Um die Klimaziele der Bundesregierung einhalten zu können, müssen effektive und effiziente Transformationsprozesse identifiziert werden. Dabei gilt es, zahlreiche Aspekte unterschiedlicher Art zu berücksichtigen. Im Fortschrittsbericht zur Energiewende werden u. a. folgende Ziele und Rahmenbedingungen genannt: Versorgungssicherheit, Kernenergieausstieg, Bezahlbarkeit, Wettbewerbsfähigkeit, Umweltverträglichkeit, Netzausbau, Sektorenkopplung, Wärmewende, Verkehrswende, Digitalisierung, Forschung & Innovation, sowie Investitionen, Wachstum & Beschäftigung. Die große Bandbreite dieser Rahmenbedingungen zeigt die hohe Komplexität bei der Zielfindung auf, zu deren Bewältigung zugleich verschiedene, auf entsprechende Fragestellungen spezialisierte Modelle eingesetzt werden müssen. Im Allgemeinen sind die Lösungen dieser spezialisierten Modelle nicht deckungsgleich und eine modellübergreifend optimale Lösung konnte bisher nicht bestimmt werden. Für systemische Zukunftsanalysen sollten daher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterschiedlicher Fachrichtungen zusammenarbeiten und ihre jeweiligen speziellen Kenntnisse und Methoden verbinden. Für die modellbasierten Ansätze der Energiesystemanalyse bedeutet dies die Verknüpfung der jeweiligen Modelle und deren Ergebnisse, um die unterschiedlichen Modellperspektiven und deren Stärken zu vereinen.

Für die Planung des zukünftigen Energiesystems werden typischerweise optimierende Energiesystemmodelle verwendet, welche eine kostenoptimale Konfiguration eines erstrebenswerten Zielsystems ermitteln können. Diese Modelle stellen für die systematische Zukunftsanalyse eine normative Grundlage dar, denn sie zeigen den realen Lösungsraum begrenzende Extremszenarien auf, innerhalb derer die einzuhaltenden Restriktionen kostenminimal zu erreichen wären. Es ist zu erwarten, dass Abweichungen aufgrund zusätzlicher in der Realität auftretender Restriktionen oder in der Praxis nicht zu erreichender kostenminimaler Entscheidungen zu kostenintensiveren Lösungen führen.

Für Betrachtungen des Strommarkts finden im Bereich kostenminimierender Ansätze u. a. fundamentalanalytische Kapazitätsausbaumodelle Verwendung, welche in der Lage sind, die technologischen Herausforderungen der fluktuierenden und dezentral vorliegenden Erzeugungskapazitäten adäquat abzubilden. Unter Berücksichtigung des dabei auftretenden Flexibilitätsbedarfs und der zu gewährleistenden Versorgungssicherheit wird ein optimales Zielsystem ermittelt. Die Ermittlung des Zielsystems folgt dabei der theoretischen Modellannahme eines vollständigen Marktes. Abweichungen von dieser Modellannahme, wie z. B. Unsicherheiten, welchen die Energieakteure in der Realität ausgesetzt sind, das Verhalten der Akteure sowie die Auswirkungen regulatorischer Instrumente können hierbei nur begrenzt abgebildet werden. Gesamtwirtschaftlich kommt es infolgedessen zu Wohlfahrtsverlusten und betriebswirtschaftlich zu Abweichungen zwischen den im theoretischen Modell als optimal ermittelten und den sich tatsächlich einstellenden Transformationskosten. Diese Kostendifferenzen („Efficiency Gap“) können durch Hinzunahme von gut kalibrierten agentenbasierten Simulationsmodellen aufgezeigt werden, da diese Modelle Akteursverhalten, Unsicherheiten und regulatorische Instrumente detailliert berücksichtigen können. Um nun den Efficiency Gap zu verringern, bedarf es nicht nur des Verständnisses der Auswirkungen der genannten Aspekte auf die Transformationskosten, sondern auch einer möglichst expliziten Berücksichtigung dieser Auswirkungen in den Kapazitätsplanungsmodellen.

• Wie können in die Modellierung der Kapazitätsausbauplanung Effekte und Restriktionen integriert werden, die vom idealtypisch theoretischen Verhalten abweichen? Zu welchen Ergebnissen und Rechenzeitverlängerungen führt eine solche erweiterte Modellierung?

• Wie verändert sich der Zielerreichungsgrad bei Berücksichtigung der Wirkungsweise notwendiger politischer Maßnahmen und Anreizinstrumente verglichen mit dem theoretischen Optimum? Welche Instrumente refinanzieren die zugehörigen Energieakteure am effizientesten?

• Welchen Systemnutzen haben unterschiedliche Flexibilitätsoptionen unter Variation der Förderparameter?

• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

• Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER)

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung.