Energieszenarien und das Energiekonzept der Bundesregierung · Energiesystemmodell IKARUS-LP IEK...
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holtz
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AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011
Energieszenarien und das Energiekonzept der Bundesregierung T. Pesch, D. Martinsen, J.-Fr. Hake
IEK-STE: Forschungszentrum Jülich Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 2
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 3
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 4
Aktuelle Studien mit Energiebezug für Deutschland
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Projektionen der CO2-Emissionen in Deutschland
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
CO 2 - Emissionen (1990 = 1) Statistik ENREPIV(2005) SZEN2007 KV SZEN2007 EE SZEN2007 KKW EET2007 PolIV MMS (2008) PolIV MWMS (2008) ESSO2008 Ref ESSO2008 KE+CCS EWI2008-1 EWI2008-2 EWI2008-2a EWI2008-3 BMU2008 BMU2008 E1 BMU2008 E2 BMU2008 E3 BMU2008 D1 BMU2008 D2 BMU2009 STE2009 BAU STE2009 -60% STE2009 -77% Öko2009 R Öko2009 R+CCS Öko2009 I Öko2009 I+CCS PolV MMS (2009) PolV SWS (2009) Ffe2009 SZ1 Ffe2009 SZ2 Ffe2009 SZ3 IER2009 Ra-Rc IER2009 S3a EET2009 Base EET2009 Ref SZEN2010 REF SZEN2010 IA SZEN2010 IB BMU2010 Ziel
EET 2007 ESSO2008 Ref
Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien
Klassifikation:
Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 2011)
Basis/ Referenz- oder Varianten- Szenarien
Mit CO2- Reduktion ≥70% oder Maßnahmen, die zu CO2- Reduktion ≥70% führen
Rot: Studien von 2007
Grün: Studien von 2008
Blau - Violett : Studien von 2009
Gelb: Studien von 2010
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Projektionen des Primärenergieverbrauchs in Deutschland
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Statistik
ENREPIV(2005)
SZEN2007 KV
SZEN2007 EE
SZEN2007 KKW
PolIV MMS (2008)
PolIV MWMS (2008)
ESSO2008 Ref
ESSO2008 KE+CCS
EWI2008-1
EWI2008-2
EWI2008-2a
EWI2008-3
BMU2008
BMU2008 E1
BMU2008 E2
BMU2008 E3
BMU2008 D1
BMU2008 D2
BMU2009
STE2009 BAU
STE2009 -60%
STE2009 -77%
Öko2009 R
Öko2009 R+CCS
Öko2009 I
Öko2009 I+CCS
PolV SWS (2009)
Ffe2009 SZ1
Ffe2009 SZ2
Ffe2009 SZ3
IER2009 Ra-Rc
IER2009 S3a
EET2009 Base
EET2009 Ref
SZEN2010 REF
SZEN2010 IA
BMU2010
Ziel
Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien
Klassifikation:
Varianten- Szenarien mit hoher Effizienz und/ oder hohen Einsparungen
ESSO2008 Ref
ESSO2008 KE+CCS PJ
Wert abgeschätzt
Rot: Studien von 2007
Grün: Studien von 2008
Blau - Violett : Studien von 2009
Gelb: Studien von 2010
Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 2011)
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Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
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Ausstieg aus der Kernenergie (2022)
THG Emissionen reduziert um 40% bis 2020, 55% 2030 und mind. 80% bis 2050 verglichen mit den Emissionen von 1990
Primärenergieverbrauch, PEV um die Hälfte reduziert bis 2050
Anteil der Erneuerbaren, EE an PEV mind. 30% bis 2030
Bruttostromverbrauch reduziert um 10% bis 2020 (25% bis 2050)
Anteil der EE in Stromerzeugung 50% bis 2030 (80% bis 2050)
Raumwärmebedarf reduziert um 20% bis 2020
Anteil EE am EEV des Transportsektors 10% bis 2020, 6 Mio. E-PKW bis 2030 (1 Mio. E-PKW bis 2020)
Wichtigste Ziele des Energiekonzeptes (Juni 2011)
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Import Ölprodukte
Primärenergie
Steinkohle-import
Kernbrenn-stoffimport
Energieumwandlung und -transport Endverbraucher
Import Rohöl
Auf- kommen
Kohle-förderung
Erdgas-import
Industrie-sektor
Nicht- energet.
Verbrauch
Haushalte
Verkehr
Klein- verbrauch
Dezentrale Kraft-Wärme-
Kopplung
Zentrale Kraft-Wärme-
Kopplung
Erdgas- förderung
Kraftwerke Transport u. Verteilung
Erneuerbare Energie
Kernbrennstoff
Gas
Strom
Fern- und Nahwärme
Kohle
Rohöl Heizöl
Benzin Diesel & Kerosin
Transport u. Verteilung
Transport u. Verteilung
Strom-import
Raffinerie
Industrie-produktion
Beheizte Wohn-fläche
Anzahl der Beschäftig-
ten
Personen-u. Güter
verkehrs-leistung
Rohstoff-nachfrage
Nachfrage
Energiesystemmodell IKARUS-LP
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BIP Wachstum: 1,4 %/Jahr
Bevölkerung: abnehmend auf ca. 80 Millionen in 2030 (76 Mio. bis 2050)
Rohölpreis: steigt bis auf 135 $/bbl in 2030 (200 $/bbl in 2050)
Atomausstiegsbeschluss vom Juni 2011
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
22000
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
(MW) Sterbelinie der Kernkraftwerke in Deutschland
Annahmen für alle Szenarien
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Szenarienvergleich BAU und EK
BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 2030)
EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe (Horizont 2030)
OPT: BAU + CO2-Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO2-Minderung (Horizont 2050)
OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 2050)
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14255 13979
12921
11938
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
BAU: „Business as usual“
14255 13979
12470
11200
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
BAU vs. EK: Primärenergie
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 13
798755
596
486-50%
798.0755.2
582.6
437
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Mio
. t
GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt* Ziel Bundesreg.
798755 739
715
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Mio
. t
GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt*
- 26% - 22%
BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
BAU vs. EK: Energiebedingte CO2-Emissionen
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536.9 534.0 528.0 531.8
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Ind.Str. HKW SonstigePV Wind WasserGas Öl SteinkohleBraunkohle Kernenergie
536.9 534.0
483.6 483.6
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Industrie-Strom HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
BAU vs. EK: Stromerzeugung
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Mrd. €/a
0
5
10
15
20
25
35
2010 2015 2020 2025 2030
ca. 1,0 % bis
0,9 % des BIP
Kumulativ 2010 – 2030:
EK CO2-Ziel: 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €
EK CO2-Ziel (-CCS): 295 Mrd. €
EK CO2-Ziel (-CCS) EK CO2-Ziel EK: Energiekonzept
BAU vs. EK: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU
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Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 17
BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 2030)
EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe (Horizont 2030)
OPT: BAU + CO2-Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO2-Minderung (Horizont 2050)
OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 2050)
Szenarienvergleich: OPT und OPT(-CCS)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 18
OPT vs. OPT(-CCS): Primärenergie
14255 13979
12311
11019 1084110421
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
PJ
Steinkohle Braunkohle Sonstige FesteÖl Gas ErneuerbareStrom Kernenergie
14255 13979
12257
10549
96809312
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
PJ
Steinkohle Braunkohle Sonstige FesteÖl Gas ErneuerbareStrom Kernenergie
OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
Reduktionspfad der CO2-Emissionen von nun an erzwungen (gem. Energiekonzept) Energieversorgung erfolgt kosteneffizient (mit/ohne CCS-Option)
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OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
9509 9486
86988154
7456
6818
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
PJ
Verkehr Haushalt GHD Industrie
9509 9486
8667
7685
69706535
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
PJ
Verkehr Haushalt GHD Industrie
OPT vs. OPT(-CCS): Endenergie
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Alle Szenarien: Beispiel Raumwärmebedarf
Prozentuale Änderung des Raumwärmebedarfs (vgl. 2010)
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
"Soll"
BAU
OPT
OPT(- CCS)
EK
Ziel desEnergiekonzeptes
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 21
Spezifische CO2-Emissionen für PKW (Flottenmix)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
g/km BAU
EKOPTOPT (-CCS)
- 17%
- 69%- 65%
Alle Szenarien: Beispiel PKW (Flottenmix)
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OPT vs. OPT(-CCS): Energiebedingte CO2-Emissionen
798 -22%755
-40%583
-55%437
-70%304
-77%228
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mio
. t
Primärenergie KraftwerkeHW/HKW RaffinerieGasverteilung VeredlungIndustrie VerkehrHaushalt GHDGesamt*
798 -22%755
-40%583
-55%437
-69%304
-77%228
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mio
. t
Primärenergie KraftwerkeHW/HKW RaffinerieGasverteilung VeredlungIndustrie VerkehrHaushalt GHDGesamt*
OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 23
536.9 534.0508.4
484.0510.5
530.2
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
TWh
Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Industrie-Strom
536.9 534.0505.6
458.9 456.7 463.2
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
TWh
Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Industrie-Strom Import
OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT vs. OPT(-CCS): Stromerzeugung
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 24
128.4
149.8
174.8
209.3
231.7248.3
020406080
100120140160180200220240260280300
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
GW
Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCS
Steinkohle Steinkohle-CCS Öl
Gas Gas-CCS Wasser
Wind PV Sonstige
HKW Ind.Str.
*** * * * *
128.4
149.8
172.6
205.1
233.8
211.3
020406080
100120140160180200220240260280300
2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
GW
Kernenergie Braunkohle Braunkohle-CCSSteinkohle Steinkohle-CCS ÖlGas Gas-CCS WasserWind PV SonstigeHKW Ind.Str.
*** * * * *
OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT vs. OPT(-CCS): Installierte Nettoleistung
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0.03.1
7.310.9
13.317.8
32.3 33.1 33.7
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mrd
. €/a
GHD Haushalt
Verkehr Industrie
Veredlung Stromerzeugung
Primärenergie Sonstige Umw.
Gesamt
0.7% des BIP
0.03.1
7.8
18.2
28.7
33.9
48.952.2 53.0
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Mrd
. €/a
GHD Haushalt
Verkehr Industrie
Veredlung Stromerzeugung
Primärenergie Sonstige Umw.
Gesamt
1.1% des BIP
OPT (-CCS): Kostenoptimal (ohne CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT: Kostenoptimal (mit CCS, mit CO2-Minderungsvorgabe)
OPT vs. OPT(-CCS): Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) AKE-Herbstsitzung der DPG | 20./21.10.2011 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Thiemo Pesch / 26
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
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Szenarienvergleich EK, BAU, OPT, OPT (-CCS)
BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen (Horizont 2030)
EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe (Horizont 2030)
OPT: BAU + CO2-Minderungsvorgabe (ohne Energiekonzept), d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie-Portfolio zur CO2-Minderung (Horizont 2050)
OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option (Horizont 2050)
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EK: Energiekonzept | OPT: Kostenoptimal mit CCS | OPT(-CCS): Kostenoptimal ohne CCS
0
5
10
15
20
25
Mrd. €/a
35
2010 2015 2020 2025 2030
OPT (-CCS): 220 Mrd. € OPT: 140 Mrd. €
ca. 0,4% des BIP
Alle Szenarien: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU
EK CO2-Ziel (-CCS): 295 Mrd. € EK CO2-Ziel: 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €
ca. 1,0 % bis
0,9 % des BIP
Kumulativ 2010 – 2030:
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Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Szenarienvergleich
Zusammenfassung
Inhalt
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Bereits im Referenzszenario (BAU) – autonome Weiterentwicklung – gehen die CO2-Emissonen bis 2030 leicht zurück, trotz des Ausstieges aus der Kernenergie.
Mit den Maßnahmen des Energiekonzeptes können die CO2-Reduktionsziele der Bundesregierung bis 2030 nahezu erreicht werden.
Im Vergleich zum kostenoptimalen Szenario (mit CCS) sind die Kosten des
Energiekonzeptes ca. doppelt so hoch, da relativ teure Maßnahmen im Haushalts- und Verkehrssektor kostengünstigeren Vermeidungsoptionen im Umwandlungsbereich (v.a. CCS) vorgezogen werden.
Ist CCS keine Option nähern sich die jährlichen Kosten des kostenoptimalen Szenarios mit denen des Energiekonzeptes bis 2030 an.
Hohe Anteile von Wind/PV in der Stromerzeugung führen im Modell zu sehr hohen Back-up Kapazitäten (vor allem Gas), die sehr geringe Einsatzzeiten aufweisen.
Zusammenfassung der Szenarienrechnungen
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