Wie wirken Klimaschutzmaßnahmen? Energiewirtschaftliche Modelle und Analysen

Um Klimaschutzmaßnahmen zu bewerten, weiterzuentwickeln und verschiedene Strategien zu vergleichen, sind quantitative, modellbasierte Analysen notwendig. Politikmaßnahmen oder Klimaschutzziele werden dabei in Szenarien abgebildet und ihre ökonomischen und ökologischen Auswirkungen im Vergleich zu einer Referenzentwicklung untersucht. Diese Analysen erlauben quantitative Beobachtungen von Emissions-, Wirtschafts- (Output, Struktur, Preise, Beschäftigung, Handel, Verteilung) und Technologieentwicklungen und können die Basis für politische Entscheidungen zum Schutz des Klimas sein.

Je nach Fragestellung kommen unterschiedliche Modelltypen zum Einsatz.

  1. Makroökonomische Modelle: Auf der Ebene der Gesamtwirtschaft werden ökonomische und ökologische Effekte mit makroökonomischen Modellen, wie zum Beispiel allgemeinen Gleichgewichtsmodellen (CGE-Modellen) oder Input-Output-Modellen (IO-Modelle) untersucht. Diese Modelle bilden alle Sektoren der Volkswirtschaft ab und beschreiben die Auswirkungen, die sich auf allen Märkten in Abhängigkeit voneinander ergeben. Dabei steht die Interaktion mit den Energiemärkten im Fokus.

  2. Ingenieurwissenschaftliche Modelle: Zur Analyse von einzelnen Wirtschaftssektoren, die im Zusammenhang mit energie- und klimapolitischen Fragestellungen besonders relevant sind, wie zum Beispiel dem Stromsektor, werden ingenieurwissenschaftliche, sogenannte bottom-up-Modelle verwendet. Diese Modelle berechnen einen optimalen, das heißt kostenminimalen Technologiemix, mit dem klimapolitische Vorgaben erfüllt werden können.

  3. Mikroökonomische Modelle: Auf der Grundlage von Datensätzen zu Haushalten, Firmen oder einzelnen Märkten werden Entscheidungsprozesse einzelner Wirtschaftsakteure, sowie die Preisbildung auf einzelnen Märkten dargestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt auf Verteilungseffekten von energie- und klimapolitischen Maßnahmen auf Haushaltsebene, sowie ihrer Auswirkungen auf die Märkte für Strom und CO2.

Für einzelne Fragestellungen, zum Beispiel für Teilsektoren der Wirtschaft oder Emissionen einzelner Treibhausgase, werden in weiteren Modellen Daten vergangener Jahre ausgewertet. Darauf basierend können mittels der Szenariotechnik zukünftige Entwicklungen für Treibhausgasemissionen beschrieben werden.

Energieökonomische Modelle im Einsatz

Das Öko-Institut nutzt energieökonomische Modelle für die Beantwortung diverser Fragestellungen. Sie wurden von den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts entwickelt und werden kontinuierlich erweitert.

PowerFlex ist ein Strommarktmodell, das den optimalen Betrieb von Kraftwerken, Speichern und Flexibilitätsoptionen berechnet, um die Strom- und Fernwärmenachfrage sowie die Bereitstellung von Regelleistung zu decken. Die Besonderheit dieses Modells: Es bildet verschiedene Möglichkeiten für Flexibilität bei Stromnachfrage und -angebot detailliert ab. Aus den berechneten Einsatzprofilen für Kraftwerke, Speicher und flexible Stromnachfrager (wie Kühlhäuser oder Elektrofahrzeuge) werden weitere Kennzahlen abgeleitet, wie zum Beispiel CO2-Emissionen, Speicherverluste oder die resultierenden Strompreise. Das Modell kommt in verschiedenen Projekten zum Einsatz und lässt sich mit dem Investitionsmodell ELIAS koppeln (erste Grafik rechts).

PowerFlex-Grid bildet zusätzlich auch das deutsche Übertragungsnetz mit rund 500 Netzknoten ab. Die europäischen Nachbarländer werden zudem in vereinfachter Form als jeweils ein Netzknoten berücksichtigt, so dass auch der Stromaustausch zwischen den Ländern modelliert wird (Import und Export).

ELIAS: Das Electricity Investment Analysis Modell ist ein Investitionskostenmodell für den deutschen Stromsektor. Es ermittelt, welche Kraftwerksinvestitionen unter ökologischen Rahmenbedingungen am kostengünstigsten sind. Im Projekt „Politikszenarien“ werden damit die Auswirkungen verschiedener Klimaschutzmaßnahmen auf den zukünftigen Kraftwerkspark und seine CO2-Emissionen analysiert. Zudem kommt ELIAS zum Einsatz, um die Auswirkungen der erneuerbaren Energien und der Elektromobilität auf den Kraftwerkspark zu untersuchen.

FARM-EU ist ein allgemeines Gleichgewichtsmodell (CGE-Modell), das die Auswirkungen von Klimaschutzmaßnahmen in verschiedenen Staaten und Wirtschaftsbereichen auf die gesamtwirtschaftliche sowie sektorale Entwicklung, Preiseffekte, Handelseffekte und Energienachfrage sowie CO2-Emissionen bis zum Jahr 2040 abbildet. Es analysiert zudem Wettbewerbseffekte und die Risiken des so genannten ‚Carbon Leakage’, das heißt eventuelle Verdrängungseffekte für einzelne Wirtschaftszweige. Insbesondere für die internationale Klimapolitik ist eine länderübergreifende, gesamtwirtschaftliche Analyse und Bewertung von Interesse (zweite Grafik rechts).

Analyse der Verteilungseffekte von Energieeffizienzmaßnahmen (EnEffDist): Jegliche energie- und klimapolitische Maßnahme zieht Verteilungseffekte in der Bevölkerung nach sich. Auf Basis detaillierter Haushaltsdaten können Verteilungseffekte von Maßnahmen zur Energieeinsparung und –effizienz oder Politiken wie des EEG oder des EU-Emissionshandels bestimmt werden. Dabei wird abgebildet, wie die induzierte Veränderung im Preis von Konsumgütern oder Veränderungen der nachgefragten Mengen auf unterschiedliche Haushaltstypen wirken. Betrachtete Verteildimensionen umfassen das verfügbare Einkommen, die Haushaltszusammensetzung oder die soziale Stellung (zum Beispiel Arbeitnehmer, Rentner, Studenten) eines Haushaltes.

Ökonometrie und Statistik (ÖkoStat): Mit Hilfe ökonometrischer Analysen von Zeitreihendaten und Haushalts- oder Firmendaten können historische Zusammenhänge zwischen verschiedenen Faktoren bestimmt und daraus Schlüsse für ihre weitere Entwicklung gezogen werden. Insbesondere werden diese Analysen herangezogen, um den Einfluss von energie- und klimapolitischen Maßnahmen auf Preise und das Verhalten von Haushalten und Firmen darzustellen. Untersuchte Fragestellungen umfassen zum Beisiel die Preisbildung auf dem CO2-Markt und die Berechnung des Merit-Order-Effekts der Erneuerbaren Energien im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG).

EmIO ist ein Input-Output Modell, welches die Verflechtungen der Sektoren der gesamten Volkswirtschaft darstellt und ein explizites Arbeitsplatzmodul besitzt. Es ist in den Varianten EmIO-D (Deutschland) und EmIO-EU verfügbar und basiert jeweils auf den Input-Output Tabellen des Statistischen Bundesamtes und Eurostat, die jedes Jahr als Teil der Volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung (VGR) veröffentlicht werden. Mit EmIO können Arbeits-platzeffekte von Investitionen, Einsparungen oder zusätzlichen Kosten, die in einzelnen Sektoren auf Grund von energie- und klimapolitischen Maßnahmen anfallen, berechnet werden, wobei die Verflechtungen der Volkswirtschaft und insbesondere Vorleistungen aus anderen Sektoren berücksichtigt werden.

Modellierung für Politikberatung und Wissenschaft

Fundierte, transparente, und robuste quantitative Modellanalysen sind in der energie- und klimapolitischen Beratung wie auch in der Wissenschaft ein wichtiges Werkzeug. Sie liefern Zahlen und Methoden für die Bewertung von Klimaschutzmaßnahmen, die als Basis für wichtige Entscheidungen und Verhandlungen dienen. Dabei treffen Modelle Aussagen zu Kosten und Nutzen energie- und klimapolitischer Maßnahmen, stellen die Auswirkungen auf die Gesamtwirtschaft und einzelne Teilbereiche dar und berechnen sozioökonomische Folgen wie Strukturveränderungen oder Beschäftigungs- und Verteilungseffekte. Sie berühren Aspekte, die unser tägliches Handeln betreffen und seine Umweltverträglichkeit auf den Prüfstand stellen wie zum Beispiel den Energieverbrauch beim Kochen, Kühlen und Heizen, auf dem Weg zur Arbeit, in Schulen und Krankenhäusern. Die Modellierungsaktivitäten am Öko-Institut tragen dazu bei, dass Politik und Gesellschaft fundierte Entscheidungen treffen können.

Wir

  • helfen, aktuelle Fragestellungen in Energie- und Klimapolitik zu beantworten.

  • verwenden methodisch etablierte Ansätze und entwickeln diese weiter.

  • verwerten qualitativ hochwertige Datensätze und Indikatoren.

  • führen Sensitivitätsrechnungen durch, die die Robustheit der Ergebnisse stützen.

  • stellen die Analyseergebnisse verständlich illustriert einem interessierten Publikum dar.

  • führen eine offene Diskussion der Ansätze und Ergebnisse.