Die Rolle der Gasverteilnetze im Energiesystem der Zukunft in Deutschland

Mit der Transformation zu einem klimaneutralen Energiesystem werden erneuerbare Energieerzeugungsanlagen
ausgebaut und fossile Energieträger ersetzt. Der Großteil der nationalen Energiesystemstudien zeigen
einen deutlichen Rückgang der deutschen Gasnachfrage, trotz der existierenden Alternativen zu fossilem Erdgas.
Bleibt ein Gasverteilnetz in gleicher Größe bei einem deutlichen Nachfragerückgang erhalten, so werden
die Netzkosten auf immer weniger Netznutzende umverteilt, sodass die Netzentgelte deutlich steigen. Darüber
hinaus bindet die Regulierung von Gasverteilnetzen, durch die vorgegebenen langen Nutzungsdauern, Kapital über einen langen Zeitraum, wodurch die Flexibilität von Netzbetrieben bei Investitionsentscheidungen
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eingeschränkt ist. Gerade die heutigen Herausforderungen durch die Energiewende erfordern flexibles Handeln
von den Netzbetrieben, sodass ein zukünftiger wirtschaftlicher Betrieb von Gasverteilnetzen fraglich
ist. Jedoch stellen die existierenden Gasverteilnetze für die entsprechenden Unternehmen ein elementares
Anlagevermögen dar.
Deshalb werden in dieser Arbeit die Rolle von Gasverteilnetzen auf dem Weg zu einem klimaneutralen
Energiesystem in Deutschland bis 2050 und wie dessen regulatorischer Rahmen ausgestaltet werden
soll untersucht. Zuerst werden die Nachfrageentwicklungen der Verbrauchssektoren und deren Einfluss auf
Gasverteilnetze betrachtet. Anschließend werden mögliche Investitionsoptionen für Gasverteilnetzbetriebe
ermittelt. Zur ökonomischen Bewertung der identifizierten Investitionsoptionen wird das Modell MERLIN
entwickelt. Dieses Modell verbindet erstmalig eine detaillierte Abbildung des aktuellen und zukünftigen
regulatorischen Rahmens mit einer langfristigen Investitionsbewertung und verschiedenen Nachfrageszenarien.
Die Untersuchungen dieser Arbeit basieren auf realen Daten von zwei Netzbetrieben.
Die Ergebnisse zeigen, dass eine anteilige Stilllegung des Gasverteilnetzes mit einer Berücksichtigung der
Stilllegungskosten in der Regulierung für Netznutzende und Netzbetriebe die attraktivste Investitionsoption
ist. Hierbei weißt der aktuelle regulatorische Rahmen noch Lücken auf, sodass dieser um eine entsprechende
Berücksichtigung der Stilllegungskosten sowie eine Verkürzung der Nutzungsdauern von Bestandsanlagen
erweitert werden sollte. Bevor ein Gasverteilnetz stillgelegt wird, sollte eine Mitnutzung der leeren Leitungen
geprüft werden. Bei einem Rückbau der Gasleitungen sollte dies möglichst mit einem Ausbau des
Wärmenetzes verbunden werden. Dadurch können Kosten gespart und Letztverbrauchende am Gasverteilnetz,
welche keine Alternative zur gasbasierten Wärmeversorgung haben, vermieden werden. Des Weiteren
zeigt die Untersuchung, dass unter den aktuell diskutierten Regulierungsvorschlägen Investitionen in ein wasserstoffverträgliches
Gasverteilnetz für einen Gasnetzbetrieb wirtschaftlich unattraktiver als eine anteilige Stilllegung mit Berücksichtigung der
Stilllegungskosten sind. Inwieweit sich andere Regulierungsmöglichkeiten für Wasserstoff auf die Netzbetriebe auswirken ist weiterer Forschungsbedarf.

With the transformation to a climate-neutral energy system, renewable energy production sites are expanded
and fossil energy sources are replaced. The majority of national energy system studies show a significant
decrease in gas demand despite the existing alternatives to fossil natural gas. If the size of a gas distribution
network remains unchanged in the face of a significant decline in demand, network costs will be distributed
across fewer and fewer network users and cause network charges to rise significantly. In addition, the
regulation of gas distribution networks binds capital over a long period of time due to the stipulated long
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depreciation periods. This limits the flexibility of network operators when making investment decisions.
The future economic operation of gas distribution networks is at stake, because today’s challenges, posed
by the energy transition in particular, require network operators to act flexible. However, the existing gas
distribution networks are a fundamental asset for the respective companies.
Therefore, in this thesis the role of gas distribution networks on the way to a climate-neutral energy system
in Germany by 2050 and how its regulatory framework should be designed is investigated. As a first step,
the demand developments of the consumption sectors and their influence on gas distribution networks
are analyzed. Then, possible investment options for gas distribution network operators are identified. The
MERLIN model is developed for the economic evaluation of the identified investment options. This model
combines for the first time a detailed representation of the current and future regulatory framework with a
long-term investment assessment and various demand scenarios. The investigations of this thesis are based
on real data from two network operators.
The results show that partial decommissioning of the gas distribution network with consideration of decommissioning costs in the regulation, is the most attractive investment option for network users and network operators. The current regulatory framework still has gaps in this respect. It should be expanded to include corresponding consideration of decommissioning costs and a shortening of the depreciation period of existing
network components. Before a gas distribution network is decommissioned, a joint use of the empty
pipes should be examined. If the gas pipelines are dismantled, this should be combined with an expansion
of the heating network, if possible. This can save costs and avoid end users on the gas distribution network
who have no alternative to gas-based heat supply. Furthermore, the thesis shows that under the regulatory
proposals currently under discussion, investing in a hydrogen-compatible gas distribution network is less
economically attractive for a gas network operator than partial decommissioning with consideration of
the decommissioning costs. To what extent other regulatory options for hydrogen affect network operators
requires further research.