B.KWK schlägt vor, die Förderung auf KWK- Anlagen bis 300 MWe zu begrenzen.
2* Seit Bekanntgabe der wesentlichsten Entscheidungen zu den nationalen Allokationsplänen bis jetzt (Anfang August 2007) schwankten die Forward- Preise um 20 €/t.
3* V.a. die KWK- Anlagen der Fernwärmeversorgung müssten für den durch Wärmeerzeugung bedingten Mehraufwand an Brennstoff Zertifikate kaufen, ohne wärmeseitig Entlastung zu erhalten
4* Diese Werte ergeben sich aus dem Formelplan des Anhangs für die Überschusszuteilung, wenn dort der Benchmark Be mit einem Faktor entsprechend der Kürzung (im Fall 10% Kürzung mit dem Faktor 0,9) multipliziert wird.
5* IER: Untersuchung der Wirksamkeit des Kraft- Wärme- Kopplungsgesetzes, Juli 2005.
6* DIW/Öko- Institut: Verstärkte Nutzung der Kraft- Wärme- Kopplung. September 2006. darin unterer bzw. oberer Grenzwert für Re= 0,586 bzw. 0,771 kg CO2/kWhe, Rq = 0,26 Kg CO2/kWhth.
7* Dieser Ansatz trägt dem Umstand Rechnung, dass KWK- Anlagen im Durchschnitt Mittellaststrom produzieren und dass die Stromerzeugung neuer KWK- Anlagen zunächst Mittellaststrom aus dem Kraftwerksbestand verdrängt, längerfristig aber auch als Alternative zum Zubau neuer Kondensationskraftwerke wirkt.
8* Seit Bekanntgabe der wesentlichsten Entscheidungen zu den nationalen Allokationsplänen bis jetzt (Anfang August 2007) schwankten die Forward- Preise um 20 €/t.
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