Inhalt

Abbildungsverzeichnis   V

Abk  ürzungsverzeichnis  VI

Symbolverzeichnis   VII

1  Einleitung.  1

1.1  Effizienz nach Perspektiven  2

1.2  Energiesparinvestition  4

1.3  Hintergrund des Energiesparens.  4

1.3.1  Technische Einsparpotentiale  6

1.3.2  Wirtschaftliche Einsparpotentiale  7

1.4  „Efficiency gap , „energy efficiency paradox“ und „rebound effect  9

2  Das strukturierte Tiefeninterview  12

2.1  Methodik  12

2.2  „Recall“ und „Recognition“ Wissen  12

2.3  Die Zielpersonen  13

3  Markteinflüsse.  14

3.1  Energiemarktstruktur und Elektrizitätspreise  14

3.2  Lineare Kostenabhängigkeit bei positiven Deckungsbeiträgen  17

3.3  Hindernis Informationsdefizit  18

3.4  Energiesparinvestitionsrechnungen  19

3.4.1  Kostenansatz für Investitionsrechenmodelle  20

3.4.2  Die Beispielwerte  20

3.4.3  Amortisationsrechnung  21

3.4.4  Kapitalwertmethode  22

3.4.5  Interner Zinsfuß.  24

3.4.6  Zusammenfassende Diskussion der Investitionsrechenmodelle  25

3.5  Begrenzte Ressourcen  25

3.5.1  Zeit  26

3.5.2  Mitarbeiter.  27

3.5.3  Kapital.  27

3.6  Organisationale Probleme  28

3.6.1  Verständnis beim Management.  30

3.6.2  Gewohnheitskauf  31

III

4  Politische Rahmenbedingungen.  32

4.1  Notwendigkeit politischer Eingriffe  33

4.2  Instrumente  33

5  Fazit  38

Summary   40

Anhang. 41   

A.1  Primärenergieträger in Deutschland  41

A.2  Industriestrompreise in Deutschland.  41

A.3  Relative Verteilung von Elektromotoren nach Wirkungsgradklassen  42

A.4  Wirkungsgradgrenzen nach CEMEP  42

A.5  Beispielrechnung verschiedener Investitionsrechenverfahren.  43

A.6  Struktur des Fragebogens.  44

A.7  Antwortbogen 20081209  45

A.8  Antwortbogen 20081215  53

A.9  Antwortbogen 20081216  63

A.10  Antwortbogen 20090115  73

A.11  Antwortbogen 20090121  82

A.12  Antwortbogen 20090122  95

A.13  Antwortbogen 20090129  103

Literaturverzeichnis   112

IV

Abbildungsverzeichnis   

Abb.1  : Das „Erreichbare Soziale Optimum“  3

Abb.2  : Basisdaten zu den befragten Experten.  14

Abb.3  : Stellungnahmen zu „Informationsdefiziten“  19

Abb.4  : Daten für Beispielrechnung zu Investitionsrechenverfahren.  21

Abb.5  : Aussagen hinsichtlich eines „Realoptionenansatzes“  24

Abb.6  : Antworten hinsichtlich einer begrenzten Ressource „Zeit“  26

Abb.7  : Aussagen zur begrenzten Ressource „Mitarbeiter“  27

Abb.8  : Stellungnahmen zur begrenzten Ressource „Kapital“  28

Abb.9  : Antworten zu „organisationalen Problemen“  29

Abb.10  : Einschätzung des „Verständnisses beim Management“  30

Abb.11  : Aussagen hinsichtlich „Anschaffungskosten“  30

Abb.12  : Stellungnahmen zu einer „Umsatzorientierung“  31

Abb.13  : Auskünfte zum „Gewohnheitskauf“  32

Abb.14  : Ansichten zur Absicherung gegen „Energiepreisschwankungen“  36

Abb.15  : Antworten zu mehr „Innovationen“  37

Abb.16  : Primärenergieträger in Deutschland  41

Abb.17  : Industriestrompreise in Deutschland  41

Abb.18  : Relativer Absatz von Elektromotoren nach Effizienzklassen  42

Abb.19  : Effizienzklassengrenzen nach CEMEP (2006)  42

Abb.20  : Beispielrechnung zu verschiedenen Investitionsrechenverfahren  43

Abb.21  : Struktur des Fragebogens  44

V

Abkürzungsverzeichnis

VI

Symbolverzeichnis

VII

VIII

Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

1 Einleitung

Energiesparinvestitionen sind Ausgaben für eine effiziente Umwandlung von Energie. Diese Ausgaben müssen begründet und verhältnismäßig sein. Um eine gesamtzieloptimale Allokation von effizienter Energiespartechnik zu erreichen, ist es bedeutsam, neben betriebswirtschaftlichen Fragestellungen auch technische sowie volkswirtschaftliche und politische Perspektiven zu berücksichtigen. Aus Sicht eines Unternehmens ist dabei bedeutsam, inwiefern die Energieersparnis oder Umwandlung dem ökonomischen Rationalprinzip entspricht.

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, dies kann in unterschiedlichen Formen geschehen. In der industriellen Fertigung wird unter anderem kinetische Kraft benötigt, z.B. bei der Bewegung von Massen. Dies geschieht z.B. durch elektrische Antriebe. Bevor eine Maschine gekauft wird, muss unter vielen Alternativen die richtige ausgewählt werden. Dabei muss auf zwei Einflussfaktoren besonders Rücksicht genommen werden, einerseits auf die Effizienz einer Maschine, Energie umzuwandeln und andererseits die spezifischen Merkmale der verwendeten eingehenden Energie, z.B. Elektrizität.

Die Umwandlung von Energie ist immer mit Verlusten verbunden, beispielsweise in Form von ungewollter Wärme hervorgerufen durch Reibungskräfte. Diese können gemindert werden. Eine entscheidende Größe ist dabei der technische Fortschritt, indem das Wissen über einen optimalen Einsatz bestimmter Materialien und Verfahren bei der Energieum-wandlung verbessert wird und somit zu einer höheren Effizienz führt. Der Prozess des technischen Fortschritts verläuft antizyklisch. Unternehmen müssen darauf reagieren und zum richtigen Zeitpunkt in verfügbare Technik investieren.

Elektrische Energie wird aus vielen unterschiedlichen Energieträgern gewonnen. Dabei stellt Sonnenenergie indirekt den größten Anteil dar. Die Kraft der Sonne ist enorm und permanent gegeben, allerdings kann diese nicht in ihrem direkten Vorhandensein ausreichend genutzt werden. Mit der gegenwärtigen Technik werden hauptsächlich fossile Speichermedien der Sonnenenergie oder Kernkraft genutzt, um die Energienachfrage zu decken.

Aufgrund der langen geologischen Entstehungszeiträume fossiler Energieträger kann der zu erwartende künftige Energieverbrauch nicht gedeckt werden und die Atomkraft ist auf-

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

grund unzumutbarer Risiken für die Gesellschaft nicht weiter tragbar. Entsprechend dieser Umstände ergibt sich eine Knappheit für das Gut Energie.

Will man dieser Knappheit entgegentreten, so ergeben sich verschiedene Alternativen. Eine Möglichkeit besteht darin, den Energieverbrauch zu senken, indem z.B. Verluste bei der Umwandlung von Energie durch effizientere elektrische Antriebstechnik gemindert werden. Investitionen in die effizienteste verfügbare Energiespartechnik würden den Energieverbrauch auf ein mögliches technisches Minimum reduzieren. Leider finden diese Investitionen nicht in gewünschtem Maße statt. Warum das so ist, soll in der folgenden Arbeit untersucht werden.

Um die Frage aus dem Titel der Arbeit beantworten zu können, ist es wichtig zu verstehen, warum sie gestellt wird. Dabei soll als erstes die Problemstellung für die weitere Bearbeitung genau abgegrenzt werden, indem der Untersuchungsgegenstand „Effiziente Energiesparinvestition“, im ersten Hauptgliederungspunkt umschrieben und definiert wird.

Anschließend wird eine strukturierte Expertenbefragung am Beispiel elektrischer Antriebstechnik im Hauptgliederungspunkt zwei vorgestellt, die parallel zur Entstehung dieser Arbeit durchgeführt wurde.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung der Problematik und wird im Hauptgliederungspunkt drei dargestellt.

Daraufhin wird im Punkt vier die Rolle und Aufgaben der Politik im Kontext effizienter Energiesparinvestition beleuchtet. Zum Schluss werden die Ergebnisse in einem Fazit zusammenfassend dargestellt.

1.1 Effizienz nach Perspektiven

Effizienz im Sinne von Energiesparen bedeutet Verluste minimieren, beispielsweise bei der Umwandlung von Energie. Wendet man das Rationalitätsprinzip an, dann bedeutet Effizienz ein festgelegtes Ziel mit minimalem Mitteleinsatz zu erreichen oder mit gegebenen Mitteln einen höchstmöglichen Nutzen zu erzielen. In Relation ausgedrückt bedeutet Energieeffizienz nach Patterson (1996) in einem Prozess ‚eine sinnvolle Ausbringungsmenge an Energie zu einer eingebrachten Menge an Energie‘ zu erhalten.

Laut Patterson (1996), Gunn (1997) und Jaffe et al. (1999) muss in Hinsicht auf Energiesparen zu einem besseren Verständnis des Begriffes „Effizienz“ auf unterschiedliche Perspektiven eingegangen werden. Patterson (1996) und Gunn (1997) unterteilen hierfür in die

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

zwei Gruppen oder Perspektiven „Politiker“ und „Ökonomen“, während Jaffe et al. (1999) die Perspektiven von „Ökonomen“ und „Techniker“ in den Vordergrund stellt. Es ist festzuhalten, dass aus jeder Perspektive einzeln heraus sich unterschiedliche Ergebnisse ergeben, wann eine effiziente Energiesparinvestition vorliegt.

Im folgenden soll hauptsächlich in die zwei Perspektiven „Ökonomisch“ und „Technisch“ unterschieden werden und die Perspektive „Politisch“ als ein Vermittler zwischen diesen beiden. Ziel ist es, unter Berücksichtigung aller Perspektiven das „Erreichbare Soziale Optimum“ nach Jaffe et al. (1999) in Abb.1 dargestellt für effiziente Energienutzung herbeizuführen und nach Gunn (1997) zu den geringsten Kosten für eine Volkswirtschaft im Ganzen.

Es ist nicht möglich, dieses „Erreichbare Soziale Optimum“ exakt mathematisch abzubilden und kann daher nur verbal beschrieben oder wie in Abb.1 nach Jaffe et al. (1999) dar-

¹ Erstelltin Anlehnung an Jaffe et al. (1999).

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

gestellt werden. Demnach lassen sich anhand der unterschiedlichen Perspektiven vier optimale Zustände beschreiben, bezeichnet mit „Ökonomisches Optimum“, „Technologisches Optimum“, „Theoretisches Politisches Optimum“ und „Erreichbares Soziales Optimum“. Erstrebenswert wäre dabei im Idealfall das „Theoretisch Politische Optimum“. Nach Jaffe et al. (1999) ist das „Erreichbare Soziale Optimum“ realistisch und möglich indem Marktfehler und externe Effekte zu gesellschaftlich akzeptablen Kosten abgebaut werden.

Im folgenden wird nun erläutert, welche Mechanismen und Gründe dafür verantwortlich sind, dass effiziente Energiesparinvestitionen so häufig unterbleiben, inwieweit Marktfehler und Marktbarrieren vorliegen und wie diese abgebaut werden können.

1.2 Energiesparinvestition

Energiesparinvestitionen sind Technologien, die zwar teurer in der Anschaffung sind, dagegen geringere Kosten für verbrauchte Energie verursachen. Unternehmen, die sich für Energiesparinvestitionen entscheiden, führen eine Gewinnmaximierung durch Kostenminimierung über einen geplanten Zeitraum durch.

Energie, wie beispielsweise elektrischer Strom, muss mit großem Aufwand erzeugt werden, der sich im Strompreis widerspiegelt. Alle Prozesse des alltäglichen Leben oder in der Industrie, die elektrischen Strom nutzen verursachen somit erhebliche Kosten.

Verluste können durch eine technische Steigerung der Energieeffizienz reduziert werden. Die Verlustreduktion kann durch einen höheren Zeitaufwand für Planung oder Einsatz teurerer Materialien erwirkt werden. Diese zusätzlich erbrachten Aufwendungen in die Energieeffizienz eines elektrischen Antriebssystems verursachen Kosten, die dann aber die verbrauchte Energiemenge reduzieren.

1.3 Hintergrund des Energiesparens

Wie man gut in der Abb.15 im Anhang erkennen kann werden über 80 Prozent der Energie in Deutschland durch fossile Energieträger und damit mittels knapper Ressourcen gedeckt. Kurz- und mittelfristig kann an dieser Tatsache nichts geändert werden. Dies führt dazu, dass unter konstanter Beibehaltung des bisherigen Energieverbrauchs langzeitlich, eine Bedienung der Energienachfrage nach heutigem Maßstab nicht möglich ist.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

Will man also den heutigen Wohlfahrtsstandard für künftige Generationen erhalten oder sogar anheben, muss eine Änderung im Energieverbrauch oder im Energiemix vollzogen werden.

Um die Energienachfrage künftig zu sichern, können vielerlei Lösungen in Betracht gezogen werden. Grundsätzlich können aber zwei Möglichkeiten intensiver genutzt werden. Einerseits kann eine Umstellung der Energieträger von bisher nichtregenerativen auf erneuerbare Energien 2 geschehen. Dieser Umstellungsprozess ist allerdings kurz- und mittelfristig 3 nicht zu realisieren. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Energienachfrage zu beeinflussen. Die Senkung der Energienachfrage unter Beibehaltung des Wohlfahrts-standards ist aber nur möglich, wenn der bisherige Verbrauch künftig effizienter erfolgt und somit die Energieintensität gesenkt wird.

Es kann davon ausgegangen werden, dass die Energienachfrage in Zukunft steigen wird, bedingt durch ein weltweites Bevölkerungswachstum und einer folglich höheren Wirtschaftsleistung. Dieses potentielle Wachstum ist abhängig von den verfügbaren Energieträgern. Um eine nachhaltige Nutzung der Energie zu ermöglichen, müsste daher bei derzeitiger Energieintensität eine Reduzierung der Energienachfrage erfolgen. Das würde im Resultat das Wirtschaftswachstum gefährden. Will man also mögliche Wohlfahrtssteigerungen durch eine Eindämmung des Energieangebots nicht mindern, dann muss in Zukunft die Energienachfrage effizienter geschehen.

Der Hauptgrund des Energiesparens liegt nach Erdmann (2008) wohl in der Eindämmung so genannter externer Kosten, die zum einen bei der Energiegewinnung entstehen und zum anderen während der einzelnen Umwandlungsprozesse auf dem Weg von der Gewinnung bis zum Endnutzen.

Externe Kosten ergeben sich für alle Volkswirtschaften beispielsweise durch CO²-Emissionen. Die damit verbundenen schlechteren Lebensbedingungen innerhalb der Umwelt stellen somit Aufwendungen dar. Eine Steigerung der Energieeffizienz könnte das Ausmaß externer Belastungen senken.

² Erneuerbare Energieträger erschließen sich aus der Nutzung von Sonnen-, Wind-, Wasser- und Biomasse-

energie.

³ Es sei hier festgehalten, dass die kurze Frist etwa ein bis fünf Jahre entspricht, die mittlere Frist etwa fünf

bis zehn Jahre und die lange Frist mehr als zehn Jahre.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

Eine effizientere Energienutzung würde zudem Haushalte und Industrie entlasten, indem der verursachte Energiemengenverbrauch gesenkt werden würde. Aufgrund steigender Strompreise gewinnt der Kostenanteil durch den Energieverbrauch mehr und mehr an Bedeutung und bindet damit Kaufkraft. Weitere Vorteile effizienter Energienutzung wären die Reduzierung des Risikos nuklearer Energieerzeugung und die Senkung der Importabhängigkeit von Volkswirtschaften, die mit geringen Energieressourcen ausgestattet sind.

1.3.1 Technische Einsparpotentiale

Um die Einsparpotentiale auch weniger technisch geschulten Lesern verständlicher zu machen, soll zunächst ein kurzer Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise elektrischer Antriebstechnik gegeben werden.

Ein elektrischer Antrieb besteht aus elektrischen und mechanischen Komponenten mit der Aufgabe, elektrische Energie in eine bewegende Kraft oder Leistung umzuwandeln. Bei diesem Umwandlungsprozess treten Verluste auf.

Eine technische Definition für die elektrische Antriebstechnik liefert Merz (2008): „Ein elektrischer Antrieb ist eine funktionale Einheit aus einem Elektromotor und geeigneten Energieversorgungs-, Schutz- sowie Steuer- oder Regeleinrichtungen.“

Ansatzpunkte zu einer Effizienzsteigerung elektrischer Antriebstechnik liegen in der Verwendung von besserem Material und technischem Fortschritt. In Hinblick auf technische Weiterentwicklungen kann festgehalten werden, dass elektrische Antriebe einem stetigen Verbesserungsprozess unterliegen.

Typische Potentiale zum Energiesparen ergeben sich dort, wo ungewollte Wärme entsteht. Hauptbestandteil eines elektrischen Antriebes ist der Motor. Der Motor hat die Kernfunktion, den elektrischen Strom in eine mechanische Bewegungsenergie umzuwandeln. Zusätzlich zum Motor gehören weitere Elemente zum Antriebssystem einerseits in Richtung Energieversorgung sowie zur geforderten Kundenanwendung hin. Diese weiteren Komponenten sind z.B. eingangsseitig elektronische Steuergeräte oder Stromrichter und ausgangsseitig Getriebe sowie mechanische Bremsen. 4

⁴ Hierzu wird auf weiterführende Literatur von Parasiliti et al. (2003): „Energy Efficiency in Motor Driven

Systems“ oder Nadel et al. (2002): „Energy-Efficient Motor Systems: A Handbook on Technology, Program,

and Policy Opportunities” verwiesen.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

Für die weitere Betrachtung lassen sich die Anforderungen an elektrische Antriebstechnik, in zwei Anwendungsgebiete differenzieren, in einerseits konstante Lastverhältnisse und andererseits dynamische Belastungen. Die größten Potentiale für effiziente Energiespartechnik bieten sich bei Anwendungen mit konstanten Lastverhältnissen.

Nach Volz (2007) sollte, um Energiesparpotentiale innerhalb der Technik aufzudecken, bereits eine optimale Antriebsarchitektur vorhanden sein. Eine Möglichkeit zur Erzielung von Energieeinspar- und Effizienzverbesserungspotenzialen besteht dann im Einsatz wirkungsgradverbesserter Elektromotoren.

Laut Mecrow (2008) sind für große Antriebe bereits hohe Wirkungsgrade erreicht und weitere Effizienzsteigerungen begrenzt. Dem gilt allerdings hinzuzufügen, dass aufgrund des hohen Mengenverbrauchs jeder zusätzliche verbesserter Prozentpunkt des Wirkungsgrades zu einer entsprechenden Einsparung im Energiebedarf führt. Ein höheres Potential von prozentualen Effizienzsteigerungen liegt bei kleineren Antrieben. Außerdem existieren von den kleineren elektrischen Antrieben weitaus größere Stückzahlen im Markt.

Aufgrund der Beschaffenheit innerhalb der Stromversorgungsnetze können Elektromotoren ohne weitere Zusatzgeräte bei direktem Netzanschluss nur mit einer festgelegten Drehzahl arbeiten. Andere Geschwindigkeiten lassen sich durch den Einsatz von Getrieben erreichen. Zudem besteht die Möglichkeit, sogenannte Umrichter einzusetzen, die gegebene feste netzseitige Drehfrequenzen verändern und somit beispielsweise Getriebe ersetzen können. Diese zusätzlichen Maßnahmen wie z.B. Umrichter lassen einen elektrischen Antrieb effizienter werden, erhöhen allerdings oft auch die Anschaffungskosten.

1.3.2 Wirtschaftliche Einsparpotentiale

Energiekosten ergeben sich aus der Menge der verbrauchten Energie und dem Strompreis. Während für ein Unternehmen der Strompreis häufig als gegeben hingenommen werden muss, lässt sich die verbrauchte Menge an Energie beeinflussen und bei einer Reduzierung der verbrauchten Menge können die gesamten Betriebskosten eines elektrischen Antriebes gesenkt werden. Diese Reduktion kann durch den Einsatz der effizientesten technisch vor-handenen Antriebstechnik erreicht werden.

Nach Mecrow (2008), Yanti und Mahlia (2008) verbrauchen elektrische motorengetriebene Antriebe ca. 65 bis 70 Prozent des elektrischen Stroms in der Industrie. Nach Yanti und Mahlia (2008) steigt der Wert in der Pumpen-, Papier- und Textilindustrie sogar auf mehr

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

als 90 Prozent. Dazu sollte noch hinzugefügt werden, dass Yanti und Mahlia (2008) darauf hinweisen, dass der Stromverbrauch der Industrie ca. 40 Prozent des gesamten Energiekonsums an Elektrizität eines Landes ausmachen kann.

Laut der Deutschen Agentur für Energie (2007) haben Elektromotoren eine Lebensdauer von 15 bis 20 Jahre. Betrachtet man die gesamten Kosten, die während der Nutzung anfallen, kann es unter bestimmten Konstellationen vorkommen, dass die Folgekosten die Anschaffungskosten bereits nach einem Jahr Betriebsdauer übertreffen. Die Folgekosten werden hauptsächlich geprägt durch Wartungskosten und Energiekosten. Die Energiekosten machen aber unter den Folgekosten den größten Anteil aus.

Betrachtet man das Jahr 2006 in Deutschland, so wurden laut Angaben des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (2008) in der Industrie ca. 586,2 PJ 5 an Endenergie in Form von elektrischem Strom in mechanische Energie umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgte durch elektrische Antriebstechnik.

Vorsichtige Schätzungen von Nadel (2002) gehen davon aus, dass mit Hilfe gegenwärtiger Technik ca. 15 Prozent an Energie eingespart werden könnte. Innerhalb der Industrie betrug der durchschnittliche jährliche Strompreis 2006 in Deutschland aufgerundet ca. 0,1 € pro kWh. Hätte man schon damals alle Einsparmöglichkeiten umgesetzt, so hätte dies eine Ersparnis von ca. 2,3 Mrd. € an Stromkosten bedeutet. Nimmt man den geringeren Energiepreis für Elektrizität vom Jahre 2000 als Ausgangswert, so ergäbe sich immerhin noch eine Ersparnis von ca. 1,4 Mrd. €. Im Jahre 2006 Betrug das Bruttoinlandsprodukt von Deutschland nach Angaben des Statistischen Bundesamtes (2009) etwa 2.303 Mrd. €. Die Ersparnis durch Effizienzsteigerung hätte somit ca. 0,1 Prozent des Bruttoinlandsproduktes ausgemacht. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass Transaktionskosten für eine Umrüstung in effizientere Energiespartechnik, von der möglichen Ersparnis noch nicht abgezogen wurden. Dies hätte zur Folge, dass der prozentuale Anteil einer Kostenersparnis am Bruttoinlandsprodukt geringer ausfallen würde.

Für eine Investitionsentscheidung in eine Energiesparinvestition, ist neben dem Verbrauch, der Energiepreis die wichtigste beeinflussende Größe in Hinsicht auf die Energiekosteneinsparung und damit auch der betriebswirtschaftlichen Relevanz.

⁵ 586,2PJ = 162.833.463.600 kWh.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

In Abb.17 im Anhang wird deutlich, wie volatil sich Energiepreise verhalten können. Es ist daher schwierig, Prognosen über künftige Verläufe abzugeben. Theoretische Modelle können helfen, Tendenzen hinsichtlich des Verlaufes eines künftigen Energiepreises abzuleiten und damit helfen eine Risiken- und Chancenbetrachtung für die Investitionsentscheidungen von Energiesparinvestitionen zu erleichtern. Im Gliederungspunkt 3.1 wird dazu ein theoretisches Konstrukt zur Energiepreisentwicklung nach Hotelling vorgestellt.

1.4 „Efficiency gap”, „energy efficiency paradox“ und „rebound effect”

Die „efficiency gap“, oder auch als Effizienzlücke bezeichnet, ist die Abweichung zwischen der Menge des gegenwärtigen Energiebedarfs und der Menge gegenwärtiger Energienachfrage mit der effizientesten verfügbaren Technik. Zurückblickend auf die Abb.1 bedeutet die Existenz einer „efficiency gap“, dass man nach ökonomischer Perspektive links und nach technischer Perspektive unterhalb des „Erreichbaren Sozialen Optimums“ liegt.

Entscheidend für die Effizienz eines elektrischen Antriebssystems ist der Wirkungsgrad. Anhand dessen kann festgestellt werden, wie gut ein Antrieb die eingehende Energie um-wandelt. Aufgrund einer freiwilligen Kennzeichnungspflicht von Elektromotorenherstellern in Europa können diese entsprechend der Leistungen verglichen werden. Motoren mit einem höheren Wirkungsgrad verbrauchen weniger elektrische Energie bei gleicher Ausgangsleistung 6 . Es gilt: je höher der Wirkungsgrad eines Motors, desto teurer ist dieser in der Anschaffung. Dies gilt auch für die verwendeten Motoren in der Beispielrechnung zu unterschiedlichen Investitionsrechenverfahren wie in Abb.20 dargestellt. Durch den höheren Wirkungsgrad verbraucht der Motor allerdings weniger elektrische Energie bei identischer abgehender Kraft.

Aufgrund einer unzureichenden Datenlage hinsichtlich der Verkaufszahlen elektrischer Antriebe in Abhängigkeit der Wirkungsgrade ist es nicht möglich, hierzu Statistiken und genaue Berechnungen zu erstellen. Daher soll versucht werden, die Problematik anhand der existierenden freiwilligen Kennzeichnungspflicht von Elektromotoren in Europa und der dazu erhältlichen Daten verwendet werden, um die „efficiency gap“ aufzuzeigen und schließlich auch den Beleg für das Unterbleiben effizienter Energiesparinvestitionen zu erbringen.

⁶ Motoren im Dauerbetrieb mit konstanter Last und ohne Richtungswechsel.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

Die Abb.18 im Anhang zeigt eine relative Verteilung von Absatzzahlen teilnehmender Elektromotorenhersteller des European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics (CEMEP) nach Wirkungsgradklassen 7 .

Die Abb.19 im Anhang zeigt verschiedene Leistungsklassen von Elektromotoren und Grenzen, nach denen innerhalb der freiwilligen Kennzeichnungspflicht der CEMEP, die Mitglieder ihre elektrischen Antriebe eingliedern. Motoren, die unterhalb der Grenze 1 liegen, werden mit dem Siegel „Eff3“ gekennzeichnet, Elektromotoren zwischen Grenze 1 und Grenze 2 als „Eff2“ und oberhalb der Grenze 1 als „Eff1“-Motoren.

Anhand der beiden Abb.18 und Abb.19 kann nun die Effizienzlücke beschrieben werden. Es gibt demnach Motoren mit unterschiedlicher Effizienz je Ausgangsleistung, die in bestimmten Anwendungen zu einem unterschiedlichen Energieverbrauch führen. Nimmt man nun an, dass sich die höheren Anschaffungspreise durch eine Energieersparnis aufheben, dann sollten Motoren mit schlechterem Wirkungsgrad durch Motoren mit einem besseren Wirkungsgrad ersetzt werden und sich dann in der Abb.18 als Verschiebung in den relativen Absatzzahlen widerspiegeln.

In Abb.18 im Anhang kann nachvollzogen werden, wie sich über die Zeit Anteile zwischen den Effizienzklassen „Eff1“, „Eff2“ und „Eff3“ verschoben haben.

Mit dem Markteintritt hätte sich der als effizienter und somit rationaler ausgewiesene Antrieb auf Anhieb gegenüber dem schlechteren Motor durchsetzen müssen und somit der „Eff2“-Antrieb den „Eff3“-Motor komplett in den relativen Absatzzahlen ablösen sollen. Das gleiche gilt für die später eingeführten „Eff1“-Motoren zu „Eff2“-Antrieben.

Anhand der Abb.18 kann man zusätzlich erkennen, dass zwischen „Eff2“-Motoren und den „Eff3“-Antrieben ein stärkerer und zügigerer Austausch stattfand, als zwischen „Eff1“-Antrieben und „Eff2“- Motoren über die Zeit.

Hierbei gilt kritisch festzuhalten, dass die zugrundeliegenden Daten nur bestimmte Motoren enthalten. Elektrische Antriebseinheiten mit besonderen Zusatzgeräten oder Eigenschaften wurden nicht berücksichtigt. Außerdem nimmt an dieser freiwilligen Kennzeichnungspflicht nur eine Auswahl europäischer Hersteller teil. Die Daten sind also nur auf den Wirtschaftsraum der Europäischen Union anwendbar.

⁷ Für die drei Klassen gilt folgende Effizienz-Relation: Eff1>Eff2>Eff3

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Warum der Austausch nur in einer unzufriedenstellenden Quote vollzogen wurde, kann möglicherweise auf folgende Umstände zurückgeführt werden:

Der zukünftige Verbrauch sowie Preis für Energie lassen sich nicht verlässlich ableiten.

Unternehmer minimieren ihr künftiges strategisches Risiko, in-

Die Existenz effizienter Energiespartechnik ist nur unzureichend bekannt.

Es existieren im Unternehmen nicht ausreichend Ressourcen,

Es besteht kein Verständnis oder Bewusstsein für die Bedeutung von „Energiesparen“.

Bestehende Anlagen sind noch nicht abgeschrieben. Die zusätzlichen Anschaffungskosten können nicht finanziert werden.

Im Gliederungspunkt drei werden später Antworten auf diese Theorien vorgestellt und diskutiert.

Neben dem Zeitversatz von Energiesparinvestitionen beschreibt das „energy efficiency paradox“ zusätzlich ein Unterbleiben technisch sowie betriebswirtschaftlich effizienter Energiesparinvestitionen.

Kritiker politischer Eingriffe zur Steigerung z.B. der Investitionsquote für effiziente Energiespartechnik wie Geller (2005) mahnen an, dass aufgrund eines Einsatzes effizienterer Technik die Kosten für Energie sinken und daraufhin eine Ausweitung des Energiekonsums durch die Kostenersparnis finanziert wird. Dies wird als „rebound effect“ bezeichnet.

Der „rebound effect“ für das Beispiel elektrische Antriebstechnik tritt nur dann auf, wenn Anlagen so ausgelegt wurden, dass entsprechende freie Kapazitäten vorhanden sind, der Kostenvorteil an den Kunden weitergegeben wird und die Nachfrage beim Endkunden entsprechend elastisch reagiert. Es ist eher unwahrscheinlich, dass diese Zustände eintreffen werden und widersprechen zudem rationaler Handlungsweisen. Ein „rebound effect“ innerhalb elektrischer Antriebstechnik muss daher nicht unterstellt werden.

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

2 Das strukturierte Tiefeninterview

Es gibt zahlreiche theoretische Abhandlungen, die sich mit dem Thema Energiesparen beschäftigen, hauptsächlich aber zu Einsparmöglichkeiten und -potentialen in der Immobilienbranche. Hinsichtlich Energiesparinvestitionen in der Industrie gibt es aber dennoch zahlreiche Niederschriften, Theorien und Modelle, die allerdings nicht alle Branchen und Anwendungsfelder im Einzelnen abdecken, sondern allgemeine branchenübergreifende Ansätze verfolgen. Diese geben nach Meinung des Verfassers nur unzureichend die Realität in Hinblick auf elektrische Antriebstechnik wider.

Aufgrund sehr unterschiedlicher und komplexer Strukturen wurde innerhalb verschiedener Anwendungsbereiche elektrischer Antriebstechnik eine strukturierte Expertenbefragung durchgeführt, um neben bestehenden Sekundärdaten weitere praxisnahe primäre Anregungen und Hinweise zu erhalten, warum effiziente Energiesparinvestition so häufig unterbleiben.

2.1 Methodik

Um an Informationen aus erster Hand zu kommen, wurde eine persönliche mündliche Befragung durchgeführt, während der Befragung akustisch festgehalten und anschließend in eine schriftliche Form umgewandelt. Die Ergebnisse der Befragung befinden sich als vollständige Antwortbögen im Anhang. Um eine Vergleichbarkeit zu ermöglichen wurde strukturiert vorgegangen.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich bei dieser Erhebungsform, eine Gesprächslenkung nicht vermeiden lässt und die gewonnen Ergebnisse sehr kritisch gesehen werden müssen. Eine statistische Auswertung muss daher unterbleiben. Vielmehr sollen die Ergebnisse helfen, neue Ideen sowie bis dahin unbedachte Probleme und Möglichkeiten aufzudecken.

2.2 „Recall“ und „Recognition“ Wissen

Bis heute ist es schwierig, an gespeicherte Daten des Gehirns zu kommen. Nach Kroeber-Riel et al. (2009) stellt jeder Abrufprozess von Wissen eine kognitive Leistung dar und beeinflusst somit auch die in der Antwort enthaltene Information. In der Konsumentenforschung werden daher auch Methoden, wie freie Reproduktion („Recall“) oder das Widererkennen („Recognition“) eingesetzt, um Wissen und Informationen abzufragen.

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Laut Adams (1980) ist „Recall“ Wissen die mentale Erwiderung einer gemachten Erfahrung oder gelernte Antwort auf eine Fragestellung, wobei „Recognition“ weiteres Wissen darstellt, dass durch einen Stimulus hervorgebracht werden kann. „Recall“ Wissen ist so-fort präsent und kann dementsprechend abgerufen werden. Um „Recognition“ Wissen zu erhalten, müssen bestimmte Stimuli eingebracht werden und somit in die Befragung einfließen.

Diese Theorie wurde in die Struktur der Befragung mit eingebunden. Zu den fünf Hauptfragen wurde der befragten Person zuerst die Möglichkeit gegeben, allgemein zu antworten und somit sein „Recall“ Wissen abzurufen. Daraufhin wurden Schlüsselwörter als Stimuli zur „allgemeinen Antwort“ in Form von Unterfragen angeschlossen. Diese Schlüsselbegriffe stehen stellvertretend für gängige Begriffe sowie Argumente aus Theorie und Literatur zum Thema „effiziente Energiesparinvestitionen“ und sollten die Meinung oder den Standpunkt des Befragten herausfordern, um somit sein „Recognition“ Wissen abzurufen.

Diese Vorgehensweise zielte weniger darauf ab das „Recall“ oder „Recognition“ Wissen einzuordnen oder zu bewerten, sondern das Interview interessanter zu gestalten, um somit Motivation und daraufhin den Informationsgehalt zu steigern.

2.3 Die Zielpersonen

Die Zielpersonen sind durch Konzentrationsverfahren ausgewählt worden, d.h. es wurde gezielt ein Teil der Grundgesamtheit ausgewählt, um Sachkenner zu erreichen, die sich mit der Anschaffung und dem Betrieb elektrischer Antriebstechnik (Variable: Branche. Kürzel: „UnteBran“) innerhalb ihres Unternehmens auseinandersetzen und die sich bereits mit der Thematik „Energiesparen“ beschäftigt haben, wie in Abb.2 dargestellt. Um Verwirrungen bei der Auswertung zu vermeiden und Zitate zu erleichtern wurden für jede Person frei erfundene Namen vergeben.

Eine „typische Auswahl“ kam zum Einsatz, indem nur Mitarbeiter in die engere Auswahl gezogen wurden, die sich mit den technischen Grundlagen elektrischer Antriebstechnik auskennen (Variable: Position im Unternehmen. Kürzel: „PersPosi“) und am Entscheidungsprozess effizienter Energiesparinvestitionen beteiligt sind (Variable: An Kaufentscheidung beteiligt. Kürzel: „PersEnts“), wie in Abb.2 abgebildet. Somit konnte erreicht werden, dass die teilnehmenden Personen hinsichtlich technischer und ökonomischer Perspektiven befragt werden konnten.

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3 Markteinflüsse

Nun soll anhand einer betriebswirtschaftlich ausgerichteten Betrachtungsweise das Unterbleiben von effizienten Energiesparinvestitionen, am Beispiel elektrischer Antriebstechnik erforscht werden. Dabei wird ein eigener theoretischer Ansatz im Punkt 3.2 vorgestellt. In den darauf folgenden Punkten sind Vorschläge und Argumentationen aus der Fachliteratur zur Problemstellung aufgegriffen, beleuchtet und diskutiert worden. Hinweise und Kommentare der befragten Experten, hinsichtlich elektrischer Antriebstechnik, wurden an geeigneter Stelle auszugsweise beigefügt.

3.1 Energiemarktstruktur und Elektrizitätspreise

Nach Erdmann (2008) ist der Energiemarkt in Hinblick auf Elektrizität geprägt durch eine faktisch Nichtspeicherbarkeit des elektrischen Stroms, faktorspezifischer Stromverbundnetze und erheblicher Kostenunterschiede bei den verschiedenen Kraftwerkstypen.

Aufgrund der faktischen Nichtspeicherbarkeit muss der elektrische Strom quasi zeitgleich mit der Nachfrage erzeugt werden. Diese besonderen Eigenschaften in Summe haben Einfluss auf Angebot und Preis von elektrischem Strom und somit auch auf die Investitionsquote effizienter Energiesparinvestitionen.

Die wichtigste Variable innerhalb einer Investitionsrechnung zu effizienten Energiesparinvestitionen ist der Preis für Energie. Im Falle elektrischen Stroms kann davon ausgegangen werden, dass der Preis mittel- bis langfristig kontinuierlich steigt, dazu später mehr. Allerdings kann er kurzfristig Schwankungen obliegen, wie in Abb.17 im Anhang dargestellt.

Aus der Abb.17 im Anhang kann entnommen werden, dass im Zeitraum von 1995 bis 2002 die Energiepreise fielen. Dementsprechend hätten sich die Vorteile des Energiesparens kostenseitig verringert und die Ergebnisse, dies sei hier vorweggenommen, einer Kapital-

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Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

wertbetrachtung hätten sich verschlechtert, dazu später mehr im Gliederungspunkt 3.4.4. Im Resultat waren somit Energiesparinvestitionen durch den Preiseffekt unrentabler und nur bei entsprechenden Mengeneffekten sinnvoll. Unterstellt man risikoaverse Investoren für Energiespartechnik, so kann ein Unterbleiben effizienter Energiesparinvestitionen nachvollzogen werden. Da sich im Zeitraum 1995 bis 2002 die Energiepreise für Elektrizität von ca. neun auf fünf Eurocent pro kWh fast halbiert haben.

Für die darauf folgenden Perioden und in Zukunft, lässt sich ein Preisanstieg theoretisch herleiten und somit die Rechtfertigung für Energiesparinvestitionen hinsichtlich des Energiepreises mittel- und langfristig erbringen. Ein Preisrückgang für Energie, wie elektrischen Strom, stellt sich erst ein, wenn Angebotsüberschüsse entstehen. Da Energie allerdings ein knappes Gut ist, werden die Produzenten in Zukunft nicht beliebige Mengensteigerungen auf dem Markt zulassen und somit auch keinen Angebotsüberhang erzeugen, der eine Senkung der Preise nach sich ziehen würde. Mögliche Nachfragerückgänge, die zu einem Angebotsüberschuss führen könnten sollen hier ausgeklammert werden.

Der von Hotelling (1931) entwickelte „Preispfad“ kann helfen, Klarheit zu schaffen. In dieser modelhaften Analyse beschreibt Hotelling das Entscheidungsproblem für das Mengenangebot eines knappen Gutes. Für die vorliegende intertemporale Entscheidung muss der Anbieter wählen, ob er sein Angebot lieber in der Gegenwart oder besser in der Zukunft anbietet.

Hotelling (1931) hält fest, dass für ein knappes Gut aufgrund der besonderen Eigenschaft in künftigen Perioden ein höherer Gewinn erzielt werden kann. Mittels eines funktionierenden Finanzmarktsystems bestünde die Möglichkeit künftige Gewinne in die Gegenwart zu transferieren. Ein rational agierender Anbieter wird davon Gebrauch machen. Er kann dies indem er Mengenangebote in Folgeperioden verschiebt, die er zu einem hören Preis als in der Gegenwart veräußern kann, wie in Gleichung (1) beschrieben:

t+1 p t+1 R t+1 - cR t+1 > t (1+i k ). = (1)

Aufgrund einer Nebenbedingung „Knappheit“ wird der übliche Marktmechanismus für ein gewinnmaximierendes Unternehmen mit „Preis gleich Grenzkosten“ ausgehebelt. Zudem zeigt Hotelling (1931) in seinem Modell, dass selbst bei konstanten Grenzkosten der Förderung einer knappen Energie der Preis für das knappe Gut steigen wird.

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Auch wenn dieses Modell auf Annahmen beruht, so kann es behilflich sein das Handeln rational agierender Anbieter von elektrischem Strom, produziert aus vornehmlich fossilen Energieträgern, zu beschreiben und die Antwort für eine somit unwahrscheinliche anbieterseitige Fördermengensteigerungen geben werden sowie folgende Preissenkungen zu verneinen, anders als bei theoretischem vollkommenen Wettbewerb.

Der Hotelling-Preispfad gilt für knappe Ressourcen, aber ein Teil der Energieförderung wird durch regenerative und Kernenergie gedeckt. Es kann aber ausgeschlossen werden, dass dies vorerst einen Energiepreisrückgang durch Angebotssteigerung hervorrufen wird, denn einerseits ist das derzeitige und künftig zu erwartende Energieangebot über die kurze und mittlere Frist durch regenerativer Energieträger zu gering, um die Angebotsmengen der fossilen Energieträger zu ersetzen und andererseits ist die Energiemenge, erzeugt durch Kernenergie, politisch und gesellschaftlich umstritten.

Der Ausstieg aus der nuklearen Energieerzeugung wurde bereits in Deutschland, im Gesetz zur geordneten Beendigung der Kernenergienutzung zur gewerblichen Erzeugung der Elektrizität (2002) von der Bundesregierung Deutschland beschlossen. Daher muss davon ausgegangen werden, dass eine Steigerung des Energieangebots und damit einer Energiepreissenkung zumindest kurz- und mittelfristig nicht weiter in Frage kommt.

Eine weitere Besonderheit in der Energiepreisgestaltung liegt in so genannten „peak-load“-Preisen. Industrieunternehmen mit hohem Energiebedarf, vereinbaren mit den Stromanbietern Verträge, in denen die beteiligten Vertragspartner Abnahmemengen zu bestimmten Preisen festschreiben. Werden bestimmte Grenzen an Abnahmemengen von elektrischem Strom überschritten muss mit erheblichen Preisaufschlägen gerechnet werden. Diese können über den vertraglich festgelegten Zeitraum wachstumshemmend wirken.

Aufgrund dieser mitunter komplizierten Preisgestaltung ist es schwierig Energieersparnisse durch effiziente Energiespartechnik darzustellen und dies hat somit eine hemmende Wirkung auf die Investitionsquote. Es sei aber an dieser Stelle darauf hingewiesen, das Energiesparinvestitionen und somit eine Verbrauchssenkung zur Folge hätte, dass weniger Spitzenlast auftreten würde und dadurch Kapazitäten bis zur teuren Spitzenlast frei werden könnten.

Die zuvor beschriebenen Besonderheiten des Marktes für Elektrizität bilden so gesehen hemmende aber auch besondere Chancen für Energiesparinvestitionen.

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3.2 Lineare Kostenabhängigkeit bei positiven Deckungsbeiträgen

An dieser Stelle soll ein mögliches Entscheidungsszenarium vorgestellt werden, in dem risikoaverse Entscheider in Unternehmen strategisches Risiko minimieren unter der Hinnahme einer nicht marktorientierten aber dafür kostendeckenden Preisgestaltung.

Es soll ein Unternehmen unterstellt werden, dass N-Produkte herstellt und verkauft. Jedes Produkt „n“ erwirtschaftet einen Umsatz für sich, erzeugt aber auch Kosten. Die Umsätze ergeben sich aus dem Preis eines jeden Produktes (p n ) multipliziert um die abgesetzte Menge (x n ). Jedes Produkt im Unternehmen verursacht variable Kosten (k var n ) sowie fixe Kosten (K fix ). Die fixen Kosten sollen hier der Einfachheithalber als eine Summe betrachtet werden.

Ein Unternehmen, das die Prämisse der Gewinnmaximierung umsetzt, geht demnach folgendermaßen vor:

Eine Energiesparinvestition betrifft nur die Kostenseite, also den Subtrahenden der Ge-winnformel (2). Eine Energiesparinvestition hat im Vergleich zu einer Standardlösung folgende Auswirkungen: der Fixkostenanteil (K fix ) durch höhere Anschaffungskosten steigt und der variable Kostenanteil (k var ) durch einen geringeren Energieverbrauch sinkt. Für eine weitere Analyse ist der Subtrahend der Gewinngleichung bedeutend, also:

Aus Gleichung (2) und (3) kann für das Unterbleiben von Energiesparinvestitionen ein bislang in der Theorie nicht beschriebenes Hindernis hergeleitet aufgezeigt werden.

Es soll nun der Entscheidungsprozess für eine Energiesparinvestition in zwei Perioden aufgeteilt werden. In der ersten Periode fallen die Anschaffungskosten an und in der zweiten Periode die Betriebskosten.

Nun soll der unterschiedliche Charakter der Fixkosten und variablen Kosten in Bezug auf mögliche Absatzszenarien beschrieben werden. Fixkosten bedeuten hier in erster Linie Anschaffungskosten. Diese sind vorerst absatzmengenunabhängig und fallen in der ersten Pe-

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