Der Bericht wurde im Auftrag der Kommission der Europruschen Gemeinschaften, Generaldirektion fUr Wissenschaft, Forschung und Entwicklung yom Fraunhofer-Institut fUr Systemtechnik und Innovationsforschung erstellt. Olav Hohmeyer Soziale Kosten des Energieverbrauchs Exteme Effekte des ElektriziUitsverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland Zweite, revidierte und erweiterte Auflage Mit 28 Abbildungen und 35 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Dipl.-Oec. Olav Hohmeyer In Zusammenarbeit mit: Dr. HariolfGrupp Julia Peter, B. S. Dr. Fredy Jiiger Dipl.-Volkswirt Gerhard Schulz Dr. Jill Jiiger Dipl.-Volkswirt Inge Tatsch Dr. Eberhard Jochem Fraunhofer-Institut flir Systemtechnik und Innovationsforschung Breslauer StraBe 48, D-7S00 Karlsruhe I Dr. Wolfgang Palz Kommission der Europiiischen Gemeinschaften Rechtlicher Hinweis: Weder die Kommission der Europiiischen Gemeinschaften noch irgendeine Person im Auftrag der Kommission ist flir die magliche Verwendung der im folgenden gegebenen Informationen verantwortlich. Dokument Nr. EUR 11519 Kommission der Europiiischen Gemeinschaften -------------------------------------------------------- ------ ISBN 978-3-540-51046-8 ISBN 978-3-662-09952-0 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-09952-0 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Hohmeyer, Olav: Soziale Kosten des Energieverbrauchs: externe Effekte des Elektrizitatsverbrauchs in der Bundesrepublik Deutschland / Olav Hohmeyer. [Der Bericht wurde im Auftr. d. Komm. d. Europ. Gemeinschaften, Generaldirektion flir Wiss., Forschung u. Entwicklung yom Fraunhofer-Inst. flir Systemtechnik u. Innovationsforschung erstellt. In Zusammenarb. mit HariolfGrupp ... J. -2., rev. u. erw. Aufl. - Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer, 1989 Dt. Ausg. u.d.T: Hohmeyer, Olav: Soziale Kosten des Energieverbrauchs Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdruckes, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendungen, der Mikroverfilmung oder der VervieWiltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielf:iltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland yom 9. September 1965 in der Fassung yom 24. Juni 1985 zulassig. Sie istgrundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des U rheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1988, 1989 Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1989. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebungals frei zu betrachten waren und da her von jedermann benutzt werden diirften. Bindearbeiten: T. Gansert GmbH, Weinheim-Sulzbach 214217130-54321 Vorwort zur erweiterten 2. Auflage Das nationale und internationale Interesse an der Problematik der sozialen Ko gro~e sten des Energieverbrauchs hat die Erwartungen des Verlages und des Verfassers weit ubertroffen. Es hat dazu gefuhrt, die erste Auflage des vorliegenden Buches be da~ reits nach knapp drei Monaten vergriffen war. Dies gibt uns die Moglichkeit, jetzt eine erheblich erweiterte, stark uberarbeitete und an einigen Stellen korrigierte zweite Auflage des Buches zu publizieren. Eine Reihe von Vortragen zur lhematik mit zum leil ausfuhrlichen Diskussionen mit Fachkollegen, Politikern, Vertretern der Wirtschaft und interessierten Laien boten die Moglichkeit, eine ganze Anzahl nutzlicher zur Weiterentwicklung des Denkansto~e verfolgten Ansatzes zu bekommen. Ich danke allen Beteiligten fur ihre intensive Aus einandersetzung mit den von mir vorgetragenen Gedanken und fur ihre sehr hilfreichen Anregungen. Neben kleinen Korrekturen, die keinen auf die vorgelegten Ergebnisse haben, Einflu~ wurde vor allem der Zurechnungsschlussel fur die sozialen Kosten der konventionellen Stromerzeugung auf die gesamte jahrliche Stromerzeugung korrigiert. Dies fuhrt zu geringfugig niedrigeren sozialen Kosten pro Kilowattstunde im Vergleich zur ersten Auflage. Die Erweiterungen und grundlichen Oberarbeitungen beziehen sich auf eine breitere Einfuhrung in die Problematik, die Darstellung des theoretischen Hintergrunds der Arbeit, die Darstellung der Methode zur Berechnung der Produktions- und Beschafti gungseffekte, das Kapitel zur Ressourcentheorie, die zusatzlichen Berechnungen auf der Basis reiner Arbeitspreise fUr die zu substituierende Elektrizitat und die Dar stellung der Annahmen im Kapitel uber den Einflu~ der sozialen Kosten auf den Allo kationsproze~. Vollig neu ist das Modell zur Erhaltung des 'Energiekapitalstocks' im Kapitel Uber die Erschopfung nicht erneuerbarer Energietrager. Ich hoffe, mit diesen Erganzungen und Oberarbeitungen die vorliegende Arbeit erheblich abgerundet zu ha ben. Die vorliegende erweiterte und uberarbeitete Fassung war nicht zuletzt deshalb mog lich, weil sie gleichzeitig die nur unwesentlich gekurzte Fassung meiner Disserta tion darstellt, die im Januar 1989 an den Promotionsausschu~ der Universitat Bremen unter der Betreuung durch Professor R. Hickel eingereicht worden ist. Karlsruhe, im Januar 1989 Olav Hohmeyer Vorwort zur 1. Auflage Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit haben betrachtlich von der Vorarbeit vieler anderer Autoren profitiert. Dies gilt besonders fUr die Bereiche der monetarisierten Umwelteffekte (Wicke sollte hier als hervorragendes, aber nicht einzigartiges Bei spiel genannt werden) wie auch der Auswirkungen radioaktiver 'Niedrigstrahlung' auf die menschliche Gesundheit. Auf diesem Gebiet gilt mein besonderer Dank Frau Profes sor Dr. Schmitz-Feuerhake, die durch zur VerfUgungstellen der neuesten Forschungser gebnisse auf diesem Gebiet wesentlich zur Abrundung der Arbeit beigetragen hat. An der Ausarbeitung des ursprUnglichen Entwurfs der Studie waren I. T6tsch (Kapitel 2.1-2.4, 3.1 und 3.2.2.3.4) und G. Schulz (Kapitel 3.2.1.1.1-3.2.1.1.5 und 3.2.1.3) sowohl mit der Beschaffung und Auswertung der Daten als auch mit eigenen TextentwUr fen beteiligt. FUr diese sehr wichtigen Vorarbeiten gilt mein Dank diesen ehemaligen Kollegen, die zum Zeitpunkt der Fertigstellung des abschlie~enden Berichts leider nicht mehr an unserem Institut weilten. Da die EntwUrfe aufgrund ihres Weggangs ohne ihr Wissen und ohne ihre Zustimmung von mir verandert wurden, trage ich die allei nige Verantwortung fUr eventuelle Unklarheiten und Fehler im Text dieses Buches. Ich bin M. Silbereis, I. Gottschalg, R. Klein und R. Welke, die sich mit viel Um sicht und Einsatzbereitschaft der Manuskripte, Tabellen und Korrekturen angenommen haben, sehr zu Dank verpflichtet. Auch M. Castangnini (graphische Gestaltung der Ab bildung 3.1) und besonders J. Peter gilt mein Dank fUr die Erstellung und standige Verbesserung der Abbildungen. Besonderen Dank schulde ich meinen Kollegen M. Brand, H. Grupp, E. Jochem, T. Rei~ und B. Schwitalla fUr die kritische Diskussion des Manuskripts und viele zusatzliche Anregungen, die sie beigesteuert haben. FUr die kritische Durchsicht des Manuskripts und Beratung in medizinischen Fragen bin ich meiner Frau, Ulrike Hohmeyer, zu beson derem Dank verpflichtet. Karlsruhe, im Juli 1988 Olav Hohmeyer INHALTSVERZEICHNIS Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen o. EINLEITUNG 0.1 Problemstellung der Arbeit 1 0.2 Definition zentraler Begriffe 3 0.3 Ziel der Arbeit 4 0.4 Vorgehensweise der Untersuchung 5 1. ZUSAMMENFASSUNG 8 2. SOZIALE KOSTEN DES ENERGIEVERBRAUCHS: THEORETISCHER HINTERGRUND, PROBLEME DER ERMITTLUNG UND EVALUIERUNG IHRER WIRKUNGEN 22 2.1 Historische Begriffsentwicklung und verwendete Definition sozialer Kosten und Nutzen 22 2.2 Soziale Kosten und Wohlfahrtstheorie 23 2.3 Evaluierung sozialer Kosten und Nutzen 25 2.3.1 Theoretische und pragmatische Abgrenzung der zu berilcksichtigenden Effekte 25 2.3.2 Vergleich und Aggregation unterschiedlicher Arten sozialer Kosten und Nutzen 27 2.4 Soziale Kosten und ihre wirtschaftspolitischen Implikationen 29 2.5 Die Auswirkungen der Berilcksichtigung sozialer Kosten auf die Kon- kurrenzfahigkeit und die Marktdiffusion neuer Energietechnologien 30 3. SOZIALE KOSTEN VON ENERGIESYSTEMEN 38 3.1 Systematische Darstellung der relevanten sozialen Kosten der Elektrizitatserzeugung 38 3.1.1 Darstellung der relevanten sozialen Kosten 38 3.1.2 Zuordnung sozialer Kosten und Nutzen zu einzelnen Verursachern 44 3.2 Untersuchte soziale Kosten und Nutzen von Energiesystemen 46 3.2.1 Umweltschaden durch die verschiedenen Systeme der Elektrizitatserzeugung 46 3.2.1.1 Fossile Energietrager 48 3.2.1.1.1 Schaden an Pflanzen 51 3.2.1.1.2 Schaden an Tieren 53 3.2.1.1.3 Schaden, die die Menschheit direkt betreffen 54 3.2.1.1.4 Materialschaden 55 3.2.1.1.5 Auswirkungen auf das Klima 57 3.2.1.1.6 Zusammenfassung der Umweltschaden aufgrund des Einsatzes fossiler Brennstoffe in der Elektrizitatserzeugung 58 VI II SEITE 3.2.1.2 Kernenergie 59 3.2.1.3 Regenerative Energiequellen 72 3.2.1.3.1 Solarenergie 72 3.2.1.3.2 Windenergie 76 3.2.2 Externe makrookonomische Effekte von Energiesystemen 79 3.2.2.1 Auswirkungen auf Produktion, Besch8ftigung und 80 Au~enhandelsbilanz 3.2.2.2 Abbau nicht erneuerbarer Ressourcen 103 3.2.2.2.1 Der neoklassische oder utilitaristische Ansatz 104 3.2.2.2.2 Ans8tze zur Erreichung intertemporaler Verteilungsgerechtigkeit 109 3.2.2.3 Induzierte offentliche Ausgaben als Element sozialer Kosten 131 3.2.2.3.1 Durch staatliche Stellen bereitgestellte Guter und Dienstleistungen (Subventionen als Sach- leistung) 132 3.2.2.3.2 Monet8re offentliche Subventionen 139 3.2.2.3.3 Offentliche Subventionen fur Forschung und Entwicklung 143 3.2.2.3.4 J8hrlich induzierte offentliche Ausgaben 146 3.2.3 Zusammenfassung der sozialen Kosten der konkurrierenden Energiesysteme 148 4. EINFLUSS DER BEROCKSICHTIGUNG DER SOZIALEN KOSTEN 1M ALLOKATIONSPROZESS AUF DIE MARKTDIFFUSION VON WINDENERGIEKONVERTERN UNO PHOTOVOLTAISCHEN SOLARANLAGEN 159 4.1 Grundannahmen und verfugbare Preisdaten 159 4.2 Der Einflu~ der sozialen Kosten auf die relative Wirtschaftlichkeit von Wind- und Solarenergie 164 4.3 Mogliche die ermittelten sozialen Kosten zu internalisieren Ma~nahmen, und den A zu korrigieren 175 llokationsproze~ 5. ANSATZPUNKTE FOR WEITERE FORSCHUNG 178 5.1 Weitere zu untersuchende Energietechnologien 178 5.2 Weitere zu untersuchende Bereiche sozialer Kosten 180 5.3 Bessere Einbeziehung von Ursache-Wirkungs-Ketten 181 BIBLIOGRAPHIE 182 VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN Tab. 1.1: Soziale Kosten, die in der Arbeit zwar diskutiert werden, aber nicht oder nur unzureichend monetarisiert oder quantifiziert werden konnten 10 Tab. 1.2: Zusammenfassung der sozialen Kosten und Nutzen der Elektrizitatserzeugung auf der Basis fossiler und nuklearer Brennstoffe sowie der erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne (Preisbasis 1982) 13 Abb. 1.1: der Berilcksichtigung der sozialen Nettokosten auf den Einflu~ Beginn der Marktdiffusion kleiner Windenergieanlagen (deutsche Anlagenpreise, volle Preise der zu substituierenden Elektrizitat) in der Bundesrepublik und den Verlauf der Marktdiffusion bis zum Jahre 2030 15 a) Windenergiekosten im Vergleich zur Kostenentwicklung der zu substituierenden Elektrizitat b) Marktdiffusionsverlaufe auf der Basis der in a) gezeigten Kostenverlaufe Abb. 1.2: der Berilcksichtigung der sozialen Nettokosten auf den Einflu~ Beginn der Marktdiffusion kleiner Windenergieanlagen (deutsche Anlagenpreise, nur Arbeitsanteil der zu substituierenden Elek trizitat berUcksichtigt) in der Bundesrepublik und den Verlauf der Marktdiffusion bis zum Jahr 2030 18 a) Windenergiekosten im Vergleich zur Kostenentwicklung der zu substituierenden Elektrizitat b) Marktdiffusionsverlaufe auf der Basis der in a) gezeigten Kostenverlaufe Abb. 1.3: Einflu~ der BerUcksichtigung der sozialen Nettokosten auf den Beginn der Marktdiffusion photovoltaischer Stromerzeugungsanlagen in der Bundesrepublik und den Verlauf der Marktdiffusion bis zum Jahr 2040 (Preisbasis 1982, volle Preise der zu substituierenden Elektrizitat angenommen) 19 a) Kosten photovoltaisch erzeugter Elektrizitat im Vergleich zur Kostenentwicklung der zu substituierenden Elektrizitat b) Marktdiffusionsverlaufe auf der Basis der in a) gezeigten Kostenverlaufe c) Ausschnittvergro~erung aus Abbildung a), zur Verdeutlichung der Schnittpunkte der Kostenkurven Abb. 2.1: Typische Preisentwicklung fUr die Energieerzeugung aus erschopf baren konventionellen Energietragern (PEK) und die Energieerzeu- gung aus regenerativen Energiequellen (PER) 31 Abb. 2.2: Einbeziehung der sozialen Nettokosten 32· Abb. 2.3: Marktdiffusion neuer Energietechnologien in Abhangigkeit yom Erreichen der Wettbewerbsfahigkeit 33 Abb. 2.4: Jahrliche und gesamte soziale Kosten der verspateten Markt- diffusion von Energietechnologien auf der Basis regenerativer Energiequellen 35 Abb. 3.1: Uberblick ilber die wichtigsten Systemzusammenhange im Bereich der Elektrizitatserzeugung sozialer Kosten 39 einschlie~lich Tab. 3.1: Bilanz der gesamtwirtschaftlichen Kosten und Nutzen 40