Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig?

Inhalt

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Symbolverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Effizienz nach Perspektiven
1.2 Energiesparinvestition
1.3 Hintergrund des Energiesparens
1.3.1 Technische Einsparpotentiale
1.3.2 Wirtschaftliche Einsparpotentiale
1.4 „Efficiency gap”, „energy efficiency paradox“ und „rebound effect”

2 Das strukturierte Tiefeninterview
2.1 Methodik
2.2 „Recall“ und „Recognition“ Wissen
2.3 Die Zielpersonen

3 Markteinflüsse
3.1 Energiemarktstruktur und Elektrizitätspreise
3.2 Lineare Kostenabhängigkeit bei positiven Deckungsbeiträgen
3.3 Hindernis Informationsdefizit
3.4 Energiesparinvestitionsrechnungen
3.4.1 Kostenansatz für Investitionsrechenmodelle
3.4.2 Die Beispielwerte
3.4.3 Amortisationsrechnung
3.4.4 Kapitalwertmethode
3.4.5 Interner Zinsfuß
3.4.6 Zusammenfassende Diskussion der Investitionsrechenmodelle
3.5 Begrenzte Ressourcen
3.5.1 Zeit
3.5.2 Mitarbeiter
3.5.3 Kapital
3.6 Organisationale Probleme
3.6.1 Verständnis beim Management
3.6.2 Gewohnheitskauf

4 Politische Rahmenbedingungen
4.1 Notwendigkeit politischer Eingriffe
4.2 Instrumente

5 Fazit

Summary

Anhang
A.1 Primärenergieträger in Deutschland
A.2 Industriestrompreise in Deutschland
A.3 Relative Verteilung von Elektromotoren nach Wirkungsgradklassen
A.4 Wirkungsgradgrenzen nach CEMEP
A.5 Beispielrechnung verschiedener Investitionsrechenverfahren
A.6 Struktur des Fragebogens
A.7 Antwortbogen 20081209
A.8 Antwortbogen 20081215
A.9 Antwortbogen 20081216
A.10 Antwortbogen 20090115
A.11 Antwortbogen 20090121
A.12 Antwortbogen 20090122
A.13 Antwortbogen 20090129

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb.1: Das „Erreichbare Soziale Optimum“

Abb.2: Basisdaten zu den befragten Experten

Abb.3: Stellungnahmen zu „Informationsdefiziten“

Abb.4: Daten für Beispielrechnung zu Investitionsrechenverfahren

Abb.5: Aussagen hinsichtlich eines „Realoptionenansatzes“

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

Abb.7: Aussagen zur begrenzten Ressource „Mitarbeiter“

Abb.8: Stellungnahmen zur begrenzten Ressource „Kapital“

Abb.9: Antworten zu „organisationalen Problemen“

Abb.10: Einschätzung des „Verständnisses beim Management“

Abb.11: Aussagen hinsichtlich „Anschaffungskosten“

Abb.12: Stellungnahmen zu einer „Umsatzorientierung“

Abb.13: Auskünfte zum „Gewohnheitskauf“

Abb.14: Ansichten zur Absicherung gegen „Energiepreisschwankungen“

Abb.15: Antworten zu mehr „Innovationen“

Abb.16: Primärenergieträger in Deutschland

Abb.17: Industriestrompreise in Deutschland

Abb.18: Relativer Absatz von Elektromotoren nach Effizienzklassen

Abb.19: Effizienzklassengrenzen nach CEMEP (2006)

Abb.20: Beispielrechnung zu verschiedenen Investitionsrechenverfahren

Abb.21: Struktur des Fragebogens

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Symbolverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik

1 Einleitung

Energiesparinvestitionen sind Ausgaben für eine effiziente Umwandlung von Energie. Die- se Ausgaben müssen begründet und verhältnismäßig sein. Um eine gesamtzieloptimale Al- lokation von effizienter Energiespartechnik zu erreichen, ist es bedeutsam, neben betriebs- wirtschaftlichen Fragestellungen auch technische sowie volkswirtschaftliche und politische Perspektiven zu berücksichtigen. Aus Sicht eines Unternehmens ist dabei bedeutsam, in- wiefern die Energieersparnis oder Umwandlung dem ökonomischen Rationalprinzip ent- spricht.

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

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

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

Aufgrund der langen geologischen Entstehungszeiträume fossiler Energieträger kann der zu erwartende künftige Energieverbrauch nicht gedeckt werden und die Atomkraft ist auf- Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik grund unzumutbarer Risiken für die Gesellschaft nicht weiter tragbar. Entsprechend dieser Umstände ergibt sich eine Knappheit für das Gut Energie.

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

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

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

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

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

1.1 Effizienz nach Perspektiven

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

Laut Patterson (1996), Gunn (1997) und Jaffe et al. (1999) muss in Hinsicht auf Energie- sparen zu einem besseren Verständnis des Begriffes „Effizienz“ auf unterschiedliche Pers- pektiven eingegangen werden. Patterson (1996) und Gunn (1997) unterteilen hierfür in die Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik zwei Gruppen oder Perspektiven „Politiker“ und „Ökonomen“, während Jaffe et al. (1999) die Perspektiven von „Ökonomen“ und „Techniker“ in den Vordergrund stellt. Es ist festzuhalten, dass aus jeder Perspektive einzeln heraus sich unterschiedliche Ergebnisse ergeben, wann eine effiziente Energiesparinvestition vorliegt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Das „Erreichbare Soziale Optimum“¹.

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

Es ist nicht möglich, dieses „Erreichbare Soziale Optimum“ exakt mathematisch abzubil- den und kann daher nur verbal beschrieben oder wie in Abb.1 nach Jaffe et al. (1999) dar- Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik gestellt werden. Demnach lassen sich anhand der unterschiedlichen Perspektiven vier op- timale Zustände beschreiben, bezeichnet mit „Ökonomisches Optimum“, „Technologi- sches Optimum“, „Theoretisches Politisches Optimum“ und „Erreichbares Soziales Opti- mum“. Erstrebenswert wäre dabei im Idealfall das „Theoretisch Politische Optimum“. Nach Jaffe et al. (1999) ist das „Erreichbare Soziale Optimum“ realistisch und möglich in- dem Marktfehler und externe Effekte zu gesellschaftlich akzeptablen Kosten abgebaut werden.

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

1.2 Energiesparinvestition

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

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

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

1.3 Hintergrund des Energiesparens

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

Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik Will man also den heutigen Wohlfahrtsstandard für künftige Generationen erhalten oder sogar anheben, muss eine Änderung im Energieverbrauch oder im Energiemix vollzogen werden.

Um die Energienachfrage künftig zu sichern, können vielerlei Lösungen in Betracht gezogen werden. Grundsätzlich können aber zwei Möglichkeiten intensiver genutzt werden. Einerseits kann eine Umstellung der Energieträger von bisher nichtregenerativen auf erneuerbare Energien² geschehen. Dieser Umstellungsprozess ist allerdings kurz- und mittelfristig³ nicht zu realisieren. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die Energienachfrage zu beeinflussen. Die Senkung der Energienachfrage unter Beibehaltung des Wohlfahrtsstandards ist aber nur möglich, wenn der bisherige Verbrauch künftig effizienter erfolgt und somit die Energieintensität gesenkt wird.

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

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

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

Warum unterbleiben effiziente Energiesparinvestitionen so häufig? Das Beispiel elektrische Antriebstechnik Eine effizientere Energienutzung würde zudem Haushalte und Industrie entlasten, indem der verursachte Energiemengenverbrauch gesenkt werden würde. Aufgrund steigender Strompreise gewinnt der Kostenanteil durch den Energieverbrauch mehr und mehr an Be- deutung und bindet damit Kaufkraft. Weitere Vorteile effizienter Energienutzung wären die Reduzierung des Risikos nuklearer Energieerzeugung und die Senkung der Importab- hängigkeit von Volkswirtschaften, die mit geringen Energieressourcen ausgestattet sind.

1.3.1 Technische Einsparpotentiale

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

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

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

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

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

[...]

¹ Erstellt in Anlehnung an Jaffe et al. (1999).

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

³ Es sei hier festgehalten, dass die kurze Frist etwa ein bis fünf Jahre entspricht, die mittlere Frist etwa fünf bis zehn Jahre und die lange Frist mehr als zehn Jahre.

⁴ Hierzu wird auf weiterführende Literatur von Parasiliti et al. (2003): „Energy Efficiency in Motor Driven Systems“ oder Nadel et al. (2002): „Energy-Efficient Motor Systems: A Handbook on Technology, Program, and Policy Opportunities” verwiesen.