4.1 Das Schaefer-Modell - web

Energieökonomie
Prof. Dr. Renate Schubert, Dr. Helga Fehr, Rana
Nag
Institut für Umweltentscheidungen (IED)
17.4./24.4.2007
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Energieangebot: Erneuerbare
Energieträger
4.1 Das Schaefer-Modell
4.2 Wasserkraft
4.3 Biomasse
4.4 Windenergie
4.5 Solarenergie
4.6 Fazit
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Lernziele Kapitel 4
 Ökonomische Grundprinzipien der Ausbeutung
erneuerbarer Ressourcen kennen
 Wichtige energieökonomisch relevante Aspekte
konkreter erneuerbarer Energieträger kennen
 Grundvorstellungen von der Bedeutung erneuerbarer Energieträger für global nachhaltige
Energiesysteme haben
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R  g ( R)
4.1 Das Schaefer-Modell
Idee: Zeigen, wie man eine erneuerbare natürliche
Ressource so nutzen kann, dass die Nutzung
ökologisch nachhaltig und ökonomisch
gewinnbringend ist
Basis dabei: Modell stammt aus Biologie;
zeigt zunächst den Zusammenhang
zwischen Wachstum und Höhe des
Ressourcenbestands
R  g ( R)
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4.1 Das Schaefer-Modell – EinperiodenFall
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4.1 Das Schaefer-Modell – EinperiodenFall
Ziel: optimale Erntemenge h pro Periode bestimmen
Modell:
C
C
Gewinn  ( Erlös  Kosten)  p  h  C ( R, h);
 0,
0
R
h
R  g ( R)  h  0
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4.1 Das Schaefer-Modell – EinperiodenFall
L  p  h  C ( R , h )  [ g ( R )  h ]
L
C
 p
  0
h
h
L
C
g


0
R
R
R
L
 g ( R)  h  0

C
GK R CR




g
GE
gR
R
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4.1 Das Schaefer-Modell – EinperiodenFall
Interpretation:
 Der gewinnmaximierende Ressourceneigner hält sich
an die Preis=Grenzkosten-Regel
 Die Differenz zwischen Preis und Grenzkosten ist aber
nicht gleich null, sondern positiv
 Die positive Differenz entspricht dem Nutzungspreis
der Ressource, dem Preis für die Ressourcenpflege
CR
p  Ch 
gR
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4.1 Das Schaefer-Modell – EinperiodenFall
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4.1 Das Schaefer-Modell – MehrperiodenFall
 Bei Betrachtung mehrerer Perioden  andere
Gewinnfunktion des Ressourceneigners

max V   G (t )e  rt dt
0
 Nebenbedingung:
R  g  R(t )  h(t )  0
 Ergebnis der Maximierung:
CR
p  Ch 
gR  r
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4.1 Das Schaefer-Modell – MehrperiodenFall
Interpretation:
 Diskontierungssatz = 0  Lösung wie bisher
 Grösseres r  kleinere Preis-Grenzkosten-
Differenz  höhere Erntemenge
 Je grösser r  desto attraktiver ist frühe Ernte
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4.1 Das Schaefer-Modell – MehrperiodenFall
Gründe für „Überausbeutung“ erneuerbarer
Ressource:
 Ressourceneigner hat nicht das Ziel der Bestandserhaltung bzw. Eigentumsrechte an der Ressource nicht
eindeutig zugeordnet
 CR wird unterschätzt
 Die gR -Kurve wegen mangelnder Sorgfalt im Umgang
mit der Ressource zu tief; bei gegebenem R gR zu gross
 r des Ressourceneigners höher als die
Diskontierungsrate der Gesellschaft
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Grundsätzliches zur praktischen Nutzung
erneuerbarer Energieträger
Grundproblem der erneuerbaren Energieträger:
 Häufig diskontinuierlich verfügbar (zeitlich,
räumlich)
 Häufig geringe Energiedichte und hoher
Flächenbedarf  grosse
Infrastrukturanforderungen
 Bisher nur 13% des weltweiten
Primärenergieeinsatz aus erneuerbaren Ress.
(World Energy Outlook 2006, p.66; Zahlen für 2004)
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4.2 Wasserkraft
 Ca. 20% der Welt-Stromproduktion stammen
aus Wasserkraft
 In Form von Speicherkraftwerken kann auch
Spitzenenergie bereit gestellt werden
 Grosse Wasserkraftwerken (StaudammProjekte) sind problematisch (Umsiedlungen/
Methanabsonderung/ Behinderung von
Fischzügen/ Versalzung von Flussdeltas 
Keine Nachhaltigkeit
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4.3 Biomasse
 Wichtigster Energieträger in besonders armen
Ländern
 Verbrauch nur schwer abzuschätzen, da ein
grosser Teil individuell gesammelt wird (nicht auf
Märkten verkauft)
 Grobe Schätzung: Aus Biomasse kommen ca.
10,5% des Weltenergie-Einsatzes
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4.3 Biomasse
 Grösste Konsumenten: China (15% des
Endenergiebedarfs), Indien (30%), Brasilien
(25%), Indonesien (30%), Afrika (bis zu 80%)
 OECD-Länder: 1-4%; Finnland 12,5%
 Probleme bei der Nutzung: häufig sehr geringe
Effizienz/ geringe Energieintensität (pro qm)/
Gesundheitsbeeinträchtigungen
 Aktuell: vor allem als Treibstoff gefragt 
Problem der Nutzungskonkurrenz des Bodens
 Nachhaltigkeit?
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4.4 Windenergie
 Führende Länder: Dänemark und Deutschland
(grösste installierte Leistung an Windturbinen
weltweit)
 Anteil an Stromproduktion in D: 2,5% (2000)
 Staatliche Förderung durch Subventionierung +
Abnahmegarantie für produzierte Windenergie
 Gestehungspreis (8,8 Euro-Cent pro KWh) >
Spotpreis (3,5 Euro-Cent pro KWh)
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4.4 Windenergie
 Probleme: Gefährlich für Zugvögel/ visuelle
Umweltverschmutzung/ Geräuschbelästigung
 Lösungswege z.T. gemäss Coase
(Kompensationszahlungen)
 Bestandteil einer global nachhaltigen
Energiestrategie
 Vorübergehende Subventionierung kann Sinn
machen
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4.5 Solarenergie
 Auch hier hohe Gestehungskosten und visuelle




Umweltverschmutzung
Grosser Flächenbedarf (1000fach mehr als
fossile Kraftwerke)
Vorteil: modular einsetzbar/ kein Netzanschluss
notwendig
Beispiele: solare Parkuhren/ Solar Home
Systems
Wichtigstes Element global nachhaltiger
Energiesysteme
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4.6 Fazit
 Viele erneuerbare Energieträger sind geeignete
Bestandteile global nachhaltiger Energiesysteme
 Vielfach sind die erneuerbaren Energieträger „zu
teuer“ wegen nicht-internalisierter externer
Effekte fossiler und nuklearer Energieträger
 Vorübergehende Subventionen und
entsprechende Energiepolitik sind sinnvoll bzw.
wichtig
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Übung vom 8. Mai 2007
Spitzenlasttarifierung
Literatur
 Steiner, P. O. (1957). Peak Loads and Efficient Pricing.
Quarterly Journal of Economics 71(4): 585-610.
 Section I und Problem 1a des Mathematical Appendix
Aufgabenstellung
Erklären Sie anhand von Beispielen aus der Praxis:
 Was sind Spitzenlasten und worin besteht die Problematik der
effizienten Preissetzung?
 Wie verteilen sich die optimalen Produktionsmengen auf die
verschiedenen Zeitperioden?
 Warum ist es sinnvoll, dasselbe Produkt in unterschiedlichen
Zeitperioden zu verschiedenen Preisen zu handeln?
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5
Energienachfrage und global nachhaltige Energiesysteme
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5
Energienachfrage und global nachhaltige Energiesysteme
5.1
5.2
5.3
5.4
17.4./24.4.2007
Determinanten der Energienachfrage
Steuerung der Energienachfrage und des
Energieangebots
Global nachhaltige Energiesysteme
Der Klimawandel und seine Kosten
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5.1 Determinanten der Energienachfrage
 Determinanten aus mikroökonomischer Sicht:
- Preise der Energieträger und Preiselastizitäten
der Nachfrage
- Präferenzen der Nachfrager
- Höhe der verfügbaren Einkommen und
Einkommenselastizitäten der Nachfrage
 vor allem Preise als Ansatzpunkt für Wirtschaftspolitik
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5.1 Determinanten der Energienachfrage
 Determinanten aus makroökonomischer Sicht:
EN = B x Y/B x EN/Y
B: Bevölkerungsgrösse
Y/B: Pro-Kopf-Einkommen
EN/Y: Energieintensität (Kehrwert: Energieproduktivität)
Energieintensität als wichtige Steuergrösse
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5.2 Steuerung der Energienachfrage und
des Energieangebots
Steuerung der Energienachfrage:
 Quantitativ: Energienachfrage sollte weniger
steigen als Bevölkerung und Einkommen
(Entkoppelung)
 Qualitativ: Energienachfrage sollte sich künftig
stärker auf erneuerbare Energieträger
konzentrieren
 Instrumente: Preissteuerung, Mengensteuerung
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5.2 Steuerung der Energienachfrage und
des Energieangebots
Steuerung des Energieangebots:
 Quantitativ:
- Weltweit genügend Energie verfügbar
(mindestens 500 KWh pro Kopf und Jahr)
- Energieausgaben am Haushaltseinkommen <
10%
- Zugang zu moderner Energie für alle
 Qualitativ: Erneuerbare Energieträger stärken
 Instrumente: Preissteuerung, Mengensteuerung
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5.3 Global nachhaltige Energiesysteme
 Energieproduktivität erhöhen
(BIP pro Energieeinsatz)
Erhöhung von 1,6% als Ziel
Erreichbar z.B. durch CO2-Steuer/ Kennzeichnungspflichten
 Erneuerbare Energien erheblich ausbauen
EU: bis 2020 20%; bis 2050 50% als Ziel
Nationale + handelbare Quoten
Markteinführungsstrategien
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5.3 Global nachhaltige Energiesysteme
 Aus der Kernkraft aussteigen
Internationale Verhandlungen + schärfere
Vorschriften für Lagerstätten notwendig
 Internationale Zusammenarbeit auf nachhaltige
Entwicklung ausrichten
Nachhaltige Energieversorgung in Armutsbekämpfung integrieren (PRSP)
Nationale Entwicklungsbanken stärken
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5.3 Global nachhaltige Energiesysteme
 Handlungsfähigkeit der Entwicklungsländer
stärken
Wirtschaftliche und soziale Entwicklung fördern
Ggfs. neue Entschuldungsinitiative
 Regulatorische und privatwirtschaftliche
Elemente in Entwicklungsländern kombinieren
Angebot: Liberalisierung + Privatisierung mit
staatlichen Standards ergänzen
Nachfrage: Kaufkraft von Armutsgruppen
erhöhen
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5.3 Global nachhaltige Energiesysteme
– Rahmenbedingungen
 Finanzmittel für globale Energiewende
mobilisieren:
Privates Kapital (PPP)/ EZ-Mittel/ Innovative
Finanzierungsinstrumente/Globale
Umweltfazilität (UNDP, UNEP, Weltbank) stärken
 Modellprojekte und Energiepartnerschaften
Beispiel: EU + Nordafrika zur Nutzung von
Solarenergie
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5.3 Global nachhaltige Energiesysteme
– Rahmenbedingungen
 Forschung und Entwicklung vorantreiben
Die Ausgaben für Energieforschung sollen bis
2020 in allen Industrieländern verzehnfacht
werden (WBGU Politikpapier Nr. 5)
 Institutionen globaler Energiepolitik bündeln und
stärken
Beispiele: Quoten für erneuerbare Energien/
Gründung einer globalen Agentur für
erneuerbare Energien
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5.4 Der Klimawandel und seine Kosten
 Im Mittelpunkt des öffentlichen Interesses seit
dem Stern-Report vom Herbst 2006
 Versuch, die Kosten der Erderwärmung und den
Nutzen von Klimaschutz zu berechnen
 Methode: Kosten-Nutzen-Analyse
 Kritische Grössen: Auflistung der Effekte von
Klimawandel bzw. Klimapolitik/ Bewertung dieser
Effekte/ Betrachtungszeitraum/ Diskontrate (1,3
+ 0,1%)
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5.4 Der Klimawandel und seine Kosten
 Weiteres Problem: ausgesprochen hohe
Unsicherheit, weniger über Klimawandel als
über sozio-ökonomische Entwicklungen in
40/100/200 Jahren
 Befunde von Stern: Ohne Klimapolitik Kosten
von 5-20% des globalen BIP bis 2050
 Annahme dabei: Erwärmung von bis zu 6°C
zugelassen + nicht-monetäre Kosten angesetzt
 Kosten der Emissionsvermeidung: 1% des BIP
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5.4 Der Klimawandel und seine Kosten
Schätzung für Deutschland (DIW):
 Ohne Klimaschutz 800 Mrd. Euro bis 2050(330
für Klimaschäden, 300 für höhere Energiekosten, 170 für Anpassungen an Klimawandel)
 Entspricht Wachstumseinbusse von bis zu 0,5%Punkten pro Jahr
 Ohne Klimaschutz: bis 2100 3‘000 Mrd. Euro
Kosten
 Kosten unterschiedlich hoch in unterschiedlichen
Sektoren
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5.4 Der Klimawandel und seine Kosten
Schätzung für die Schweiz (OcCC):
 Lediglich qualitative Abschätzung
 Betroffene Bereiche: Energie-Bauten,
Wasserwirtschaft, Versicherung-Infrastrukturen,
Tourismus, Landwirtschaft, Gesundheit,
 Bis 2050 scheinen die Folgen der
Klimaerwärmung – falls „die Erwärmung im
erwarteten Rahmen bleibt“ - bewältignar
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