Brennstoffzellen und Virtuelle Kraftwerke: Energie-, umwelt- und technologiepolitische Aspekte einer effizienten Hausenergieversorgung (Ethics of ... Technology Assessment, 36) (German Edition)

Die nachhaltige Nutzung verfügbarer Energieressourcen, deren Möglichkeiten derzeit viel diskutiert werden, beinhaltet auch eine zukunftsfähige Hausenergieversorgung. Eine Option dafür stellen Brennstoffzellen in Minikraftwerken als Heizungsersatz dar, mit denen bei einer koordinierten Kopplung und Steuerung in sogenannten Virtuellen Kraftwerken durch bedarfsgerechte Fahrweise neben einer Grundversorgung auch Nachfragespitzen abgedeckt werden können. Die vorliegende Studie zeigt Wege für einen zukunftsfähigen Einsatz der Technologien ‚Brennstoffzelle’ und ‚Virtuelles Kraftwerk’ in der Hausenergieversorgung auf. Dazu werden zunächst Konkurrenztechnologien miteinander verglichen, Wettbewerbsverzerrungen aufgedeckt und Rahmenbedingungen analysiert. Darauf aufbauend werden Strategien zur Beseitigung von Innovationsbarrieren erarbeitet und Handlungsempfehlungen für den (umwelt-, energie- und technologie-) politischen Umgang mit den neuen Technologien gegeben. Die Autorengruppe stellt u.a. Herausforderungen heraus, die sich bei der Gestaltung der Technologieförderung, der Erwirtschaftung möglicher zusätzlicher Erlöse, der Vermeidung des Missbrauchs von Marktmacht und der Gestaltung der gesetzlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz dieser Technologien ergeben. Die interdisziplinäre Forschungsarbeit verknüpft Aspekte aus Energietechnik, Technikfolgenanalyse, Politikwissenschaft, Ökonomie und Rechtswissenschaft miteinander und richtet sich an Wissenschaft, Politik, Akteure in der Energiewirtschaft sowie an die interessierte Öffentlichkeit. Inhaltsverzeichnis 10 Abkürzungsverzeichnis 15 Zusammenfassung 23 Summary 45 1. Einleitung 65 1.1 Problemstellung 65 1.2 Status quo und Ziele für die Entwicklung der Energieversorgung 66 1.2.1 Die Wärmeversorgung in Deutschland 66 1.2.2 Die Stromversorgung in Deutschland 67 1.2.3 Entwicklungsziele für die zukünftige Energieversorgung 69 1.3 Ziel, Aufbau und Vorgehen der Studie 70 2. Ökonomische Anforderungen an ein zukünftiges Energiesystem 74 2.1 Ziele für eine zukunftsfähige Entwicklung 74 2.1.1 Ziele der Energiewirtschaft 74 2.1.2 Inter- und intragenerational gerechte Verteilung 75 2.1.3 Wirtschaftlichkeit 78 2.1.4 Kombination von inter- und intragenerational gerechter Verteilung mit Wirtschaftlichkeit in Form einer operativen Handlungsregel 79 2.2 Wohlfahrtsverluste durch Marktunvollkommenheiten 81 2.2.1 Typen von Marktunvollkommenheiten 81 2.2.2 Monopolmacht 82 2.2.3 Schlecht geregelte Eigentumsrechte 87 2.2.4 Unvollständige Marktstrukturen, Unsicherheit und Versicherungsfragen 90 2.2.5 Zusammenfassung 91 2.3 Die Bedeutung gerechter Verteilung und marktexterner sozialer Kosten im Energiebereich 92 2.3.1 Ressourcenverfügbarkeit 92 2.3.2 Systemaspekte der Energieversorgung 93 2.3.3 Umwelteffekte 94 2.3.4 Zwischenfazit 97 2.4 Ableitung von Indikatoren für den Technologievergleich 97 2.4.1 Managementregeln und Indikatoren für gerechte Verteilung und Effizienz 98 2.4.2 Relevante Indikatoren im Bereich von Brennstoffzellen und Virtuellen Kraftwerken 100 3. Die Technologien Brennstoffzelle und Virtuelles Kraftwerk und ihre Bewertung im Hinblick auf eine zukunftsfähige Energieversorgung 106 3.1 Die Brennstoffzelle als dezentrales Energiesystem 106 3.1.1 Kraft-Wärme-Kopplung 106 3.1.2 Die Brennstoffzellentechnologie 107 3.1.3 Energiequellen und Energieträger für den Einsatz in Brennstoffzellen 115 3.2 Brennstoffzellen-Heizgeräte in der Hausenergieversorgung 116 3.2.1 Charakteristika der Hausenergieversorgung 117 3.2.2 Aufbau des Brennstoffzellen-Heizgerätes für die Hausenergieversorgung 120 3.2.3 Stand der Technik 122 3.2.4 Direkt konkurrierende Technologien 123 3.2.5 Anforderung an die technische Weiterentwicklung 135 3.2.6 Marktpotenzial 137 3.3 Integration von Brennstoffzellen-Mikro-KWK-Anlagen in die bestehende Energieversorgung 138 3.3.1 Mögliche Betriebsweisen von Mikro-KWK-Anlagen 138 3.3.2 Integration dezentraler Anlagen ins Stromnetz 140 3.3.3 Integration dezentraler Anlagen zu einem Virtuellen Kraftwerk 143 3.3.4 Anforderungen an ein Virtuelles Kraftwerk 145 3.4 Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen-Heizgeräten in Virtuellen Kraftwerken 148 3.4.1 Nutzen und mögliche Erlöse durch den Betrieb dezentraler KWK-Anlagen 148 3.4.2 Zusätzliche Nutzen und mögliche Erlöse durch den koordinierten Betrieb dezentraler Anlagen 150 3.4.3 Analysen zur Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen- Heizgeräten unter den gegebenen Rahmenbedingungen 154 3.5 Bewertung von Brennstoffzellen und Virtuellen Kraftwerken im Vergleich zu konkurrierenden Technologien im Hinblick auf ihre Zukunftsfähigkeit 160 3.5.1 Ressourcennutzung 160 3.5.2 Umwelteffekte 166 3.5.3 Beiträge zum Energieversorgungssystem 180 3.5.4 Zukünftige Konkurrenzfähigkeit beim Klimaschutz und Umsetzungspotenziale 183 3.5.5 Zusammenfassende Bewertung der Technologien hinsichtlich ihrer Zukunftsfähigkeit 186 3.6 Schlussfolgerungen 191 3.6.1 Technische Entwicklung und Potenziale 191 3.6.2 Wirtschaftlichkeit 192 3.6.3 Zukunftsfähigkeit 193 4. Innovationsprozesse und ihre ökonomischen Rahmenbedingungen 195 4.1 Innovationsprozesse 195 4.1.1 Wirtschaftstheoretische Grundlagen 195 4.1.2 Determinanten von Innovationen 200 4.1.3 Effekte von Innovationen im Energiesektor 212 4.2 Instrumente zur Gestaltung der ökonomischen Rahmenbedingungen 214 4.2.1 Staatliche Innovationsförderung mittels Subventionen 215 4.2.2 Staatliche oder private Standardsetzung und Normung 220 4.2.3 Innovationsanreize durch Zertifikate und Öko-Steuern 226 4.2.4 Staatliche Regulierung des Netzzugangs 236 4.3 Maßnahmen zur Beseitigung von Informationsmängeln 243 4.3.1 Staatliche oder private Informationskampagnen 243 4.3.2 Informierung und Qualifizierung des Handwerks 247 4.3.3 Produktwerbung: Betriebswirtschaftliche Absatzstrategien 248 4.4 Schlussfolgerungen 249 5. Rechtliche Rahmenbedingungen 252 5.1 Produktzulassung 255 5.1.1 Produktsicherheit 256 5.1.2 Umweltgerechte Gestaltung energiebetriebener Produkte 257 5.2 Einsatz im Wohn- oder Gewerbeobjekt 258 5.2.1 Kommunale Bauleitplanung 258 5.2.2 Bauordnungsrecht 266 5.2.3 Kommunaler Anschluss- und Benutzungszwang 268 5.2.4 Energieeinspargesetz/-verordnung 270 5.2.5 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz 271 5.2.6 Immissionsschutz 272 5.3 Mikro-KWK-Anlagen in der Wohnungswirtschaft 273 5.3.1 Mietrecht und Eigenbetrieb der Anlage 274 5.3.2 Contracting 279 5.4 Anschluss-, Abnahme- und Vergütungsanspruch bezüglich der einzelnen Anlage 285 5.4.1 Anschluss an das Stromnetz 286 5.4.2 Abnahme- und Vergütungsanspruch 291 5.4.3 Dauer der Förderung nach dem KWKG 297 5.4.4 Zulassung als KWK-Anlage/Nachweispflicht 300 5.5 Zusammenschluss zu Virtuellen Kraftwerken 301 5.5.1 Organisationsformen und Betreiber 301 5.5.2 Energiewirtschaftsrechtliche Grenzen 303 5.5.3 Genehmigungs- und Anzeigeerfordernisse 306 5.5.4 Rahmenbedingungen zur Realisierung von Erlöspotenzialen 306 5.5.5 KWK-Förderung für das Virtuelle Kraftwerk 316 5.5.6 Anreizwirkung bisheriger Fördergesetze für die Integration in Virtuelle Kraftwerke 317 5.5.7 Netzzugang Virtueller Kraftwerke 322 5.6 Weitere Fragen bei fortschreitender Dezentralisierung 324 5.6.1 Begrenzte Netzkapazitäten 325 5.6.2 Netzausbau 327 5.6.3 Wandel der Akteursrollen und System der Elektrizitätswirtschaft 329 5.6.4 Interoperabilität der Netze im weiteren Sinne 331 5.7 Sonstige Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit von Mikro-KWK 332 5.7.1 Steuern 333 5.7.2 EEG- und KWK-Umlagen; Konzessionsabgaben 335 5.8 Schlussfolgerungen 336 6. Vorschläge für konsistente Strategien und Maßnahmen 339 6.1 Strategien zum Umgang mit Marktunvollkommenheiten bei der Brennstoffzelle 339 6.1.1 Eigentumsrechte 339 6.1.2 Monopolprobleme 342 6.1.3 Unsicherheitsprobleme 343 6.2 Strategien zur Beseitigung von Innovationsbarrieren 344 6.2.1 Handlungsfeld Wirtschaftsunternehmen I: Brennstoffzellen 345 6.2.2 Handlungsfeld Wirtschaftsunternehmen II: Virtuelle Kraftwerke 353 6.2.3 Handlungsfeld Staat 368 7. Empfehlungen 380 7.1 Sachlage 380 7.2 Normative Grundlagen 381 7.3 Konkrete Empfehlungen 383 7.3.1 Brennstoffzellen-Heizgeräte: Technische Entwicklung und Implementierung 383 7.3.2 Brennstoffzellen-Heizgeräte, andere Mikro-KWK und regenerative Energieversorgung: Netzintegration und Virtuelle Kraftwerke 385 7.3.3 Gestaltung der Rahmenbedingungen für Brennstoffzellen und Mikro-KWK-Anlagen 387 7.3.4 Gestaltung der Rahmenbedingungen für Netzintegration und Virtuelle Kraftwerke 389 Literaturverzeichnis 392 Glossar 410 A 410 B 410 C 411 D 411 E 412 F 412 G 413 I 413 J 413 K 414 L 414 M 414 N 415 O 415 P 416 R 416 S 416 T 417 U 417 V 417 W 418 Z 418 Index 419 A 419 B 419 C 420 D 420 E 420 F 422 G 423 H 423 I 423 J 424 K 424 L 425 M 425 N 426 O 428 P 428 Q 429 R 429 S 430 T 431 U 431 V 432 W 433 Y 433 Z 433 Autorenverzeichnis 434

Die interdisziplinäre Studie zeigt Wege für einen zukunftsfähigen Einsatz von Brennstoffzellen in Minikraftwerken als Heizungsersatz auf. Mit ihnen können bei einer koordinierten Kopplung und Steuerung in sogenannten Virtuellen Kraftwerken durch bedarfsgerechte Fahrweise neben einer Grundversorgung auch Spitzen der Stromnachfrage abgedeckt werden. In der Studie werden zunächst Konkurrenztechnologien miteinander verglichen und Rahmenbedingungen analysiert, bevor Strategien zur Beseitigung von Innovationsbarrieren erörtert und Handlungsempfehlungen für den politischen Umgang mit den neuen Technologien gegeben werden.

Front Matter....Pages I-LXVI Einleitung....Pages 1-9 Ökonomische Anforderungen an ein zukünftiges Energiesystem....Pages 11-42 Die Technologien Brennstoffzelle und Virtuelles Kraftwerk und ihre Bewertung im Hinblick auf eine zukunftsfähige Energieversorgung....Pages 43-131 Innovationsprozesse und ihre ökonomischen Rahmenbedingungen....Pages 133-189 Rechtliche Rahmenbedingungen....Pages 191-277 Vorschläge für konsistente Strategien und Maßnahmen....Pages 279-319 Empfehlungen....Pages 321-332 Back Matter....Pages 333-382