Anwendung von agentenbasierten Simulationen zur Untersuchung des deutschen Wärmemarkts


Bachelorarbeit, 2017
44 Seiten, Note: 1,3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Der deutsche Wärmemarkt
2.1 Energiepolitische Ziele und Maßnahmen
2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen
2.3 Energieträger der Wärmeerzeugung
2.3.1 Technologien der Wärmeerzeugung
2.4 Struktur des Wärmemarktes

3 Einflussfaktoren bei der Wahl eines Wärmeerzeugers
3.1 Hemmnisse
3.1.1 Ökonomische Barrieren
3.1.2 Das Beispiel Investor User Dilemma für ökonomische Barrieren
3.2 Treiber bei der Wahl eines erneuerbaren Wärmeerzeugers
3.3 Konkrete Barrieren und Argumente für die Wahl einer Pelletheizung

4 Methoden zur Analyse des deutschen Wärmemarktes
4.1 Konzeption von Simulationen
4.2 Methodik der Multiagentensimulation
4.2.1 Der Agent
4.2.2 Multiagentensystem
4.3 Abgrenzung und Einordung der Multiagentensimulation
4.4 Alternatives Simulationsmodell

5 Multiagentensimulation des deutschen Wärmemarktes
5.1 Simulation Design
Inhaltsverzeichnis
5.2 Parameter der Simulation

6 Auswertung der Ergebnisse

7 Diskussion

8 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 4.1: Konzeptionelle Unterschiede zwischen agentenbasierter und gleichungsbasierter Simulation in der Repräsentation von Elementen des Urbilds 19

Abbildung 5.2: Markt Map des Pelletmarktes

Abbildung 5.3: Entscheidungsablauf eines Agenten

Abbildung 6.4: Anzahl der Heizsysteme im Zeitverlauf

Abbildung 6.5: Angebot und Nachfrage nach Rohmaterial

Abbildung 6.6: Altersstruktur der Heizungen auf dem Wärmemarkt

Abbildung 6.7: CO2 -Emissionen im Zeitverlauf

Tabellenverzeichnis

Tabelle 5.1: Übersicht über die einzelnen Kostenaspekte

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Im Zuge der globalen Erwärmung, welche auf den industriellen Tätigkeiten der entwickelten Länder beruht, arbeiten immer mehr Länder daran, ihre CO2 Emissionen zu reduzieren. Im Rahmen der zweiten Verpflichtungsperiode des Kyoto-Protokolls (2013 bis 2020) haben sich die EU und ihre nunmehr 27 Mitgliedstaaten zu einer Reduktion von sieben wichtigen Treibhausgasen um 20 % bekannt (Umweltbundesamt, 2016). Der Fokus liegt dabei auf der Erhöhung der Energieeffizienz und der damit einhergehenden Reduzierung des Energieverbrauchs in allen Wirtschaftssektoren. Von Relevanz ist dabei vor allem der Wärmemarkt, da für diesen 50 % des gesamten jährlichen Energieverbrauchs der Europäischen Union verwendet werden (Europäische Kommission, 2016, S. 2).

Eine Möglichkeit die Dekarbonisierung der Volkswirtschaft voran zu treiben, ist eine Umstrukturierung des Wärmemarktes. Von Interesse ist dabei vor allem wie sich die Struktur unter spezifischen Bedingungen im Zeitverlauf entwickelt. Derzeit wird der Wärmebedarf in Deutschland weitgehend mit fossilen Brennstoffen gedeckt, sodass der Heizungsmarkt 40 % aller energiebezogenen Treibhausgasemissionen in Deutschland verursacht. Rund 80 % der Zentralheizungsanlagen in Deutschland nutzen Verbrennungstechnologien und 70 % der 20,7 Millionen Wohnheizungen sind älter als 15 Jahre und entsprechend energieintensiv (Agentur für Erneuerbare Energien, 2015). Dieses Einsparungspotential an CO2 Ausstoß gilt es auszuschöpfen, um die gesteckten Ziele zu erreichen.

Eine mögliche Alternative zu den herkömmlichen fossilen Heizungen stellen Pellet betriebe- ne Wärmeerzeuger da. Unter welchen Umständen beziehungsweise unter welchen Marktbe- dingungen diese Technologie dazu betragen kann, die klimapolitischen Ziele zu erreichen, ist Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit. Das gewählte Simulationsinstrument, um die Ein- flussfaktoren im Zeitverlauf beobachten zu können, ist die Multiagentensimulation.

Um einen Einstieg in die Thematik zu gewähren, wird im ersten Kapitel zunächst der Wär- memarkt definiert und die relevanten Aspekte eingegrenzt. Im weiteren Verlauf werden die grundlegenden klimapolitischen Ziele und Maßnahmen, sowie die rechtlichen Rahmenbedin- gungen erläutert. Darauf folgt eine Bewertung der verfügbaren Energieträger der Wärmever- sorgung vor dem Hintergrund, den geeignetsten Brennstoff zu identifizieren, um dann auf die damit verbundenen Technologien einzugehen. Dabei werden die wesentlichen Funktions- weisen der verschiedenen Zentralheizungen erörtert und auf die Altersstruktur des Bestan- des in deutschen Haushalten eingegangen. In Kapitel 3 sollen dann zunächst die Hemmnis- se, die bei der Wahl zu energieeffizienter Technologie bestehen, identifiziert und in Bezug auf nachhaltige Wärmerzeuger konkretisiert werden. Im darauffolgenden Schritt (Kapitel 3.2) werden dann die konkreten Treiber der Entscheidung für einen Pellet Wärmeerzeuger be- stimmt.

Im Methodenteil der Arbeit findet zunächst die Konzeption von Simulationen statt, um darauf aufbauend auf die Methodik des gewählten Simulationsinstrumentes einzugehen. Dazu wer- den zunächst die Agenten und das Konzept beschrieben, das hinter der Multiagentensimula- tion steht, das sogenannte Multiagentensystem. Danach folgt die Abgrenzung der Multiagen- tensimulation gegenüber anderen Simulationsansätzen, sodass die Vorteile der gewählten Methode identifiziert werden können. Im nächsten Schritt wird ein alternatives Simulations- instrument vorgestellt und begründet, warum dieses weniger geeignet ist, den Wärmemarkt zu simulieren.

Im Kapitel 5 wird die von Frau Beyer entwickelte Multiagentensimulation angewendet. Dazu wird zuerst die Vorgehensweise, das Simulation Design, sowie die Parameter der Simulation erklärt. Danach erfolgt in Kapitel 6 eine Vorstellung der Ergebnisse sowie deren Interpretati- on (Kapitel 7). Im letzten Kapitel finden schließlich ein kurzes Fazit und ein Ausblick statt.

2 Der deutsche Wärmemarkt

Der Wärmemarkt umfasst per Definition, neben der Bereitstellung von Raumwärme und Warmwasser, auch Prozesswärme, also Wärme, die bei bestimmten technischen Prozessen in der Industrie entsteht oder benötigt wird (Europäische Kommission, 2016, S. 2). Zudem beinhaltet der Wärmemarkt die Bereitstellung von Kühlung beziehungsweise Klimatisierung von Räumen. Obwohl Lüftungsanlagen heute integraler Bestandteil moderner Hauskonzepte sind, erfolgt die Klimatisierung von Gebäuden in Deutschland nach wie vor fast ausschließlich im Bereich der gewerblichen Immobilien (Shell, 2013, S. 10). Da sich diese Arbeit auf Privathaushalte konzentriert, soll auf den Aspekt bei Unternehmen aus Gründen des Umfangs im weiteren Verlauf nicht eingegangen werden.

Die Verfügbarkeit von Wärme ist für das Leben in einem Industriestaat wie Deutschland es- senziell. Daher ist es folglich einleuchtend, dass der Wärmemarkt für alle Bereiche der Volkswirtschaft, sei es die Industrie, das Gewerbe und der Handel und vor allem der Endver- braucher, von wesentlicher Bedeutung ist. In Deutschland ist der Markt für Wärme geprägt von einer großen Heterogenität und hoher Komplexität in Bezug auf Heiztechnologien, Anla- gengrößen, Eigentümer und Betreiber, sowie Gebäudetypen und Anwendungsfelder (Stryi- Hipp, 2015, S. 23). Eine Herausforderung stellt die Infrastruktur des Wärmemarktes dar (Stryi-Hipp, 2015, S.24). Bei der dezentralen Wärmeversorgung findet die Wärmeerzeugung in dem Gebäude durch eine Zentralheizung statt, wohingegen bei der zentralen Wärmever- sorgung die Wärme aus Nah- und Fernwärmenetzen zu dem Gebäude geliefert wird (Winiewska und Mailach, 2016, S. 5). Da der Fokus dieser Arbeit auf die dezentrale Wärme- versorgung privater Haushalte gelegt wird, wird im Folgenden nicht weiter auf die Nah- und Fernwärme eingegangen.

Die künftige Entwicklung des Marktes ist zudem stark von externen Faktoren abhängig (Stryi-Hipp, 2015, S. 24). Neben der Entwicklung fossiler Energiepreise auf dem Brennstoffmarkt haben auch Entwicklungen und Innovationen auf dem Strommarkt, sowie in der Gebäudesanierung und der Heiztechnikindustrie einen Einfluss auf den Wärmemarkt. Des Weiteren unterliegt der Wärmemarkt der Energiepolitik der Europäischen Union als auch der Energiepolitik des Bundes, beziehungsweise der Länder.

2.1 Energiepolitische Ziele und Maßnahmen

Die der Globalisierung geschuldete, steigende Energienachfrage wird langfristig die Energie- preise verteuern. Da Deutschland abhängig von fossilen Energieimporten ist, wird diese Ab- hängigkeit im Zeitverlauf zu nehmen, wenn die Energieversorgungsstrukturen nicht mittel- bis langfristig umgebaut werden (BMWi, 2010, S. 3 und Statistisches Bundesamt, 2017, S. 7 f.). Mit ihrem Energiekonzept möchte die Bundesregierung der Aufgabe gerecht werden, die Energieversorgung des 21. Jahrhunderts zuverlässig, wirtschaftlich und umweltverträglich zu gestalten (BMWi, 2010, S. 3 ff.). Das zentrale politische Ziel ist es dabei Deutschland, bei wettbewerbsfähigen Energiepreisen und hohem Wohlstandsniveau, zu einer der energieeffizientesten und umweltschonendsten Volkswirtschaften der Welt zu entwickeln.

Um die Energiewende zu realisieren, hat die Bundesregierung einen konkreten Entwicklungspfad, an den sich alle beteiligten Akteure orientieren können, erarbeitet. So sollen bis 2020 die Treibhausgasemissionen um 40 % und bis 2050 um mindesten 80 % reduziert werden. Als Basisjahr dient dabei das Jahr 1990. Des Weiteren soll der Anteil an erneuerbaren Energien am Bruttoendenergieverbrauch bis 2020 18 % betragen.

Zur Durchsetzung dieses Ziels ist es wichtig, eine integrierte Gesamtstrategie zu formulieren (BMWi, 2010, S. 4 ff.). So wurde ein dualer Strategieansatz gewählt: neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien soll der Gesamtenergiebedarf durch Effizienzsteigerungen verringert werden.

Auf den Wärmemarkt im Gebäudebereich entfallen circa 40 % des deutschen Endenergieverbrauchs und etwa ein Drittel der Treibhausgasemissionen (Agentur für Erneuerbare Energien, 2015). Wenn der gesamte Wärmemarkt betrachtet wird, also einschließlich der Prozesswärme, ist der Wärmemarkt der größte Energieverbrauchssektor in Deutschland. Folglich ist eine erfolgreiche Energiewende an eine Wärmewende gekoppelt.

Um dies zu realisieren, hat die Bundesregierung 2014 in dem „Nationalen Aktionsplan Ener- gieeffizienz” erstmals ein Konzept für die Energiewende im Wärmemarkt erarbeitet (BDEW, 2015 A, S. 3).

Neben der Durchführung von baulichen Sanierungsmaßnahmen, wie zum Beispiel der Dämmung der Außenwand und des Daches sowie dem Austausch von Fenstern, stellt auch der Austausch des Heizungssystems eine mögliche Option zur Effizienzsteigerung dar. Die Bundesregierung fördert dies mithilfe des Marktanreizprogramms, kurz MAP, indem der Ein- bau von modernen Heizsystemen in Bestandsbauten als auch in Neubauten finanziell bezu- schusst wird.

2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen

Um die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, also die Reduzierung des Kohlenstoffaus- stoßes in die Atmosphäre voran zu treiben, wurden sowohl von der Bundesregierung als auch von der Europäischen Union eine Reihe von verordnunsrechtlichen und gesetzlichen Vorgaben beziehungsweise Anforderungen erlassen (Winiewska und Mailach, 2016, S. 24). So definiert zum Beispiel die europäische ErP-Richtlinie 2009/125/EG (Engery-related- Products-Directive) eine Mindestanforderung an energierelevante Produkte (Europäische Union, 2009, S. 10). Auch die von der EU verordneten Energielabel-Richtlinien (ELD) bezieht sich auf energierelevante Produkte. Diese gilt seit Januar 2016 auch für Heiztechnik und verpflichtet die Hersteller, den Energieverbrauch zu kennzeichnen (BDH, 2017, S. 18). Auf nationaler Ebene gibt es vor allem gesetzliche Regelungen in der Bauwirtschaft. Neubauten müssen gewisse energetische Anforderungen, welche in den vergangenen Jahren kontinu- ierlich verschärft wurden, erfüllen (Winiewska und Mailach, 2016, S. 24). Die energetischen Anforderungen an Bestandbauten sind im Vergleich moderat. Eine Maßnahme der Bundes- regierung ist es, die energetische Sanierungsrate von 1 % auf 2 % pro Jahr zu verdoppeln (Diefenbach und Cischinsky, 2015, S. 51). Dabei versteht man unter der energetischen Sa- nierungsrate „die jährlich in deutschen Gebäuden durch Wärmedämmung oder Fensteraus- tausch energiesparend erneuerte Bauteilfläche, dividiert durch die gesamte thermische Hüll- fläche im Gebäudebestand“ (Diefenbach und Cischinsky, 2015, S. 51). Demnach beschreibt die energetische Sanierungsrate das Tempo, indem der gesamte Gebäudestand jährlich energetische saniert wird. Um dies zu unterstützen, subventioniert die Bundesregierung energetische Modernisierung im Wohngebäudesektor (BMWi, 2014, S. 13).

Ein weiterer Ansatz der Bundesregierung ist ein Zwang zum Austausch alter ineffizienter Heizsysteme. Bereits im Jahr 2002 hat man mit der EnEV 2002 Eigentümer dazu verpflichtet, Heizkessel, die bis 1978 installiert wurden, auszutauschen (EnEV, 2001, S. 3087). Es gibt jedoch einige Ausnahmen; so sind beispielsweise Immobilen, die vor dem Jahr 2002 selbst bewohnt wurden, von der Austauschpflicht ausgenommen. In der aktuellsten Version der Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden werden Eigentümer nach § 10 der EnEV dazu angehalten, Heizkessel, die älter als 30 Jahre sind, zu erneuern. Somit schließt dies Gas- und Ölkessel, die 1987 eingebaut wurden, mit ein (EnEV, 2007 S. 8). Dank der Ausnahmeregelung für Wohneigentümer, ist vor allem vermieteter Wohnraum von dieser Regelung betroffen.

2.3 Energieträger der Wärmeerzeugung

In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, inwieweit ein Austausch des Brennstoffes und des damit verbundenen Wärmeerzeugers die Treibhausgasemissionen reduziert.

Im Zuge der Energieenergieeinsparverordnung (EnEV) und dem Erneuerbaren Energien- Wärmegesetz (EEWärmeG), sowie der Gewährung von Subventionen beispielsweise für KfW-Effizienzhäuser spielt der Primärenergieinhalt der Energieträger eine wichtige Rolle (Winiewska und Mailach, 2016, S. 13). „Primärenergie umfasst alle Energiearten, die von der Natur bereitgestellt werden und vom Menschen durch verfügbare Technologien genutzt wer- den können. Das Aufkommen an Primärenergie umfasst sowohl Stoffe als auch Prozesse. Zu den stofflichen Primärenergien zählen Stein- und Braunkohle, Mineralöl, Naturgase, Kernenergie, Biomasse sowie Torf. Primärenergie aus Prozessen bieten die Sonnenstrah- lung (Solarwärme und Solarstrom), die Erdrotation (Wellen- und Gezeitenkraftwerke) sowie Luftdruckunterschiede (Windkraft) und topografische Höhenunterschiede (Wasserkraft). Eine Sonderstellung nimmt die Geothermie ein, deren Energiegehalt aus Zerfallsprozessen im Erdinneren gespeist wird.“ (AG Energiebilanzen e.V., 2012, S. 16).

Bei der Ermittlung der Umwelteinwirkungen von unterschiedlichen Energieträgern für die Beheizung von Gebäuden, sowie zur Festlegung des Primärenergiebedarfs eines Gebäudes ist es relevant, die Verluste zu kennen, die während der Gewinnung und Verarbeitung in der vorgelagerten Produktionskette entstehen. Aus diesem Grund wurde vom Deutschen Institut für Normung e.V. ein Faktor entwickelt, der die Bewertung der verschiedenen Energiearten ermöglicht (Wuppertal Institut für Kilma, Umwelt, Energie GmBH, 2015, S. 16), der sogenannte Primärenergiefaktor (BDEW, 2015, S. 5).

Dieser bietet die Möglichkeit, einen Energieträger, im Sinne einer vollständigen Bilanz der Energieverluste und Energieaufwendungen, unter der Berücksichtigung der Förderung, Auf- bereitung, Umwandlung, Transport und Verteilung eines Endenergieträgers in seiner vorge- lagerten Kette, zu quantifizieren. Der Primärenergieverbrauch ergibt sich aus der Multiplikati- on des Primärenergiefaktors mit der Endenergie, also die Energie die konkret im Gebäude benutzt wird. Als Systemgrenze für die Endenergie dient hierbei die Gebäudeaußenhülle, zudem wird die Endenergie am Zählerstand der Hausanschlüsse, beziehungsweise die ge- lieferten und gespeicherten Brennstoffe, wie Heizöl oder Holzpellets, gemessen (BDEW, 2015, S. 14).

Im Wärmemarkt hat der Primärenergiefaktor als Effizienzmaßstab somit einen indirekten Einfluss auf die Auswahl von Heiztechnologien und den damit verbundenen Energieträgern, da diese maßgeblich den Jahresprimärenergiebedarf von Gebäuden beeinflussen. Folglich streben die beteiligten Akteure, über alle Wertschöpfungsstufen und Energietechnologien hinweg, einen möglichst vorteilhaften Primärenergiefaktor für ihre jeweilige Technologie an (BDEW, 2015, S. 17).

Der Primärenergiefaktor setzt sich prinzipiell aus einem erneuerbaren und einem nicht er- neuerbaren Anteil zusammen (Wuppertal Institut für Kilma, Umwelt, Energie GmBH, 2015, S.17). Unter Erneuerbare Energien versteht man dabei Energien, die nicht aus endlichen Quellen stammen, die also nicht im Laufe der Existenz der Menschheit verbraucht werden. (BDEW, 2015, S. 15).

Der erneuerbare Anteil von fossilen Brennstoffen wie Heizöl und Erdgas beträgt Null. Der nicht erneuerbare Anteil wird mit dem Faktor 1,1 gewichtet. Somit wird ein Anteil von 10 % für die Vorketten mit einbezogen (BDEW, 2015, S. 4 ff.). Der Primärenergiefaktor von Holzpellets beläuft sich auf den zusammengesetzten Wert von 1,2. Der nicht erneuerbare Anteil, welcher durch die Vorketten wie Fällen, Verarbeitung und Transport entsteht, wird dabei mit 20 % bewertet.

Neben dem Primärenergiefaktor gibt es noch andere Indikatoren, die die Umwelteinflüsse eines Brennstoffes verdeutlichen. Eine relevante Bewertungsgröße sind die Treibhausgasemissionen vereinheitlicht als CO2-Äquivalent ausgedrückt. So wird für die Bereitstellung einer Kilowattstunde Endenergie aus Heizöl, 313 g CO2-Äquivalent in die Atmosphäre gestoßen, Erdgas verursacht bei der Freisetzung der Energie 241 g, wohingegen bei der Umwandlung von Holzpellets nur 18 g CO2 -Äquivalent verursacht werden (Wuppertal Institut für Kilma, Umwelt, Energie GmBH, 2015, S. 42).

Zur Erreichung eines niedrigen Primärenergiebedarfes und zur Reduzierung der CO2 Emissionen sind also vor allem erneuerbare Energieträger, wie zum Beispiel Holzpellets geeignet. Im Folgenden werden die Technologien, mit denen Energie aus den Brennstoffen nutzbar gemacht werden, erläutert.

2.3.1 Technologien der Wärmeerzeugung

Da sich diese Arbeit auf die dezentrale Wärmeversorgung konzentriert, wird im Folgenden näher auf die Zentralheizung eingegangen. Diese umschreibt zunächst einmal eine Vorrich- tung, deren zentrale Funktion es ist, Gebäude zu erwärmen. Dies geschieht, indem Brenn- stoffe beziehungsweise Energieträger möglichst effizient in Nutzwärme umgewandelt wer- den. Die Zentralheizung besteht aus einem Wärmeerzeuger, der die Wärme an einer zentra- len Stelle erzeugt, welche dann mittels Wasser durch ein Rohrsystem zum Wohnraum trans- portiert wird. In Deutschland ist die Zentralheizung mit einem Anteil von 78,4 % der insge- samt 18,9 Millionen Wohngebäuden in Deutschland das dominierende Heizsystem (BDEW, 2015, S. 6).

Feststoffbrennheizungen, die mit Holz- oder Kohle betrieben werden, dominierten lange Zeit im Wohnbereich. Sie wurden jedoch im Zuge der sinkenden Ölpreise in den 1960er zuneh- mend von Ölheizungen abgelöst (Shell, 2013, S. 11 ff.). In den 80er gewann der aufkom- mende Brennstoff Erdgas und die damit verbundene Gasheizung an Bedeutung. Neben ei- ner Veränderung der verwendeten Brennstoffe haben sich auch die Technologien zur Wär- meerzeugung in den vergangenen Jahren entwickelt. Die seit 1998 nicht mehr zulässigen Standardtemperaturkessel für Öl- und Gasheizungen wurden erst von den Niedrigtemperatur und später von der Brennwerttechnik abgelöst, da diese einen höheren Effizienzgrad gewäh- ren. Der Energieträger Holz erlebt mit dem Holzvergaserkessel, dem Pelletkessel und dem Hackschnitzelkessel eine gewisse Renaissance. Heutzutage ist das am weitesten verbreitete Heizsystem die Erdgas-Zentralheizung mit einem Anteil von 40,5 %, gefolgt von der Öl- Zentralheizung (28,9 %), der Holz-/Pellets-Zentralheizung (2,2 %), der Elektro-Wärmepumpe (2,2 %) und sonstigen Zentralheizungen (4,6 %), wie beispielsweise mit Strom betriebene Heizungen (BDEW, 2016, S. 26). Dabei ist schnell zu erkennen, dass fossile Energieträger vornehmlich zur Generierung von Wärme genutzt werden. Im Folgenden wird kurz die Funk- tionsweise der relevanten Wärmeerzeuger skizziert.

2.3.1.1 Öl- und Gas-Brennwerttechnik

Die am weit verbreiteste Zentralheizung, der Standardtemperaturkessel für Öl und Gas, nutzt nur die bei der Verbrennung von Energieträgern freigesetzte Wärme, auch Heizwert genannt. Im Gegensatz dazu werden bei Brennwertkesseln zusätzlich zu dem Heizwert auch die bei der Verbrennung entstehenden Gase, welche latente Wärme enthalten, genutzt. Hierbei kann ein Nutzungsgrad des Energiegehalts des verwendeten Brennstoffes von 96 % bis 99 % erreicht werden (Shell, 2013, S. 12 f.). Durch die nahezu vollständige Ausnutzung des Energieträgers sind Energieeinsparungen im Vergleich zu Standardtemperaturkessel von 10 % bis 15 % möglich. Ölheizungen benötigen im Gegensatz zu Gasheizungen keine Infrastruktur in Form von einem Gasanschluss und Gasleitungen, sodass sie eine völlige Unabhängigkeit in der Beschaffung des Brennstoffes gewähren.

2.3.1.2 Biomasse und Holzfeuerung

Heizungen für feste Biomasse verwenden regenerative und oft heimische Rohstoffe. Zu un- terscheiden ist zwischen der Einzelfeuerung (Kamin), welche nur den sie umgebenden Raum erwärmt, und der Holzzentralheizung. Diese können je nach Bauart mit Stückholz, Pellets oder Hackschnitzeln betrieben werden (Shell, 2013, S. 14 f.). Pellet- und Hackschnit- zelheizungen werden mit einer vollautomatischen Brennstoffversorgung vom Lagerraum zum Kessel ausgerüstet, sodass sie den gleichen Komfort wie andere Zentralheizungen bieten. Für die Lagerung der Pellets und Hackschnitzel muss ein ausreichend großer Raum zur Ver- fügung stehen, welcher idealerweise möglichst nah am Heizkessel liegen sollte, um die au- tomatische Versorgung zu gewährleisten. Holz ist vergleichsweise zu anderen Brennstoffen thermisch träge, d.h. es lässt sich nicht schnell in Energie umwandeln. Es kann zwar im sta- tionären Betrieb ein Wirkungsgrad von 90 % bis 95 % erreicht werden, der Jahresnutzungs- grad ist jedoch geringer. (Anmerkung: der Jahresnutzungsgrad ist wie folgt definiert: „Der Jahresnutzungsgrad ist ein errechneter Wert, der für die Beurteilung der Energieausnutzung eines Heizkessels maßgeblich ist. Er berücksichtigt die ermittelten Werte des Schornsteinfe- gers, die für die Phasen des Brennerbetriebs gelten. Außerdem fließen die Wärmeverluste während der Brenner-Stillstandszeiten mit ein“ (construction.de, Zugriff am 25.05.2017).)

2.4 Struktur des Wärmemarktes

Heizungsanlagen haben eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr. So befinden sich heute noch 2,5 Millionen Gas- und Ölstandardtemperaturkessel im Heizungsbestand, obwohl diese seit circa 19 Jahren nicht mehr installiert werden dürfen. Nach einer Studie des Bundesver- band der Energie- und Wasserwirtschaft aus dem Jahr 2014 werden die 40,4 Millionen Woh- nungen in Deutschland im Schnitt mit 16,6 Jahre alten Heizsystemen beheizt. Das Hei- zungsalter liegt bei Ein- und Zweifamilienhäusern im Durchschnitt bei 15,9 Jahren. Bei Mehr- familienhäusern wurden die Heizungsanlagen im Schnitt vor 20,1 Jahren installiert. 32 % der Wärmeerzeuger wurden vor 1995 eingebaut und sind somit mindestens 20 Jahre alt oder älter (BDEW, 2016, S.8 f.). Das fortgeschrittene Alter vieler Heizungssysteme spricht zwar für hohe technische Qualität, aber sie verursachen, im Vergleich zu modernen Anlagen, hö- here Verbräuche und folglich höhere Betriebskosten sowie höhere Kohlendioxidemissionen. Ein Austausch der alten Heizungsanlage gegen ein modernes System ist somit eine wirt- schaftlich umsetzbare Maßnahme, die sich für die Eigentümer langfristig eignet.

In den letzten drei Jahren (Betrachtungszeitraum 2014 - 2016) stieg der Absatz der effizien- teren Gas-Brennwert Wärmeerzeuger von 60,6 % auf 65,8 % an (BDH, 2017). Der Anteil der weniger effizienten Niedrigtemperatur Gasheizungen nahm dagegen um 5,5 % Punkte im Vergleich zu 2014 ab, sodass 2016 der Anteil der verkauften Geräte bei 10,2 % lag. Bei den Ölheizungen sieht der Trend ähnlich aus; Öl-Brennwert Wärmeerzeuger hatten 2014 einen Marktanteil von 6,8 % und 2016 von 9,7 %. Der Anteil der Niedrigtemperatur Ölheizungen sank sogar von 3,1 % auf 0,6 %; das ist vermutlich auf die alte Technologie zurückzuführen.

Auch bei Wärmeerzeugung, die als Brennstoff Biomasse verwenden, ging der Marktanteil leicht zurück, von 5,3 % auf 4,1 %. Dabei liegt der Absatz jedoch immer noch deutlich unter dem Niveau von 2006 (7,1 %). Nach Angaben des BDH liegt die Modernisierungsrate bei gasbetriebenen Heizungen bei circa 3 % pro Jahr, bei ölbetriebenen Heizungen bei etwa 1 % pro Jahr. Angesichts des Effizienzvorteils moderner Heizanlagen stellt sich die Frage nach den Ursachen des Investitionsstaus (Winiewska und Mailach, 2016, S. 23).

Auch ist zu klären, warum zunehmend fossile Energieträger zur Generierung von Wärme genutzt werden und der Einsatz erneuerbarer Energien stagniert.

3 Einflussfaktoren bei der Wahl eines Wärmeerzeugers

Es stellt sich die Frage, warum Haushalte sich für ein bestimmtes Heizsystem entscheiden. Bei der Wahl für einen energieeffizienten, beziehungsweise erneuerbaren Wärmeerzeuger kann zwischen den Einflussfaktoren in Hemmnissen und Treibern unterschieden werden. Im Folgenden werden zunächst die generellen Hemmnisse, die auf dem Wärmemarkt bestehen, identifiziert. Schließlich werden die Treiber, die bei der Wahl zu einem erneuerbaren Wärmeerzeuger eine Rolle spielen, aufgezeigt. Gegen Ende des Kapitels werden dann die konkreten Barrieren, die bei der Wahl einer Pelletheizung bestehen, bestimmt.

3.1 Hemmnisse

In der Literatur werden mehrere Standpunkte, die die Hindernisse bei der Verbreitung innovativer Technologien im allgemeinen und insbesondere in der Energietechnologie untersuchen, vertreten. Um diese zu identifizieren, wird zuerst auf die Energieeffizienzlücke und den Konsumentenwiderstand eingegangen.

Der Begriff Energieeffizienzlücke wird von Ökonomen verwendet, um das Phänomen zu beschreiben, dass Investitionen in energieeffiziente Technologien scheinbar suboptimal sind (Michelsen und Madlener, 2016, S. 98). Diese Barriere verhindert, dass Personen Entscheidungen treffen, die aus einer Ressourcen optimierenden und ökonomischer Perspektive rational sind. Danach sind solche Entscheidungen weder aus energetischer noch wirtschaftlicher Sicht effizient. Daher führen Marktbarrieren zu einer langsamen Verbreitung und Adaption energiesparender Innovationen (Brown, 2001, S. 1197).

Nach Wilson und Dowlatabadi (2007) erklärt die traditionelle Ökonomie die Energieeffizienz- lücke mit Markt- und Nicht-Marktbarrieren (Brown, 2001, S. 1197). In der Literatur variiert die Klassifizierung dieser Barrieren, schließt aber vor allem Kategorien wie unvollständige Infor- mationen, versteckte sowie hohe Kosten für energieeffiziente Technologien, Risiken, Split- Incentives (Vergleiche Kapitel 3.1.2) und beschränkte Rationalität ein (Michelsen und Madlener, 2016, S. 98). Somit sind sie sowohl ökonomischer als auch verhaltenswissen- schaftlicher Natur.

Neben ökonomischen Barrieren zählen das Investor User Dilemma als Beispiel für Marktver- sagen und der Konsumentenwiderstand (Kapitel 3.2) zu den besonders für den Haus- haltssektor des Wärmemarktes störenden Entwicklungsfaktoren. Im Folgenden werden eini- ge ausgewählte Gründe genannt, die besonders für den Haushaltssektor des Wärmemarktes relevant sind.

3.1.1 Ökonomische Barrieren

Studien belegen, dass Konsumenten oft schlecht über Marktbedingungen, vorhandene Technologien und den eigenen Energieverbrauch informiert sind. Dieser Mangel an adäqua- ten Informationen über energieeffiziente Technologien hemmt Investitionen in Energieeffi- zienzmaßnahmen (Sanstad und Howarth, 1994, S. 814). Eine weitere Form unvollständiger Informationen sind versteckte Kosten (Thollander, Palm und Rohdin, 2010, S. 52 ff.). Laut einer Studie der UNIDO sind versteckte Kosten einer der Hauptgründe für die Energieeffi- zienzlücke (Sorrell, Mallett und Nye, 2011, S. 21). Dabei entstehen diese zum Beispiel, wenn der Einbau einer neuen Heizanalage mehr Zeit in Anspruch nimmt als vorgesehen war. Ein weiterer Aspekt sind Kosten, die bei der Informationssuche entstehen. Ein Konsument benö- tigt viel Zeit, um aus einer Vielzahl vorhandener Alternativen die bestmögliche auszuwählen. So können diese versteckten Kosten das Einsparpotential der Energiekosten senken und zusätzlich Investitionen hemmen. Auch bilden Kosten meist das entscheidende Kriterium bei der Entscheidung für ein neues Heizsystem (Bundesverband Erneuerbare Energien e.V., 2016, S. 22). Dabei sind die Kosten, die bei einer Investition in energieeffizienter Technolo- gien entstehen, meist höher als bei herkömmlichen Technologien (De Almeida, 1998). Folg- lich ist der Zugang zum Kapital meist essenziell, um die Investition zu realisieren. Ist dieser beschränkt, scheitert wohlmöglich die Investition.

Generell sind Investitionen risikobehaftet, so können zwar die Kosten für die Installation bekannt sein, die genauen Einsparungen, die durch die Effizienzsteigerung realisiert werden, sind jedoch schwer zu quantifizieren. Dies ist laut Stern und Aronson (1984) dadurch begründet, dass die genaue Schätzung der Nettokosten der Investition stark von den zukünftigen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, sowie von der Entwicklung der Energiepreisen abhängt. So hatte zum Beispiel der hohe Ölpreis 2006 zur Folge, dass der Absatz von nachhaltigen Heizsystemen, deren Einsparpotential zu dieser Zeit hoch war, stark stieg (Wagener-Lohse, Harrer-Puchner und Sieberg, 2016, S. 7). Momentan ist der Preis für fossile Brennstoffe jedoch niedrig, sodass nach wie vor fossile Wärmeerzeuger verkauft werden (Bundesverband Erneuerbare Energien e.V., 2016, S. 18).

3.1.2 Das Beispiel Investor User Dilemma für ökonomische Barrieren

Das Investor User Dilemma ist eine weitere Form des Marktversagens, das besonders im Bereich des gemieteten Wohnraums besteht. Es umschreibt den Umstand, dass Investitionen für Klimaschutzmaßnahmen bei Gebäuden nicht getätigt werden, da der Investor langfristig keinen Nutzen aus seiner Investition ziehen kann und zudem das gesamte Risiko trägt. Der Nutzer der Investition, also der Mieter hingegen, hat durch niedrigere Wärmekosten einen Vorteil (Ekardt und Heitmann, 2009, S. 4).

Das Investor User Dilemma ist umso größer je höher die Wärmekostenersparnis bei den Mietern ausfällt; im Gegensatz dazu ist die Wirtschaftlichkeit aus Eigentümersicht entsprechend schlechter (Winiewska und Mailach, 2016, S. 145).

Nach § 559 BGB ist es in Deutschland zwar gestattet, Investitionen in die Energieeffizienz mit 11 % der Investitionssumme pro Jahr zeitlich unbegrenzt auf den Mieter umzulegen. Jedoch ergeben sich diverse Hindernisse aus dieser Regelung. Zunächst führt es zu langfristigen Amortisationszeiten der Investition, des Weiteren ist der Zuschlag durch das Mietspiegelniveau nach § 558 BGB begrenzt. Zudem lassen sich entsprechende Mieten unter Umständen gar nicht am Markt erzielen (Ekardt und Heitmann, 2009, S. 4).

Damit ein Heizungsaustausch wirtschaftlich ist, muss die Veränderungen der Barwerte der Wärmekosten gegenüber dem Status quo größer null sein (Winiewska und Mailach, 2016, S. 145 f.). Zudem sollte die Eigenkapitalrendite der Hauseigentümer über der Zielrendite von 3 % im Fall kapitalgeleiteter Investoren liegen. Es wird dabei unterstellt, dass eine Zielrendite von 3 % ausreicht, um den Investor zum Handeln zu bewegen. Um zu berechnen, wie groß der Fehlbetrag der Wirtschaftlichkeit ist, muss zunächst mittels einer Zielwertsuche der jährliche Umlagesatz der jährlichen Investitionskosten berechnet werden, der aus Mietersicht einen Barwert der Maßnahme von null erzeugt. Somit entspricht dieses Vorgehen aus Mietersicht der Kostenneutralität der Wärmesystemerneuerung. Ist der ermittelte Wert größer als die rechtlich zulässigen 11 %, liegt ein Investor User Dilemma vor.

3.2 Treiber bei der Wahl eines erneuerbaren Wärmeer- zeugers

Neben den Hemmnissen sind vor allem die Treiber der Entscheidungsfindung von Relevanz. Diese können dabei in unterschiedliche Kategorien eingeteilt werden. So ist ein Aspekt, der die Entscheidung beeinflusst, rationaler Natur, zudem ist auch der emotionaler Aspekt rele- vant, sowie die sozioökonomischen Charakteristika des Investors und die baulichen Gege- benheiten des Gebäudes, in dem ein neues Heizsystem installiert werden soll (Michelsen und Madlener, 2016, S. 97).

Michelsen und Madlener (2016) haben mithilfe einer Regressionsanalyse die wichtigsten Determinanten der Entscheidungsfindung für ein erneuerbares Heizsystem in Deutschland identifiziert.

Sie fanden heraus, dass die Motivation zu wechseln vor allem von dem Umfang des Wissens über einen spezifischen Wärmeerzeuger und von den äußerlichen Bedrohungen abhängt. Die Variable „äußerliche Bedrohungen“ fasst dabei die Abhängigkeit von fossilen Brennstof- fen und den Wunsch, zum Umweltschutz beizutragen, zusammen. Infolgedessen haben Haushalte mit Präferenz für Umweltschutz und Unabhängigkeit von schwankenden Brenn- stoffpreisen und geopolitischen Krisen, die die Öl- und Gasversorgung beeinflussen, eine relativ hohe Wahrscheinlichkeit, in ein erneuerbares Heizsystem zu investieren.

Auf der anderen Seite haben sie herausgefunden, dass Haushalte, denen hoher Komfort, also geringe Anstrengung bei der Brennstoffbeschaffung, geringer Wartungsaufwand und verbesserter Nutzen des Hauses wichtig ist, weniger wahrscheinlich zu einem erneuerbaren System wechseln. Auch hat die Bereitschaft tägliche Gewohnheiten und Routinen zu ändern, einen Einfluss auf die Entscheidungsfindung. So kann es schwierig sein, eingeprägte Verhal- tensweisen zu ändern (Thollander, Palm und Rohdin, 2010, S. 54). Viele Eigentümer sind mit

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Ende der Leseprobe aus 44 Seiten

Details

Titel
Anwendung von agentenbasierten Simulationen zur Untersuchung des deutschen Wärmemarkts
Hochschule
Georg-August-Universität Göttingen  (Professur für Produktion und Logistik)
Note
1,3
Autor
Jahr
2017
Seiten
44
Katalognummer
V384290
ISBN (eBook)
9783668593138
ISBN (Buch)
9783668593145
Dateigröße
713 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
agentenbasierten Simulationen, deutscher Wärmemarkt, Heizung, Wärmeerzeuger, Ökonomische Barrieren, Multiagentensimulation, Multiagentensystem, Energiepolitische Ziele und Maßnahmen, Pelletheizung, Gasheizung, Ölheizung, Energieträger der Wärmeerzeugung, Brennwerttechnik, Struktur des Wärmemarktes, Energieeffizienzlücke, Investor User Dilemma, Konzeption von Simulationen, Multi Akteurs Systeme, Mikrosimulation, Makrosimulation, System Dynamics Simulation
Arbeit zitieren
Joschka Krause (Autor), 2017, Anwendung von agentenbasierten Simulationen zur Untersuchung des deutschen Wärmemarkts, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/384290

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