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lied
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holtz
-Gem
eins
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t
Jahrestagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft AKE 6: Energieszenarien und intelligente Energiesysteme
Energieszenarien für Deutschland und das Energiekonzept der Bundesregierung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch
IEK-STE: Forschungszentrum Jülich Institut für Energie- und Klimaforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung
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Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
Inhalt
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Inhalt
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
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Aktuelle Studien mit Energiebezug für Deutschland
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Projektionen des Primärenergieverbrauchs in Deutschland
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Statistik
ENREPIV(2005)
SZEN2007 KV
SZEN2007 EE
SZEN2007 KKW
PolIV MMS (2008)
PolIV MWMS (2008)
ESSO2008 Ref
ESSO2008 KE+CCS
EWI2008-1
EWI2008-2
EWI2008-2a
EWI2008-3
BMU2008
BMU2008 E1
BMU2008 E2
BMU2008 E3
BMU2008 D1
BMU2008 D2
BMU2009
STE2009 BAU
STE2009 -60%
STE2009 -77%
Öko2009 R
Öko2009 R+CCS
Öko2009 I
Öko2009 I+CCS
PolV SWS (2009)
Ffe2009 SZ1
Ffe2009 SZ2
Ffe2009 SZ3
IER2009 Ra-Rc
IER2009 S3a
EET2009 Base
EET2009 Ref
SZEN2010 REF
SZEN2010 IA
BMU2010
Ziel
Rot: Studien von 2007
Grün: Studien von 2008
Blau - Violett : Studien von 2009
Gelb: Studien von 2010 Ziel des Energie - konzeptes der Bundesregierung (Juni 2011)
Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien
Klassifikation:
Varianten- Szenarien mit hoher Effizienz und/ oder hohen Einsparungen
ESSO2008 Ref
ESSO2008 KE+CCS PJ
Wert abgeschätzt
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Projektionen der CO2-Emissionen in Deutschland
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
CO 2 - Emissionen (1990 = 1) Statistik ENREPIV(2005) SZEN2007 KV SZEN2007 EE SZEN2007 KKW EET2007 PolIV MMS (2008) PolIV MWMS (2008) ESSO2008 Ref ESSO2008 KE+CCS EWI2008-1 EWI2008-2 EWI2008-2a EWI2008-3 BMU2008 BMU2008 E1 BMU2008 E2 BMU2008 E3 BMU2008 D1 BMU2008 D2 BMU2009 STE2009 BAU STE2009 -60% STE2009 -77% Öko2009 R Öko2009 R+CCS Öko2009 I Öko2009 I+CCS PolV MMS (2009) PolV SWS (2009) Ffe2009 SZ1 Ffe2009 SZ2 Ffe2009 SZ3 IER2009 Ra-Rc IER2009 S3a EET2009 Base EET2009 Ref SZEN2010 REF SZEN2010 IA SZEN2010 IB BMU2010 Ziel
EET 2007 ESSO2008 Ref
Referenz- oder “Business as usual” – Szenarien
Klassifikation:
Rot: Studien von 2007
Grün: Studien von 2008
Blau - Violett Studien von 2009
Gelb: Studien von 2010
Ziel des Energiekonzeptes der deutschen Bundesregierung (Juni 2011)
Basis/ Referenz- oder Varianten- Szenarien
Mit CO2- Reduktion ≥70% oder Maßnahmen, die zu CO2- Reduktion ≥70% führen
Ffe2009 SZ1: Schwacher Rückgang der CO2-Emissionen
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Projektionen der BIP-Entwicklung in Deutschland
1500
2000
2500
3000
3500
4000
1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
Destatis
ENREPIV(2005)
SZEN2007 KV
EWI2008-1
EWI2008-2
EWI2008-2a
EWI2008-3
BMU2008
BMU2009
ÖKO2009
PolV MMS (2009)
Ffe2009 SZ1
IER2009 Ra
SZEN2010 REF
SZEN2010 IA
BMU2010
Rot: Studien von 2007
Grün: Studien von 2008
Blau - Violett: Studien von 2009
Gelb: Studien von 2010
Ffe2009 SZ1: Starker Anstieg des BIP
Mrd. €2000
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Bewertungsmatrix
ENR
EPIV
SZEN
2007
EET2
007
PolIV
PRIM
ES20
08
ESSO
2008
EWI2
008
BM
U20
08
Shel
lPK
W
BM
U20
09
STE2
009
ÖK
O20
09
Esso
2009
PolV
FfE2
009
IWES
2009
IER
2009
Shel
lLK
W
FVEE
2010
UB
A201
0
EET2
009
SZEN
2010
BM
U20
10
SRU
2011
Technische Maßnahmen X ○ X ○ - X X ○ ○ ○ ○ ○ X ○ ○ ● ○ X X ○ X X ○ X
Politische Maßnahmen X X ○ ● ○ - ○ X X X X X - ● X - ○ X X X ● ○ - ●
Nachhaltigkeitskonzept - - X - - C - X X X - C - - - - X - H H - - H H
Nachhaltigkeitsbewertung Z - Z C ○ - Z X X X - ○ - C X - P - H H Z P H H
● Komplexere methodische Ausarbeitung ○ Einfache methodische Ausarbeitung Χ Berücksichtigt, aber nicht methodisch ausgearbeitet - Nicht berücksichtigt
C: NH reduziert auf Klimaschutz H: NH gleichgesetzt mit 100% EE Z: Energiewirtschaftliches Zieldreieck P: Politisch definierte NH-Ziele
Ausgewählte Bewertungskriterien
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Inhalt
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
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Wichtigste Ziele des Energiekonzepts (Juni 2011)
Ausstieg aus der Kernenergie (bis Ende 2022)
Reduktion der THG Emissionen um 40% bis 2020, 55% 2030 und mind. 80% bis 2050 verglichen mit den Emissionen von 1990
Primärenergieverbrauch, PEV um die Hälfte reduziert bis 2050
Bruttostromverbrauch reduziert um 10% bis 2020 (25% bis 2050)
Raumwärmebedarf reduziert um 20% bis 2020
Anteil der Erneuerbaren, EE an PEV mind. 30% bis 2030
Anteil der EE in Stromerzeugung 50% bis 2030 (80% bis 2050)
Anteil EE am EEV des Transportsektors 10% bis 2020, 6 Mio. E-PKW bis 2030 (1 Mio. E-PKW bis 2020)
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Import Ölprodukte
Primärenergie
Steinkohle-import
Kernbrenn-stoffimport
Energieumwandlung und -transport Endverbraucher
Import Rohöl
Auf- kommen
Kohle-förderung
Erdgas-import
Industrie-sektor
Nicht- energet.
Verbrauch
Haushalte
Verkehr
Klein- verbrauch
Dezentrale Kraft-Wärme-
Kopplung
Zentrale Kraft-Wärme-
Kopplung
Erdgas- förderung
Kraftwerke Transport u. Verteilung
Erneuerbare Energie
Kernbrennstoff
Gas
Strom
Fern- und Nahwärme
Kohle
Rohöl Heizöl
Benzin Diesel & Kerosin
Transport u. Verteilung
Transport u. Verteilung
Strom-import
Raffinerie
Industrie-produktion
Beheizte Wohn-fläche
Anzahl der Beschäftig-
ten
Personen-u. Güter
verkehrs-leistung
Rohstoff-nachfrage
Nachfrage
Energiesystemmodell IKARUS-LP
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BIP Wachstum: 1,4 %/a Bevölkerung: abnehmend auf ca. 80 Millionen in 2030 (76 Mio. bis 2050) Rohölpreis: steigt bis auf 135 $/bbl in 2030 (200 $/bbl in 2050) Atomausstiegsbeschluss vom Juni 2011 Entwicklung der Nachfrage nach Energiedienstleistungen
Annahmen für alle Szenarien
60
80
100
120
140
160
180
200
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
%
Personenverkehr
Güterverkehr
BWS Industrie
Wohnfläche
Beschäftigte GHD
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BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen
EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe
EK (+CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option verfügbar ab 2020
EK (-CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option nicht verfügbar
OPT (+CCS): BAU + CO2-Minderungsvorgabe, d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie- Portfolio zur CO2-Minderung (mit CCS-Option ab 2020)
OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option
Betrachtete Szenarien (Horizont 2030)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 14
14255 13979
12921
11938
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
14255 13979
12470
11200
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
BAU vs. EK: Primärenergie
BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 15
798755
596
486-50%
798.0755.2
582.6
437
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Mio
. t
GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt* Ziel Bundesreg.
798755 739
715
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
2005 2010 2015 2020 2025 2030
Mio
. t
GHD HaushaltVerkehr IndustrieVeredlung GasverteilungRaffinerie HW/HKWKraftwerke PrimärenergieGesamt*
- 26% - 22%
BAU vs. EK: Energiebedingte CO2-Emissionen
BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
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536.9 534.0 528.0 531.8
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Ind.Str. HKW SonstigePV Wind WasserGas Öl SteinkohleBraunkohle Kernenergie
536.9 534.0
483.6 483.6
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Industrie-Strom HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
BAU vs. EK: Nettostromerzeugung
BAU: „Business as usual“ EK: Energiekonzept (ohne CO2-Minderungsvorgabe)
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Mrd. €/a
0
5
10
15
20
25
35
2010 2015 2020 2025 2030
ca. 1,0 % bis
0,9 % des BIP
Kumulativ 2010 – 2030:
EK (+CCS): 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €
EK (-CCS): 295 Mrd. €
EK (-CCS) EK (+CSS) EK: Energiekonzept
BAU vs. EK: Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU
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Inhalt
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
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BAU: „Business as usual“ ohne CO2-Minderungsvorgabe und erweiterte Maßnahmen
EK: Energiekonzept der Bundesregierung ohne eine zusätzliche CO2-Minderungsvorgabe
EK (+CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option verfügbar ab 2020
EK (-CCS): Energiekonzept der Bundesregierung inklusive CO2- Minderungsvorgabe, CCS-Option nicht verfügbar
OPT (+CCS): BAU + CO2-Minderungsvorgabe, d.h. das Modell wählt das kostengünstigste Maßnahmen/ Technologie- Portfolio zur CO2-Minderung (mit CCS-Option)
OPT (-CCS): wie OPT nur ohne CCS-Option
Betrachtete Szenarien (Horizont 2030)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 20
EK (+CCS) OPT (+CCS)
EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Primärenergie
14255 13979
12297
10954
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
OPT (-CCS)
Mit CO2-Minderungsvorgabe (-55% bis 2030 vgl. 1990)
-22%
14255 13979
12311
11015
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Erneuerbare StromGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
-21%
14255 13979
12257
10549
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
2005 2010 2015 2020 2025 2030
PJ
Kernenergie Strom ErneuerbareGas Öl Sonstige FesteBraunkohle Steinkohle
-25%
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 21
EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Nettostromerzeugung
-22% -24% -27% -32%
536.9 534.0
483.6456.9
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Industrie-Strom HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
536.9 534.0508.4
483.4
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Industrie-Strom HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
536.9 534.0505.6
458.9
0
100
200
300
400
500
600
700
2005 2010 2015 2020 2025 2030
TWh
Import Industrie-Strom HKWSonstige PV WindWasser Gas-CCS GasÖl Steinkohle-CCS SteinkohleBraunkohle-CCS Braunkohle Kernenergie
Mit CO2-Minderungsvorgabe (-55% bis 2030 vgl. 1990)
EK (+CCS) OPT (+CCS) OPT (-CCS)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 22
-22% -24% -27% -32%
128.4
149.8
180.1
200.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
2005 2010 2015 2020 2025 2030
GW
Ind.Str. HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
**
128.4
149.8
171.3
205.1
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
2005 2010 2015 2020 2025 2030
GW
Ind.Str. HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
** *
128.4
149.8
174.8
209.3
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
2005 2010 2015 2020 2025 2030
GW
Ind.Str. HKWSonstige PVWind WasserGas-CCS GasÖl Steinkohle-CCSSteinkohle Braunkohle-CCSBraunkohle Kernenergie
** *
Mit CO2-Minderungsvorgabe (-55% bis 2030 vgl. 1990)
EK (+CCS) OPT (+CCS) OPT (-CCS)
EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Installierte Nettoleistung
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) Jahrestagung der DPG | 26.03.2012 IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung J.-Fr. Hake, D. Martinsen, T. Pesch / 23
-22% -24% -27% -32%
0.0
5.4
14.0
22.1
31.1
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2010 2015 2020 2025 2030
Mrd
. €/a
GHD Haushalt VerkehrIndustrie Umwandlung PrimärenergieGesamt
Kumulativ 2010 – 2030: 285 Mrd. €
Kumulativ 2010 – 2030: 140 Mrd. €
2030: 1,0% vom BIP
Kumulativ 2010 – 2030: 218 Mrd. €
2030: 0,4% vom BIP 2030: 0,9% vom BIP
0.0
3.1
7.3
10.913.4
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2010 2015 2020 2025 2030
Mrd
. €/a
GHD Haushalt Verkehr
Industrie Stromerzeugung Primärenergie
Gesamt
0.0
3.1
7.8
18.2
28.7
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2010 2015 2020 2025 2030
Mrd
. €/a
GHD Haushalt Verkehr
Industrie Umwandlung Primärenergie
Gesamt
EK(+CCS) vs. OPT(+CCS) vs. OPT(-CCS): Jährliche Mehrkosten im Vergleich zu BAU
Mit CO2-Minderungsvorgabe (-55% bis 2030 vgl. 1990)
EK (+CCS) OPT (+CCS) OPT (-CCS)
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Inhalt
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
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EK: Energiekonzept | OPT: Kostenoptimal
0
5
10
15
20
25
Mrd. €/a
35
2010 2015 2020 2025 2030
OPT (-CCS): 220 Mrd. € OPT (+CCS): 140 Mrd. €
ca. 0,4% des BIP
EK (-CCS): 295 Mrd. € EK (+CCS): 285 Mrd. € EK: 265 Mrd. €
ca. 1,0 % bis
0,9 % des BIP
Kumulativ 2010 – 2030:
Jährliche Mehrkosten vgl. mit BAU
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Durchschnittskosten Marginalkosten
62
90 92
112
47 45 48
36
50
76
103
0
20
40
60
80
100
120
140
2010 2015 2020 2025 2030
EK (+CCS)
OPT (+CCS)
OPT (-CCS)
€ 201
0/t
36
47 49 58
109 114
171
55
130
355
470
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2010 2015 2020 2025 2030
EK (+CCS)
OPT (+CCS)
OPT (-CCS)
€ 201
0/t
Spezifische CO2-Minderungskosten
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Inhalt
Übersicht über Energieszenarien für Deutschland
Analyse der Auswirkungen des deutschen Energiekonzepts mit IKARUS-LP
Kosteneffiziente Szenarien für Deutschland (IKARUS-LP)
Kostenvergleich
Zusammenfassung & Ausblick
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Bereits im Referenzszenario (BAU) – autonome Weiterentwicklung – gehen die CO2-Emissonen bis 2030 leicht zurück, trotz des Ausstieges aus der Kernenergie.
Mit den Maßnahmen des Energiekonzeptes können die CO2-Reduktionsziele der Bundesregierung bis 2030 nahezu erreicht werden.
Im Vergleich zum kostenoptimalen Szenario (mit CCS) sind die Kosten des
Energiekonzeptes ca. doppelt so hoch, da relativ teure CO2-Reduktionsmaßnahmen im Haushalts- und Verkehrssektor kostengünstigeren Vermeidungsoptionen im Umwandlungsbereich (v.a. CCS) vorgezogen werden.
Ist CCS keine Option, nähern sich die jährlichen Kosten des kostenoptimalen Szenarios mit denen des Energiekonzeptes bis 2030 an.
Hohe Anteile von Wind/PV in der Stromerzeugung führen im Modell zu sehr hohen Back-up Kapazitäten (vor allem Gas), die sehr geringe Einsatzzeiten aufweisen.
Zusammenfassung der Szenarienrechnungen
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Schlussfolgerungen & Ausblick
Bisherige Szenarien widmen sich den politischen Zielen der Nachhaltigkeit nicht in ausreichendem Maße.
Szenarien werden bisher eher als Prognose verstanden.
Wichtiger ist es, die Bandbreite möglicher Zukünfte und die Haupttreiber ihrer Entwicklungspfade darzustellen.
Deswegen ist es Aufgabe zukünftiger Szenarientechniken und -modellierung,
• Nachhaltigkeit integrativ zu betrachten, • die Robustheit von Zielsystemen gegenüber Parametervariationen zu
untersuchen, • Wechselwirkungen der Einflussgrößen zu benennen, • die Beschneidung der Bandbreite möglicher Zukünfte durch getroffene
Entscheidungen und Festlegungen zu analysieren und • mehr Gewicht auf die Gewinnung von Einsicht, als auf scheinbar konkrete
Zahlen zu legen.