Regional differenzierte Modellanalyse der Erzeugung von Biomasse zur energetischen Nutzung in Deutschland:
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Braunschweig
Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL)
2003
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| Schriftenreihe: | Landbauforschung Völkenrode / Sonderheft
261 |
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| Beschreibung: | XII, 144 S. graph. Darst., Kt. |
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| adam_text | Titel: Regional differenzierte Modellanalyse der Erzeugung von Biomasse zur energetischen Nutzung in Deutsc
Autor: Hemme-Seifert, Katja
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Problemstellung 1
1.2 Zielsetzung 2
1.3 Vorgehensweise 2
2 Einordnung der Arbeit 5
2.1 Definition zentraler Begriffe 5
2.1.1 Biomasse als Erneuerbare Energie 5
2.1.2 Interne, externe und soziale Kosten der Bereitstellung
und Einsatz von Energie 7
2.2 Stellenwert Erneuerbarer Energien und Biomasse in Deutschland 9
2.2.1 Anteil Erneuerbarer Energien am Primärenergieverbrauch 10
2.2.2 Erneuerbare Energien in der Stromproduktion 10
2.2.3 Entwicklung der Biodieselproduktion 11
2.2.4 Biomasse in der landwirtschaftlichen Produktion 12
2.2.5 Fazit 14
2.3 Energie-und agrarpolitische Rahmenbedingungen 14
2.3.1 Energiepolitik 15
2.3.1.1 Energiepolitisches Ziel: Klimaschutz 15
2.3.1.2 Maßnahmen im Bereich Biomasse 18
2.3.1.3 Fazit 21
2.3.2 Agrarpolitik 22
2.3.2.1 Entwicklungen der Agrarpolitik seit 1990 23
2.3.2.2 Maßnahmen im Bereich des Klimaschutzes 24
2.3.2.3 Fazit 25
2.4 Methodische Einordnung 25
2.4.1 Potenzialabschätzungen 26
2.4.2 Wirtschaftlichkeitsanalysen 27
2.4.3 Einsatz ökonomischer Modelle für den Agrarbereich 27
t Entwicklung der Analysemethode und der Datengrundlage 30
3.1 RAUMS als Methodik für die Angebotsanalyse 30
3.1.1 Genereller Ansatz und Anwendungsmöglichkeiten 30
3.1.2 Aufbau von Produktionsverfahren in RAUMIS 36
3.1.3 Konzeption der Modellgrundlage 3 9
3.1.3.1 Modellaufbau 39
3.1.3.1.1 Verfahren der Biomasseproduktion auf
stillgelegten Flächen 39
3.1.3.1.2 Verfahren auf nicht stillgelegten Flächen 41
3.1.3.1.3 Flächenunabhängige Verfahren 42
3.1.4 Datengrundlage zur regionalen Abbildung 45
3.1.4.1 Produktionsverfahren Miscanthus 45
3.1.4.2 Produktionsverfahren Pappeln 47
3.1.4.3 Produktionsverfahren Waldrest- und Schwachholz 51
3.1.4.4 Produktionsverfahren Stroh 55
3.1.4.5 Sonstige Produktionsverfahren 61
3.2 Methodik zur Preisermittlung für Biomasse:
Die Äquivalenzkostenmethode 61
3.2.1 Annahmen und Datengrundlage für die
Berechnung von Äquivalenzkosten 64
3.2.2 Betriebswirtschaftliche Äquivalenzkosten 69
3.2.3 Soziale Äquivalenzkosten 71
3.3 Methodik zur Quantifizierung makroökonomischer Effekte 72
3.3.1 Beschäftigungswirkungen 73
3.3.2 Land- und forstwirtschaftliches Einkommen 75
3.3.3 Steuereinnahmen 76
Spezifizierung der Modellanwendungen 81
4.1 Basisjahr und Referenz 81
4.2 Modellanwendungen 82
4.2.1 Anwendung A: „Biomasseproduktion unter
betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten (Szenario 1) 82
4.2.2 Anwendung B: „Biomasseproduktion aus volkswirt-
schaftlicher Sicht (Szenarien 2 bis 4) 84
4.2.3 Ergänzende Annahmen 87
5 Ergebnisse der Modellanwendungen 88
5.1 Basisjahr 95 und Referenz 05 88
5.2 Anwendung A: Biomasseproduktion aus betriebswirtschaftlicher
Sicht (Szenario 1) 89
5.2.1 Art und Umfang der erzeugten Bioenergieträger 90
5.2.2 Auswirkungen auf die Flächennutzung 94
5.2.3 Auswirkungen auf das Einkommen 94
5.2.4 Auswirkungen auf die Beschäftigung 97
5.2.5 Auswirkungen auf die Steuereinnahmen 99
5.2.6 Variation des Szenarios 1 100
5.3 Anwendung B: Biomasseproduktion aus volkswirtschaftlicher
Sicht (Szenarien 2 bis 4) 101
5.3.1 Art und Umfang der erzeugten Bioenergieträger 102
5.3.2 Struktur der Holzaufbereitung 107
5.3.3 Auswirkungen auf die Flächennutzung 108
5.3.4 Auswirkungen auf das Einkommen 109
5.3.5 Auswirkungen auf die Beschäftigung 110
5.3.6 Auswirkungen auf die Steuereinnahmen 112
5.4 Schlussfolgerungen 113
5.4.1 Inhaltliches Fazit 113
5.4.1.1 Anwendung A: Biomasseproduktion aus
betriebswirtschaftlicher Sicht (Szenario 1) 113
5.4.1.2 Anwendung B: Biomasseproduktion aus
volkswirtschaftlicher Sicht (Szenario 2 bis 4) 114
5.4.1.3 Abschließendes Fazit: Anwendung A und
Anwendung B 115
5.4.2 Methodisches Fazit 116
6 Zusammenfassung 118
Literaturverzeichnis 123
Anhang 130-138
Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 2.1: Primärenergieverbrauch in Deutschland 10
Tabelle 2.2: Inlandsabsatz von Dieselkraftstoff und produzierter Bio-
diesel in den Jahren 1990 bis 1999 11
Tabelle 2.3: Umfange der sektoralen Flächenstilllegung sowie Non-
Food-Raps auf obligatorischer Stilliegung 13
Tabelle 2.4: Minderungsziele für Treibhausgasemissionen (Prozent
CO2-Äquivalentemissionen) 2008 bis 2012, bezogen auf
1990 (3. Vertragsstaatenkonferenz in Kyoto, Dezember 1997) 16
Tabelle 2.5: Reduktionsverpflichtungen und Obergrenzen für Treibhaus-
gasemissionen der EU-Mitgliedsstaaten, bezogen auf ihre
1990er Emissionen 16
Tabelle 2.6: Steuersätze für Strom und Treibstoffe aus fossilen Rohstoffen
unter Einbezug der Steuerreform von 1999 bis nach 2003 19
Tabelle 2.7: Aktuelle energiepolitische Rahmenbedingungen und ihre
Wirkungen auf die Energieproduktion aus Biomasse 21
Tabelle 2.8: Beispiele für Agrarsektormodelle 29
Tabelle 3.1: Datenbedarf für die regionale Abbildung der Biomasse-
produktion sowie deren Verfügbarkeit 38
Tabelle 3.2: Schematische Darstellung der Verflechtungsbeziehungen zur
Abbildung von Biomasseproduktionsverfahren auf stillgelegten
Flächen 40
Tabelle 3.3: Schematische Darstellung der Verflechtungsbeziehungen
zur Abbildung von Biomasseproduktionsverfahren auf
Ackerflächen am Beispiel Zuckerrüben 41
Tabelle 3.4: Schematische Darstellung der Verflechtungsbeziehungen
zur Abbildung von Biomasseproduktionsverfahren auf
Ackerflächen und stillgelegten Flächen am Beispiel Triticale 42
Tabelle 3.5: Schematische Darstellung der Verflechtungsbeziehungen zur
Abbildung von flächenunabhängigen Biomasseproduktions-
verfahren am Beispiel Strohbereitstellung 43
Tabelle 3.6:
Tabelle 3.7:
Tabelle 3.8:
Tabelle 3.9:
Tabelle 3.10:
Tabelle 3.11:
Tabelle 3.12:
Tabelle 3.13:
Tabelle 3.14:
Tabelle 3.15:
Tabelle 3.16:
Tabelle 4.1:
Tabelle 4.2:
Modellhafte Abbildung des maximalen Anteils am voll-
mechanisierten Verfahren im Brusthöhendurchmesser 1
und Brusthöhendurchmesser 2 44
Im Modell abgebildete Holzbereitstellungsverfahren 52
Tierartspezifischer Strohbedarf in Deutschland (Basisjahr)
unter Berücksichtigung der Weidetage 57
Durch Biomasse substituierte fossile Energieträger 64
Zusammensetzung der internen Energiegestehungskosten
fossiler Vergleichssysteme mit Berücksichtigung der
Brennstoffkosten 65
Zusammensetzung der internen Energiegestehungskosten
von Biomasseenergieträgern ohne Berücksichtigung der
Brennstoffkosten für Biomasse 66
Quantifizierbare externe Kosten der untersuchten Energie-
träger in verschiedenen Verwendungsalternativen 68
Betriebswirtschaftliche Äquivalenzkosten fester Bioenergie-
träger in verschiedenen Energieerzeugungssystemen frei
Energieanlage in Deutschland insgesamt 69
Betriebswirtschaftliche Äquivalenzkosten für die
Ausgangsprodukte von Biokraftstoffen frei Produktionsanlage 70
Soziale Äquivalenzkosten fester Bioenergieträger in ver-
schiedenen Energieerzeugungssystemen 71
Soziale Äquivalenzkosten für die Ausgangsprodukte von
Biokraftstoffen und für die jeweiligen Kraftstoffe beim
fossilen Referenzkraftstoff 72
Preisannahmen für konventionelle pflanzliche Produkte im
Basisjahr und in der Referenz (Auszug) 82
Anwendung A: Unterstellte Preise für biogene Festbrenn-
stoffe sowie landwirtschaftliche Ausgangsstoffe für die
Herstellung biogener Kraftstoffe frei Energieanlage bzw.
Konversionsanlage 84
Tabelle 4.3:
Tabelle 4.4:
Tabelle 5.1:
Tabelle 5.2:
Tabelle 5.3:
Tabelle 5.4:
Tabelle 5.5:
Tabelle 5.6:
Tabelle 5.7:
Tabelle 5.8:
Tabelle 5.9:
Tabelle 5.10:
Tabelle 5.11:
Tabelle 5.12:
Tabelle 5.13:
Tabelle 5.14:
Anwendung B: Unterstellte Preise für biogene Festbrenn-
stoffe sowie landwirtschaftliche Ausgangsstoffe für die
Herstellung biogener Kraftstoffe frei Energieanlage bzw.
Konversionsanlage 86
Szenarienüberblick 86
Charakterisierung des Basisjahres 1995 und des Referenz-
szenarios 2005 für die Landwirtschaft auf sektoraler Ebene 89
Szenario 1: Auf sektoraler Ebene bereitgestellte Biomasse-
mengen 90
Szenario 1: Nach Bundesländern differenzierter Energieoutput 91
Szenario 1: Wirkungen auf die Flächennutzung gegenüber
der Referenz 94
Szenario 1: Einkommens- und Gewinnwirkungen innerhalb
der Landwirtschaft gegenüber der Referenz 95
Szenario 1: Einkommenswirkungen innerhalb der Forst-
wirtschaft 97
Szenario 1: Beschäftigungswirkungen innerhalb der Land-
und Forstwirtschaft 97
Szenario 1: Änderung des quantifizierten Steueraufkommens 100
Variationsszenarien des Szenario 1: Senkung des Äquivalenz-
preises auf 70 bzw. 50 % und daraus resultierende Ände-
rungen der Energiebereitstellung
Auf sektoraler Ebene bereitgestellte Mengen an Biomasse
Szenario 4: Nach Bundesländern differenzierter
Energieoutput
Szenarien 2 bis 4: Struktur der Holzbereitstellung
Szenario 4: Sektorale Wirkungen auf die Flächennutzung
gegenüber der Referenz
101
102
106
108
108
Einkommens- und Gewinnwirkungen innerhalb der
Landwirtschaft gegenüber der Referenz (Szenarien 2 bis 4) 109
Tabelle 5.15: Einkommenswirkungen innerhalb der Forstwirtschaft 110
Tabelle 5.16: Beschäftigungswirkungen innerhalb der Land- und
Forstwirtschaft 111
Tabelle 5.17: Veränderung des quantifizierten Steueraufkommens im
Jahr 2005 (Szenarien 2 bis 4) 112
Verzeichnis der Abbildungen
Abbildung 2.1:
Abbildung 2.2:
Abbildung 2.3:
Abbildung 2.4:
Abbildung 3.1:
Abbildung 3.2:
Abbildung 3.3:
Abbildung 3.4:
Abbildung 3.5:
Abbildung 3.6:
Abbildung 3.7:
Abbildung 5.1:
Abgrenzung des verwendeten Begriffs der Biomasse und
Einordnung der wichtigsten Biomasseenergieträger 6
Anteil der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien in
Deutschland an der Gesamtstromproduktion 11
Entwicklung der Non-Food-Rapsproduktion auf still-
gelegten und nicht stillgelegten Flächen 1993 bis 2000 13
Entwicklung der CC^-Emissionen in Deutschland von
1990 bis 1999 sowie Ziel im Jahr 2005 17
Schematische Darstellung des Modellsystems RAUMIS 31
Grafische Herleitung von PQP-Termen 34
Erträge von Pappeln im Kurzumtrieb in Abhängigkeit
von der Bodenzusammensetzung in Tonnen Trocken-
masse (atro) pro Jahr 50
Aufbereitungskosten für Schwach- und Waldrestholz im
motormanuellen Verfahren ohne Einbezug der Kosten
für Arbeit nach Dieter (2000) und eigene Berechnungen 53
Vergleich der Aufbereitungskosten für Schwachholz
(BHD 1) im vollmechanisierten und teilmechanisierten
Verfahren unter Einbezug der Kosten für Arbeit nach
Dieter (2000) 54
Vergleich der Aufbereitungskosten für Waldrestholz
(BHD 2) im vollmechanisierten und teilmechanisierten
Verfahren unter Einbezug der Kosten für Arbeit nach
Dieter (2000) 54
Berechnungsschema für die Äquivalenzkosten am Beispiel
der betriebswirtschaftlichen Äquivalenzkosten für Holz
beim Einsatz im Heizkraftwerk 63
Szenario 1: Prozentuale Änderung des Arbeitsbedarfs
innerhalb der Landwirtschaft, differenziert nach
Bundesländen 98
Verzeichnis der Karten
Karte 3.1: Regionale Ertragsabschätzung für Miscanthus 47
Karte 3.2: Regionale Ertragsabschätzung für Pappeln im Kurzumtrieb 51
Karte 3.3: Regionale Kosten für die vollmechanisierte Holzernte
im BHD 2 55
Karte 3.4: Zu- und Verkaufsregionen für Stroh unter Berücksichti-
gung des regionalen Einstreustrohbedarfs und des Getreide-
umfangs im Basisjahr 1995 58
Karte 3.5: Kalkulierter Bedarf an Einstreustroh in Prozent des
Strohaufkommens im Basisjahr 1995 59
Karte 3.6: Kalkulierter Bedarf an Einstreustroh in Prozent des
Strohaufkommens in der Referenz 2005 60
Karte 5.1: Szenario 1: Schwerpunkte von energetisch genutztem
Stroh in 1.000 t/Modellkreis 92
Karte 5.2: Szenario 1: Schwerpunkte der motormanuellen Holzauf-
bereitung in 1.000 t atro/Modellkreis 93
Karte 5.3: Szenario 1: Schwerpunkte der vollautomatisierten
Holzaufbereitung in 1.000 t atro/Modellkreis 93
Karte 5.4: Szenario 1: Änderung der Nettowertschöpfung der Land-
wirtschaft in Prozent gegenüber der Referenz 96
Karte 5.5: Szenario 1: Änderung der Beschäftigung in der Land-
wirtschaft in Prozent gegenüber der Referenz 99
Karte 5.6: Szenario 2: Schwerpunkte der vollautomatisierten
Holzaufbereitung in 1.000 t atro/Modellkreis 103
Karte 5.7: Szenario 3: Schwerpunkte der motormanuellen Holzauf-
bereitung in 1.0001 atro/Modellkreis 104
Karte 5.8: Szenario 3: Schwerpunkte der vollautomatisierten
Holzaufbereitung in 1.000 t atro/Modellkreis 105
Karte 5.9: Szenario 4: Schwerpunkte von energetisch genutztem
Stroh in 1.000 t/Modellkreis 107
Karte 5.10: Szenario 4: Änderung der Nettowertschöpfung der Land-
wirtschaft in Prozent gegenüber der Referenz 110
Verzeichnis der Karten im Anhang
Karte A. 1: Regionale Kosten für die motormanuelle Holzernte im
Brusthöhendurchmesser 1 131
Karte A.2: Regionale Kosten für die motormanuelle Holzernte im
Brusthöhendurchmesser 2 131
Karte A.3: Kosten für die motormanuelle Holzernte im Brusthöhen-
durchmesser 3 132
Karte A.4: Regionale Kosten für die vollmechanisierte Holzernte im
Brusthöhendurchmesser 1 132
Tabelle A. 1: Verfahrensschritte und eingesetzte Maschinen/Geräte für die
Produktion und Bereitstellung von ein- und mehrjährigen
hahngutartigen Bioenergieträgern (am Beispiel eines
5 ha-Schlages) 133
Verzeichnis der Tabellen im Anhang
Tabelle A.2: Verfahrensschritte und eingesetzte Maschinen/Geräte für die
Produktion und Bereitstellung von Holzhackschnitzeln aus
Forstkulturen (am Beispiel eines 5 ha-Schlages) 133
Tabelle A.3: Verfahrensschritte und eingesetzte Maschinen/Geräte für die
Produktion und Bereitstellung von Holzhackschnitzeln aus
Pappel-Kurzumtriebsplantagen (am Beispiel eines
5 ha-Schlages) 134
Tabelle A.4: Verfahrensschritte und eingesetzte Maschinen/Geräte für die
Produktion und Bereitstellung von flüssigen Bioenergie-
trägern (am Beispiel eines 5 ha-Schlages) 134
Tabelle A.5: Annahmen über die Einteilung der Größenklassen in der
Tierproduktion 135
Tabelle A.6: Annahmen über den Einstreubedarf bei Tierhaltungsver-
fahren auf Stroh 135
Tabelle A.7: Korn-/Strohverhältnisse von Getreide 136
Tabelle A. 8:
Tabelle A.9:
Tabelle A. 10:
Tabelle A.I 1:
Tabelle A. 12:
Tabelle A. 13:
Kraftstoffverbrauch der untersuchten Mittelklasse-Pkw
in Abhängigkeit vom eingesetzten Treibstoff 136
Kostenstruktur des Betriebs eines Mittelklasse-Pkw
mit Otto- bzw. Dieselmotor (Angaben ohne MwSt.) 136
Feuerungstechnik, Nutzungsgrade, Eigenstromverbrauch
und Personalbedarf der untersuchten Energieanlagen 137
Installierte Leistung, Auslastung und Investitionskosten
der untersuchten stationären Energieanlagen (Angaben ohne
MwSt.) 137
Modell RAUMIS: Jährliche Wachstumsraten für Erträge
und resultierende Ertragsannahmen (Auszug des sektoralen
Durchschnitts) 138
Modell RAUMIS: Jährliche Wachstumsraten für Erträge
und resultierende Ertragsannahmen (Auszug des sektoralen
Durchschnitts) 138
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