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Eine neue Studie zur Zuverlässigkeit der Stromversorgung bei tiefgreifender Dekarbonisierung in Neuengland

18. November 2020 Arbeitsbereich: hochentwickelte kernenergie, CO2-abscheidung, CO2-freie kraftstoffe

Eine neue Studie, die von der Energy Futures Initiative (EFI) und Energy and Environmental Economics (E3) durchgeführt wurde, ist eine durchdachte und rigorose Analyse dessen, was erforderlich sein könnte, um in Neuengland wirtschaftsweite Treibhausgasemissionen von netto null zu erreichen. Sie betont die Notwendigkeit, den Elektrizitätssektor der Region erheblich auszubauen, die Bedeutung fester sauberer Energieressourcen zusammen mit erneuerbaren Energien und die Notwendigkeit, dass die politischen Entscheidungsträger ehrgeizige Programme zur technologischen Innovation unterstützen. Laufende und künftige politische Entscheidungen sollten auf dieser Studie aufbauen, indem sie den Umfang der untersuchten Dekarbonisierungspfade erweitern, ihre relativen technologischen, wirtschaftlichen und standortbezogenen Unsicherheiten sorgfältig analysieren und eine explizite Risikomanagement-Perspektive in die politische Entscheidungsfindung einbeziehen. (Vollständige Offenlegung: Ich war Mitglied des Beratungsausschusses für diese Studie, hatte aber keinen Einfluss auf den Abschlussbericht).

Die Calpine/EFI/E3-Studie zeigt deutlich, wie wichtig es ist, den regionalen Elektrizitätssektor drastisch auszubauen, um andere Wirtschaftssektoren zu dekarbonisieren; wie wichtig es ist, die jährliche Stromerzeugung um etwa 60 % bis 90 % zu erhöhen; 42 bis 51 GW an effektiver fester Stromkapazität (im Vergleich zu etwa 30 GW heute) zu schaffen, um einen erheblichen Ausbau von Wind- und Solarenergie zu ergänzen, die Systemzuverlässigkeit aufrechtzuerhalten und den Verbrauchern erschwingliche Energie zur Verfügung zu stellen; und wie vorteilhaft sich technologische Innovationen im Gebäude-, Verkehrs- und Industriesektor auswirken können.

Daraus ergeben sich zwei wichtige Schlussfolgerungen:

Erstens geht es um eine große Menge an Erzeugungs- und Übertragungsinfrastrukturen (z. B. eine Verdreifachung der installierten Erzeugungskapazität) in einer Region, die für ihren Schutz von Land und landschaftlichen Korridoren bekannt ist und in der fast alle großen Energieprojekte, ob sie nun erneuerbar sind oder nicht, auf Widerstand stoßen. Dies wird eine ernsthafte Herausforderung darstellen - und eine, die eine Überprüfung unserer Institutionen und Politiken erfordern wird.

Zweitens muss ein großer Teil der Stromerzeugung fest und nicht wetterabhängig sein - wir brauchen fast so viel feste Stromerzeugung wie der Spitzenbedarf des Systems. Ein von Wind- und Solarenergie dominiertes System kann nach dieser Analyse nicht allein mit erneuerbaren Energien und Batterien zu vertretbaren Kosten betrieben werden. Unabhängig davon, ob es sich bei der benötigten festen Energie um Gas mit Kohlenstoffbindung, um Wasserstoff aus verschiedenen Quellen oder um den Ausbau der Kernenergie handelt (die heute ein Drittel des Stroms in der Region und fast den gesamten kohlenstofffreien Strom liefert), muss die Region eine komplexere Sicht auf eine kohlenstofffreie Zukunft einnehmen.

Die Studie hat zwar große Verdienste, kann aber auch als ein einziger Fahrplan für die Zukunft missverstanden werden. Das Referenzszenario der Studie zur Dekarbonisierung konzentriert sich hauptsächlich auf ein Dekarbonisierungsszenario mit Schwerpunkt auf erneuerbaren Energien und Gas, das den Zubau von bis zu 10 GW an neuen Gaskapazitäten zusätzlich zu den heutigen 23 GW vorsieht, wobei die Gaserzeugung zurückgeht, die Kapazitäten aber zur Gewährleistung der Netzzuverlässigkeit beibehalten werden. Dieses Szenario sieht auch ein elektrisches System vor, das zwei- bis fast dreimal so groß ist wie die heute installierte Gesamtkapazität, mit einem Ausbau der Wind- und Solarenergie von bis zu 57 GW (gegenüber weniger als 5 GW heute), was wiederum fast das Doppelte der gesamten heute installierten Kapazität aller Art ist, und impliziert (aber nicht quantifiziert) erhebliche zusätzliche Onshore-Fern- und lokale Übertragungen. Die Studie umfasst auch mehrere Sensitivitätsfälle, in denen die Auswirkungen anderer Portfolios auf die Ressourcen und Kosten im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit neuer Gaskapazitäten, CO2-abscheidung und Sequestrierung sowie hochentwickelte kernenergie untersucht werden.

Gleichzeitig werden in der Studie wichtige Unwägbarkeiten dieser Pfade und das Potenzial anderer Pfade, die zwar ebenfalls mit Unwägbarkeiten behaftet sind, die Region aber ebenfalls rechtzeitig, praktisch und erschwinglich dekarbonisieren könnten, nicht ausdrücklich im Detail untersucht.

So hängt der in dieser Studie skizzierte Referenzfall zum Teil von der erfolgreichen Entwicklung einer neuen Gasinfrastruktur und der Kommerzialisierung von Wasserstoff als kohlenstofffreiem Brennstoff für Verbrennungsturbinen ab, die schließlich mit einem sehr niedrigen Kapazitätsfaktor betrieben werden, um die Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten. Ebenso wichtig ist, dass andere Arten der kohlenstofffreien Stromerzeugung, einschließlich Gas-CCS und fortschrittliche kleine modulare Kernreaktoren, nur oberflächlich behandelt werden, obwohl die Modellierungsergebnisse darauf hindeuten, dass die Verfügbarkeit dieser Technologien die Systemkosten um mehr als 4 Milliarden Dollar pro Jahr unter denen des Szenarios mit erneuerbaren Energien und Gas senken könnte. Die Studie scheint auch das Potenzial für neue Wasserkraftwerke aus Kanada, die über die kürzlich von Massachusetts unter Vertrag genommenen Mengen hinausgehen (über die MA Section 83 D/NECEC-Ressource hinaus), und andere potenzielle Quellen fester Kapazitäten wie die langfristige Energiespeicherung weitgehend zu verschweigen.

Wenn andere Planungsbemühungen zur Dekarbonisierung in Neuengland ausgeweitet und neue auf staatlicher und regionaler Ebene initiiert werden, sollten sie auf dieser Studie aufbauen, indem sie ihren Umfang erweitern, die relativen Unsicherheiten alternativer Pfade eingehender untersuchen und eine explizite Risikomanagementperspektive einnehmen.

In den letzten Jahren haben zahlreiche technisch-ökonomische Analysen, in denen Szenarien für eine tiefgreifende Dekarbonisierung in den Vereinigten Staaten untersucht wurden, auf die vielversprechenden Möglichkeiten verschiedener Pfade hingewiesen. In diesen Studien beinhalten die kostengünstigsten Modellierungsfälle in der Regel einen sehr hohen Anteil an Wind- und Solarenergie zusammen mit umfangreichen festen elektrischen Ressourcen, die für Netzzuverlässigkeit und niedrigere Systemkosten sorgen. In einigen Fällen verringern diese festen Ressourcen auch den Bedarf an neuer Übertragungsinfrastruktur und an Land, das für den Bau von verteilten Erzeugungsanlagen benötigt wird. Zu diesen stabilen Ressourcen gehören Technologien wie Langzeit-Energiespeicherung, fossile Erzeugung mit CO2-abscheidung und Sequestrierung, hochentwickelte kernenergie, Wasserkraft in Stauseen, kohlenstofffreie flüssige Brennstoffe wie Wasserstoff oder andere stabile erneuerbare Technologien wie fortschrittliche geothermische Energie.

Ebenso wie der in dieser Studie untersuchte gasbasierte Pfad birgt auch jeder dieser anderen Pfade ein gewisses Potenzial, aber auch erhebliche Unsicherheiten. Im Großen und Ganzen haben die Unsicherheiten damit zu tun, inwieweit diese Technologien technisch erprobt sind und nachweislich wie geplant funktionieren, wie wettbewerbsfähig sie im Vergleich zu anderen kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Technologien sind und wie groß ihr Potenzial ist, in Neuengland in dem sehr schnellen Maßstab, der für eine rechtzeitige und vollständige Dekarbonisierung des Stromsektors erforderlich ist, aufgestellt, genehmigt und gebaut zu werden. Aufgrund dieser Unwägbarkeiten und ihrer Allgegenwärtigkeit kommt man nicht um die schlichte Erkenntnis herum, dass jeder einzelne Weg, auf den man sich unter Ausschluss der anderen verlässt, ein riskanter Ansatz für eine rechtzeitige Dekarbonisierung wäre.

Diese realen Unwägbarkeiten können durch einen risikobasierten Ansatz für die Planung und Politik der Dekarbonisierung bewältigt werden. Dazu gehört die Analyse einer ganzen Reihe von kohlenstoffarmen und kohlenstofffreien Erzeugungs- und Speichertechnologien, die Bewertung ihrer besonderen technischen und wirtschaftlichen Risiken sowie der Skalierungsrisiken bei der Einführung, das Verständnis der Reihenfolge der erforderlichen Maßnahmen angesichts der Zeit, die für die Entwicklung neuer Infrastrukturen, die Vermarktung von Technologien und den Aufbau von Lieferketten erforderlich ist; Quantifizierung der Vorteile einer raschen technologischen Innovation innerhalb und außerhalb des Elektrizitätssektors; und auf der Grundlage dieser Analyse Entwicklung einer mehrgleisigen, flexiblen Politik, die die Einführung einer Reihe von Technologien in naher Zukunft beschleunigt, die verbleibenden technischen, wirtschaftlichen und standortbezogenen Herausforderungen bewältigt und diese Politik dann im Laufe der Zeit an die sich in der Region entwickelnden technischen, wettbewerbsbezogenen und sozialen Bedingungen anpasst.

Ein solcher risikobasierter Ansatz stellt die reale Herausforderung der Dekarbonisierung mit all ihren Unwägbarkeiten genauer dar, zeigt technische, kommerzielle und standortbezogene Fragen auf, mit denen sich die politischen Entscheidungsträger befassen müssen, und hilft dabei, wichtige Entscheidungen zeitlich zu ordnen. Dies wird zu einer effektiveren Politikgestaltung führen und sicherstellen, dass die Wirtschaft der Region auf zuverlässige, erschwingliche und zeitnahe Weise vollständig dekarbonisiert wird.

Die Studie gibt Hinweise auf viele dieser risikobezogenen Fragen, beantwortet sie aber nicht. Wenn sie als Ausgangspunkt und nicht als Endpunkt für die Dekarbonisierungsdiskussion in Neuengland betrachtet wird, hat diese Studie einen großen Beitrag dazu geleistet, sie aufzuwerfen.

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