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Full text: Flex-Efficiency / Nabe, Christian A.

Flex-Efficiency
Ein Konzept zur Integration von Effizienz
und Flexibilität bei industriellen Verbrauchern

Impulse

Flex-Efficiency

Impressum
Impulse
Ein Konzept zur Integration
von Effizienz und Flexibilität
bei industriellen Verbrauchern
ERSTELLT IM AUFTRAG VON
Agora Energiewende
Rosenstraße 2 | 10178 Berlin
Projektleitung
Alexandra Langenheld
alexandra.langenheld@agora-energiewende.de

Dr. Barbara Praetorius, Agora Energiewende
barbara.praetorius@agora-energiewende.de

Andreas Jahn, The Regulatory Assistance Project (RAP)
ajahn@raponline.org

DURCHFÜHRUNG DER STUDIE
Dr. Christian Nabe – Ecofys,
unter Mitarbeit von Marian Bons
Ecofys Germany
Albrechtstraße 10c | 10117 Berlin

Korrektorat und Satz: oekom verlag
Titelbild: Fotolia / Westend61 / Dieter Heinemann
093/01-S-2016/DE
Veröffentlichung: März 2016

Bitte zitieren als:
Ecofys (2016): Flex-Efficiency.
Ein Konzept zur Integration von Effizienz und
Flexibilität bei industriellen Verbrauchern.
Studie im Auftrag von Agora Energiewende

Vorwort
Liebe Leserin, lieber Leser,
Energieeffizienz ist eine konstituierende Säule der Energiewende: Je sparsamer industrielle Produktionsprozesse und
private Haushalte mit Strom umgehen, desto weniger
Kraftwerke werden benötigt. Mit dem wachsenden Anteil
an Solar und Windstrom steigt zugleich der Flexibilitäts­
bedarf im Stromsystem. Schon in wenigen Jahren werden
Situationen auftreten, in denen das Stromangebot der
Erneuerbaren die Nachfrage deckt oder sogar übersteigt.
Umgekehrt wird es Zeitpunkte geben, in denen der Wind
nicht weht und die Sonne nicht scheint.
Bei den Energieverbrauchern, allen voran bei den Groß­
verbrauchern in der Industrie, schlummern erhebliche
Potenziale für mehr Flexibilität. Bei einem Anteil von bald
mehr als 50 Prozent Erneuerbaren Energien schwankt
zugleich der Systemwert von Energieeffizienz und Flexibilität im Tages- und im Jahresverlauf. Das hat Auswirkungen auf die Strommarkte und -preise. Effizienz und Flexibilität setzen also voraussichtlich zunehmend Anreize für
unternehmerische Entscheidungen.
Wenn Effizienz und Flexibilität im Rahmen von Flex-Effi­
ciency künftig zusammengedacht werden, kann das sowohl
zu Synergien fuhren als auch Wechselwirkungen haben.
Wir haben uns deshalb gefragt, was Flex-Efficiency konkret

für die unternehmerische Praxis heißt. Welche technischen
und wirtschaftlichen Optionen bestehen überhaupt für
eine Optimierung auf der Ebene der Unternehmen? Welche
Rahmenbedingungen und Anreize wären erforderlich,
damit die Unternehmen die aus volkswirtschaftlicher
Sicht richtigen Betriebs und Investitionsentscheidungen
treffen und dem Stromsystem Effizienz und Flexibilität im
kosteneffizienten Umfang anbieten? Denn bisher wurden
industrielle Anlagen vor allem im Hinblick auf ihren
Energie­verbrauch je Produktionseinheit optimiert, maßgeblich durch eine gleichmäßige Maschinenauslastung und
damit einen ebenso gleichmäßigen Stromverbrauch.
Diese Herausforderungen sind für die industriellen
Verbraucher bisher noch nicht systematisch durchdacht
worden. Deshalb haben wir das Beratungsunternehmen
Ecofys gebeten, eine praxisnahe Grundsatzbetrachtung
vorzunehmen und die Idee der Flex-Efficiency anhand von
Fallbeispielen zu erläutern sowie Potenziale und Hemmnisse zu analysieren. Die Studie soll damit den Startpunkt
für Vertiefungen an der richtigen Stelle setzen.
Ich wünsche Ihnen eine anregende Lektüre!
Ihr Patrick Graichen,
Direktor Agora Energiewende

Die Ergebnisse auf einen Blick
1

Effizienz und Flexibilität wachsen zusammen zu einem gemeinsamen Konzept: Flex-Efficiency. Denn mit
immer mehr Erneuerbaren Energien in der Stromversorgung bekommt Effizienz eine zeitliche Komponente:
Wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht, steigen die Strombörsenpreise – und Stromeffizienz
wird wertvoller als in Zeiten hoher Erneuerbare Energien-Stromproduktion.

2

Flex-Efficiency wird zum Paradigma für Design und Betrieb von Industrieanlagen. Mit zunehmenden Anteilen
von Wind- und Solarstrom werden die Preisschwankungen an der Strombörse steigen. Bei der Entwicklung
neuer Industrieanlagen sollten Energieeffizienz und Flexibilität schon heute gemeinsam gedacht werden, um
in Zukunft von den Stunden mit niedrigen Preisen zu profitieren.

3

Die Flexibilitätsmärkte und deren Produkte sollten weiter verbessert werden. Marktzugang, Marktstrukturen
und die richtigen Produkte (zum Beispiel abschaltbare Lasten und weiteres Demand Side Management) sind
entscheidend dafür, dass Marktpreissignale einen aus Systemsicht optimierten und zugleich wirtschaftlichen
Betrieb der Anlagen oder entsprechende Investitionen anreizen.

4

Investitionen in Flex-Efficiency brauchen eine Kombination von marktlichen und anderen Anreizen.
Marktpreise generieren gute Anreize für die Optimierung und den Betrieb großer, energieintensiver Anlagen.
Sie versagen jedoch oft bei „durchschnittlichen“ Prozessen, Speichern und Querschnittstechnologien.
Ergänzende Instrumente sind erforderlich, um dieses Potenzial zu heben.

1

2

Inhalt

Vorwort1
Zusammenfassung5
Summary8
1	

Flex-Efficiency: Hintergrund und Zielsetzungen

11

1.1	

Hintergrund 

11

1.2	

Ziel und Aufbau der Kurzstudie

12

2	

Das Konzept der Flex-Efficiency

15

2.1	

Analysedimensionen und Definitionen von Effizienz und Flexibilität

15

2.2	

Technische Umsetzung von Flexibilität und Effizienz in einer Anlage

16

2.3	
	

Ausprägungen von Synergien und Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und
Effizienz einer Anlage

17

2.4	

Wirkungen von Flexibilität und Effizienz von Anlagen im Gesamtsystem

21

2.5	

Optimale Einsatzmengen von Flexibilität und Effizienz

23

2.6	

Statische Effizienz

24

2.7	

Dynamische Effizienz

25

2.8	Zwischenfazit

25

3	

Effizienz und Flexibilität in der betrieblichen Praxis: zwei Fallstudien

27

3.1	

Fallstudie Aluminium-Elektrolyse bei Trimet

27

3.2	

Fallstudie Pumpenanlagen

29

3.3	Zwischenfazit

31

4	

Anreize und Hemmnisse für optimale Flex-Efficiency

33

4.1	

Die Rolle von Preissignalen für Flexibilität und Effizienz

33

4.2	

Hemmnisse für die Wirksamkeit von Preissignalen

34

4.3	

Auswirkungen der Hemmnisse auf die dargestellten Fallbeispiele

37

4.4	Zwischenfazit

38

5	
	

Wie können die Anreize für Flex-Efficiency verbessert werden?
Zusammenfassung und Perspektiven

41

5.1	

Wechselwirkungen von Flexibilität und Effizienz: Zusammenfassung der Analyse

41

5.2	

Ansätze zur Überwindung der Hemmnisse für Flex-Efficiency

42

5.3	

Anknüpfungspunkte in der betrieblichen Praxis

43

5.4	

Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf

44

6	Literaturverzeichnis

47

3

Abbildungs- und Tabellenverzeichnis

Abbildung 1	 Schematische Darstellung von operativer und investiver Wechselwirkung

18

Abbildung 2	 Energie- und CO2-Einsparung durch 70 technische Endenergieeinsparmöglichkeiten

20

Abbildung 3	 Geordnete Jahresdauerlinien der Residuallast

22

Abbildung 4	 Gradient einer modellierten Residuallast im Jahr 2030

23

Abbildung 5	 Darstellung des Zusammenhangs zwischen Flexibilisierung und Effizienz
von zwölf Elektrolyse-Öfen der Aluminiumproduktion durch den Einsatz
von Wärmetauschern der TRIMET Aluminium SE

28

Abbildung 6	 Schematische Darstellung der Auswirkungen des Ersatzes einer bestehenden,
überdimensionierten Pumpe durch eine kleinere, effizientere Pumpe

30

Tabelle 1	

Synergien und Wechselwirkungen technischer Maßnahmen

19

Tabelle 2	

Zusammenfassung der Preisanreize für Flexibilität und Effizienz
aus dem Strom-Großhandelsmarkt

34

4

Impulse | Flex-Efficiency

Zusammenfassung
Bei der Umsetzung der CO2-Minderungsziele spielt
die Nachfrageseite eine wichtige Rolle.
Zur Erreichung der CO2-Minderungsziele im Stromsektor
sind Maßnahmen sowohl aufseiten der Nachfrage als
auch der Stromerzeugung erforderlich. Maßnahmen zur
Steigerung der Energieeffizienz wirken direkt auf die
Nachfrageseite. Aber auch steigende Anteile von Erzeugung aus Wind und Sonne beeinflussen die Nachfrage­seite
indirekt, denn in dem Maße, in dem die Erzeugung von
Strom vermehrt auf fluktuierende Energieträger abstellt,
sollte also auch die Nachfrageseite die Potenziale zur flexiblen Anpassung einbringen. Dabei entsteht auf der Nachfrageseite eine Wechselwirkung von Flexibilitätsmaßnahmen mit Effizienzmaßnahmen.
In der Regel besteht eine Wechselwirkung zwischen
Flexibilität und Energieeffizienz.
In dieser Studie wurde zunächst untersucht, welche Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz auf
Anlagen­ebene existieren. Bei vielen Anlagen besteht die
Wechselwirkung darin, dass höhere Energieeffizienz mit
einer geringeren Flexibilität erkauft werden muss. Dies
liegt darin begründet, dass Verbraucher bei der Variation
der Last sich vom Optimalpunkt ihrer Prozess­auslastung
wegbewegen oder verlustbehaftete Zwischenspeicher
genutzt werden. Dies betrifft zunächst den Betrieb von
bestehenden Anlagen. Aber auch durch Investitionen in die
Anlage kann oft das Verhältnis zwischen Flexibilität und
Effizienz verändert werden. Für Investi­tionen stellt sich die
Frage, in welchem Ausmaß Flexibilität und/oder Effizienz
der bestehenden Anlage gesteigert werden sollen. Von
praktischer Relevanz sind diese Wechselwirkungen vor
allem im Bereich der Querschnittstechnologien. Aber auch
bei bestimmten Produktions­prozessen beeinflussen sich
Flexibilität und Effizienz gegenseitig.
Der Systemwert von Flexibilität und Effizienz variiert
zeitlich im Tages- und Jahresverlauf.
Die Anforderungen nach Flexibilität und Energieeffizienz
werden durch die Anforderungen des gesamten Strom­

versorgungssystems definiert. Sie sind zeitlich variabel.
So kann der Systemwert einer eingesparten Kilowattstunde
abhängig vom Zeitpunkt einen unterschiedlichen Wert
haben, der von der Residuallast abhängt. Der Wert einer
Effizienzmaßnahme könnte auch null werden, wenn keine
Verwertungsmöglichkeiten für Überschussstrom vorliegen
(Zeiten negativer Residuallast). Umgekehrt hat Stromeinsparung dann einen höheren Wert, wenn weniger Windund/oder Sonnenstrom verfügbar sind, also die Residuallast
hoch ist. In diesen Zeiten hoher Residuallast können dann
beispielsweise effizientere Produktionsprozesse und
Geräte die Residuallast dauerhaft senken, wohingegen
Lastverlagerung, zum Beispiel durch die flexiblere Fahrweise von Industrieprozessen, insbesondere in Zeiten des
schnellen oder unerwarteten Angebots- oder Lastwechsels
oder des Überschusses, wirkt. Auch der Wert der Flexibilität ist abhängig vom Zeitpunkt. Die höchsten Flexibilitäts­
anforderungen ergeben sich an Situationen extremer
Residuallast, das heißt sowohl im negativen Bereich als
auch im Spitzenlastbereich in Verbindung mit dynamischen Anforderungen, die aus steilen Gradienten und
schnellen Wechseln der Residuallast entstehen. Diese
Extrema prägen sich im Zeitverlauf stärker aus.
Preissignale können theoretisch die Signale zum optimalen Einsatz von Flexibilität und Effizienz liefern
Die zeitlich unterschiedlichen Wertigkeiten von Energie­
effizienz und Flexibilität resultieren aus der Anforderung,
dass im gesamten Stromversorgungssystem ein Kosten­
minimum erreicht wird. Dies gilt sowohl für den laufenden
Betrieb, als auch für Investitionsentscheidungen in Verbraucher und Erzeuger. Dies funktioniert im theoretischen
Idealfall über Märkte und Preissignale für definierte Produkte. Deshalb sollten die bestehenden (Flexibilitäts-)
Märkte zur Liquiditätssteigerung zusammengefasst und
nicht durch regulierte Preise (abschaltbare Lasten) verzerrt
werden. Entsprechende Preissignale stellen im operativen
Betrieb dann Knappheitssignale dar, die Einsatzentscheidungen von Erzeugungsseite, aber auch der Verbrauchsseite steuern. Aber auch in der dynamischen Betrachtung

5

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

können Preise die Signale für Investitionen in Flexibilität
und Energieeffizienz liefern.
In der Praxis allerdings wird die Wirkung des
Preissignals gehemmt.
Betriebswirtschaftlich erfolgt die Auslegung von technischen Anlagen im Hinblick auf Effizienz und Flexibilität
nicht immer so, wie sie aus Sicht des Stromsystems ins­
gesamt optimal wäre. Dafür sind verzerrte Preissignale
und verschiedene weitere Hemmnisse verantwortlich.
Ausnahme- und Sonderregelungen liefern betriebswirtschaftliche Anreize, die die Preissignale des Strom-Großhandelsmarktes oder von Flexibilitätsmärkten verzerren.
Hinzu kommen Informationsmängel, Unsicherheit über die
künftige Preisentwicklung und eine geringe Relevanz des
Energieverbrauchs als Produktionsfaktor. Verzerrungen
können zu einer veränderten Wahl des Betriebspunktes im
Status quo oder zu einem veränderten Investitionsverhalten führen und damit zu einer Abweichung vom volkswirtschaftlichen Optimum.
Vor allem bei der Dimensionierung von Investitionen
in Flexibilität und Effizienz existieren große Unsicher­
heiten.
Vor allem im investiven Fall ist ein Optimum nur unter sehr
großen Unsicherheiten zu identifizieren beziehungsweise
wird von anderen Hemmnissen für unverzerrte Markt­
signale beeinflusst. Allerdings existieren hier große Unterschiede in der Praxis. Dazu wurden zwei Fallstudien
betrachtet. Während im Beispiel der Aluminiumelektrolyse
operative und investive Entscheidungen relativ unverzerrt
zu treffen sind, ist dies bei kleinen Anlagen bzw. Querschnittstechnologien nicht der Fall. Diese Technologien
stellen aber gleichzeitig einen bedeutenden Teil des Effi­
zienz- und auch Flexibilitätspotenzials.
Die Rahmenbedingungen sollten so modifiziert werden,
dass sie möglichst unverzerrte Anreize setzen.
Die Steuerung von Investitionen in Effizienz und Flexibilität muss auf Basis von Preissignalen erfolgen, die den zeitlichen Verlauf des Bedarfes reflektieren. Diese Preissignale
der Märkte müssen möglichst unverzerrt auf die unternehmerischen Akteure einwirken können und stabile Anreize

6

für Investitionen in das richtige Verhältnis von Flexibilität
und Energieeffizienz bieten. Wenn dies nicht der Fall ist,
können regulatorische Maßnahmen angebracht sein. Diese
regulatorischen Maßnahmen beziehen sich auf Zugangsvoraussetzungen zu Flexibilitätsmärkten oder eine möglichst verzerrungsfreie Struktur von Netzentgelten oder
sonstige staatlich veranlasste Preisbestandteile. Weiterhin
sollte geprüft werden, wo Effizienz- und Flexibilitäts­
anforderungen kombiniert werden können (zum Beispiel
als Mindeststandards) in Effizienz-Ausschreibungen.
Unternehmen sollten Flexibilität und Effizienz schon
heute integriert betrachten.
Aus betriebswirtschaftlicher Sicht können Erkenntnisse
dieser Studie bereits heute in die Praxis umgesetzt werden.
Im Rahmen einer auf ein Energiemanagementsystem aufbauenden Ist-Analyse sollten nicht nur Effizienzpotenziale,
sondern auch Flexibilitätspotenziale ermittelt werden.
Diese Anforderung könnte in die Energiemanagementnorm
ISO 50001 mit einbezogen werden. Flex-Efficiency in
einem Unternehmen zu berücksichtigen, könnte daher
heißen, dass sich das Unternehmen der vorhandenen
Flexibilitäten und der relevanten, sie beschreibenden Parameter bewusst ist, um im zeitlichen Verlauf Anpassungen
zur betriebswirtschaftlichen Optimierung vorzunehmen.
Im Hinblick auf Investitionsentscheidungen ist das Konzept von Flex-Efficiency weiter zu fassen. Hier wird es
notwendig, dass in die Investitionsentscheidungen die
künftigen Flexibilitätsanforderungen des Gesamtsystems
optimal einbezogen werden. Dies könnte in Form von
Szenarioanalysen geschehen, in denen die möglichen
Angebote von Flexibilität und die dafür realisierbaren
Umsätze einbezogen werden.
Diese Anforderung ist jedoch nicht nur aus Sicht von
investierenden Unternehmen zu stellen, sondern auch
bei Konstrukteuren und Anlagenplanern zu verankern.
Hier muss unter Umständen von jahrelang eingeschliffenen
Vorgehensweisen der betriebswirtschaftlichen Optimierung abgewichen werden, Anlagen auf Dauerbetrieb und
geringen Energieverbrauch auszulegen. Stattdessen sollten
auch Flexibilitätsoptionen mit berücksichtigt werden.

Impulse | Flex-Efficiency

Die Wirkungen von Anreizen für Flex-Efficiency
müssen praxisnah weiter erforscht werden.
Die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz steht erst am Anfang. Daher ist weiterer
Forschungsbedarf deutlich erkennbar, der zur Entwicklung
von Handlungsoptionen dient. Darunter zählt vor allen
Dingen eine detailliertere Quantifizierung von Wechselwirkungen und Potenzialen, die in dieser Studie nur
angerissen werden konnte. Dazu müssen weitere techni-

sche Fallgruppen detaillierter auf Wechselwirkungen
untersucht werden, um die Ergebnisse auf Deutschland
hochrechnen zu können. Auch müsste die Relevanz der
Wirkungen für das Gesamtsystem im Sinne von möglichen
Kostenersparnissen quantifiziert werden. Schließlich sollten im Rahmen von Pilotvorhaben praktische Erfahrungen
in verschiedenen Branchen oder Technologieklassen
gesammelt werden, Effizienz und Flexibilität gemeinsam
zu optimieren.

7

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Summary
In implementing the CO2 reduction targets,
the demand side plays an important role.
In order to achieve the CO2 reduction targets in the electricity sector, measures on both the demand side as well
as the electricity generation side are required. Measures
to increase energy efficiency have a direct effect on the
demand side. But increasingly large shares of generation
from wind and solar influence the demand side indirectly
because the potential for flexible adaptation on the demand
side needs to be realised. This produces an interaction
of flexibility measures with efficiency measures on the
demand side.
Generally there is an interaction between flexibility
and energy efficiency.
In this study, we first investigated which interactions
between flexibility and efficiency exist at the installation
level. In many installations the interaction is evident in
that higher energy efficiency has to be bought at a lower
flexibility. This is due to the fact that with variation in
the load, consumers move away from the optimal point of
process utilisation or lousy storage is used. This concerns
primarily the operation of existing installations, but also
investment in the installation can often alter the relationship between flexibility and efficiency. For investments,
the question arises to what extent flexibility and/or efficiency of the existing plant is to be increased. In a practical
sense these interactions are particularly relevant in the
area of cross-cutting technologies but flexibility and
efficiency also influence each other in certain production
processes.
The system value of flexibility and efficiency varies
with the time of day and throughout the course
of the year.
The demands for flexibility and energy efficiency are
defined by the needs of the entire power supply system.
They vary depending on time, so the system value
of a saved kilowatt hour may have a different value
at different times and depends on the residual load.

8

The value of an efficiency measure could also be zero
if there is no utilisation possibility for surplus power
(during times when there is a negative residual load).
Conversely, electricity savings then have a higher
value when less wind and/or solar power are available,
meaning the residual load is high. In these times of
high residual load, for example, more efficient production
processes and equipment can permanently reduce the
residual load, whereas load shift, for example through
the flexible operation of industrial processes is applied
especially in times of rapid or unexpected supply or
load change. The value of flexibility is also dependent
upon timing. The highest flexibility requirements
arise in situations of extreme residual load, that is both
in the negative-region and the peak load in connection
with steep gradients and rapid changes of the residual
load. These extremes become more pronounced over
time.
Price signals can theoretically provide the signals for
the optimal use of flexibility and efficiency.
The time-varying value of energy efficiency and flexibility
results from the requirement that a minimum cost is
achieved in the entire power supply system. This applies
to both ongoing operations, as well as investment decisions
of consumers and producers. This works in the ideal case
through wholesale electricity and flexibility markets by
price signals. Therefore, the existing flexibility markets
should be aggregated to increase liquidity and must
be not distorted by regulated prices (which is the case for
interruptible loads). Undistorted price signals can provide
appropriate scarcity signals for operational decisions of
generation and consumption. They also provide efficient
signals for investment decisions in flexibility and energy
efficiency.
In practice, however, different barriers counteract
the price signal.
However in practise investment decisions with respect
to efficiency and flexibility, not always done in a way that

Impulse | Flex-Efficiency

would be optimal for the entire power system. Distorted
price signals and various other obstacles are responsible
for this. Exceptions and special rules provide economic
incentives that distort the price signals of the wholesale
electricity market or flexibility markets. This is exacerbated by a lack of information, uncertainty about future
price developments, and low relevance of energy con­
sumption as a factor of production. Distortions can lead
to changes in the operating point in the status quo or to
changes in investment behaviour, and as a result, cause
deviation from the economic optimum.

Companies should already regard flexibility and
efficiency as integrated.
From a business perspective, findings of this study can be
put into practice already today. Analysis of energy management systems should identify not only efficiency gains,
but also flexibility potentials. This requirement could
be incorporated in the energy management standard
ISO 50001. Considering Flex-Efficiency for a company
means that the company is aware of existing flexibilities
and the relevant parameters of their use in order to optimise their deployment within operative decisions.

There are large uncertainties, especially when
dimensioning investment in flexibility and
efficiency.
Especially with respect to investment decisions, an optimum can only be identified with very large uncertainties
or is influenced by other barriers to undistorted market
signals. Here, however, there are major differences in practice as shown by two case studies. While in the aluminium
electrolysis example operating and investment-decisions
are made in a relatively undistorted manner, this is not the
case with small plants and cross-sectional technologies.
At the same time, these technologies represent a significant
part of the efficiency and flexibility potential.

With regard to investment decisions, the concept of Flex
Efficiency is to be taken further. It is necessary that in the
investment decisions, future flexibility requirements of the
entire system are considered. This could take the form of
scenario analysis, in which the potential offers of flexibility
and the corresponding realizable revenues are included.

The framework conditions should be modified so that
incentives that are as undistorted as possible.
Investments in efficiency and flexibility must take place
on the basis of price signals that reflect their temporal
variation. These price signals of the markets must be as
undistorted as possible and provide stable incentives to
invest in the right balance of flexibility and energy efficiency. If this is not the case, regulatory measures may
be appropriate. These regulatory measures might refer to
conditions for access to flexibility markets or a structure
of network tariffs or other government-induced price
components to make them distortion-free as possible.
Further consideration should be given to where efficiency
and flexibility requirements can be combined (for example
as a minimum standard) in efficiency tenders.

This requirement, however, is not only to be made from
the perspective of investing companies, but should also be
anchored in the work of design engineers and installation
planners. It might be necessary to deviate from years
of ingrained business practices of optimisation and constructing installations fit for continuous service and low
energy consumption and instead take flexibility options
into account.
The effects of incentives for Flex Efficiency in practice
must be further explored.
Research into the interaction between flexibility and efficiency is only just beginning. Therefore, it is apparent that
further research is needed, which serves the development
of various courses of action. Among them is, above all, a
more detailed quantification of interactions and potentials
that could only be briefly touched upon in this study. For
this purpose, more technical applications must be studied
in detail for interactions in order to extrapolate the results
to Germany. The relevance of the effects for the entire system in terms of potential cost savings should be quantified.
Finally, in the framework of pilot projects, practical experience in different industries or technology classes should be
collected to jointly optimize efficiency and flexibility.

9

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

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Impulse | Flex-Efficiency

1.	 Flex-Efficiency: Hintergrund und Zielsetzungen
1.1	Hintergrund
Zur Erreichung der CO2-Minderungsziele im Stromsektor
sind Maßnahmen aufseiten der Nachfrage und der Stromerzeugung erforderlich. Maßnahmen zur Steigerung der
Energieeffizienz wirken direkt auf die Nachfrageseite.
Aber auch steigende Anteile von Erzeugung aus Wind und
Sonne beeinflussen die Nachfrageseite indirekt.
Höhere Energieeffizienz senkt die Kosten für das Gesamtsystem, wenn in volkswirtschaftlich sinnvollem Umfang
Investitionen in Kraftwerke und Infrastruktur reduziert
und zugleich CO2-Emissionen vermieden werden. In der
Agora-Studie »Positive Effekte von Energieeffizienz auf
den deutschen Stromsektor« wurden die Auswirkungen
von Effizienz auf verschiedene Elemente des Gesamt­
systems analysiert (Prognos AG und IAEW 2014). Es wurde
gezeigt, dass eine Steigerung der Energieeffizienz nicht
nur Einsparungen von CO2 bewirkt, sondern erhebliche
Kosten­ersparnisse mit sich bringt. Neben Brennstoffkosten
werden Investitionen in Kraftwerkskapazität sowie Übertragungs- und Verteilnetze vermieden.
In dem Maße, in dem die Erzeugung von Strom vermehrt
auf fluktuierende Energieträger abstellt, sollte also auch
die Nachfrageseite die Potenziale zur flexiblen Anpassung
einbringen.
Dabei entsteht eine Wechselwirkung der Flexibilitätsmaßnahmen mit Effizienzmaßnahmen.
Bei steigenden Anteilen von Wind- und Sonnenstrom wird
Flexibilität sowohl auf der Erzeugungs- als auch auf der
Nachfrageseite zum zentralen Paradigma des Stromsystems. Das Stromsystem muss die Synchronisation von
Angebot und Nachfrage auch in extremeren Situationen
bewältigen: Bei hoher Residuallast, bei der eine große
Stromnachfrage mit einer geringen Produktion von Windund Sonnenstrom zusammenfällt, müssen flexible Erzeuger,
Speicher oder Stromimporte das Angebot erhöhen, aber
auch flexible Verbraucher ihre Stromnachfrage reduzieren.

Im umgekehrten Falle einer niedrigen Residuallast, das
heißt geringe Stromnachfrage, aber eine hohe Erzeugung
von Wind- und Sonnenstrom, kann es neben Speicherung
und Export sinnvoll sein, flexiblen Verbrauch in diese
Zeiten zu verlagern.
Daraus ergibt sich der Zusammenhang zwischen Energieeffizienz und Flexibilität: Abhängig vom Zeitpunkt kann
der Systemwert einer eingesparten Kilowattstunde
unterschiedlich sein (»Time-Of-Use-Aspekt« von Effi­
zienzmaßnahmen). Dies bedeutet, dass eine Effizienzmaßnahme einen unterschiedlichen Wert haben kann, der von
der Residuallast abhängt. Der Wert einer Effizienzmaßnahme könnte auch null werden, wenn keine Verwertungs­
mög­lichkeiten für Überschussstrom vorliegen (Zeiten
niedriger Residuallast). Umgekehrt hat Stromeinsparung
dann einen höheren Wert, wenn weniger Wind- und/oder
Sonnenstrom verfügbar sind, also die Residuallast hoch
ist. In diesen Zeiten hoher Residuallast können dann
beispielsweise effizientere Produktionsprozesse und
Geräte die Residuallast dauerhaft senken, wohingegen
Lastverlagerung, zum Beispiel durch die flexiblere Fahrweise von Industrieprozessen insbesondere in Zeiten
des Überschusses wirkt.
Die Anpassung des Systems an unterschiedliche zeitliche
Wertigkeiten des Stroms wird mit dem Aspekt der Flexi­
bilität adressiert. Effizienz und Flexibilität müssen daher
zunehmend zusammengedacht werden. Dieses Konzept
wird nachfolgend »Flex-Efficiency« genannt. Es beinhaltet, dass beide Aspekte sowohl bei operativen wie auch
investiven Entscheidungen im Gesamtsystem berücksichtigt werden sollten. Damit kann es praktische Relevanz
aufseiten der Nachfrage entfalten und sollte beispielsweise
bei der Neuausrichtung von Produktionsstätten und
Industrieprozessen, aber auch beim Design neuer Anlagen
und Geräte die Leitplanken setzen: Diese sollten künftig
auf Effizienz ausgelegt werden (Niveausenkung),
zusätzlich aber auch auf zeitliche Anpassungsfähigkeit
(Flexibilität).

11

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Forschungsstand
Diese zeitliche Dimension von Effizienzmaßnahmen wurde
bislang kaum untersucht. So wurden beispielsweise bei der
oben zitierten Studie im Auftrag von Agora Energiewende
die dynamischen Auswirkungen von Effizienzmaßnahmen
zu unterschiedlichen Zeitpunkten noch nicht berück­
sichtigt. Hier steht die Diskussion noch am Anfang. Auch
in der energiepolitischen Diskussion wurde das Konzept
bislang kaum aufgegriffen, und in der Praxis fehlen gegenwärtig die Anreize für eine solche Neuausrichtung von
Industrieprozessen sowie den zugehörigen Investitionsentscheidungen.
Die Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz
werden jedoch bereits im Weißbuch »Ein Strommarkt für
die Energiewende« des BMWi aufgegriffen (BMWi 2015).
Dort wird thematisiert, dass der Bedarf an Effizienz und
Flexibilität abhängig von der Residuallast ist. Dem Weißbuch zufolge können die Systemkosten in Zeiten einer
geringen Einspeisung aus Windenergie und Photovoltaik
und einer hohen Nachfrage durch Energieeffizienzmaßnahmen und Flexibilität tendenziell gesenkt werden. In
Zeiten einer hohen Stromerzeugung aus Windenergie und
Photovoltaik und einer geringen Nachfrage sinkt hingegen
der Wert der Energieeffizienz. Die gezielte Erhöhung der
Nachfrage – zum Beispiel durch Zuschalten von hocheffizienten Wärmepumpen oder Elektromobilität zur Ladung
von Wärme- und Batteriespeichern – kann dabei zunehmend an Bedeutung ge­winnen.
Um diese konzeptionellen Überlegungen operationalisierbar zu machen, ist zu klären,
→→ inwieweit Effizienz und Flexibilität in technischen
Maßnahmen eher Synergien darstellen oder in einem
Spannungsfeld stehen,
→→ wie auf volkswirtschaftlicher Ebene Effizienz und
Flexibilität im Gesamtsystem idealerweise kombiniert
oder miteinander abgewogen werden sollten (volkswirtschaftliches Optimum),
→→ welche Hemmnisse auf betriebs- oder volkswirtschaftlicher Ebene einem systemdienlichen Verhalten der
Verbraucher entgegenstehen,

12

→→ welche Maßnahmen geeignet sind, um die Hemmnisse
abzubauen und eine Optimierung von Flexibilität und
Effizienz in die Praxis umzusetzen, und
→→ was Unternehmen schon heute tun können, um die
Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz in
ihren Entscheidungen angemessen zu berücksich­tigen.
Diese Fragestellungen werden in dieser Studie adressiert.
Sie soll Erkenntnisse dazu liefern, wie die verschiedenen
Perspektiven in Einklang gebracht werden können, indem
Rahmenbedingungen und Anreize für Unternehmen so
gesetzt werden, dass ein volkswirtschaftliches Optimum
erreicht werden kann.

1.2	 Ziel und Aufbau der Kurzstudie
In dieser Kurzstudie wird das Thema zunächst grund­
sätzlich strukturiert. Es werden Grundsystematik und
-gedanken ausformuliert und diskutiert, auf deren Basis
Maßnahmen und weiterer Handlungsbedarf zur Anpassung
des Marktrahmens aufgezeigt werden. Damit soll eine
Grundlage für eine weiterführende Diskussion von FlexEfficiency als Paradigma mit Stakeholdern und der Politik
geschaffen werden. Schließlich wird herausgestellt, welche
weiterführenden Untersuchungen eventuell notwendig
sind, um die diskutierten Zusammenhänge näher zu
beleuchten oder Maßnahmenvorschläge detaillieren zu
können. Dazu werden in den einzelnen Kapiteln die
Zusammenhänge zwischen Effizienz und Flexibilität aus
verschiedenen Perspektiven analysiert.
In Kapitel 2 wird das Konzept der Flex-Efficiency vorgestellt. Dazu werden die Synergien und Wechselwirkungen
zwischen Flexibilität und Effizienz zunächst aus technischer und techno-ökonomischer Perspektive betrachtet
und anschließend auf Systemebene diskutiert. Es werden
das theoretische Optimum zwischen Energieeffizienz und
Flexibilität im System und die Rolle von Preissignalen zum
Erreichen des Optimums aufgezeigt. In Kapitel 3 werden
Effizienz, Flexibilität und ihre Zusammenhänge aus einer
betriebswirtschaftlichen Perspektive anhand von zwei
Fallstudien erläutert. In Kapitel 4 werden Anreize und
Hemmnisse zur Umsetzung von Flex-Efficiency darge-

Impulse | Flex-Efficiency

stellt. Schließlich werden in Kapitel 5 Schlussfolgerungen
gezogen, was Politik und Wirtschaft tun können, um die
Hemmnisse zu überwinden, und offene Fragen sowie Forschungsbedarf formuliert.

13

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

14

Impulse | Flex-Efficiency

2.	 Das Konzept der Flex-Efficiency
In diesem Kapitel wird das Konzept von Flex-Efficiency
vorgestellt. Dabei werden die Rollen von Flexibilität und
Effizienz in einem zukünftig von Wind und Sonne geprägten Stromversorgungssystem illustriert und damit Synergien und Wechselwirkungen zwischen ihnen in verschiedenen Sichtweisen aufgezeigt.

→→ den Betrachtungszeitraum (zum Beispiel Momentanwerte, Minuten- bis Stundenbetrachtung, Jahres­
betrachtung) und
→→ die Wahl einer statischen vs. einer dynamischen
Betrachtung (zum Beispiel operative Sichtweise
vs. Einbeziehung von Investitionen).

Am Anfang der Betrachtung werden die Analysedimen­
sionen für Effizienz und Flexibilität vorgestellt. Anschließend werden Flexibilität und Effizienz einer Anlage aus
technischer und techno-ökonomischer Sicht definiert.
Darüber hinauswird die jeweilige technische Umsetzung
von Flexibilität und Effizienz dargestellt und auf mögliche
Wechselwirkungen eingegangen.

Abhängig von der Wahl der Parameter und damit der Perspektive ergeben sich unterschiedliche Freiheitsgrade und
Zielfunktionen einer Optimierung. So ist beispielsweise bei
der statischen Betrachtung der Anlage eines Unternehmens
eine andere Anlagenauslegung optimal hinsichtlich des
Verhältnisses von Flexibilität und Effizienz als in einer
dynamischen Betrachtung des gesamten Stromversorgungssystems.

Darauf erfolgt eine Systembetrachtung. Es wird gezeigt,
welche Rolle Flexibilität und Effizienz in einem System
mit hohen Anteilen Erneuerbarer Energien in welchen
Situa­tionen spielen. Es wird auf die Rolle von Preis­
signalen zum Erreichen eines optimalen Verhältnisses
eingegangen. Abschließend erfolgt eine Betrachtung der
Auswirkungen von Unvollkommenheiten des Marktes und
weiteren Hemmnissen, die ein Erreichen des Optimums
verhindern.

2.1	 Analysedimensionen und Definitionen
von Effizienz und Flexibilität
Die Wechselwirkungen zwischen Effizienz und Flexibi­
lität werden in dieser Studie aus technischer, technoökonomischer, volkswirtschaftlicher und schließlich
aus betriebswirtschaftlicher Perspektive diskutiert. Diese
Perspektiven zeichnen sich durch eine Variation der
Analysedimensionen aus. Bei diesen Analysedimensionen
handelt es sich um
→→ die Systemgrenze (zum Beispiel Anlage, Unternehmen,
Volkswirtschaft, Stromversorgungssystem),
→→ die betrachteten Parameter (zum Beispiel Energie­
mengen, Kosten, Geldströme),

Zur Betrachtung von Effizienz und Flexibilität aus einer
techno-ökonomischen Perspektive wird die Systemgrenze
zunächst um eine einzelne Anlage oder eine andere tech­
nische Einrichtung gezogen. Bezogen auf die Anlage
werden dann ihre technischen Eigenschaften beschrieben,
die sich auf die Energieumwandlung (im Hinblick auf
Effizienz) oder um die mögliche Variation der Last
(Flexi­bilität) beziehen. Diese technischen Eigenschaften
können anschließend mit Kosten hinterlegt werden. Damit
wird die rein technische Betrachtung zu einer technoöko­nomischen Betrachtung erweitert. Die Betrachtung
erfolgt differenziert für den statischen und den dynamischen Fall.
Flexibilität
Flexibilität auf der Seite der Stromverbraucher ist hier
definiert als die Fähigkeit, den Verbrauch zeitlich oder der
Höhe nach zu variieren. Die meisten Erzeuger oder Verbraucher im Stromversorgungssystem weisen Inflexibilitäten auf. Dies bedeutet, dass technische und/oder wirtschaftliche Restriktionen existieren, sodass Anlagen ihre
Erzeugung oder ihren Verbrauch nicht von einem Moment
zum nächsten beliebig anpassen können (intertemporale
Restriktionen). Flexibilität im engeren Sinne bedeutet also,

15

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

dass diese intertemporalen Restriktionen fehlen oder vernachlässigbar klein sind.
Aus technischer Sicht kann Flexibilität mit den Parametern
maximale Leistungsänderungsgeschwindigkeit und Regelungsbereich beschrieben werden. Der Regelungsbereich
gibt an, innerhalb welcher Leistungsgrenzen im Betrieb der
Anlage die Leistung angepasst werden kann (beispielsweise
60 Prozent bis 100 Prozent). Oft macht es jedoch keinen
Sinn, Leistungsänderungsgeschwindigkeiten rein technisch
zu betrachten, denn in vielen Fällen gehen hohe Leistungsänderungsgeschwindigkeiten mit hoher Abnutzung oder
sonstigen Verlusten einher. Das Gleiche gilt für eine Überschreitung des Regelungsbereiches. Daher sind die daraus
folgenden ökonomischen Konsequenzen mit abzubilden.
Die rein technische Betrachtung von Flexibilität wird damit zu einer techno-ökonomischen Betrachtung erweitert.
Im Rahmen dieser techno-ökonomischen Betrachtung
können weitere Parameter von Flexibilität einbezogen
werden. So ist im Hinblick auf die Einbindung der Anlage
in einen Produktionsprozess zu beurteilen, welche Leistungsänderung wie oft, über welchen Zeitraum und in
welchem zeitlichen Abstand und zu welchen Kosten durchgeführt werden kann. Diese Parameter in Kombination
definieren die Kosten der Flexibilität der Anlage.
Effizienz
Die technische Effizienz einer Anlage beziehungsweise
eines Energiewandlers in Bezug auf Energieverbrauch
kann auf verschiedenen Ebenen definiert werden. Die
Energieeffizienz im engeren Sinne bezeichnet das Verhältnis zwischen Energieinput und Produktionsoutput. Die
Produktionseffizienz gibt dabei den Energieeinsatz pro
Mengeneinheit des produzierten Gutes an.
Auch bei der Effizienz kann die technische Betrachtung
hin zu einer techno-ökonomischen Betrachtung erweitert
werden. Ökonomische Effizienz bedeutet die Erreichung
eines bestimmten Nutzens unter minimalem Mitteleinsatz.
Die Übertragung des Begriffs auf die Energieeffizienz heißt,
dass die Bereitstellung des Produktionsoutputs mit einem
kostenminimalen Energieeinsatz einhergeht.

16

Erfolgt die techno-ökonomische Betrachtung innerhalb der
Rahmenbedingungen, in denen ein Unternehmen agiert, so
gelangt man zu einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung,
zum Beispiel in einem Business Case. So wird eine Ersatz­
investition in eine technisch effizientere Anlage dann
betriebswirtschaftlich effizient, wenn unter Zugrunde­
legung der Investitionskosten und Endkunden-Strompreise
eine geforderte betriebswirtschaftliche Kenngröße erreicht
wird (zum Beispiel ein bestimmter interner Zinsfuß).
Schließlich kann Effizienz auf Systemebene betrachtet
werden. Hier wird die Systemgrenze beispielsweise um das
Stromversorgungssystem gezogen. Gleichzeitig wird ein
längerer Zeitraum betrachtet (ein Jahr, oder unter Einbeziehung von Investitionen auch mehrere Jahre). Die Systembetrachtung wird in Kapitel 2.4 weiter vertieft.

2.2	 Technische Umsetzung von Flexibilität
und Effizienz in einer Anlage
Verbrauchseitige Flexibilität heißt Verschiebung oder
Verzicht auf Verbrauch in einer Anlage. Das erstere kann
am einfachsten mithilfe von Zwischenspeichern realisiert
werden. Wenn diese die zeitlichen Leistungsänderungen
auffangen, so wird der gleiche Produktionsoutput pro
Zeiteinheit geliefert. Dieser Fall wird auch als load shifting
bezeichnet. Eine Erhöhung der Flexibilität kann über die
Vergrößerung der Zwischenspeicher erfolgen. Zwischenspeicher können beispielsweise in folgenden Formen
auftreten:
→→ Wärmespeicher
→→ Kältespeicher
→→ Druckluftspeicher
→→ Wasserspeicher
→→ Gasspeicher
→→ Materialspeicher (Zwischenspeicherung des Produk­
tionsoutputs)
Der Verzicht von Verbrauch wird auch als load shaving
bezeichnet. Für diesen Fall ist auch kein Zwischenspeicher
erforderlich. Aufgrund des Produktionsverzichts geht er
mit höheren variablen Kosten einher.

Impulse | Flex-Efficiency

Die technische Umsetzung von Energieeffizienz kann in
verschiedenen Anwendungsbereichen und in unterschiedlicher Art und Weise erfolgen. Die folgenden Punkte stellen
beispielhaft einige Optionen zur Steigerung der Energieeffizienz dar:
→→ Prozessdimensionierung: Eine gezielte Auslegung der
Größe eines Prozesses unter Abstimmung der einzelnen
Prozesskomponenten ermöglicht die Reduzierung der
Fahrweise in ineffizienten Teillastbereichen.
→→ Moderne Anlagentechnik: Der Ersatz alter Anlagen
durch weiterentwickelte, energiesparsamere Anlagen
reduziert den Energiebedarf.
→→ Isolierung: Die Isolierung industrieller, wärmebasierter
Prozesse reduziert die Wärmeverluste. Ebenso kann
Isolierung im Gebäudebereich die Heizwärmeverluste
verringern.
→→ Prozessumstellung: Die Umstellung eines Prozesses
auf einen energieeffizienteren Alternativprozess
(zum Beispiel mechanische statt thermische Trocknung).
→→ Prozesskopplung: Die Kopplung separierter Prozesse
kann zur Steigerung der Energieeffizienz führen.
Im Stromsektor ist die Kraft-Wärme-Kopplung ein Beispiel für die Steigerung der Energieeffizienz durch die
Kopplung von zwei einzelnen Prozessen, der Strom- und
der Wärmeerzeugung.
→→ Verringerung von Strömungswiderständen: Niedrigere
Strömungswiderstände verringern den Energie- und
Leistungsbedarf zur Bewegung eines Volumenstroms.
Auch die Verkürzung von Transportwegen zwischen
einzelnen Prozessstufen reduziert den Energiebedarf für
den Transport.
→→ Anpassung an Nutzungszeiten: Einzelne Teilprozesse
und technische Anlagen werden teilweise nicht zurückgefahren trotz geringerer Nutzungszeiten. Pumpen in
Heizungssystemen werden beispielsweise häufig
durchgehend auf Nennleistung betrieben. Eine Anpassung der Betriebszeiten an die tatsächlichen Nutzungszeiten reduziert den Energiebedarf.

2.3	 Ausprägungen von Synergien und
Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und
Effizienz einer Anlage
Für den Betrieb einer Anlage, also im statischen beziehungsweise operativen Fall ohne Berücksichtigung
von Investitionen sind folgende Synergien und
Wech­sel­wirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz
denkbar:
Der ungleichmäßige Betrieb einer Anlage unter Nutzung
eines Zwischenspeichers kann dazu führen, dass das Verhältnis zwischen Produktionsoutput und verbrauchter
Energiemenge ungünstiger wird. Beispielsweise können
Ineffizienzen wie Teillast- oder Speicherverluste steigen.
Wird beispielsweise durch eine Anlage, die üblicherweise
mit einem konstanten Produktionsoutput läuft, Flexibilität
in Form einer Verbrauchsreduzierung bereitgestellt, so
muss ein Zwischenspeicher entleert werden. Die Nutzung
eines Zwischenspeichers geht jedoch typischerweise mit
Verlusten beziehungsweise Energieaufwand einher. Beispielweise entstehen Wärmeverluste in einem Wärmespeicher oder durch die Zwischenlagerung eines Produktionsoutputs wird zusätzlich Energie verbraucht. Außerdem
läuft die Anlage nicht in einem optimalen Betriebspunkt. In
diesem Fall besteht eine negative Wechselwirkung zwischen Flexibilität und Effizienz.
Dieser Fall kann verallgemeinert werden. Viele technische
Prozesse besitzen einen Arbeitspunkt, an dem das Verhältnis zwischen Produktionsoutput und -input optimal ist
und somit auch die höchste Energieeffizienz erreicht wird.
Wird dieser Optimalpunkt verlassen, um Flexibilität
be­reit­zustellen, so verringert sich die Effizienz zugunsten
der Flexibilität.
Wird der dynamische Fall betrachtet, also zusätzlich die
Möglichkeit, durch Investitionen den Anlagenpark zu
verändern, so erhöhen sich die Freiheitsgrade erheblich.
So ist es möglich, dass durch eine Investition
→→ A.	 sowohl Flexibilität als auch Effizienz gesteigert werden (Synergiefall),

17

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

→→ B.	 ein Beitrag zur Energieeffizienz geleistet wird, diese
Investition aber die Flexibilität reduziert (Wechselwirkung), oder umgekehrt
→→ C.	 die Flexibilität erhöht wird, sich dadurch aber die
Energieeffizienz vermindert (Wechselwirkung),
→→ D.	 keine Wechselwirkung zwischen einer Erhöhung der
Energieeffizienz und einer Flexibilitätserhöhung
besteht.
In den Fällen A bis C werden Investitionsentscheidungen
getroffen, die zukünftig mögliche Kombinationen aus
Effizienz und Flexibilität festlegen. Das bedeutet im Fall A,
der Synergie zwischen Effizienz und Flexibilität, dass hier
in der Regel Freiheitsgrade bei der Entscheidung bestehen,
in welchem Verhältnis Flexibilität und Effizienz gesteigert
werden können. In den Fällen B und C ist es ebenso denkbar, dass Abwägungen zwischen Flexibilität und Effizienz
zu treffen sind. Hier ist eine Auswahl zwischen Entscheidungen über die künftige Anlagenkonfiguration zu treffen,
bei denen unterschiedliche Ausmaße der Reduzierung des
einen Faktors gegen den anderen Faktor abzuwägen sind.

Die operative und investive Betrachtung kann auch an
einem Diagramm veranschaulicht werden. Die beiden
Linien in Abbildung 1 zeigen zwei operative Kennlinien,
die diese innerhalb von technischen Restriktionen möglichen Kombinationen zwischen Flexibilität und Effizienz
darstellen.
Werden zusätzlich investive Entscheidungen in die
Betrachtung einbezogen, ergibt sich ein zusätzlicher
Freiheitsgrad. Durch die Investition kann die operative
Kenn­linie verschoben werden. Diese Verschiebung kann
dazu führen, dass sowohl Flexibilität als auch Effizienz
gesteigert werden. In einigen dieser Fälle kann noch das
Verhältnis der Steigerung von Flexibilität und Effizienz
festgelegt werden. So stellt in Abbildung 1 die blaue Linie
schematisch eine Verschiebung der roten Linie hin zu
höherer Flexibilität und Effizienz dar, die durch eine
Investition ermöglicht wurde. In dem in dieser Abbildung
dargestellten Fall werden sowohl Flexibilität als auch
Effizienz erhöht (Fall A).

Schematische Darstellung von operativer und investiver Wechselwirkung.
Wirkung einer Investition

Effizienz

Operative Wechselwirkung

Technische Restriktionen

Flexibilität
Eigene Darstellung.

18

Abbildung 1

Impulse | Flex-Efficiency

Synergien und Wechselwirkungen technischer Maßnahmen.
Nr.

Tabelle 1

Technisches
Element/
Maßnahme

operativ
vs.
investiv

Beitrag zur
Energie­
effizienz

Beitrag zur
Wechsel­ Beschreibung der Beziehung
Flexibilisie­ wirkungen?
rung
(Typ)

1

Einführung, Verbesserung Kontrollund Steuerungs­
technologien

investiv

+

+

Synergie
(Typ A)

Durch Prozesssteuerung kann sowohl
Energieeffizienz verbessert als auch
Lastverlagerung gesteuert werden.

2

Erhöhung der
Speicherfähigkeit
durch Isolierung

investiv

+

+

Synergie
(Typ A)

Isolierung vermindert Wärmeverluste
und erhöht damit gleichzeitig
die Speicherfähigkeit und damit
die Flexibilität.

3

Umstellung des Prozesses auf alternatives,
effizienteres Verfahren

investiv

+

+

Synergie
(Typ A)

Die Umstellung auf einen flexibleren
Prozess kann zur Erhöhung der
Effizienz führen.

4

Reduzierung der Überdimensionierung bei
Strömungs­maschinen

investiv

+

—

Wechsel­
wirkungen
(Typ B)

Wird die Überdimensionierung reduziert
und in neue Maschinen investiert,
reduziert sich die Flexibilität, aber die
Effizienz erhöht sich.

5

Anpassung der
Prozessintensität

operativ

—

+

Wechsel­
wirkungen
(Typ C)

Der Prozess wird hinsichtlich seiner
Intensität variiert und aus seinem
Optimalpunkt herausgefahren.

6

Fahren im Teillast­
bereich bei über­
dimensionierter
Anlagenauslegung bei
Strömungsmaschinen

operativ

—

+

Wechsel­
wirkungen
(Typ C)

Durch abnehmenden Wirkungsgrad
von Strömungsmaschinen im
Teillastbereich reduziert sich die
Effizienz.

7

Investition in oder
Vergrößerung von
Energiespeichern

investiv

—

+

Wechsel­
wirkungen
(Typ C)

Speicher erhöhen Flexibilität. Dabei
treten möglicherweise Speicherverluste
auf, die die Effizienz verringern.

8

Vergrößerung von
Materialspeichern im
Produktionsprozess

investiv

O

+

Neutral

9

Wärmerückgewinnung
Abwärme

investiv

+

O

Keine
Beziehung
(Typ D)

Durch Wärmerückgewinnung wird
die Flexibilität nicht beeinflusst.

10

Erhöhung der
Effizienz von Strömungsmaschinen

investiv

+

O

Keine
Beziehung
(Typ D)

Bei Investition in gleichdimensionierte,
effizientere Maschinen erhöht sich die
Effizienz, die Flexibilität wird nicht
beeinflusst.

11

Erhöhung der Effizienz
der Leuchtmittel

investiv

+

O

Keine
Beziehung
(Typ D)

Durch die bessere Lichtausbeute wird
die Flexibilität nicht beeinflusst.

12

Verringerung der
Strömungsverluste in
Rohrleitungs­systemen

investiv

+

O

Keine
Beziehung
(Typ D)

Durch Verringerung der Strömungs­
verluste wird Flexibilität nicht
beeinflusst.

Materialspeicher verursachen
in der Regel höchstens geringe
Effizienzverluste.

Legende: Zusammenhang ist + positiv, O neutral, – negativ. Eigene Darstellung.

19

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Es existieren aber auch zahlreiche technische Konstellationen, bei denen durch Investitionsentscheidungen Effizienz
oder Flexibilität auf Kosten der jeweils anderen Eigenschaft
gesteigert werden. Bei dieser Verschiebung der Kennlinie
ist über das Ausmaß der Verschiebung zu entscheiden.

bilität basierend auf den Fallbeispielen nach Kapitel 3
erweitert. Hierbei werden operative Anpassungen von
investiven Anpassungen unterschieden.
Erste Einschätzung der Bedeutung
der Wechselwirkungen
Für eine erste Einschätzung der Bedeutung der Wechselwirkungen müssen die für Deutschland identifizierten
Potenziale für verbraucherseitige Flexibilität und Effizienz
gemeinsam betrachtet werden.

In der Tabelle 1 werden ausgewählte technische Maßnahmen allgemein auf Synergien und Wechselwirkungen zwischen Effizienz und Flexibilität analysiert und übersichtlich dargestellt. Die Tabelle ist nach den oben definierten
Fallgruppen A bis D sortiert.

Hohe Potenziale für verbraucherseitige Flexibilität finden
sich vor allem im Bereich der Produktionsprozesse der
energieintensiven Industrie. Gemäß Fraunhofer ISI und FfE
2013 werden dort Lastverschiebungspotenziale vor allem

Die Auswahl der technischen Maßnahmen basiert auf
den Optionen zur Steigerung der Energieeffizienz nach
Pehnt (2010) und ist um Optionen zur Steigerung der Flexi-

Energie- und CO₂-Einsparung durch 70 technische Endenergieeinsparmöglichkeiten.

Substitution Kochen

Druckluft
Beleuchtung in Industrie und Gewerbe

Energieeinsparkosten 2015 (Cent/kWh)

4

Substitution Warmwasser

500

Wärmetauscher

effiziente Pumpen

Wärmepumpe
Austausch Öl-NT-Kessel durch Öl-BW

Gewerbliche und
industrielle Kühlung

2

600

Wärmedämmung Passivhausstandard Neubau

Lüftung und Klimatisierung

Stand-by I. u. K.

Wärmedämmung
Bestand

300

Hydr. Abgleich

Substitution
Nachtspeicherheizung

0
Beleuchtung Haushalt

Wäschetrockner
Einsparung
Prozesswärme

100

Austausch Gas-NT-Kessel
durch Gas-BW

Kühlgeräte Haushalt

–4

0

20

40

60

0

80

100

120

Treibhausgas-Vermeidungspotenzial (Mio. t CO₂-Äq./Jahr)

Wuppertal Institut 2006, zitiert in Pehnt 2010, Markierung ergänzt.

20

200

Wasch- und
Spülmaschine

Austausch Öl-NT-Kessel
durch Gas-BW-Kessel

–2

–6

400

Substitution Prozesswärme

140

–100

CO₂-Vermeidungskosten 2015 (Euro/t)

6

Abbildung 2

Impulse | Flex-Efficiency

im Bereich der Chlorelektrolyse und in der Stahlerzeugung
identifiziert. Eine Hochrechnung auf Deutschland zeigt,
dass das Potenzial für diese Technologien bei insgesamt
1,7 GW bei zweistündiger Verschiebung liegt (Tim Buber
et al. 2013a). Ein weiterer Schwerpunkt der Flexibilitäts­
potenziale liegt im Bereich der Querschnittstechnologien
(1,4 GW bei einstündiger Verschiebung).
Effizienzpotenziale wurden unter anderem 2006 in einer
Studie des Wuppertal Instituts erhoben und sehr anschaulich in Form einer Kosten-Potenzial-Kurve für die Treib­
hausgasvermeidung dargestellt (Abbildung 2). In der
Abbildung zeigen sich hohe Effizienzpotenziale im Bereich
der Querschnittstechnologien. Die Studie spezifiziert
die Höhe der Potenziale wie folgt: »Lüftung und Klimati­
sierung« (5 TWh/a) , »Druckluft« (2 TWh/a), »effiziente
Pumpen« (21 TWh/a) sowie »gewerbliche und industrielle
Kühlung« (2 TWh/a) (Wuppertal Institut 2006). Die derzeit
wirtschaftlichen Effizienzpotenziale in diesem Bereich
betragen somit in Summe 30 TWh/a.
Im Bereich der Querschnittstechnologien existieren damit
sowohl erhebliche Potenziale im Bereich Flexibilität, als
auch im Bereich Energieeffizienz. Diese Überschneidung
bedeutet, dass vermutlich für eine große Anzahl von Anlagen sowohl eine Bereitstellung von Flexibilität möglich ist,
als auch Effizienzpotenziale existieren. In Tabelle 1 wurden
mögliche Synergien und Wechselwirkungen zwischen
Flexibilität und Effizienz für verschiedene technische
Maßnahmen aufgezeigt. Für Querschnittstechnologien sind
die meisten der dargestellten Fälle anwendbar. In diesen
Fällen ergeben sich überwiegend Wechselwirkungen, insbesondere wenn Investitionen getätigt werden. Daraus ist
ableitbar, dass für Querschnittstechnologien das Konzept
der Flex-Efficiency prinzipiell relevant ist. Im Rahmen von
näheren Untersuchungen müsste ermittelt werden, welche
Wechselwirkungen für welche Querschnittstechnologien
in welchem Umfang relevant sind.
Da Produktionsprozesse sehr spezifische Eigenschaften
haben, ist eine allgemeine Aussage über die Relevanz der
Wechselwirkungen von Flexibilität und Effizienz schwieriger zu treffen. Hier ist durch nähere Untersuchungen für

spezifische Prozesse abzuwägen, inwieweit sich Flexibilitäts- und Effizienzpotenziale überschneiden und welche
Synergien und Wechselwirkungen relevant sind.

2.4	 Wirkungen von Flexibilität und Effizienz
von Anlagen im Gesamtsystem
In den vorangegangenen Abschnitten wurden Flexibilität
und Effizienz von einzelnen Anlagen betrachtet. In den
folgenden Abschnitten wird die Relevanz der Wechsel­
wirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz auf der
Ebene des Stromversorgungssystems betrachtet.
Das zukünftige Stromsystem wird durch einen wachsenden Anteil Erneuerbarer Energien geprägt sein. Im Fokus
stehen hierbei die Windenergie und die Photovoltaik, da
diese die geringsten Kosten unter den Erneuerbaren Energien aufweisen. Diese Technologien sind dargebots­abhän­
gig, das heißt, ihre Einspeisung fluktuiert. Zur Synchronisation von Erzeugung und Verbrauch muss Flexibilität
vorgehalten werden, sowohl auf der Angebots- als auch auf
der Nachfrageseite (Agora Energiewende 2012). Flexibilität
ist bislang eine Neben- oder Randbedingung, um Inflexibilität anderer Systemelemente auszu­gleichen.
Abbildung 3 stellt eine mögliche Entwicklung der Residuallast anhand von Jahresdauerlinien dar. Diese zeigen jeweils
geordnet über alle Stunden eines Jahres die Differenz zwischen Verbrauch und fluktuierender Stromerzeugung. Im
heutigen System ist die Residuallast durchgehend positiv.
Dies bedeutet, dass der Verbrauch zu jeder Zeit höher als
die fluktuierende Erzeugung ist. In Bezug auf die zukünf­
tigen Kernkomponenten des Systems, Wind und Sonne,
liegt somit heute noch ein Bedarf an konventioneller Kraftwerksleistung vor, da diese die Nachfrage noch nicht vollständig decken können. Dieser Bedarf kann durch eine
erhöhte Energieeffizienz oder den Einsatz von Flexibilität
reduziert beziehungsweise behoben werden.
Zukünftig steigt die Energieerzeugung aus Windenergie
und Photovoltaik und führt – bei Fortschreibung der heutigen Lastkurven – zu Stunden mit Erzeugungsüberschüssen
beziehungsweise einer negativen Residuallast. Diese Situa­

21

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Geordnete Jahresdauerlinien der Residuallast.

100

1

Abbildung 3

2

3

80
60
40
20

Mögliche Wirkung
von Flexibilität

0
–20

Mögliche Wirkung
von Flexibilität

–40
Residuale Last 2014

Residuale Last 2030

Wert der Flexibilität
Wert der Effizienz

Norbert Krzikalla et al. 2013, Ergänzungen durch Ecofys.

tionen nehmen zukünftig zu, werden extremer und umfassen längere Zeiträume. Dieser Bereich der Jahresdauerlinie
ist in Abbildung 3 mit Ziffer 3 beschrieben. In diesem
Bereich von Überschusssituationen nimmt der Wert von
Flexibilität zu, da hier durch eine gezielte Lastverlagerung
beziehungsweise Laststeigerung eine größere Menge an
Strom genutzt werden kann und die Nutzung in Zeiten
höherer (und teurer) Residuallast vermieden wird. Mögliche
Wirkungen des Einsatzes von Flexibilität sind in Abbildung 3 an der Jahresdauerlinie der Residuallast im Jahr
2030 eingezeichnet. Hier zeigt sich, dass durch Lastverschiebung der Verlauf der Jahresdauerlinie in der Form
verändert wird, sodass extreme Situationen der Residuallast vermieden werden.1

1	 Diese Betrachtung bezieht sich nur auf den Unterfall der Last­
verschiebung. Der Einsatz einer Flexibilität von Lastverzicht wirkt
sich als Verschiebung der Jahresdauerlinie der Residuallast nach
unten aus. Diese Auswirkung entspricht damit der von Effizienz.

22

In der gleichen Abbildung ist am linken Rand mit Ziffer 1
ein Bereich mit hoher Residuallast gekennzeichnet, das
heißt Wind und Sonne stehen in diesen Stunden nicht
oder kaum zur Verfügung. Wie aus dem Verlauf der
Jahresdauer­linien zu erkennen ist, wird in zunehmend
weniger Stunden eine hohe Leistung aus konventionellen
Kraftwerken erforderlich. In diesen Stunden haben sowohl
Flexibilität als auch Effizienz eine hohe Wertigkeit, denn
beides hilft, hohe Betriebskosten der Spitzenlastkraftwerke und die maximale notwendige Kraftwerksleistung
zu reduzieren und damit vor allem Investitionen in neue
Spitzenlastkraftwerke, aber auch in Infrastruktur zu
vermeiden.
Mit Ziffer 2 ist ein mittlerer Bereich ausgewiesen, in
dem Flexibilität und Effizienz eine geringere Wertigkeit
im Vergleich zu den anderen beiden dargestellten Fällen
haben.

Impulse | Flex-Efficiency

Gradient einer modellierten Residuallast im Jahr 2030 und mögliche Wirkung von Flexibilität.

Abbildung 4

60.000
Residuallast
50.000

Mögliche Wirkung
von Flexibilität

40.000

32 GW

MW

30.000

20.000

6h

10.000

0

–10.000

Zeit in Stunden

Eigene Darstellung.

Die Darstellung der Jahresdauerlinien kann jedoch nur eine
Aussage über die auszugleichende Systembilanz treffen. Es
existieren aber auch dynamische Systemanforderungen aus
zeitlichen Änderungen (Gradienten) der Residuallast. Abbildung 4 zeigt einen modellierten Verlauf der Residuallast im
Jahr 2030. Hier ist ein starker Gradient erkennbar. Weiterhin
ist schematisch eingezeichnet, welche Wirkung der Einsatz
von Flexibilität auf den Residuallastverlauf haben kann.
Die dazu notwendige Flexibilität kann durch die Angebotsseite oder aber auch durch die Flexibilität der Nachfrageseite bereitgestellt werden. Diese Anforderung kann in
jedem Bereich der drei illustrierten Fälle, das heißt auch im
mittleren Bereich, auftreten. Die Wertigkeit der Flexibilität
der Nachfrageseite ist dabei abhängig davon, welche Flexibilitätsnachfrage, das heißt dynamische Anforderung,
besteht und inwieweit der konventionelle Kraftwerkspark
beziehungsweise flexible Verbraucher diese Anforderung
mit welchen Aufwendungen bedienen können.

2.5	 Optimale Einsatzmengen von Flexibilität
und Effizienz
Während im vorangegangenen Abschnitt betrachtet wurde,
wofür Flexibilität und Effizienz von Anlagen im Gesamtsystem eingesetzt werden und welchen Wert sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten für das Gesamtsystem haben,
wird in diesem Kapitel betrachtet, wie hoch die effiziente
Menge der eingesetzten Flexibilität ist. Die Betrachtung
erfolgt im statischen und dynamischen Fall.
Der auf Anlagen bezogene Effizienzbegriff wurde bereits in
Kapitel 2.2 definiert. Auf das gesamte Stromversorgungssystem bezogen, kann der Effizienzbegriff wie folgt ausgeweitet werden:
Die Effizienz eines Stromversorgungssystems bezieht
sich auf die Deckung einer Lastkurve zu minimalen Kosten.
In einem effizienten System wird der kostenminimale

23

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Dispatch erreicht, indem Kraftwerke (konventionelle
sowie erneuerbare) und verbrauchsseitige Flexibilitäten
optimal eingesetzt werden. Diese Betrachtung wird oft
in Opti­mierungsmodellen eingesetzt, bei denen das Stromversorgungssystem modelliert und das operative Kostenminimum ermittelt wird. Typischerweise wird in einer
derartigen Betrachtung ein Jahr als Betrachtungszeitraum
verwendet. Der Bestand an Kraftwerken oder Flexibilitäts­
optionen wird nicht verändert, sodass hierbei also die
statische Effizienz des Gesamtsystems ermittelt wird.
In einer weitergehenden Betrachtung sollte der Bestand an
Kraftwerken oder Flexibilitätsoptionen als veränderbar
beziehungsweise dynamisch dargestellt werden und neben
der operativen eine investive Betrachtung mit eingeschlossen werden. Dynamisch effizient ist ein System, wenn das
Kostenminimum in einer mehrperiodischen Betrachtung
erreicht wird.

2.6	 Statische Effizienz
Um aus statischer, das heißt operativer Sicht ein Kostenminimum beim bestehenden Anlagenbestand und bei den
Prozessen zu erreichen, ist das Verhältnis zwischen vorhandener Flexibilität und Effizienz im aktuellen Betrieb zu
optimieren. Der optimale Arbeitspunkt, also das optimale
Verhältnis zwischen Flexibilität und Effizienz, ist dann
erreicht, wenn das Verhältnis des Grenznutzens von Flexibilität und Effizienz dem Verhältnis der Grenzkosten der
Angebotsseite entspricht.
Der Nutzen von Flexibilität und Effizienz drückt sich in
niedrigeren Kosten für das Stromversorgungssystem aus.
Dabei wird vor allen Dingen die Kraftwerksfahrweise
beeinflusst, bei der variable Kosten eingespart werden.
Variable Kosten sind vorwiegend Brennstoffkosten.
Daneben werden sonstige variable Betriebskosten sowie
An- und Abfahrtskosten reduziert. Schließlich wird
auch die Nutzung der nachfrageseitigen Ressourcen mit
optimiert.
Die genaue Ersparnis und damit der Wert von Flexibilität
und Effizienz hängen wiederum stark von der Erzeugungs-

24

und Nachfragesituation ab, wie bereits in Kapitel 2.1
beschrieben: In Überschusssituationen erhält Flexibilität
einen höheren Wert, wohingegen Effizienz gegebenenfalls
einen geringeren Wert hat. Dies drückt sich auch in höheren Preisen am Markt für Flexibilitätsprodukte und niedrigeren Börsen- beziehungsweise Großhandelspreisen aus.
Entsprechend diesem Wertverhältnis des Nutzens für das
System sollten sich im optimalen Fall auch angebots- und
nachfrageseitige Ressourcen ausrichten. Das bedeutet, dass
in Überschusssituationen maximale Flexibilität bereitgestellt wird.
Diese durch die Nachfrage bereitgestellte Flexibilität muss
nun nicht mehr durch ein konventionelles Kraftwerk vorgehalten werden, was nur zu diesem Zweck auf dem
Niveau seiner Mindesterzeugung gefahren wird. Durch
zum Beispiel die Brennstoffkostenersparnisse ergibt sich
eine Systemkostenersparnis beziehungsweise eine höhere
statische Effizienz. Gleichzeitig muss abgewogen werden,
ob Reserveprodukte, die durch die Verbraucherseite bereitgestellt werden, durch ihre starke Aggregation vieler kleiner Einheiten die gleichen oder sogar höhere Zuverlässigkeitsraten erreichen können als durch konventionelle
Kraftwerke bereitgestellte Flexibilität.
In Situationen mittlerer Residuallast hat Flexibilität einen
geringeren Wert, sofern nicht besondere dynamische
Anforderungen an das System bestehen (siehe Erläuterungen in Kapitel 2.4). Sie kann beispielsweise aus ohnehin
betriebsbereiten konventionellen Kraftwerken bereit­
gestellt werden, sofern dies volkswirtschaftlich sinnvoll
ist. Operative Effizienz des Gesamtsystems wird dadurch
erreicht, dass der Stromverbrauch und damit auch der
Brennstoffverbrauch des konventionellen Kraftwerksparks
durch den energieeffizienten Betrieb der eingesetzten
Prozesse minimiert werden.
In Mangelsituationen haben sowohl Flexibilität als auch
Effizienz einen höheren Wert. Hier kommt es auf die
exakten Verhältnisse an, ob Flexibilität bereitgestellt
und vom optimalen Betriebspunkt abgewichen wird
oder die Anlagen im Betriebsoptimum gefahren werden.

Impulse | Flex-Efficiency

Die Wertigkeiten von Flexibilität beziehungsweise Effizienz werden durch Preissignale an den jeweiligen Teilmärkten angezeigt. Diese führen zu einer Anpassung des operativen Betriebs im Sinne von Flex-Efficiency im Status quo.

2.7	 Dynamische Effizienz
Wird die vorangegangene Betrachtung der statischen Effizienz auf mehrere Perioden ausgedehnt und werden Investitionen zugelassen, erhöhen sich die Freiheitsgrade der
Betrachtung. Im mehrperiodigen Fall können Investitionen
vorgenommen werden, die das Verhältnis von Effizienz und
Flexibilität verschieben, wie in Abbildung 1 dargestellt
wurde. Wie bereits angedeutet, ist es denkbar, dass durch
unterschiedliche Investitionen die rote »Status-quo«-Linie
nicht nur hin zu einer bestimmten blauen Linie verschoben
wird, sondern eine Schar blauer Linien mit unterschiedlichen Investitionsniveaus und unterschiedlichen Beziehungen zwischen Effizienz und Flexibilität existiert. Somit
ist zu entscheiden, welche dieser möglichen Investitionen
im Hinblick auf ein langfristiges Kostenminimum des
Gesamtsystems zu wählen ist. Im mehrperiodigen, investiven Fall der dynamischen Effizienz ist also ein System­
kostenminimum über einen Zeitraum zu betrachten, der
die Lebensdauer dieser Investitionen mindestens abdeckt.
Der mehrperiodige Fall unter Berücksichtigung von Investitionen wird dadurch komplex, dass nicht nur Investitionen in Flexibilität beziehungsweise Effizienz auf der Nachfrageseite möglich sind, sondern auch Investitionen auf der
Angebotsseite, zum Beispiel in Kraftwerkskapazitäten
(konventionelle sowie erneuerbare) oder alternative Flexibilitätsoptionen wie Transportnetze möglich sind. Diese Investitionen beeinflussen sich gegenseitig. Beispielsweise
wird die Flexibilität der Angebotsseite einen geringeren
Wert haben, wenn davon ausgegangen werden kann, dass
Investitionen in nachfrageseitige Flexibilitäten erfolgen
oder Ausgleichseffekte durch Netzausbau genutzt werden
können. Das Optimierungsproblem besteht damit aus zwei
Teilen: Einerseits muss ein kostenminimaler Kraftwerks­
einsatz erfolgen (Minimierung der Brennstoffkosten und
anderer variabler Betriebskosten), und zusätzlich müssen
die benötigten Investitionskosten minimiert werden.

Die volkswirtschaftliche Ableitung des optimalen Verhältnisses von Effizienz und Flexibilität im dynamischen
Fall wird durch Unsicherheiten bezüglich der künftigen
Entwicklung des Wertes von Flexibilität und Effizienz
erschwert. Wie bereits gezeigt wurde, liegen wesentliche
Werttreiber für Flexibilität in den Extrema der Residuallastkurve. Diese werden vom Ausbau der fluktuierenden
Erneuerbaren Energien und von den weiteren im System
vorhandenen Flexibilitäten wie vom Netzausbau und den
Entwicklungen auf den Strommärkten im Ausland geprägt.
Langfristige und stabile Aussagen über diese Entwicklung
sind schwierig zu treffen.

2.8	Zwischenfazit
Bei vielen technischen Anlagen existieren Wechsel­
wirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz.
Bei der Betrachtung der Wechselwirkungen ist die
kurzfristige, operative von der mittel- und langfristigen,
investiven Sichtweise zu unterscheiden. Aus operativer
Sicht besteht die Wechselwirkung meist darin, dass eine
höhere Effizienz mit einer geringeren Flexibilität erkauft
werden muss. Dies liegt darin begründet, dass sich
Verbraucher bei der Variation der Last vom technischen
oder betrieb­lichen Optimalpunkt ihrer Prozessauslastung
entfernen oder verlustbehaftete Zwischenspeicher
genutzt werden.
Über das Ausmaß und die Richtung der optimalen operativen und investiven Anpassungen des Verhältnisses von
Flexibilität und Effizienz ist vor dem Hintergrund der Systemanforderungen zu entscheiden. Die Systemanforderungen im Hinblick auf Flexibilität und Effizienz können wie
folgt zusammengefasst werden:
→→ Die höchsten Flexibilitätsanforderungen ergeben sich
an Situationen extremer Residuallast, das heißt sowohl
im negativen Bereich als auch im Spitzenlastbereich.
Diese Extrema prägen sich im Zeitverlauf stärker aus.
Dazu kommen dynamische Anforderungen.
→→ Der Wert der Energieeffizienz wird besonders für die
Situationen hoher Residuallast deutlich, da Einsparungen im Bereich der Betriebskosten von Spitzenlastkraft-

25

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

werken, Investitionskosten in Kraftwerksleistungen
sowie Infrastrukturkosten erzielbar sind (Prognos AG
und IAEW 2014).
Die Herausforderung besteht also darin, die operativen und
investiven Entscheidungen über das realisierte Ausmaß
von Flexibilität und Effizienz mit den sich zeitlich ändernden Systemanforderungen in Einklang zu bringen. Denn
wenn Flexibilität und Effizienz in volkswirtschaftlich optimaler Weise eingesetzt werden, helfen sie, ein Kostenminimum für das Stromversorgungssystem zu erreichen. Dies
gilt insbesondere, wenn dies stärker von volatiler Erzeugung geprägt ist. Dabei gilt es zunächst, operative Alloka­
tionsaufgaben zu lösen, das heißt einen optimalen Einsatz
von Kraftwerken und nachfrageseitigen Optionen zu ermöglichen. In einer dynamischen Betrachtung ist darüber
hinaus auch über Investitionen zu entscheiden. Dies sind
auf der einen Seite Investitionen in Erneuerbare Energien

26

oder konventionelle Kraftwerke. Auf der anderen Seite
muss das optimale Niveau an Energieeffizienz und verbraucherseitiger Flexibilität bereitgestellt werden, sodass
erzeugungs- und verbraucherseitige Investitionen zu
einem Gesamtkostenminimum führen.
Das Konzept von Flex-Efficiency bedeutet daher, vor dem
Hintergrund der Anforderungen eines Stromversorgungssystems mit hohen Anteilen Erneuerbarer Energien die
Wechselwirkungen zwischen Flexibilität und Effizienz zu
erkennen, die zeitlich unterschiedlichen Anforderungen
des Stromversorgungssystems nach Flexibilität und Effi­
zienz zu berücksichtigen und so sicherzustellen, dass zu
jedem Zeitpunkt das optimale Ausmaß von Flexibilität und
Effizienz von Anlagen realisiert wird. Anders ausgedrückt,
sollten Flexibilität und Effizienz in optimaler Höhe und in
einem optimalen Verhältnis zueinander und zum optimalen
Zeitpunkt eingesetzt werden.

Impulse | Flex-Efficiency

3.	Effizienz und Flexibilität in der betrieblichen Praxis:
zwei Fallstudien
In diesem Kapitel wird in zwei Fallstudien veranschaulicht,
wie sich die in Kapitel 2 diskutierten Synergien und Wechselwirkungen von Flexibilität und Effizienz bei konkreten
technische Anlagen und Prozessen darstellen. Es werden
der statische Fall (operative Anpassung) und dann der
dynamische Fall (investive Anpassungen) jeweils separat
betrachtet. Bei der Darstellung dieser Beispiele wird von
betriebswirtschaftlichen Effekten abstrahiert, die sich
durch Netzentgelte, Umlagen und Abgaben ergeben. Vielmehr handelt es sich um eine technisch getriebene Analyse. Als erste Fallstudie wurde ein konkreter Prozess in
einem Unternehmen, die Aluminium-Elektrolyse bei der
Firma Trimet, ausgewählt. Aufgrund seiner hohen Energieintensität kommt dem Prozess große Aufmerksamkeit
sowohl innerhalb des Unternehmens als auch im Rahmen
von Studien, die das gesamte Stromversorgungssystem
betreffen, zu. Das Unternehmen hat im Rahmen einer
Investitionsentscheidung eine Abwägung zwischen Effizienz und Flexibilität vorgenommen.
Als zweite Fallstudie wurden Pumpanlagen ausgewählt.
Hierbei handelt es sich nicht um die Anlage eines bestimmten Unternehmens, die Darstellung bezieht sich vielmehr
auf Pumpanlagen als allgemeine Querschnittstechnologie.
Bereits in Kapitel 2.3 wurde aufgezeigt, dass Querschnittstechnologien hohe Energieeffizienzpotenziale aufweisen.
Aber auch für das Angebot von Flexibilität sind sie relevant,
denn in Pumpanlagen sind Zwischenspeicher gut nutzbar.

3.1	 Fallstudie Aluminium-Elektrolyse
bei Trimet
Das erste Fallbeispiel bezieht sich auf die Aluminiumherstellung durch Elektrolyse des Herstellers Trimet Aluminium SE am Standort Essen. Die Aluminiumherstellung
zählt zu den energieintensiven Prozessen. Insgesamt haben
die Elektrolyseanlagen von Trimet eine Anschlussleistung
am Standort Essen von 280 MW bei 360 Elektrolyseöfen in

drei Produktionslinien. Aufgrund der hohen installierten
Leistung und des hohen Energieverbrauchs hat die energieintensive Industrie einen hohen Einfluss auf die Effi­
zienz und die Flexibilität des Stromsystems. Die Flexibilisierung der Nachfrage in diesem Bereich kann zu einer
signifikanten Steigerung der zur Verfügung stehenden
Flexibilität im Stromsektor beitragen.
Der Elektrolyseprozess ist auf eine annähernd konstante
Betriebstemperatur von ca. 1.000 Grad Celsius angewiesen.
Die Temperaturabweichung darf maximal fünf Grad Celsius
betragen. Zur Einhaltung dieser Toleranz der Betriebstemperatur ist eine konstante elektrische Leistung notwendig.
Wechselwirkungen im operativen Fall
Die branchenübliche Kennziffer zur Bewertung der Effi­
zienz der Aluminiumherstellung ist die Stromausbeute.
Diese bildet sich aus dem Verhältnis aus Energieinput für
das fertige Produkt und dem minimal möglichen Energieeinsatz für das fertige Produkt nach dem faradayschen
Gesetz. Die Stromausbeute beschreibt damit die Produk­
tionseffizienz. In der weltweiten Praxis wird eine Stromausbeute zwischen 93,5 und 95 Prozent erreicht. Trimet
weist eine Stromausbeute von circa 94 Prozent auf.
Die Flexibilität des Prozesses der Aluminiumherstellung
ist gering. Üblicherweise werden die Elektrolyseöfen das
gesamte Jahr über bei konstanter Nennleistung betrieben.
Eine Abweichung von der Nennleistung hat dabei signifikante Auswirkungen auf die Stromausbeute und somit auf
die Effizienz des Prozesses. Trimet kann die Leistung der
Öfen um maximal fünf Prozent variieren. Bei größeren
Abweichungen ist die konstante Betriebstemperatur und
somit die Aufrechterhaltung des Prozesses nicht sicher­
gestellt.
Abbildung 5 stellt die Auswirkungen einer Nennleistungsabweichung auf die Stromausbeute am Beispiel von zwölf

27

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Darstellung des Zusammenhangs zwischen Flexibilisierung und Effizienz von zwölf Elektrolyse-Öfen
der Aluminiumproduktion durch den Einsatz von Wärmetauschern der TRIMET Aluminium SE

96 %

Abbildung 5

PN

Stromausbeute

95 %
94 %
93 %
92 %
91 %

–25 %

90 %
6

+5 %

–5 %
7

8

9

+25 %
10

11

12

Leistung in MW
Status quo

Neues Verfahren

Eigene Darstellung.

Öfen von Trimet grafisch dar. Die X-Achse zeigt die Leistungsaufnahme und ihre mögliche Variation (Flexibilität),
während die Y-Achse mit der Stromausbeute die Effizienz
darstellt. Die zwölf Öfen haben eine Nennleistung von
insgesamt neun  MW, von der im Status quo, das heißt
ohne investive Maßnahmen, um fünf Prozent abgewichen
werden kann, die also um diesen Prozentsatz flexibel ist.
Die Stromausbeute beträgt heute (ohne Investition) bei
Nennleistung 94 Prozent. Eine Abweichung der Leistung
um fünf Prozent führt bereits zu einer Reduzierung der
Stromausbeute auf 91 Prozent, wie die rote Linie in der
Abbildung zeigt. Diese Abweichung ist vor dem Hintergrund einer weltweiten Stromausbeute zwischen 93,5 und
95 Prozent signifikant. Die rote Linie illustriert somit die
operative Wechselwirkung zwischen Effizienz und Flexibilität. Es handelt sich hier um einen negativen Zusammenhang.
Synergien bei investiven Maßnahmen
Zur Steigerung der Flexibilität des Prozesses und der
gleichzeitigen Erhöhung der Energieeffizienz erprobt
Trimet bei zwölf Öfen ein neues Verfahren. Im bisherigen

28

Verfahren erfolgt die Wärmeabfuhr der Elektrolyse ungesteuert. Im neuen Verfahren wird durch den Einsatz
von Wärmetauschern der Wärmeaustrag aus den Öfen
gesteuert. Dieses Verfahren stellt neben der Variation der
Stromstärke eine weitere Möglichkeit zur Steuerung der
Betriebstemperatur dar. Darüber hinaus wird die bisher
auf einen konstanten Eintrag und Austrag von Material
ausgelegte Prozesssteuerung optimiert.
Abbildung 5 stellt die erwartete2 Stromausbeute des neuen
Verfahrens in Abhängigkeit der Leistung für die zwölf Öfen
anhand der blauen Linie dar und stellt diese dem Status quo
gegenüber. Durch den optimierten Prozess könnte die
Stromausbeute bei Nennleistung auf 95 Prozent gesteigert
werden. Darüber hinaus wird mittels der gesteuerten Wärmeabfuhr durch den Einsatz von Wärmetauschern die
Leistungsanpassung und somit die Flexibilität der Öfen

2	 Das Verfahren wird derzeit erprobt. Alle hier dargestellten Werte
zur Flexibilität des Systems und zur Stromausbeute basieren auf
Einschätzungen von Trimet. Erste Ergebnisse werden im zweiten
Halbjahr 2015 erwartet.

Impulse | Flex-Efficiency

voraussichtlich von bisher fünf auf 25 Prozent erhöht.
Die Stromausbeute würde auch bei Abweichungen von
der Nennleistung deutlich höher liegen als im Status quo.
Die investive Maßnahme zur Flexibilisierung des Elektrolyseprozesses wirkt sich in dieser Fallstudie also auch
positiv auf die Effizienz aus. Durch die Optimierung des
Systems wird die Stromausbeute bei Nennbetrieb erhöht
und dar­über hinaus liegt die Effizienz bei maximalem
Einsatz des Flexibilitätspotenzials höher als im Status quo.
Es treten somit Synergien zwischen Flexibilität und
Effizienz auf.
Als Alternativinvestition hätte Trimet ausschließlich
in eine Steigerung der Effizienz investieren können.
Dies hätte ebenfalls zu einer Stromausbeute von 95 Prozent bei Nennleistung geführt. Die Flexibilität des Prozesses wäre durch die Investition nicht betroffen gewesen.
Die Durchführung der Alternativinvestition wäre mit
geringeren Investitionskosten verbunden gewesen.
Trimet hat sich jedoch für die Investition in Effizienz
und Flexibilität über den Einsatz von Wärmetauschern
entschieden, um Erlöse auf den Flexibilitätsmärkten
realisieren zu können.

3.2	 Fallstudie Pumpenanlagen
Die zweite Fallstudie bezieht sich auf Pumpenanlagen. Ihre
grundsätzlichen Wirkungsmechanismen können auf viele
Querschnittstechnologien übertragen werden. Sie verdeutlicht ebenfalls die Wechselwirkungen zwischen Flexibilität
und Effizienz. Neben der operativen Abwägung zwischen
dem Abruf von Flexibilität und einer hohen Effizienz treten
auch hier im investiven Fall Wechselwirkungen zwischen
Flexibilität und Effizienz auf.
Querschnittstechnologien in der Industrie und im Gewerbe
können zur Bereitstellung von Flexibilität durch Last­
manage­ment genutzt werden. Zu den Querschnittstechnologien zählen unter anderem Pumpen, Kompressoren und
Ventilatoren. Die Bereitstellung von Flexibilität über Querschnittstechnologien ist aus folgenden Gründen bei der
Erschließung der Potenziale interessant:

→→ Es fallen nahezu keine Aktivierungskosten selbst für
einen kurzzeitigen und seltenen Abruf der Flexibilität an,
→→ die Transaktionskosten sind aufgrund der breiten
Verwendung in verschiedenen Branchen gering und
→→ es besteht eine hohe zeitliche Verfügbarkeit und eine
hohe geografische Verbreitung.
Das Potenzial für die Bereitstellung von Flexibilität durch
Querschnittstechnologien ist hoch. In Deutschland beträgt
die mittlere Last der Querschnittstechnologien tagsüber
werktags 12,8 GW. Hiervon könnten 2,8 GW über einen
Zeitraum von fünf Minuten, 1,4 GW über eine Stunde und
0,6 GW über vier Stunden abgeschaltet werden (Tim Buber
et al. 2013b). Darüber hinaus bestehen Effizienzpotenziale
im Bereich der Querschnittstechnologien. Diese können im
Zusammenhang mit der Bereitstellung von Flexibilität
Synergien aufweisen oder aber in Wechselwirkung zueinander stehen.
Im Folgenden wird beispielhaft der Einsatz einer Pumpe im
operativen Fall sowie der Ersatz einer Pumpe in der investiven Betrachtung im Hinblick auf die Wechselwirkungen
von Flexibilität und Effizienz untersucht. Pumpen werden
in vielen Anwendungsgebieten in der Industrie genutzt,
wie zum Beispiel für das Fördern von Kühlmitteln, Abwasser oder Heizöl. Dabei entfallen 30 Prozent des von elektrischen Motoren verbrauchten Stroms in der Industrie auf
Pumpen. Effizienzmaßnahmen zur Energieeinsparung
können an verschiedenen Komponenten des Systems vorgenommen werden. Es können Anpassungen beim drehzahlgeregelten Antrieb oder bei der Auslegung des Systems
vorgenommen werden.
Wechselwirkungen im operativen Fall
Abbildung 6 zeigt beispielhaft den Wirkungsgradverlauf
einer Pumpe in Abhängigkeit des Förderstroms. Im Status
quo, dargestellt durch die rote Linie, erreicht die eingesetzte Pumpe einen maximalen Wirkungsgrad von 85 Prozent (ηopt, Status quo). Bei hohen Förderströmen und insbesondere im unteren Teillastbereich bei geringen Förderströmen
sinkt der Wirkungsgrad jedoch stark ab. Eine hohe Effizienz
wird somit durch den Einsatz im Betriebsbereich nahe des
maximalen Wirkungsgrads erreicht.

29

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Schematische Darstellung der Auswirkungen des Ersatzes einer bestehenden, überdimensionierten
Pumpe durch eine kleinere, effizientere Pumpe.
100 %

ηopt, Ersatz

Abbildung 6

ηopt, Status quo

90 %
80 %

Wirkungsgrad η

70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%

Regulärer
Einsatzbereich
0

Sicherheitsbereich

Förderstrom Q
Status quo

Qmax, Ersatz

Qmax, Status quo

Ersatz

Eigene Darstellung.

Pumpen sind oft überdimensioniert beziehungsweise werden häufig mit einem großen Sicherheitsbereich ausgelegt,
sodass die Förderung eines hohen Volumenstroms zu jeder
Zeit gewährleistet ist (Blesl und Kessler 2013). Dies ist in
Abbildung 6 durch die Kennzeichnung »Regulärer Einsatzbereich« sowie »Sicherheitsbereich« deutlich gemacht.
Dieser »Sicherheitsbereich« der Pumpe wird jedoch meist
nur in Ausnahmefällen genutzt beziehungsweise ist bei
entsprechender Steuerung nicht notwendig. Der reguläre
Einsatzbereich der Pumpe liegt im Bereich geringerer Förderströme.
Diese Überdimensionierung führt einerseits zu einem
Betrieb in geringen Wirkungsgradbereichen, also zu niedriger Effizienz. Andererseits kann die Pumpe je nach
Anwendungsgebiet insbesondere in Verbindung mit
einem Speicher flexibel eingesetzt werden. Es existiert in
diesem Fällen ein sofort mobilisierbares Flexibilitäts­
potenzial.

30

Dieses Flexibilitätspotenzial wird allerdings durch eine
verminderte Effizienz „erkauft“, es handelt sich hiermit
also nicht um eine Synergie, sondern um eine Wechsel­
wirkung.3
Wechselwirkungen bei investiven Maßnahmen
In der folgenden Betrachtung wird eine übliche Maßnahme
zur energetischen Optimierung vorgestellt. Die bestehende
Pumpe wird durch eine kleinere Pumpe ersetzt, die außerdem eine höhere Effizienzklasse aufweist. Die Wirkung
dieser Maßnahme ist mit einer blauen Linie dargestellt.
Diese Pumpe weist einen maximalen Wirkungsgrad von
90 Prozent auf (ηopt, Ersatz) und wird in einem günstigeren
Wirkungsgradbereich betrieben.

3	 Im Sinne der Kategorisierung der Wechselwirkung, die in
Kapitel 2.3 vorgenommen wurde, existieren hier Wechsel­wir­kun­
gen vom Typ C.

Impulse | Flex-Efficiency

Der hohe Sicherheitsbereich der vorher installierten, überdimensionierten Pumpe wird reduziert. Durch den veränderten Wirkungsgradverlauf wird die Pumpe im regulären
Einsatzbereich mit einer höheren Effizienz betrieben. Der
Betrieb im niedrigen Teillastbereich wird stark reduziert.
Darüber hinaus liegt der maximale Wirkungsgrad oberhalb
der vorher installierten, älteren Pumpe.
Der Erhöhung der Effizienz durch die Ersatzmaßnahme
steht allerdings eine Wechselwirkung mit der Flexibilität
des Pumpensystems gegenüber. Die im Status quo installierte, überdimensionierte Pumpe bietet die Möglichkeit,
die Pumpe in Verbindung mit einem Speicher flexibel einzusetzen. Durch die geringere Dimensionierung der neuen
Pumpe sinkt die Leistung der Pumpe und somit deren
Flexibilitätspotenzial, da weniger Leistung zur Verfügung
steht, die (vorhandenen) Speicher in kürzerer Zeit zu füllen.
Die Erhöhung der Effizienz führt in diesem Fallbeispiel
somit zu einer Reduzierung der Flexibilität.
Das geschilderte Verhältnis zwischen Effizienz und Flexibilität ist jedoch nicht starr, sondern kann durch die Art der
investiven Maßnahme variiert werden. Ein Ersatz einer
alten Pumpe durch eine neue, effizientere Pumpe gleicher
Leistung kann beispielsweise zu einer Erhöhung der Effi­
zienz ohne Beeinträchtigung des Flexibilitätspotenzials
führen. Darüber hinaus sind die Nutzung des Flexibilitätspotenzials und die Auswirkungen auf die Effizienz vom
operativen Einsatz der Pumpe abhängig.

3.3	Zwischenfazit
Die zwei Fallstudien zeigen, dass Wechselwirkungen und
Synergien zwischen Effizienz und Flexibilität in unterschiedlichen technischen Anlagen praktische Relevanz
haben. Bei der Charakterisierung dieser Wechselwirkungen ist der statische Fall (operative Anpassung) und der
dynamische Fall (investive Anpassung) zu unterscheiden.

ausbeute der Elektrolyse beim Verlassen des Optimalpunktes oder der Wirkungsgrad der Pumpenanlage sinkt. In der
operativen Betrachtung gibt es daher in beiden Fällen eine
negative Wechselwirkung.
Weiterhin wurden in beiden Fallstudien die Wechselwirkungen und Synergien von investiven Maßnahmen auf
Flexibilität und Effizienz betrachtet. Hier zeigt sich, dass
Wechselwirkungen, aber auch Synergien zwischen Effi­
zienz und Flexibilität auftreten können. Im Fall von Trimet
wird durch die investive Maßnahme sowohl eine Steigerung der Effizienz als auch der Flexibilität erreicht.
Dagegen geht im Beispiel der Pumpenanlage die Effizienzsteigerung mit einer geringeren Flexibilität einher.
Einer investiven Maßnahme steht in der Regel eine große
Anzahl von Alternativinvestitionen gegenüber. Jede Alternativinvestition kann zu einem anderen Verhältnis zwischen Flexibilität und Effizienz führen. Eine verhältnis­
mäßig höhere Steigerung der Effizienz kann beispielsweise
zu einer geringeren Steigerung der Flexibilität führen.
Bei Durchführung einer investiven Maßnahme muss daher
das optimale Verhältnis zwischen der erreichbaren Effi­
zienz und Flexibilität bestimmt werden.
Die Herausforderung ist dabei, das aus Systemsicht optimale Verhältnis mit der Sicht der Investoren in Einklang zu
bringen. Trimet hat in Erwartung einer steigenden Nachfrage nach Flexibilität eine höhere Investition getätigt. Für
die Investoren in Querschnittstechnologien stellt sich der
Fall zumeist anders dar, da sie den Systemvorteil einer
höheren Investition zur Erreichung von mehr Flexibilität
und Effizienz auf betrieblicher Ebene selten aktivieren
können. Die konkreten Hemmnisse dahinter werden im
nächsten Kapitel diskutiert. Es wird anschließend darauf
eingegangen, was getan werden muss, um die bestehenden
Markthemmnisse zu beseitigen und gesamtwirtschaftlich
sinnvolle Investitionen zu ermöglichen.

In beiden Fallbeispielen führt im Status quo die Nutzung
der Flexibilität der Anlagen und Prozesse zu Abweichungen
vom optimalen Betriebspunkt und damit zu einem Betrieb
mit geringerem Wirkungsgrad: Entweder sinkt die Strom-

31

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

32

Impulse | Flex-Efficiency

4.	 Anreize und Hemmnisse für optimale Flex-Efficiency
In diesem Kapitel steht die Frage im Mittelpunkt, welche
Anreize für die Auslegung und den Betrieb von Anlagen
in einer systemorientierten optimalen Form bestehen.
Aus­gehend von einem ökonomischen Verständnis der
Wirkung von Preissignalen auf unternehmerische Entscheidungen (4.1) werden bestehende Hemmnisse für FlexEfficiency analysiert (4.2) und für die beiden Fallstudien
konkretisiert (4.3).

4.1	 Die Rolle von Preissignalen für Flexibilität
und Effizienz
Effizienz und Flexibilität auf der Nachfrageseite werden im
theoretischen Optimum so eingesetzt, dass sie – im Zusammenspiel mit den Optionen der Angebotsseite – eine volkswirtschaftlich effiziente Systemauslegung ergeben. Dazu
ist ein Allokationsmechanismus nötig, der den Einsatz
(Dispatch) und die Investitionen in Effizienz und Flexibilität koordiniert. Diese Koordinationsfunktion übernimmt
im Idealfall der Strommarkt über kurz- und langfristige
Preissignale. Auf den Strommärkten werden definierte
Stromprodukte gehandelt; Knappheiten beziehungsweise
Wertigkeiten werden durch die Höhe der Preise ausgedrückt. Konkret wird der kurzfristige Bedarf an Effizienz
und Flexibilität durch die Strompreise an der Strombörse
oder an den Regelenergiemärkten signalisiert, während
längerfristige Signale beispielsweise durch Terminmärkte
gesetzt werden. Die energiewirtschaftliche Praxis folgt
diesem Idealfall, weicht von der Theorie jedoch an mancher
Stelle ab.
Märkte, Preissignale und Produkte für Effizienz
Der Wert der Effizienz liegt kurzfristig in der Senkung
der Nachfrage (kWh) und langfristig in der Senkung des
Niveaus der notwendigen Leistungsbereitstellung (kW).
Der operative (kurzfristige) Einsatz von Effizienz folgt
den Knappheitssignalen des Marktes, das heißt den Spotmarktpreisen. In Situationen hoher Residuallast sind
es in der Regel die hohen Grenzkosten von Spitzenlast-

kraftwerken, die die Preise setzen. Hohe Preise bieten
einen hohen Anreiz, Effizienzmaßnahmen durchzuführen.
Somit signalisiert der Großhandelspreis auch die optimalen
Zeitpunkte für den Einsatz von Effizienz. Weitere Anreize
für Effi­zienz­maßnahmen bestehen in der Vermeidung von
Steuern, Abgaben und Entgelten.
Aus investiver Perspektive – wenn Effizienzmaßnahmen
mit Investitionen einhergehen – reichen die Schwan­
kungen des Spotmarkts nicht aus; hier sind langfristig
ver­lässliche Preissignale von größerer Bedeutung.
Energie­effizienz wird langfristig vorwiegend auf ForwardMärkten vergütet, da Industrieunternehmen ihre Strom­
beschaffung zur Vermeidung von Beschaffungsrisiken
überwiegend über einen gewissen Zeitraum im Voraus
tätigen.
Parallel zu den Kurz- und Terminmärkten werden aktuell
weitere Märkte und Effizienzprodukte entwickelt, um
Investitionen in zusätzliche Effizienzpotenziale zu mobilisieren. Im Rahmen des Nationalen Aktionsplans Energie­
effizienz (NAPE) werden Pilotvorhaben zur Realisierung
von Ausschreibungsmodellen für Energieeffizienz durchgeführt. Mit dem Ausschreibungsmodell »STEP up!«
(Stromeffizienzpotenziale nutzen!) sollen Akteure individuell Stromeffizienzmaßnahmen identifizieren und sie
bei einem Wettbewerb um Förderzuschüsse einreichen.
Es erhalten diejenigen Maßnahmen den Zuschlag, die die
höchste Stromeinsparung pro »Förder-Euro« erreichen.
Auf diese Weise soll das Programm die Akteure motivieren,
wirtschaftliche Einsparmöglichkeiten aufzudecken und
Effizienzmaßnahmen zu ergreifen.
Märkte, Preissignale und Produkte für Flexibilität
Der Wert der Flexibilität liegt in der Fähigkeit, kurzfristig
den Strombezug oder die Strombereitstellung (kWh) anzupassen. Dieser Wert wird maßgeblich über den schwankenden Spotmarktpreis ausgedrückt. Dabei existiert ein
fließender Übergang zwischen Flexibilitätsprodukten und
Stromprodukten; eine einheitliche Definition für Flexi­

33

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

bilitätsprodukte existiert nicht und Flexibilität wird in
verschiedenen Märkten gehandelt.
Als reine Flexibilitätsprodukte können Produkte bezeichnet werden, die gezielt als Instrumente zur Sicherstellung
der Systembilanz, zum Beispiel bei Prognosefehlern, Kraftwerksausfällen oder hohen Residuallastrampen eingesetzt
werden. Beispiele sind die Reserveprodukte wie Primär­
regel­leistung, Sekundärregelleistung oder Minutenreserve.
Die Verordnung über Vereinbarungen zu abschaltbaren
Lasten (AblaV) definiert ein weiteres Spezialprodukt, welches von Übertragungsnetzbetreibern kontrahiert wird.
Als Spiegelbild der Reserveleistungsmärkte ist die Nutzung
von Flexibilität zum Management eigener Bilanzkreise,
das heißt zur Vermeidung von Ausgleichsenergie relevant.
Schließlich können sehr kurzfristige Märkte wie IntradayMärkte auch als Märkte für Flexibilität bezeichnet werden,
da die hohe Preisvolatilität dieser Märkte von flexiblen
Verbrauchern genutzt werden kann. Damit ist der Markt
für Flexibilität zersplittert. Arbitrage wird durch Regulierung verhindert.
Preiserwartungen und die Preise langfristiger Stromprodukte signalisieren theoretisch den langfristigen Bedarf an
Effizienz und Flexibilität. In diesem Bereich sind die Produktentwicklung und die Liquidität der entsprechenden

Zusammenfassung der Preisanreize
für Flexibilität und Effizienz
aus dem Strom-Großhandelsmarkt
Effizienz­anreiz
Kurzfristig
(operativ)

Tabelle 2

Flexibilitätsanreiz

Niveau von Spot- Volatilität von Spot- und
und IntradayIntraday-Preisen;
Preisen
Preise für Flexibilitätsprodukte

Langfristig Forward-Preise;
(investiv)
evtl. zukünftig:
Effizienzmärkte

Langfristig erwartete
Volatilität der
Großhandelspreise;
langfristig erwartete
Preise für Flexibilitätsprodukte

Märkte jedoch erst am Anfang. Ein erster Schritt in Richtung spezialisierte Produkte ist der von der deutschen
Strombörse EEX im September 2015 eingeführte »Cap
Future«. Dieses Produkt sichert den Intraday-Preis mit
einem Cap von 60 €/MWh ab.
Zusammenfassend zeigt Tabelle 2, welche Preisanreize aus
dem Großhandelsmarkt kurz- und langfristig auf operative
und investive Niveaus von Flexibilität und Effizienz wirken. Da sich die Preisanreize für Effizienz und Flexibilität
überlagern, besteht die Herausforderung für die Verbraucher darin, auf dieser Basis die optimale Einsatz- und
Investitionsentscheidung zu treffen.

4.2	 Hemmnisse für die Wirksamkeit
von Preissignalen
Auch wenn Preissignale theoretisch optimale Anreize für
den Einsatz von Flexibilität und Effizienz liefern könnten,
existiert in der Praxis doch eine Reihe von Hemmnissen
dafür, dass sich auf betrieblicher Ebene das aus Systemsicht
optimale Verhältnis von Flexibilität und Effizienz einstellt.4
Ein Teil dieser Hemmnisse bezieht sich direkt auf die
Preissignale des Großhandelsmarktes wie
→→ die fehlende Weitergabe des Preissignals aus dem Großhandelsmarkt an die Endverbraucher,
→→ Defizite im Marktdesign von Flexibilitätsmärkten,
→→ Fehlanreize durch die Struktur der Netznutzungsentgelte
und
→→ Fehlanreize bedingt durch Abgaben, Umlagen und sonstige Entgelte.
Daneben hemmen grundsätzliche Kategorien von Hemmnissen (Marktunvollkommenheiten) volkswirtschaftlich
sinnvolle Investitionen in Energieeffizienz;5 dazu zählen
4	 Barrieren und Hemmnisse auf den Märkten für Flexibilität werden
für den Fall des Lastmanagements auch in Connect (2015) im
Auftrag von Agora Energiewende beschrieben.
5	 Diese wurden beispielsweise in der Studie »Energieeffizienz als

Eigene Darstellung.

34

Geschäftsmodell« im Auftrag von Agora Energiewende analysiert
(ifeu und LBD 2014).

Impulse | Flex-Efficiency

→→ Informationsmängel und Unsicherheit über künftige
Entwicklungen,
→→ Technisch-ökonomische Unteilbarkeiten und Inflexibilitäten (Anpassungsmängel) sowie
→→ das sogenannte Investor/Nutzer-Dilemma, das allerdings
vor allem für den Bereich von Wärmeeffizienz im Wohnungssektor relevant ist.

(Ecofys 2014), dies umzusetzen. Damit reagieren Verbraucher mit Effizienzmaßnahmen nur auf ein mittleres Strompreisniveau und können nicht auf die zeitliche Variation
mit dem Einsatz der Einsparung, also mit der Flexibilität,
reagieren. Ihr Flexibilitätsangebot beschränkt sich daher
auf die Bereitstellung von Flexibilitätsprodukten, die im
nächsten Abschnitt besprochen werden.

Die relevanten Hemmnisse werden nachfolgend ausführlicher diskutiert und Ansätze zu ihrer Überwindung erörtert.

Defizite im Marktdesign von Flexibilitätsmärkten
Neben Preissignalen des Großhandelsmarktes wirken
Preissignale von Märkten in denen definierte Flexibilitätsprodukte gehandelt werden. Dazu zählt beispielsweise der
Regelenergiemarkt oder der Markt für abschaltbare Lasten.
Über weitere explizite Flexibilitätsprodukte wird gegenwärtig diskutiert. Dazu zählen Märkte für zuschaltbare
Lasten oder auch regionale Flexibilitätsmärkte, die Ver­
teilnetzbetreibern zum lokalen Netzengpassmanagement
dienen.

Fehlende Weitergabe des Preissignals
Im vorangegangenen Kapitel wurde gezeigt, dass der
Großhandels-Strompreis als wichtiges Koordinations­
instrument dient, operative Entscheidungen über den Einsatz von Flexibilität und Effizienz zu fällen. Dazu ist es
jedoch erforderlich, dass der Endkunde ein differenziertes
Preissignal zur Verfügung gestellt bekommt und sein Verbrauch auch nach diesem Preissignal abgerechnet wird.
Bei einer festen Tarifstruktur handelt es sich dabei um
»Time-Of-Use (TOU)«-Tarife; wenn diese Tarifstruktur an
den laufenden Großhandelsstrompreis angepasst wird,
handelt es sich um »Real-Time-Pricing (RTP)«. Für ein
System mit einem hohen Anteil fluktuierender Erneuerbarer Energien ist ein RTP-Tarif im Vergleich zu TOU besser
geeignet, da sich zunehmend weniger feste tägliche Preismuster herausbilden.
Der Einführung von RTP stehen jedoch Hemmnisse gegenüber. Zunächst muss die Zähl- und Abrechnungsinfrastruktur vorhanden sein, um die Verbrauchsstruktur zeitlich differenziert zu erfassen. Dies ist gegenwärtig nur bei
Kunden mit einem Jahresverbrauch von mehr als 100 MWh
der Fall. Erst mit dem geplanten Rollout von Smart Metern
und der Einführung der Zählerstandsgangmessung wird
dies auch bei Kundengruppen mit kleinerem Verbrauch der
Fall sein. Erst dann kann auch von der Belieferung nach
Standardlastprofil abgewichen werden.
Jedoch ist auch im Status quo bei Kundengruppen mit
höherem Verbrauch das RTP nicht verbreitet. Aufgrund der
gegenwärtig noch relativ geringen Volatilität des Großhandels-Strompreises sind die Preisanreize noch zu gering

Zwei Kategorien von Hemmnissen im Marktdesign sind in
Bezug auf den Grundgedanken von Flex-Efficiency relevant und erschweren das Erreichen des volkswirtschaftlichen Optimums von Flexibilität und Effizienz.
Einerseits existieren auf diesen expliziten Flexibilitätsmärkten Marktzugangsbeschränkungen, die in Form einer
geforderten Präqualifikation der teilnehmenden Anlagen
auftreten. Auch Produktdefinitionen die eine lange Bereitstellungsdauer der Flexibilität vorsehen, wirken wie eine
Zugangsbeschränkung. Diese Beschränkungen führen zu
einem geringeren Angebot an diesen Märkten und zu
einer relativen Bevorzugung von Effizienz gegenüber Flexibilität. Beispielsweise sind die Produktdefinitionen im
Regelenergiemarkt ursprünglich auf die Eigenschaften
von thermischen Kraftwerken ausgelegt gewesen. Erst
im Laufe der letzten Jahre wurde die Teilnahme kleinerer
Einheiten durch Poolung ermöglicht. Eine weitere Senkung von Marktzugangsbeschränkungen ist daher anzustreben. Auch im Markt für abschaltbare Lasten existieren
erhebliche Marktzugangsbeschränkungen, wie zum
Beispiel die geforderte Mindestgröße eines Pools von
maximal fünf Anlagen an einem Höchstspannungsknoten
von 50 MW.

35

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Andererseits kann die teilweise regulierte Vergütung
von Flexibilitätsprodukten zu Marktverzerrungen und
Fehl­anreizen führen, wenn die Vergütungen von ver­
gleich­baren Produkten in unterschiedlichen Märkten
deutlich voneinander abweichen. Beispielsweise wurde
festgestellt, dass die Vergütungen im Markt für abschaltbare Lasten attraktiver als die des Regelenergiemarktes
sind. Diese Märkte stehen wiederum in einem Arbitrageverhältnis zu Intraday und Spotmärkten. Überdurchschnittliche Vergütungen in einem Flexibilitätsmarkt führen beispielsweise dazu, dass kein für das Gesamtsystem
optimales Verhältnis zwischen Flexibilität und Effizienz
erreicht werden kann.

Fehlanreize bedingt durch Abgaben, Umlagen und
sonstige Entgelte
Neben Netznutzungsentgelten enthalten die Endkunden­
tarife weitere Aufschläge. Dazu zählen die Konzessions­
abgabe, die Stromsteuer und die maßgeblichen Umlagen
gemäß EEG, KWKG, AbLaV und § 19 (2) StromNEV. Sie
belasten jede bezogene Kilowattstunde gleichmäßig und
führen dazu, dass in Zeiten geringer Residuallast unter
Umständen eine vorhandene Flexibilität zur systemoptimierten Lasterhöhung nicht genutzt wird und stattdessen
auf alternative, das heißt fossile Energieträger in der
Eigenerzeugung zurückgegriffen wird, die mit diesen
Abgaben und Umlagen nicht belastet sind.

Fehlanreize durch die Netznutzungsentgelte
Das bestehende Netzentgeltsystem sowie bestehende
Sonderregelungen führen dazu, dass die Preissignale des
Großhandelsstrommarktes oder von Flexibilitätsmärkten
nur vermindert bei den Verbrauchern ankommen. Folglich
führt das Preissignal zu einer Verzerrung des Preisverhältnisses zwischen Flexibilität und Effizienz.

Verbrauchsbezogene Netzentgelte, Umlagen und Abgaben
führen weiterhin dazu, dass Effizienz stärker angereizt
wird als Flexibilität. Dies verstärkt die zuvor beschriebene
Verzerrung von Preissignalen zulasten von Flexibilität
zusätzlich.

Beispielsweise reduzieren die Vermeidung von Bezugs­
spitzen oder eine hohe Anzahl von Benutzungsstunden die
Netzentgelte. Beides wirkt als Hemmnis für die Nutzung
von Flexibilität auf den Energiemärkten, da potenzielle
Erlöse aus diesen Märkten durch erhöhte Netzentgelte
bestraft werden. Dies gilt insbesondere im Bereich der
niedrigen Residuallast, in dem marktdienliche Lasterhöhungen zu erhöhten Netzentgelten führen, obwohl sie
gleichzeitig netzdienlich sein können. Ähnliche Fehlanreize
durch die Netzentgeltstruktur bestehen auch beim Abruf
von Regelleistung, die Verbraucher bereitstellen.

Informationsmängel wirken vor allem als Barriere für
Investitionen, da sie mögliche Investitionen nicht erkennen
lassen oder Risikoaufschläge nach sich ziehen.

Auch auf die Effizienz hat die Netzentgeltstruktur Auswirkungen. So kann die Ausnahmeregelung für stromintensive
Verbraucher nach § 19 (2) Satz 2 ff. StromNEV sogar Mehrverbrauchsanreize auslösen, wenn der für die Nutzung dieser Regelung erforderliche Strombezug von mindestens
10 GWh/a nicht erreicht wird.

36

Informationsmängel und Unsicherheit über künftige
Entwicklungen

Der künftige Wert von Flexibilität ist sehr schwierig zu
bestimmen. Denn neben den erwähnten nachfrageseitigen
Einflussfaktoren wie dem Ausbaupfad der Erneuerbaren
Energien oder Ausgleichseffekten durch den künftigen
Netzausbau sind insbesondere Informationen über alternative angebotsseitige Faktoren von großen Unsicherheiten
geprägt. Dazu zählen beispielsweise technologische Entwicklungen von Flexibilitäten (Kostendegression von Speichern), Bereitstellung von Flexibilität durch Erneuerbare
Energien, oder auch die Brennstoffpreisentwicklung und
damit auch die Merit-Order-Kurve des Strommarktes.
Auch für Energieeffizienz sind Informationsmängel relevant. Dies betrifft einerseits Informationen über mögliche
Maßnahmen zur Energieeinsparung, aber auch Unsicherheiten über die Höhe der zukünftig relevanten Strompreise
beziehungsweise Einsparungen insgesamt.

Impulse | Flex-Efficiency

Neben der Unsicherheiten über zukünftige Entwicklungen
von Strommärkten liegen Informationsmängel über Investitionsmöglichkeiten in Flexibilität und Effizienz vor. Dies
gilt vor allem für kleinere Akteure im gewerblichen Bereich
und in Industrien, in denen der Stromverbrauch nur einen
relativ unbedeutenden Teil der Produktionskosten ausmacht.
Technisch-ökonomische Unteilbarkeiten oder
Inflexibilitäten
Technisch-ökonomische Unteilbarkeiten oder Inflexibilitäten sind sowohl für Flexibilität als auch für Effizienz
relevant, wenn Investitionen nicht beliebig teil- oder
skalierbar sind und technische oder ökonomische Restriktionen für die schnelle Anpassung an die Preissignale der
Märkte bestehen. Im Beispiel der Aluminiumelektrolyse
erscheinen Investitionen gut skalierbar, da sich die
Gesamtanschlussleistung auf viele kleine Einheiten verteilt, die individuell umgerüstet werden können. Es sind
jedoch auch Fälle denkbar, in denen das ideale Effizienzbeziehungsweise Flexibilitätsniveau nicht realisiert werden kann.
Weiterhin kann eine Verzerrung zwischen Investitionen in
Flexibilität und Effizienz dadurch erfolgen, dass für Investitionen in erzeugungs- und verbrauchsseitige Flexibilität
unterschiedliche Amortisationszeiten zugrunde gelegt
werden. Während im Bereich von Kraftwerken Amortisa­
tionszeiten von über zehn Jahren akzeptiert werden, werden
für Investitionen im Bereich Energieeffizienz oder verbraucherseitige Flexibilität Amortisationszeiten von weniger
als fünf Jahren gefordert. Aus diesen ungleichen Rahmenbedingungen ergibt sich eine Bevorzugung der erzeugerseitigen Flexibilität gegenüber sowohl nachfrage­seitiger
Flexibilität als auch Investitionen in Energie­effizienz.

4.3	 Auswirkungen der Hemmnisse auf
die dargestellten Fallbeispiele
4.3.1 Elektrolyse bei Trimet
Das Unternehmen Trimet kann als energieintensives
Industrieunternehmen von Sonderregelungen zu Netzentgelten Gebrauch machen. Auch ist es von sonstigen Um­

lagen und Abgaben weitgehend befreit. Die Struktur
des Stromliefervertrages für Trimet ist nicht öffentlich,
doch aufgrund seiner Abnahmemenge ist es möglich, dass
ein Großhandelsstrompreis an das Unternehmen weiter­
gereicht wird, beziehungsweise Trimet kann selber am
Großhandelsmarkt Strom beziehen.
Aufgrund seiner hohen Leistung konnte sich Trimet zur
Bereitstellung abschaltbarer Lasten nach AblaV qualifizieren und nimmt als eines von sehr wenigen Unternehmen
an diesem Markt teil. Gemäß AblaV gelten Ausnahme­
regelungen für die Netzentgelte bei Abruf der Regelleistung,
sodass die zuvor beschriebenen Hemmnisse für Trimet
nicht wirksam sind. Bei der Teilnahme am Sekundär­
regelungs- oder Minutenreservemarkt würde jedoch auch
für Trimet die Gefahr bestehen, bei Leistungsabruf höhere
Netzentgelte zahlen zu müssen. Aufgrund des sehr hohen
Energieverbrauchs von Trimet besteht aus Sicht des Unternehmens auch nicht das Risiko, unter eine Mindestverbrauchsgrenze zu fallen und damit eine Begünstigung zu
verlieren.
Falls jedoch beispielsweise die AblaV-Regelungen und
Erlöse wegfallen sollten, könnte Trimet seine Flexibilität an
anderen Märkten veräußern. In diesem Fall könnte es zu
einer Wechselwirkung mit dem Netzentgeltregime kommen. Als Konsequenz könnte Trimet weniger Flexibilität
anbieten und stattdessen die Stromausbeute der Produktion erhöhen. Auch wäre es möglich, dass die beschriebenen Investitionen in Flexibilität und Effizienz nur in geringerem Umfang stattfinden beziehungsweise nicht auf die
übrigen Öfen ausgeweitet werden.
Aufgrund der Höhe des Stromverbrauchs ist Trimet ein
Fallbeispiel, bei dem der Großhandelsstrompreis relativ
unverzerrt auf das Unternehmen wirkt. Aufgrund des
hohen Anteils der Stromkosten an seiner Wertschöpfung
ist es sensibel für die Erhöhung der Energieeffizienz. Informationsmängel liegen somit nicht vor. Ebenfalls aufgrund
seiner Größe kann das Unternehmen seine Flexibilität
optimal auf Flexibilitätsmärkten vermarkten und ist nicht
von Markteintrittsbarrieren betroffen.

37

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

Da im Falle von Trimet kaum Hemmnisse für die Wirkung
von Preisanreizen aus dem Großhandels-Strommarkt vorliegen, kann es auch sensibel auf die Preissignale, die die
Wechselwirkungen aus Flexibilität und Effizienz wiedergeben, reagieren. Dieser Zusammenhang wurde hier genau
untersucht und eine Investitionsentscheidung getroffen,
die ein neues Verhältnis zwischen Flexibilität und Effizienz
definiert.
4.3.2 Pumpenanlagen
Im Unterschied zum vorherigen Beispiel ist hier von
Bedeutung, dass Pumpenanlagen einen deutlich geringeren Stromverbrauch haben als die Anlage im ersten Fall­
beispiel der Aluminium-Elektrolyse. Als Querschnitts­
technologie stehen sie nicht im direkten Fokus des
Produktionsprozesses des Unternehmens. Daraus folgen
eine Reihe von Konsequenzen für die Wechselwirkung
zwischen Flexibilität und Effizienz, die dazu führen, dass
es dem Unternehmen deutlich erschwert wird, im Sinne
des Gesamtsystems optimale Abwägungen zwischen
Effizienz und Flexibilität (operativ und investiv) vorzu­
nehmen.
Wenn das Preissignal des Großhandelsmarktes nicht direkt
auf das Unternehmen wirkt, wird auch keine operative
Anpassung des Verhältnisses zwischen Flexibilität und
Effizienz stattfinden. Dies bedeutet, dass beispielsweise
laufend Flexibilität vermarktet wird und die Anlage in
einem ungünstigeren Betriebspunkt läuft, obwohl es zum
Beispiel gesamtwirtschaftlich günstiger wäre, zu bestimmten Zeitpunkten darauf zu verzichten und in einem effi­
zienteren Betriebspunkt zu fahren.
Die Struktur der Netznutzungsentgelte könnte zu finan­
ziellen Einbußen beim Reserveabruf führen. Dieses Szenario hätte zur Folge, dass auf den Einsatz von Flexibilität
verzichtet wird und beispielsweise stattdessen eine höhere
Energieeffizienz erzielt wird. Dieses Hemmnis würde den
operativen Einsatz von Flexibilität betreffen, könnte aber
dazu führen, dass Investitionen eher in Maßnahmen zur
Erhöhung von Energieeffizienz als in die Vergrößerung der
Flexibilität der Anlage gelenkt werden.

38

Auch bestehen Hemmnisse für den Marktzugang zu Flexibilitätsmärkten. Das Unternehmen ist auf Aggregatoren
angewiesen, um seine Flexibilität als Produkt zu vermarkten. Falls Aggregatoren vom Lieferanten unabhängige
Unternehmen sind, benötigen diese einen Zugang zum
Bilanzkreis des Lieferanten, was eine Hürde darstellt.
Für investive Entscheidungen über Flexibilität und Effi­
zienz sind weitere Hemmnisse von Bedeutung. So können
für Pumpenanlagen Informationsmängel sehr relevant sein.
Während die Effizienz von Pumpen in der Regel gut dokumentiert ist, ist dies für Flexibilitätspotenziale von Pumpenanlagen nicht der Fall. Da die Nutzung von Flexibili­
täten in einer Pumpenanlage komplexe Regelungs- und
Steuerungstechnologien erfordert, ist die Information des
Herstellers von Regelungstechnik über künftig erforderliche Regelungstechnologien sehr wichtig. Besonders relevant dürfte sowohl das Informationsdefizit an sich als auch
die Unsicherheit über zukünftige Ertragsmöglichkeiten aus
der Bereitstellung von Flexibilitäten sein.

4.4	Zwischenfazit
Die Abwägung zwischen Flexibilität und Effizienz funktioniert idealerweise über Strommärkte und Preissignale für
definierte Produkte. Die Preissignale stellen im operativen
Betrieb Knappheitssignale dar, die Einsatzentscheidungen
von Erzeugungsseite, aber auch der Verbrauchsseite
steuern. Aber auch in der dynamischen Betrachtung, unter
Berücksichtigung von Investitionsentscheidungen, sollten
Preise die Investitionssignale auch für Investitionen in
Flexibilität und Effizienz liefern.
In diesem Kapitel wurde gezeigt, dass aus einer Reihe
von Gründen eine Abwägung zwischen Effizienz und
Flexibilität von technischen Anlagen nicht in einer Weise
stattfindet, wie sie für das Stromversorgungssystem ins­
gesamt optimal wäre. Dafür sind die Verzerrung von Preissignalen und verschiedene weitere Hemmnisse verantwortlich.
So kommen die geringen Preissignale für Flexibilität
kaum bei den Endkunden an oder werden zusätzlich durch

Impulse | Flex-Efficiency

Ausnahme- und Sonderregelungen abgeschwächt. Diese
Verzerrung kann zu einer veränderten Wahl des Betriebspunktes im Status quo oder zu einem veränderten In­ves­
titionsverhalten führen und damit zu einer Abweichung
vom volkswirtschaftlichen Optimum. Daneben existieren
zahlreiche Informationsmängel, die dazu führen, dass keine
optimalen Abwägungen zwischen Flexibilität und Effizienz
sowie operativen und investiven Fällen durchgeführt
werden.

Aus der Diskussion der Fallstudien wurde deutlich, dass
diese Verzerrungen von Preissignalen und weiteren
Hemmnissen in der Praxis sehr unterschiedlich stark ausgeprägt sein können. Während im Beispiel der Aluminiumelektrolyse operative und investive Entscheidungen relativ
unverzerrt zu treffen sind, ist dies bei kleinen Anlagen
beziehungsweise Querschnittstechnologien nicht der Fall.
Diese Technologien stellen aber gleichzeitig einen bedeutenden Teil des Effizienz- und auch Flexibilitätspotenzials.

39

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

40

Impulse | Flex-Efficiency

5.	 Wie können die Anreize für Flex-Efficiency verbessert
werden? Zusammenfassung und Perspektiven
In diesem Kapitel werden zunächst die wesentlichen Aussagen der vorangegangenen Kapitel der Studie kurz zusammengefasst (5.1). Anschließend werden erste Ansätze für
Maßnahmen skizziert, die geeignet sind, die beschriebenen
Hemmnisse für den optimalen Einsatz von Flexibilität und
Effizienz abzubauen (5.2). Schließlich wird ein Ausblick
gegeben, der auch den weiteren Forschungsbedarf aufzeigt (5.3).

lastkraftwerken, Investitionskosten in Kraftwerksleistungen sowie Infrastrukturkosten. Die Herausforderung
besteht also darin, die operativen und investiven Entscheidungen über das realisierte Ausmaß von Flexibilität und
Effizienz mit den sich zeitlich ändernden Systemanforderungen in Einklang zu bringen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Wert von Flexibilität im Zeitverlauf aufgrund
der zunehmenden Extrema der Residuallast und damit der

5.1	 Wechselwirkungen von Flexibilität und
Effizienz: Zusammenfassung der Analyse

Nachfrage nach Flexibilität voraussichtlich steigt. Dieser
Anstieg kann stärker sein, als der Anstieg des Wertes von
energetischer Effizienz.

Bei der Betrachtung der Wechselwirkungen von Flexibilität und Effizienz von technischen Anlagen ist die operative
von der investiven Sichtweise zu unterscheiden. Aus
operativer Sicht besteht die Wechselwirkung meist darin,
dass eine höhere Energieeffizienz mit einer geringeren
Flexibilität einhergeht. Durch eine Investition kann die
operative Kennlinie verschoben werden, die die erreich­
baren Verhältnisse zwischen Flexibilität und Effizienz
anzeigt. Diese Verschiebung kann dazu führen, dass sowohl
Flexibilität als auch Effizienz gesteigert werden. Es existieren aber auch zahlreiche technische Konstellationen,
bei denen durch Investitionsentscheidungen entweder
die Effizienz oder die Flexibilität auf Kosten der jeweils
anderen Eigenschaft gesteigert wird. Damit ergibt sich
auch hier eine Verschiebung der Kennlinie und es ist über
das Ausmaß der Verschiebung zu entscheiden. Dazu
braucht der Investor geeignete Kriterien beziehungsweise
Anreize.
Die höchsten Flexibilitätsanforderungen aus Systemsicht
ergeben sich in Situationen extremer Residuallast beziehungsweise bei Residuallaständerungen. Diese Extrema
prägen sich im Zeitverlauf stärker aus. Der Wert der
Energieeffizienz wird besonders für die Situationen hoher
Residuallast deutlich. Energieeffizienz führt ebenfalls zu
Einsparungen im Bereich der Betriebskosten von Spitzen-

Verzerrte Preissignale und weitere Hemmnisse führen
dazu, dass eine Abwägung zwischen Effizienz und
Flexibilität von technischen Anlagen häufig nicht in
einer Weise stattfindet, wie sie für das Stromversorgungssystem optimal wäre. Die gilt vor allem für den investiven
Fall. Allerdings existieren hier große Unterschiede in
der Praxis. Im Beispiel der Aluminiumelektrolyse sind
operative und investive Entscheidungen relativ unverzerrt
zu treffen, da die Anlagen aufgrund ihrer Leistung an
den Flexibilitätsmärkten direkt teilnehmen können und
von verzerrenden Bestandteilen des Strompreises weit­
gehend befreit sind. Dies ist bei kleinen Anlagen beziehungsweise Querschnittstechnologien nicht der Fall,
weil die Anlagen aufgrund ihrer relativ geringeren Bedeutung im Wertschöpfungsprozess nicht im Fokus stehen,
zur Verwertung der Flexibilität aggregiert werden müssen
und schließlich keine unverzerrten Preissignale erhalten.
Diese Technologien stellen aber gleichzeitig einen bedeutenden Teil des Effizienz- und auch Flexibilitätspoten­
zials. Daher sind schwerpunktmäßig für dieses Segment
Ansätze aufzuzeigen, wie welche Maßnahmen geeignet
sind, um die Hemmnisse abzubauen und eine Optimierung von Flexibilität und Effizienz in die Praxis umzu­
setzen.

41

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

5.2	 Ansätze zur Überwindung der
Hemmnisse für Flex-Efficiency
Das Konzept der Flex-Efficiency zielt darauf, dass Flexibilität und Effizienz auf der Nachfrageseite aus Systemperspektive in optimaler Höhe und in einem optimalen Verhältnis zueinander sowie zum optimalen Zeitpunkt eingesetzt
werden. Die Analyse hat gezeigt, dass noch große unerschlossene Potenziale für Energieeffizienz und Flexibilität
existieren. Die Nutzung dieser Potenziale wird im künftigen Stromversorgungssystem wichtiger. Allerdings wurde
eine Reihe von Hemmnissen identifiziert, die der Umsetzung von Flex-Efficiency entgegenstehen. Sie wirken
zugleich unterschiedlich je nach Technologietypus (spezi­
fische Anlagen oder Querschnittstechnologie) sowie Verbrauchergruppen (industrielle oder private Verbraucher;
energieintensive oder durchschnittlich stromverbrauchende Wirtschaft).
Maßnahmen zur Überwindung der Hemmnisse müssen
daher auf die jeweils betroffene Verbrauchergruppe sowie
die technisch-ökonomischen Eigenschaften der jeweiligen
Flex-Efficiency-Potenziale zugeschnitten werden.
Nachfolgend werden die Hemmnisse und mögliche Ansätze
zu ihrer Überwindung schematisch differenziert betrachtet. Der Schwerpunkt liegt in der Identifikation der Maßnahmen, die effiziente investive Entscheidungen in
Flexibilität oder Sparsamkeit auch für kleinere Anlagen
(zum Beispiel Querschnittstechnologien) ermöglichen.
Verbesserte Preissignale
Die Preissignale des Großhandelsmarktes müssen möglichst unverzerrt auf die unternehmerischen Akteure einwirken können und stabile Anreize für Investitionen in das
richtige Verhältnis von Flexibilität und Energieeffizienz
bieten. Wenn dies nicht der Fall ist, können regulatorische
Maßnahmen angebracht sein.
In Kapitel 4.2 wurde ausgeführt, dass die Mess- und
Abrechnungsprozesse bei Abnehmern mit einem Verbrauch
von mehr als 100 MWh pro Jahr die Einführung von RealTime-Pricing erlauben würden. Diese Möglichkeit wird

42

aufgrund derzeit geringer Preisvolatilitäten nicht ausgenutzt. Erst eine künstliche Verstärkung dieser Anreize, beispielsweise durch eine zeitlich dynamische EEG-Umlage
könnte eventuell Lieferanten motivieren, solche Tarife
anzubieten. Da die Anreize auf dem Großhandelsstrompreis
beruhen, würde nur das Verhältnis zwischen Flexibilität
und Effizienz verändert. Der Investitionsanreiz in Flexibilität würde jedoch verstärkt. Somit müsste geprüft werden,
ob eine solche Verstärkung aufgrund von einhergehenden
Transaktionskosten und Wechselwirkungen angemessen
erscheint. Da sehr große Stromverbraucher teilweise oder
ganz von der Zahlung der EEG-Umlage befreit sind, hätte
diese Verstärkung hier eine geringere Anreizwirkung als
für die nicht privilegierten Kundengruppen.
Verbessertes Marktdesign von Flexibilitätsmärkten
Märkte für Flexibilitätsprodukte liefern im Idealfall die
richtigen Preissignale für die Nachfrage nach Flexibilität.
Wird den Verbrauchern der Zugang zu den Märkten
erschwert, kann sich kein aus Systemsicht optimales
Niveau einstellen.
Die beschriebenen Marktzutrittshemmnisse durch Prä­
qualifikationsanforderungen und Produktdefinition sollten
dazu weiter reduziert werden, um das Flexibilitätspotenzial
der Nachfrageseite auszunutzen.
Bestehende und zukünftige Flexibilitätsmärkte sollten
soweit möglich zusammengefasst werden, um ihre Liquidität zu erhöhen und stabilere Preissignale zu vermitteln.
Gleichzeitig sollte vermieden werden, dass bestimmte
Flexibilitäten (wie abschaltbare Lasten) durch regulierte
Preise gegenüber anderen Flexibilitäten bevorzugt werden.
Spezielle Märkte für Effizienz befinden sich noch in einem
Anfangsstadium. Liegen ausreichend Erfahrungen mit
Effizienzmärkten vor, sollte geprüft werden, ob Effizienzmärkte mit Flexibilitätsanforderungen (zum Beispiel als
Mindeststandards) in Ausschreibungen ergänzt werden
können. Diese Überlegung fußt auf der Annahme, dass in
bestimmten Konstellationen Preisanreize kein ausreichendes Signal für Investitionen in Flexibilität und/oder Effi­
zienz liefern können, sondern ordnungspolitische Instru-

Impulse | Flex-Efficiency

mente eingesetzt werden sollten. Dies könnte der Fall sein,
wenn zahlreiche der hier beschriebenen Hemmnisse parallel auftreten.
Überprüfung von Netznutzungsentgelten und
weiteren Abgaben und Umlagen
Netznutzungsentgelte, aber auch Abgaben und Umlagen
verzerren systematisch das Preissignal des Großhandelsmarktes. Effizienz wird durch energiebezogene Abgaben
überproportional angereizt. Für den marktdienlichen Einsatz von Flexibilität wiederum bestehen Hemmnisse durch
Netzentgelte entsprechend der Jahreshöchstlast.
Eine neue Strukturierung der Netzentgelte sowie der Ab­
gaben und Umlagen ist eine komplexe Aufgabe, bei der die
Anreizwirkungen auf Flexibilität und Effizienz zu berücksichtigen sind. Neben diesen Aspekten existieren jedoch
weitere Anforderungen, die bei einer Neustrukturierung
ebenfalls zu beachten sind. Im Weißbuch Strommarkt
hat das BMWi daher vorgeschlagen, ein konsistentes
Ziel­modell für die Struktur dieser Kostenelemente zu ent­
wickeln.
Überwindung von Informationsmängeln
und Unsicherheit
Die Analysen haben gezeigt, dass Informationsmängel in
mehreren Richtungen die Umsetzung von Flex-Efficiency
behindern. Diesen Informationsmängeln ist daher auf
mehreren Ebenen zu begegnen:
Informationsmängel, die die operativen und investiven
Wechselwirkungen von Effizienz und Flexibilität bei verschiedenen Anlagen betreffen, können durch finanziell
geförderte Pilotprojekte oder durch Ausschreibungen vermindert werden. Pilotprojekte können Vorbildwirkung für
verschiedene Akteure entfalten. Darunter sind Unternehmen der gleichen Branche wie auch bei Herstellern von
Anlagen und Regelungstechnik, aber auch Lieferanten und
Aggregatoren. Auch Ausschreibungen können das Risiko
des Investors mindern; dem Bereich der Querschnittstechnologien sollte hierbei besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.

Gerade im Bereich der Energieeffizienz zielen viele der
bislang eingesetzten Instrumente darauf ab, Informationsmängel zu beheben. Allerdings wird im Rahmen dieser
Projekte das Thema Flexibilität nicht parallel adressiert.
Vielmehr sind zum Beispiel die durch den NAPE im Hinblick auf Energieeffizienz definierten Maßnahmen relativ
unabhängig von den Flexibilitätsmaßnahmen, die durch
das Weißbuch Strommarkt adressiert werden. Hier wäre
eine engere Verzahnung von Maßnahmen nützlich.
Schließlich sollte durch aufbereitete Studien zur möglichen
mittelfristigen Entwicklung von Flexibilitätsmärkten den
Marktteilnehmern eine Einschätzung der Flexibilitäts- und
Effizienznachfrage sowie der zu erwartenden Preise
ermöglicht werden.
Umgang mit Unteilbarkeiten (und sonstigen
Anpassungsmängeln)
Unteilbarkeiten erscheinen ein praktisch wenig bedeutendes Hemmnis zu sein. Anpassungsmängel in Form von
unterschiedlichen Renditeerwartungen für verschiedene
Investitionen lassen sich mit wirtschaftspolitischen In­
strumenten nur schwierig beseitigen. Allenfalls wäre hier
denkbar, dass Investitionen in bestimmte Flexibilitätsoder Effizienzmaßnahmen subventioniert werden, um die
erzielbaren Renditen auszugleichen. Allerdings wäre hier
eine schwierige Abgrenzung zu treffen, welche Art von
Investitionen bezuschusst werden sollten.

5.3	 Anknüpfungspunkte in der betrieblichen
Praxis
Für Schlussfolgerungen in der betrieblichen Praxis sollten
die beiden Perspektiven, operativer Betrieb und Investition,
zunächst separat betrachtet werden.
Operativer Betrieb
Um optimale Abwägungen zwischen der Nutzung von
Flexibilitäten und Verbrauchen und den damit einher­
gehenden Effizienzverlusten durchführen zu können, ist
zunächst eine Informationsbasis zu schaffen. Existierende
Umweltmanagementsysteme, die in der Regel auch Energiemanagementsysteme integrieren, zielen auf Stromver-

43

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

brauchsmengen und die damit einhergehenden Umweltwirkungen ab. Sie aggregieren jedoch Jahresgrößen und
berücksichtigen nicht die Einbettung des Unternehmens in
ein Gesamtsystem, das Strom zu unterschiedlichen Zeiten
unterschiedliche Wertigkeiten und auch Emissionen
zuweist. So wird beispielsweise in Umweltberichten Energieverbrauch mit mittleren Primärenergiefaktoren bewertet, obwohl der Primärenergiefaktor des Stroms zeitlich mit
den eingesetzten Erzeugungstechnologien variiert. Daher
sollte die Perspektive von Flexibilität in Energiemanagementsysteme integriert werden.
Im Rahmen einer auf ein Energiemanagementsystem aufbauenden Ist-Analyse sollten nicht nur Effizienzpotenziale,
sondern auch Flexibilitätspotenziale ermittelt werden.
Diese Anforderung könnte in die Energiemanagementnorm ISO 50001 mit einbezogen werden. Operative FlexEfficiency für ein Unternehmen könnte daher heißen:
→→ Das Unternehmen ist sich der vorhandenen Flexibili­
täten und der relevanten, sie beschreibenden Parameter
bewusst,
→→ es kennt den Einfluss auf die Effizienz, wenn die Flexibilität eingesetzt wird, und
→→ es kann im zeitlichen Verlauf Anpassungen vornehmen,
das heißt das Verhältnis zwischen Effizienz und Flexibilität laufend verändern.
Investitionsentscheidungen
Im Hinblick auf Investitionsentscheidungen ist das
Konzept von Flex-Efficiency weiter zu fassen. Hier wäre
wün­schens­wert, dass in die Investitionsentscheidungen
künftige Flexi­bilitätsanforderungen des Gesamtsystems
optimal mit einbezogen werden. Dies könnte in Form von
Szenarioanalysen geschehen, in denen die möglichen
Angebote von Flexibilität und die dafür realisierbaren
Erträge einbezogen werden.
Diese Anforderung ist jedoch nicht nur aus Sicht von
investierenden Unternehmen zu stellen, sondern auch
bei Konstrukteuren und Anlagenplanern zu verankern.
Hier muss unter Umständen von jahrelang eingeschliffenen Vorgehensweisen der betriebswirtschaftlichen

44

Optimierung abgewichen werden, Anlagen auf Dauer­
betrieb und geringen Energieverbrauch auszulegen und
stattdessen auch Flexibilitätsoptionen mit zu berücksich­
tigen.

5.4	 Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf
Im Rahmen dieser explorativen Kurzstudie konnte das
Thema Flex-Efficiency nur angerissen werde. Die Untersuchung folgender Themenbereiche ist notwendig, um
weitere Schritte zur Operationalisierung des Themas
in Unternehmen sowie zur Schaffung der notwendigen
Rahmenbedingungen zu unternehmen.
Quantifizierung von Wechselwirkungen und Potenzialen
Im Rahmen dieser Studie wurden Wechselwirkungen
zwischen Flexibilität und Effizienz grundsätzlich dargestellt, jedoch nur an zwei Fallstudien konkretisiert. Für eine
Abschätzung der Relevanz des Themas wäre es nötig,
weitere Quantifizierungen vorzunehmen. Dazu müssen
weitere technische Fallgruppen detaillierter auf Wechselwirkungen untersucht werden, um die Ergebnisse auf
Deutschland hochrechnen zu können. So wäre zu unter­
suchen: Wie und wo finden sich die Überschneidungs­
bereiche? Wie relevant sind die Wechselwirkungen?
Ergeben sich neue technische Möglichkeiten beziehungsweise Entwicklungen aus der Optimierung?
Wirkungen von Flex-Efficiency im Gesamtsystem
Werden Effizienz- und Flexibilitätspotenziale so optimal
genutzt, wie in dieser Studie theoretisch abgeleitet, so hätte
dies Auswirkungen auf die künftigen Systemkosten der
Stromerzeugung. In welchem Ausmaß diese durch die
Anwendung des Konzeptes von Flex-Efficiency gesenkt
werden können, wäre durch eine Modellierungsstudie zu
ermitteln.
Praktische Erprobung
Im Rahmen von Pilotvorhaben sollten praktische Erfahrungen in verschiedenen Branchen oder Technologieklassen gesammelt werden, Effizienz und Flexibilität gemeinsam zu optimieren. Dazu wären entsprechende
Pilotprojekte zu konzipieren.

Impulse | Flex-Efficiency

Vertiefende Analyse der Wirksamkeit von Preissignalen
und weiteren Hemmnissen
Die Funktionsfähigkeit der Strommärkte konnte in dieser
Studie nur grob beschrieben werden. Hier könnte die existierende, getrennte Literatur für die Analyse von Hemmnissen im Effizienz- und Flexibilitätsbereich auf einer
detaillierteren Ebene zusammengenführt werden, um
genauer zu analysieren, inwieweit sich die Tatbestände
ähneln oder ob bei einer übergreifenden Optimierung von
Flexibilität und Effizienz neue Marktunvollkommenheiten
auftreten. Darauf aufbauend können Vorschläge zur
Anpassung oder Neuentwicklung von wirtschaftspolitischen Instrumenten unterbreitet werden.
Des Weiteren sind Instrumente zur verbesserten Weitergabe von Preissignalen des Großhandelsmarktes wie die
dynamische EEG-Umlage oder dynamische Netzentgelte

in ihrer Wirkung auf Effizienz und Flexibilität näher zu
analysieren. Die operativen und investiven Auswirkungen
auf Flexibilität und Effizienz müssten detaillierter untersucht werden, um Chancen und Risiken genauer beurteilen
zu können.
Ergänzende Instrumente entwickeln und analysieren
Es existiert eine Vielzahl an Vorschlägen für ergänzende
Instrumente, darunter Ausschreibungen, die bisher für den
Bereich der Effizienz und der Flexibilität separat betrachtet
wurden. Diese sollten daraufhin analysiert werden, inwieweit sie das Konzept der Flex-Efficiency unterstützen oder
in die jeweilige Maßnahme integriert werden können,
beispielsweise der Nachweis eines definierten Maßes an
Flexibilität als Voraussetzung für die Teilnahme an Ausschreibungen für Energieeffizienzmaßnahmen.

45

Agora Energiewende | Flex-Efficiency

46

Impulse | Flex-Efficiency

6.	Literaturverzeichnis
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Energiewirtschaft und technische Planung GmbH. Online
verfügbar unter http://www.bee-ev.de/fileadmin/
Publikationen/Studien/Plattform/BEE-PlattformSystemtransformation_Ausgleichsmoeglichkeiten.pdf,
zuletzt geprüft am 09. 10. 2015.

47

Publikationen von Agora Energiewende
Auf Deutsch
12 Thesen zur Energiewende

Ein Diskussionsbeitrag zu den wichtigsten Herausforderungen im Strommarkt (Lang- und Kurzfassung)

Aktionsplan Lastmanagement

Endbericht einer Studie von Connect Energy Economics

Auf dem Weg zum neuen Strommarktdesign: Kann der Energy-only-Markt 2.0 auf Kapazitätsmechanismen verzichten?
Dokumentation der Stellungnahmen der Referenten für die Diskussionsveranstaltung am 17. September 2014

Ausschreibungen für Erneuerbare Energien
Welche Fragen sind zu prüfen?

Das deutsche Energiewende-Paradox. Ursachen und Herausforderungen

Eine Analyse des Stromsystems von 2010 bis 2030 in Bezug auf Erneuerbare Energien, Kohle, Gas, Kernkraft und
CO2-Emissionen

Die Energiewende im Stromsektor: Stand der Dinge 2014
Rückblick auf die wesentlichen Entwicklungen sowie Ausblick auf 2015

Die Entwicklung der EEG-Kosten bis 2035

Wie der Erneuerbaren-Ausbau entlang der langfristigen Ziele der Energiewende wirkt

Die Rolle des Emissionshandels in der Energiewende
Perspektiven und Grenzen der aktuellen Reformvorschläge

Die Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung in der Energiewende

Status quo, Perspektiven und Weichenstellungen für einen sich wandelnden Strom- und Wärmemarkt

Der Spotmarktpreis als Index für eine dynamische EEG-Umlage

Vorschlag für eine verbesserte Integration Erneuerbarer Energien durch Flexibilisierung der Nachfrage

Die Sonnenfinsternis 2015: Vorschau auf das Stromsystem 2030

Herausforderung für die Stromversorgung in System mit hohen Anteilen an Wind- und Solarenergie

Effekte regional verteilter sowie Ost-/West-ausgerichteter Solarstromanlagen

Eine Abschätzung systemischer und ökonomischer Effekte verschiedener Zubauszenarien der Photovoltaik

Elf Eckpunkte für einen Kohlekonsens

Konzept zur schrittweisen Dekarbonisierung des deutschen Stromsektors

Erneuerbare-Energien-Gesetz 3.0

Konzept einer strukturellen EEG-Reform auf dem Weg zu einem neuen Strommarktdesign

Energieeffizienz als Geschäftsmodell

Ein marktorientiertes Integrationsmodell für Artikel 7 der europäischen Energieeffizienzrichtlinie

Kapazitätsmarkt oder Strategische Reserve: Was ist der nächste Schritt?

Eine Übersicht über die in der Diskussion befindlichen Modelle zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit
in Deutschland

Klimafreundliche Stromerzeugung: Welche Option ist am günstigsten?

Stromerzeugungskosten neuer Wind- und Solaranalagen sowie neuer CCS- und Kernkraftwerke auf Basis
der Förderkonditionen in Großbritannien und Deutschland

Kostenoptimaler Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland

Ein Vergleich möglicher Strategien für den Ausbau von Wind- und Solarenergie in Deutschland bis 2033

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Publikationen von Agora Energiewende
Negative Strompreise: Ursache und Wirkungen
Eine Analyse der aktuellen Entwicklungen – und ein Vorschlag für ein Flexibilitätsgesetz

Netzentgelte in Deutschland
Herausforderungen und Handlungsoptionen

Positive Effekte von Energieeffizienz auf den deutschen Stromsektor
Endbericht einer Studie von der Prognos AG und dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW)

Power-to-Heat zur Integration von ansonsten abgeregeltem Strom aus Erneuerbaren Energien
Handlungsvorschläge basierend auf einer Analyse von Potenzialen und energiewirtschaftlichen Effekten

Stromspeicher für die Energiewende
Untersuchung zum Bedarf an neuen Stromspeichern in Deutschland für den Erzeugungsausgleich, Systemdienstleistungen
und im Verteilnetz

Transparenzdefizite der Netzregulierung
Bestandsaufnahme und Handlungsoptionen

Wie kommt Öko-Strom zum Verbraucher?
Eine Analyse von Stand und Perspektiven des Direktvertriebs von gefördertem Erneuerbare-Energien-Strom

Auf Englisch
12 Insights on Germany’s Energiewende
An Discussion Paper Exploring Key Challenges for the Power Sector

Benefits of Energy Efficiency on the German Power Sector
Final report of a study conducted by Prognos AG and IAEW

Comparing Electricity Prices for Industry
An elusive task – illustrated by the German case

Comparing the Cost of Low-Carbon Technologies: What is the Cheapest Option?
An analysis of new wind, solar, nuclear and CCS based on current support schemes in the UK and Germany

Cost Optimal Expansion of Renewables in Germany
A comparison of strategies for expanding wind and solar power in Germany

Increased Integration of the Nordic and German Electricity Systems
Modelling and Assessment of Economic and Climate Effects of Enhanced Electrical Interconnection and
the Additional Deployment of Renewable Energies

Power Market Operations and System Reliability
A contribution to the market design debate in the Pentalateral Energy Forum

The Danish Experience with Integrating Variable Renewable Energy
Lessons learned and options for improvement

The Integration Cost of Wind and Solar Power
An Overview of the Debate of the Effects of Adding Wind and Solar Photovoltaics into Power Systems

Understanding the Energiewende
FAQ on the ongoing transition of the German power system

49

093/01-S-2016/DE

Wie gelingt uns die Energiewende?
Welche konkreten Gesetze, Vorgaben
und Maßnahmen sind notwendig,
um die Energiewende zum Erfolg
zu führen? Agora Energiewende
will helfen, den Boden zu bereiten,
damit Deutschland in den kommenden
Jahren die Weichen richtig stellt.
Wir verstehen uns als Denk- und
Politiklabor, in dessen Mittelpunkt
der Dialog mit den relevanten
energiepolitischen Akteuren steht.

Agora Energiewende
Rosenstrasse 2 | 10178 Berlin | Germany
T +49 (0)30 284 49 01-00
F +49 (0)30 284 49 01-29
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Agora Energiewende is a joint initiative of the Mercator Foundation and the European Climate Foundation.
        
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