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Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland und ihre regionalen Auswirkungen auf Bayern mit besonderer Berücksichtigung der Konsequenzen des Kernenergieausstiegs : Endbericht
(2003) Fahl, Ulrich; Remme, Uwe; Blesl, Markus; Voß, Alfred
Diese Untersuchung hat zum Ziel, anhand eines Vergleichs verschiedener Szenarien Wege der Entwicklung der zukünftigen Energieversorgung Deutschlands im Hinblick auf ihre Verträglichkeit mit dem Leitbild der „Nachhaltigen Entwicklung“ quantitativ zu untersuchen, um damit für den politischen Diskussionsprozess über die zukünftige Energiepolitik eine belastbare, an wissenschaftlich-systematischen Kriterien orientierte Diskussionsgrundlage zu schaffen. Dabei sollen auch die regionalen Auswirkungen hinsichtlich der Struktur der Stromerzeugung in Bayern mit analysiert werden. Dies gilt insbesondere für die wirtschaftlichen und umweltseitigen Auswirkungen eines Auslaufens der Kernenergienutzung. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist die Frage, wie sich die im Rahmen des Energiedialog Bayern für Bayern erstellten Szenarien in gesamtdeutsche Festlegungen der Energiepolitik bzw. in die dazu erstellten Bundesszenarien einfügen. Hierzu werden auf Bundesebene die Szenarien herangezogen, die das IER Stuttgart im Auftrag der Enquete-Kommission „Nachhaltige Energieversorgung unter den Bedingungen der Globalisierung und der Liberalisierung“ des 14. Deutschen Bundestages erstellt hat. Diese Szenarien werden im Rahmen der vorliegenden Untersuchung zunächst mittels Sensitivitätsanalysen abgesichert. Zudem erfolgt noch eine Analyse und Abschätzung der gesamtwirtschaftlichen Effekte dieser Bundesszenarien hinsichtlich Beschäftigung, Wirtschaftsentwicklung und Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie. Darauf aufbauend werden die Bundesszenarien unter Berücksichtigung regionalspezifischer Gegebenheiten auf Bayern übertragen und analysiert. Dabei erfolgt im Besonderen eine regionale Betrachtung für die Stromerzeugung in Bayern, die, aufbauend auf den Szenarioergebnissen für Deutschland, insbesondere die Rolle der Kernenergie und Fragen der Versorgungssicherheit im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung des Energiesystems beinhaltet. Die hieraus abgeleiteten Aussagen für Bayern werden den Ergebnissen der Szenariorechnungen gegenübergestellt, die im Rahmen des Energiedialog Bayern speziell für Bayern durchgeführt wurden. Schließlich erfolgt abschließend ein Vergleich der Szenarioergebnisse des Energiedialog Bayern hinsichtlich der Kosten des Klimaschutzes mit den entsprechenden Szenarioergebnissen aus dem Energiebericht des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) „Nachhaltige Energiepolitik für eine zukunftsfähige Energieversorgung“ für Deutschland.
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Analysis and prediction of electromobility and energy supply by the example of Stuttgart
(2021) Wörner, Ralf; Morozova, Inna; Cao, Danting; Schneider, Daniela; Neuburger, Martin; Mayer, Daniel; Körner, Christian; Kagerbauer, Martin; Kostorz, Nadine; Blesl, Markus; Jochem, Patrick; Märtz, Alexandra
This paper seeks to identify bottlenecks in the energy grid supply regarding different market penetration of battery electric vehicles in Stuttgart, Germany. First, medium-term forecasts of electric and hybrid vehicles and the corresponding charging infrastructure are issued from 2017 to 2030, resulting in a share of 27% electric vehicles by 2030 in the Stuttgart region. Next, interactions between electric vehicles and the local energy system in Stuttgart were examined, comparing different development scenarios in the mobility sector. Further, a travel demand model was used to generate charging profiles of electric vehicles under consideration of mobility patterns. The charging demand was combined with standard household load profiles and a load flow analysis of the peak hour was carried out for a quarter comprising 349 households. The simulation shows that a higher charging capacity can lead to a lower transformer utilization, as charging and household peak load may fall temporally apart. Finally, it was examined whether the existing infrastructure is suitable to meet future demand focusing on the transformer reserve capacity. Overall, the need for action is limited; only 10% of the approximately 560 sub-grids were identified as potential weak points.
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Bestandsanalyse der Kraft-Wärme-Kopplung in der Bundesrepublik Deutschland : Endbericht ; Gutachten im Auftrag des Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
(2001) Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, Alfred
Mit der Verabschiedung des Energiewirtschaftsgesetzes und der Liberalisierung des Strommarktes haben sich die Wettbewerbsbedingungen für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) grundlegend geändert. Gleichzeitig wird in Deutschland eine weitere Reduktion der energiebedingten CO2-Emissionen angestrebt. In diesem Zusammenhang wird von einem weiteren Ausbau der KWK ein wesentlicher Zielerreichungsbeitrag erwartet. Als mögliches Förderinstrument zum KWK-Ausbau wird insbesondere ein Quoten-(handels-)modell für Strom aus KWK-Anlagen diskutiert. Damit wird es notwendig, Zertifizierungskritierien festzulegen, die die Einbeziehung der unterschiedlichen KWK-Techniken regeln, sowohl im Anlagenbestand als auch beim Neubau. Im Zusammenhang mit der angestrebten CO2-Minderung sind somit für den KWK-Anlagenbestand, der alleine im Rahmen des Gutachtens betrachtet wird, insbesondere dessen Einordnung hinsichtlich der damit verbundenen Energieeinsparung und CO2-Minderung sowie hinsichtlich der Wettbewerbsfähigkeit im liberalisierten Strommarkt von Interesse. Diese drei Themenblöcke stehen damit auch im Zentrum des vorliegenden Gutachtens. Auf der Basis der IER-Kraftwerks-Bestands-Datenbank (Abschnitt 2) und den darin erfassten Typen von KWK-Anlagen (Abschnitt 3) wird für die Situation im Jahr 1999 die KWK-Stromerzeugung ermittelt (Abschnitt 4). Darauf aufbauend erfolgt eine Auswertung des Betriebs des KWK-Anlagenbestandes im Jahr 1999 hinsichtlich Energieeffizienz (Abschnitt 5), den damit verbundenen CO2-Emissionseinsparungen (Abschnitt 6) und der Wettbewerbsfähigkeit der bestehenden KWK-Anlagen im liberalisierten Strommarkt (Abschnitt 7).
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Einbindung des ECOLOG-Modells "E3Net" und Integration neuer methodischer Ansätze in das IKARUS-Instrumentarium (ECOLOG II)
(1998) Schaumann, Peter; Blesl, Markus; Böhringer, C.; Fahl, Ulrich; Kühner, R.; Läge, E.; Molt, S.; Schlenzig, Christoph; Stuible, Achim; Voß, Alfred
Ziel des Forschungsvorhabens „Einbindung des ECOLOG-Modells ‘E³Net’ und Integration neuer methodischer Ansätze in das IKARUS-Instrumentarium (ECOLOG II)' war es, veschiedene Modellbildungsansätze und Werkzeuge für die energiewirtschaftliche Analyse zu einem Instrumentarium zusammenzufügen. Dazu wurde auf die Projekte IKARUS „Instrumente für Klimagasreduktionsstrategien' und ECOLOG „Entwicklung eines Computermodells mit linearer Optimierung zur Abbildung eines regionalisierten Energiesystems am Beispiel Gesamtdeutschlands' aufgebaut. Das Projekt ECOLOG II umfaßt Weiterentwicklungen in den folgenden sechs Aufgabenbereichen: (1) Integration von E³Net in das IKARUS-Instrumentarium; (2) Nichtlineare Modellansätze für E³Net; (3) Makroökonomische Erweiterung von E³Net; (4) Entwicklung und Anwendung eines multisektoralen Energiewirtschaftsmodells NEWAGE; (5) Entwicklung eines Simulationsansatzes für Energiesystemmodelle PlaNet; (6) Erweiterung der Analysemöglichkeiten von NetWork. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden eine Kopplung der FIZ-Technik-Datenbank an die Datenbank NetWork, eine Verbindung der FIZ-LP-Datenbank mit NetWork, eine Überführung des IKARUS-LP-Datensatzes in eine Fallstudie für das optimierende Energiesystemmodell E³Net, ein optimierendes Energiesystemmodell mit preiselastischer Nachfrage E³Micro, ein Gleichgewichtsmodell NEWAGE, das prototypisch ein prozeßtechnisches Energieversorgungsmodell in ein übergeordnetes gesamtwirtschaftliches Modell integriert, ein Simulationsmodell PlaNet sowie ein Netzwerkdesigner und -analyst (NDA) realisiert und durch exemplarische Fallstudien, die im Kontext des IKARUS-Instrumentariums stehen, getestet.
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Energie- und gesamtwirtschaftliche Auswirkungen veränderter Rahmenbedingungen auf die Nutzung von Erdgas in Deutschland : Studie für dasZentrum für Energieforschung Stuttgart (ZfES)
(2013) Blesl, Markus; Beestermöller, Robert; Kuder, Ralf; Fahl, Ulrich
Ausgehend von der aktuellen Diskussion über die zukünftige Ausrichtung der deutschen Energiepolitik und Energiewirtschaft stellt sich auch die Frage nach der zukünftigen Rolle der einzelnen Energieträger. Die Option eines höheren Anteils von Erdgas an der Energieversorgung ist im Zusammenhang mit einer neuen Ausrichtung der nationalen Energiepolitik, geprägt von Klimaschutzambitionen, der verstärkten Nutzung erneuerbarer Energien und dem Ausstieg aus der Kernenergie, eine der Lösungsmöglichkeiten. Eine entscheidende Rolle bei diesen Überlegungen spielen dabei die Fragen, welchen Gestaltungsspielraum es für einen denkbaren zukünftig höheren Anteil von Erdgas gibt. Der Einsatz von Erdgas im Energiesystem hängt von den energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen ab. Zu den wichtigsten Maßnahmen und Zielen in diesem Bereich zählen die Reduktion der Treibhausgas(THG)-Emissionen und der Ausbau der erneuerbaren Energien. Eine Reduktion der THG-Emissionen wie auch der Ausbau der erneuerbaren Energien sind Teil der europäischen 20/20/20-Ziele. Diese sind Teil des von der Kommission im Jahr 2008 vorgeschlagenen Klima- und Energiepakets (European Commission 2008). Oftmals wird dem Energieträger Erdgas dabei die Rolle einer Brückentechnologie auf dem Weg zu einer Dekarbonisierung des Energiesystems zugeschrieben. Es stellt sich somit die Frage, welche Auswirkungen unterschiedliche THG-Ziele und Ausbaupfade für erneuerbare Energien auf den Gaseinsatz haben. Um die zukünftige Rolle von Erdgas zu bestimmen, gilt es zudem, die Preissensitivität der Erdgasnachfrage zu untersuchen. In Deutschland stellt sich zudem die Frage, ob Neubauprojekte für Großkraftwerke in Zukunft realisiert werden können oder ob ein verstärkter Ausbau erdgasbetriebener Erzeugungsanlagen mit einer geringeren Leistung verfolgt wird. Ein Verzicht auf den Neubau von Großkraftwerken hätte spürbare Folgen für die Energiewirtschaft, die verarbeitende Industrie oder die Haushalte. Eine dezentrale, von industrieller, kommunaler und/oder privater Eigenerzeugung geprägte Struktur würde eine größere Koordinierung der Netze erfordern - sowohl der Erdgasnetze als auch der Stromnetze und Fernwärmeleitungen -, da Erdgas verstärkt in Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) eingesetzt würde. Die Einsatzpotenziale für dezentrale KWK-Anlagen hängen stark von den Abnahmemöglichkeiten für die darin erzeugte Prozess- und Nah-/Fernwärme in der Industrie bzw. in den Haushalten und dem Gewerbe-, Handels-, Dienstleistungs- (GHD-)Sektor ab. Hinzu kommt, dass strukturelle Veränderungen in der Stromerzeugung von Großkraftwerken hin zu räumlich verteilten, erdgasbasierten KWK-Anlagen zu einem Anstieg der Stromerzeugungskosten sowie der Strompreise führen können. Strompreiserhöhungen bedeuten eine Kostensteigerung für energieintensive Industrien. Fallen diese Kostensteigerungen zu hoch aus, kann es passieren, dass Standorte unrentabel werden und aufgrund günstiger Energiepreise im Ausland eine Abwanderung der entsprechenden Industrie vollzogen wird. Neben der Produktion würden dadurch auch das produktionstechnische Know-how und Arbeitsplätze ins Ausland verlagert. Dies kann aufgrund der volkswirtschaftlichen Verflechtung negative Rückkopplungseffekte auf andere Sektoren ausüben, so dass es unter Umständen zu einer weiteren Schwächung des Industriestandorts Deutschland kommt. Hieraus ergibt sich die Frage, wo die Schwellenwerte von Strompreiserhöhungen hinsichtlich derartiger Abwanderungen liegen bzw. welche Kostensteigerungen verkraftbar sind und welche nicht. Ziel dieser Studie ist die energie- und gesamtwirtschaftliche Analyse der Bedeutung von Erdgas für die Energiewirtschaft Deutschlands, insbesondere hinsichtlich einer zunehmend dezentraleren Stromerzeugung. In der einführenden Analyse sollen dazu die Auswirkungen von veränderten energie- und klimapolitischen Rahmenbedingungen in Form der THG-Ziele und Ausbaupfade für erneuerbare Energien untersucht werden. Weiterhin soll die Preissensitivität der Erdgasnachfrage näher betrachtet werden. Anschließend werden aktuelle Entwicklungstendenzen im Stromsektor in Deutschland hin zu einer zunehmenden Nutzung kleinerer und räumlich verteilter Erzeugungseinheiten näher analysiert. In der energiewirtschaftlichen Betrachtung soll untersucht werden, inwiefern ein Ausbleiben zukünftiger Großkraftwerksneubauprojekte zu einer Zunahme dezentraler erdgasbasierter Stromerzeugungs- und KWK-Anlagen führt. Mittels der Betrachtung verschiedener Szenarien mit und ohne Investitionen in neue Großkraftwerksprojekte sollen strukturelle Veränderungen in der Stromerzeugung und eventuell damit einhergehende Veränderungen der Strompreise aufgezeigt werden. Im Weiteren sind eine stärkere dezentrale Ausrichtung der Stromerzeugung und die sich dadurch ergebenen Konsequenzen für die Strom-, Gas- und Fernwärmeversorgung zu untersuchen. Aufbauend auf den Ergebnissen der energiewirtschaftlichen Analyse sollen in einer gesamt-wirtschaftlichen Betrachtung die Auswirkungen möglicher strompreisinduzierter Kostensteigerungen auf die Wettbewerbsfähigkeit energieintensiver Industrien analysiert werden. Zudem werden unterschiedliche Kostenumlagekonzepte auf Haushalte, Wirtschaft und Industrie untersucht. Dabei geht es um die Frage, wie sich die Wettbewerbsfähigkeit der energieintensiven Industrie verändert, in welcher Höhe Produktionsverlagerungen zu erwarten sind und welche Besonderheiten sich bei einer unterschiedlichen Verteilung möglicher Strommehrkosten auf bestimmte Stromverbraucher, wie Haushalte, Wirtschaft und Industrie, ergeben. Letzteres ist besonders vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussion über die Verteilung der Kosten der Erneuerbaren Energien (EEG-Umlage) auf die Stromverbraucher und damit verbundener Ausnahmeregelungen für einzelne Branchen von Relevanz.
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Energieprognose Bayern 2030
(2007) Fahl, Ulrich; Rühle, Bastian; Blesl, Markus; Ellersdorfer, Ingo; Eltrop, Ludger; Harlinghausen, Diana-Claudia; Küster, Robert; Rehrl, Tobias; Remme, Uwe; Voß, Alfred
Im Gutachten „Energieprognose Bayern 2030“ wird untersucht, wie sich die erfolgten Veränderungen der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen auf die Entwicklung von Energieversorgung und -anwendung in Bayern auswirken und welche Folgen dies wiederum auf die Entwicklung der energiebezogenen Emissionen haben wird. Damit sollen Daten und Analysen vorgelegt werden, die eine belastbare Basis für die Ausgestaltung der energiepolitischen Rahmenbedingungen in Bayern darstellen, die sich an den Zielen einer sicheren, wirtschaftlichen, umwelt- und nachweltverträglichen, d. h. dem Leitbild der „nachhaltigen Entwicklung“ entsprechenden Energieversorgung orientiert, so dass sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Anforderungen an die Energieversorgung bestmöglich erfüllt werden können.
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Energieverbrauchsprognose für Bayern : CO2-Vermeidungskosten; Ergänzung des Gutachtens; erstellt im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Verkehr und Technologie
(2001) Blesl, Markus; Fahl, Ulrich; Voß, Alfred
Aufbauend auf den Ministerratsbeschluß vom 14. Juli 1998, wonach der Standortsicherungsplan für Wärmekraftwerke anläßlich der anstehenden Fortschreibung des Landesentwicklungsprogramms Bayern (LEP) überarbeitet und dem Landtag zur Zustimmung vorgelegt werden sollte, hatte das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr und Technologie an das Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart die Erstellung eines Gutachtens „Energieverbrauchsprognose für Bayern“ in Auftrag gegeben. Das Gutachten wurde im Mai 2000 fertiggestellt. In dem Basisszenario des Gutachtens ergibt sich, dass die energiebedingten CO2-Emissionen in Bayern im Jahr 2005 mit 84,4 Mio. t wieder nahezu das selbe Emissionsniveau wie im Jahr 1990 (84,5 Mio. t) erreichen. Danach ergibt sich dann im Basisszenario eine Verminderung der energiebedingten CO2-Emissionen um ca. 1,7 % gegenüber 1990 bis zum Jahr 2010 auf dann 83,0 Mio. t. Zwischenzeitlich wurde das Klimaschutzkonzept der bayerischen Staatsregierung vorgestellt, in dem das bayerische Klimaschutzziel wie folgt formuliert ist: Es wird eine Verminderung der Gesamt-CO2-Emissionen in Bayern von derzeit (1997) rund 90 Mio. t bis zum Jahr 2010 auf einen Wert von 80 Mio. t pro Jahr angestrebt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, wie die Deckungslücke in Höhe von rund 3 Mio. t CO2 geschlossen werden kann, die sich aus einem Vergleich des bayerischen Klimaschutzziels mit dem Ergebnis des Basisszenarios der Energieverbrauchsprognose für das Jahr 2010 ergibt. In diesem Zusammenhang nehmen in der energiepolitischen Diskussion Maßnahmen für eine verstärkte Nutzung der erneuerbaren Energiequellen eine breiten Raum ein. Unabhängig von dem letztendlich notwendigen Umfang der CO2-Minderung kommt bei der Formulierung von energiepolitischen Strategien und Konzepten zur Erreichung einer klimaverträglichen Energieversorgung der Differenzierung zwischen dem technisch Möglichen, dem wirtschaftlich Machbaren und dem ökologisch Effizienten eine besondere Bedeutung zu. Rein technisch gesehen stehen uns zumindest auf längere Sicht sehr weitgehende CO2-Minderungsmöglichkeiten zur Verfügung. Aber nicht alles was technisch machbar ist, ist auch wirtschaftlich darstellbar und schon gar nicht effizient im Sinne der Nutzung knapper verfügbaren Ressourcen zur Vermeidung von Klimaveränderungen. In Anbetracht der begrenzten Ressourcen bzw. Aufwendungen, die zur Minderung der CO2-Emissionen zur Verfügung stehen und um möglichst schnell wirksam werdende Minderungen zu erreichen, kommt Kosten-Nutzen-Überlegungen eine besondere Bedeutung zu, auch um die Volkswirtschaft angesichts der gewaltigen Umstrukturierungsaufgabe der Energieversorgung nicht unvertretbar zu belasten. Dieser Grundgedanke ist auch bei der Einordnung der Möglichkeiten und Grenzen der verstärkten Nutzung der erneuerbaren Energiequellen zur CO2-Minderung in Bayern zu befolgen. Vor diesem Hintergrund ist es Ziel des Ergänzungsgutachtens, die aus einer volkswirtschaftlichen Perspektive für den heutigen Stand der Technik ermittelten CO2-Vermeidungskosten einer verstärkten Nutzung erneuerbarer Energiequellen in Bayern denjenigen gegenüber zu stellen, die sich bei Maßnahmen beim baulichen Wärmeschutz bzw. bei der Heiztechnik ergeben. Damit werden grundlegende Informationen für eine Einordnung und Bewertung der betrachteten CO2-Minderungsmaßnahmen bereitgestellt.
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Entwicklung eines Effizienzkriteriums für eine klimaschutzorientierte KWK-Förderung : Gutachten
(2000) Blesl, Markus; Dicke, Norbert; Fahl, Ulrich; Voß, Alfred; Weber, Christoph
Ein Effizienzkriterium für eine klimaschutzorientierte Förderung der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) basiert auf der Ermittlung der CO2-Einsparungen durch KWK-Anlagen im Vergleich zu einem Referenzsystem. Gemäß der ermittelten CO2-Einsparungen werden den KWK-Anlagenbetreibern Klimaschutzzertifikate zugesprochen, welche an einem vom Strommarkt getrennten Markt gehandelt werden können. Dabei sollte das Ziel der CO2-Reduktion nicht dadurch außer Kraft gesetzt werden, dass versucht wird, mit dem selben Förderinstrument gleichzeitig andere energiepolitische Ziele, z. B. des KWK-Bestandsschutzes oder der Versorgungssicherheit durch einen Einsatz von heimischen Kohlen, zu verwirklichen. Der Vorteil eines Modells der Quotierungspflicht für das Halten von CO2-Vermeidungszertifikaten liegt darin, dass besonders CO2-effiziente KWK-Anlagen, also solche mit einer hohen CO2-Einsparung auch besonders von einem mit den KWK-Bons verbundenen Zertifikatshandel profitieren. Hierdurch wird ein hoher Anreiz gegeben, Anlagen – sowohl bestehende, als auch Neuanlagen – zu verbessern sowie bei Neuanlagen auf einen hohen technischen Stand zu achten. Des Weiteren können durch ein so ausgestaltetes Zertifikatshandelsmodell für KWK-Bons bereits Erfahrungen gesammelt werden, welche für die Einführung eines allgemeinen CO2-Zertifikatehandelsmodells nützlich sind. Weiterhin bereitet die Einführung eines Modells von KWK-Klimaschutzzertifikaten auf eine EU-weite Einführung eines CO2-Zertifikatehandels vor. Zwischen der Einführung der KWK-Bons für die vermiedenen CO2-Emissionen und dem allgemeinen CO2-Zertifikatehandel sind auch mehrere Zwischenstufen denkbar.
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Entwicklung und Anwendung eines Integrated Assessment Modellinstrumentariums für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland : Schlussbericht
(2004) Fahl, Ulrich; Bickel, Peter; Blesl, Markus; Droste-Franke, Bert; Ellersdorfer, Ingo; Rehrl, Tobias; Remme, Uwe; Rout, Ullash Kumar; Voß, Alfred
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Integrated Assessment Modellinstrumentarium zu entwickeln und für die Analyse nachhaltiger Entwicklungen der Energieversorgung in Deutschland im globalen und europäischen Kontext anzuwenden. Das Modellinstrumentarium setzt sich aus vier Bausteinen zusammen. Zur Beurteilung der ressourcenbezogenen Effekte der globalen wie regionalen Nachfrage nach Primärenergieträgern ist das neu entwickelte Ressourcenmodell LOPEX an das Allgemeine Gleichgewichtsmodell NEWAGE-World gekoppelt worden. Auf der Basis der mit NEWAGE ermittelten weltweiten regionalisierten Nachfragen nach Energieträgern werden mit LOPEX Produktions- und Abbaupfade sowie Preispfade für die Energieträger Erdöl, Erdgas und Steinkohle abgeschätzt. Zum anderen wird durch die Anbindung des Umwelt Wirkungsmodells EcoSense an das europäische Energiesystemmodell TIMES-ES, das Deutschland und seine Nachbarstaaten hinsichtlich der gesamten Energieflüsse von den Energiedienstleistungen bis zur Primärenergiebereitstellung und die dabei entstehenden Emissionen erfasst, eine effiziente und zuverlässige Bewertung von Emissionsminderungsstrategien unter Berücksichtigung externer Effekte und Nachhaltigkeitsindikatoren auf europäischer Ebene ermöglicht.
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Entwicklungsstand und Perspektiven der Elektromobilität : Endbericht
(2009) Blesl, Markus; Bruchof, David; Hartmann, Niklas; Özdemir, Enver Doruk; Fahl, Ulrich; Eltrop, Ludger; Voß, Alfred
Im Rahmen dieser Studie wird untersucht, inwiefern die verschiedenen denkbaren Antriebsvarianten aus dem Bereich der Elektromobilität einen ökonomisch und ökologisch sinnvollen Beitrag zur Senkung der Erdölabhängigkeit und zur Reduzierung der Emissionen des Verkehrssektors leisten können. Die Studie beginnt zunächst mit einer technischen Beschreibung der verschiedenen Varianten elektrischer und hybrid-elektrischer Fahrzeugantriebe im PKW-Bereich. Anschließend folgt eine Analyse der derzeitigen spezifischen Kosten einzelner Antriebskomponenten, sowie des jeweiligen mittel- bis langfristigen Potenzials zur Kostenreduktion. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Mobilitätskosten der einzelnen elektromobilen Antriebsalternativen für verschiedene Nutzerprofile und Fahrzeugklassen ermittelt und durch den Vergleich mit konventionellen Referenzfahrzeugen bewertet. Des Weiteren werden auch die heutigen und zukünftigen Emissionen der einzelnen Antriebsalternativen im Fahrbetrieb (Tank-to-Wheel) und bei der Kraftstoffherstellung (Well-to-Tank) sowie die resultierenden CO2-Vermeidungskosten in Relation zum Referenzfahrzeug für verschiedene Nutzerprofile verglichen. Weitere Aspekte der Elektromobilität, die im Rahmen dieser Studie diskutiert werden, sind Infrastrukturanforderungen, die sich bei der Nutzung von Strom und Wasserstoff als Kraftstoff im PKW-Verkehr ergeben, sowie die Potenziale der Nutzung Batterie betriebener Elektrofahrzeuge zu Lastmanagement und Primärregelung.
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Ganzheitliche Bewertung innovativer mobiler thermischer Energiespeicherkonzepte für Baden-Württemberg auf Basis branchen- und betriebsspezifischer Wärmebedarfsstrukturen : Endbericht
(2011) Blesl, Markus; Ohl, Michael; Fahl, Ulrich
Im Zusammenhang mit der Energiepreis- u. Klimaschutzdiskussion werden vielfältige Anstrengungen zu technischen, wirtschaftlichen u. ökologischen Verbesserungen innerhalb des Energiesystems in Baden-Württemberg unternommen. Ein Aspekt umfasst die Nutzung industrieller Abwärmemengen. Dabei kann die Nutzung innerhalb des Quellenstandorts erfolgen (interne Abwärmenutzung) oder durch externe Nutzer. Für die Speicherung u. den möglichen Transport der Abwärme zu externen Nutzern stehen neben den leitungsgebu.enen verschiedene leitungsungebu.ene Systeme mit zur Verfügung, die unter dem Begriff „Mobile Wärme“ zusammengefasst werden. Die Ziele des Vorhabens umfassen die ganzheitliche Bewertung dieser verschiedenen Wärmespeicherkonzepte, bei denen es sich um das Thermoölverfahren, die Gruppe der Latentwärmespeichermedien u. die Zeolithspeichertechnik handelt. In einem ersten Schritt werden die physikalischen u. technischen Rahmendaten der jeweiligen Technik ermittelt u. die entsprechenden Anlagenkonzepte erläutert. Nachfolgend wird der bestehende Wärmebedarf in Baden-Württemberg nach Verbrauchssektoren (Industrie, GHD, Haushalte), Temperatursegment sowie der räumlichen Verteilung auf Kreisebene bestimmt. Es zeigt sich, dass in Baden-Württemberg der kreisweit höchste Wärmebedarf im Ortenaukreis, im Rhein-Neckar-Kreis, dem Ostalbkreis u. dem Landkreis Heidenheim vorliegt. Gleichzeitig erfolgt, ebenfalls aufgelöst nach Temperaturbereich u. räumlicher Verteilung, die Abschätzung des zur Verfügung stehenden industriellen Abwärmeaufkommens der einzelnen Branchen. Die Daten des Wärmebedarfs u. des Abwärmeangebots in Baden- Württemberg werden in einem Grafischen Informationssystem (GIS) erfasst u. editiert. Den nächsten Schritt bildet die Schaffung eines Bewertungstools für die ökologische Bilanzierung von Speicheranwendungen über die Lebenszyklusphasen Bau, Betrieb u. Entsorgung der Anlagen. Die parametrisierte Ausgestaltung des Tools speziell auf die Bedürfnisse der Wärmespeicherung bietet gegenüber gängigen Programmen dieser Art eine wesentlich einfachere Handhabbarkeit, die sowohl bei der Ermittlung von Emissionswerten als auch bei der Optimierung von Anlagen u. Konzepten in ökologischer Hinsicht zum Tragen kommen kann. Die praktische Anwendung der Lebenszyklusanalyse erfolgt anhand konkreter Beispielen für mögliche Pilotprojekte der Mobilen Wärme in Baden-Württemberg. Anschließend erfolgt die Ermittlung der wirtschaftlichen Rahmendaten, die sich über die gesamte Prozesskette von der Abwärmeauskopplung über den Transport bis zur Nutzung im Wärmeversorgungssystem des Anwenderstandorts erstreckt. Zur einfachen Abschätzung der wirtschaftlichen Kennwerte potenzieller Anwendungsfälle werden die ermittelten Wirtschaftlichkeitsdaten in ein parametrisiertes Modell der Kostenrechnung für alle betrachteten Speicherkonzepte integriert. Die Anwendung des Kostenmodells wird ebenfalls anhand der bereits in der ökologischen Bilanzierung betrachteten konkreten Fallbeispiele veranschaulicht. Neben der wirtschaftlichen u. ökologischen Bilanzierung dieser möglichen Projekte erlauben die erhaltenen Kennwerte auch die Bestimmung der jeweiligen CO2-Vermeidungskosten. Dabei zeigt sich, dass mobile Speichersysteme bezüglich des CO2-Ausstoßes konventionellen, auf dem Einsatz von Erdgas basierenden Wärmeversorgungssystemen deutlich überlegen sind. Die aus ökologischer Sicht vorteilhaften Aktionsradien der einzelnen Systeme liegen dabei sehr deutlich oberhalb des unter den derzeitigen Rahmenbedingungen in wirtschaftlicher Hinsicht darstellbaren Spektrums. Da die zur Verfügung stehenden Techniken der Wärmespeicherung in der Praxis mit anderen Nutzungsmöglichkeiten, wie etwa der Stromerzeugung, konkurrieren, werden die entsprechenden Techniken in einem eigenen Abschnitt beschrieben u. ebenfalls bezüglich ihrer wirtschaftlichen u. ökologischen Kenndaten analysiert. Für die betrachteten Fallbeispiele der Wärmespeicherung werden ausgewählte Nutzungsalternativen in ökologischer u. ökonomischer Hinsicht bilanziert. Es zeigt sich, dass die Techniken der Wärmespeicherung, insbesondere auch das auf hohe Leistungen u. Nutzungsdauern angewiesene Thermoölverfahren, diesbezüglich auf harte Konkurrenz trifft, die bei mittel- bis langfristig steigenden Strompreisen noch weiter profitiert. Dennoch bieten die Systeme der Mobilen Wärme ein bereites Einsatzpotenzial u. einen möglichen kostengünstigen Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen in Baden-Württemberg. Um dieses Potenzial heben zu können, bedarf es der Umsetzung von Demonstrationsprojekten, um die bislang noch bestehenden Hemmnisse überwinden zu können. Hierzu bieten sich als Wärmequellen Stahlwerke, Gießereien, Glasfabriken oder Zement- u. Ziegelwerke für das Thermoölverfahren sowie Biomasse- u. Biogasanlagen für die Latentwärmespeicherkonzepte an. Geeignete Wärmenutzer kommen insbesondere aus dem Bereich der öffentlichen Einrichtungen oder liegen in der Einbindung in bereits bestehende Wärmenetze.
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Global hydrogen and synfuel exchanges in an emission-free energy system
(2023) Lippkau, Felix; Franzmann, David; Addanki, Thushara; Buchenberg, Patrick; Heinrichs, Heidi; Kuhn, Philipp; Hamacher, Thomas; Blesl, Markus
This study investigates the global allocation of hydrogen and synfuels in order to achieve the well below 2 °C, preferably 1.5 °C target set in the Paris Agreement. For this purpose, TIMES Integrated Assessment Model (TIAM), a global energy system model is used. In order to investigate global hydrogen and synfuel flows, cost potential curves are aggregated and implemented into TIAM, as well as demand technologies for the end use sectors. Furthermore, hydrogen and synfuel trades are established using liquid hydrogen transport (LH2), and both new and existing technologies for synfuels are implemented. To represent a wide range of possible future events, four different scenarios are considered with different characteristics of climate and security of supply policies. The results show that in the case of climate policy, the renewable energies need tremendous expansion. The final energy consumption is shifting towards the direct use of electricity, while certain demand technologies (e.g., aviation and international shipping) require hydrogen and synfuels for full decarbonization. Due to different security of supply policies, the global allocation of hydrogen and synfuel production and exports is shifting, while the 1.5 °C target remains feasible in the different climate policy scenarios. Considering climate policy, Middle East Asia is the preferred region for hydrogen export. For synfuel production, several regions are competitive, including Middle East Asia, Mexico, Africa, South America and Australia. In the case of security of supply policies, Middle East Asia is sharing the export volume with Africa, while only minor changes can be seen in the synfuel supply.
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Global potentials and costs of synfuels via Fischer-Tropsch process
(2023) Buchenberg, Patrick; Addanki, Thushara; Franzmann, David; Winkler, Christoph; Lippkau, Felix; Hamacher, Thomas; Kuhn, Philipp; Heinrichs, Heidi; Blesl, Markus
This paper presents the potentials and costs of synthetic fuels (synfuels) produced by renewable energy via PEM water electrolysis and the subsequent Fischer-Tropsch process for the years 2020, 2030, 2040, and 2050 in selected countries across the globe. The renewable energy potential was determined by the open-source tool pyGRETA and includes photovoltaic, onshore wind, and biomass. Carbon dioxide is obtained from biomass and the atmosphere by direct air capture. The potentials and costs were determined by aggregating minimal cost energy systems for each location on a state level. Each linear energy system was modelled and optimised by the optimisation framework urbs. The analysis focused on decentralised and off-grid synthetic fuels’ production. The transportation costs were roughly estimated based on the distance to the nearest maritime port for export. The distribution infrastructure was not considered since the already-existing infrastructure for fossil fuels can be easily adopted. The results showed that large amounts of synthetic fuels are available for EUR 110/MWh (USD 203/bbl) mainly in Africa, Central and South America, as well as Australia for 2050. This corresponds to a cost reduction of more than half compared to EUR 250/MWh (USD 461/bbl) in 2020. The synfuels’ potentials follow the photovoltaic potentials because of the corresponding low levelised cost of electricity. Batteries are in particular used for photovoltaic-dominant locations, and transportation costs are low compared to production costs.
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Global resources and energy trade : an overview for coal, natural gas, oil and uranium
(2007) Remme, Uwe; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich
Despite efforts to improve energy effi-ciency and increase the usage of re-newable energy carriers, fossil fuels and nuclear energy will continue to be im-portant sources of global energy supply for the coming decades. Present global oil and gas supply is characterized by a concentration of production in a few world areas, mainly the Middle East and the Former Soviet Union, and a transport from these regions to the industrialized countries. Depletion of conventional reserves, especially oil, in combination with a surge for energy in emerging economies, as China and India, how-ever, is expected to change this picture in the future: unconventional resources in other world regions may be exploited to cover the surge energy demand, infrastructure for energy transport along new routes may have to be established. To provide a data base for such ques-tions, this report gives an overview of the current global resource situation for coal, natural gas, oil and uranium. In the first part, an assessment of the con-ventional and unconventional reserves and resources as well as their supply costs is given for the different regions of the world. The second part describes the current energy trade infrastructure between world regions and estimates the costs for existing and new trade links between these regions.
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How to reach the new Green Deal targets : analysing the necessary burden sharing within the EU using a multi-model approach
(2021) Kattelmann, Felix; Siegle, Jonathan; Cunha Montenegro, Roland; Sehn, Vera; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich
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Integrierte Szenarioanalysen zu Energie- und Klimaschutzstrategien in Deutschland in einem Post-Kyoto-Regime
(2011) Blesl, Markus; Bruchof, David; Fahl, Ulrich; Kober, Tom; Kuder, Ralf; Götz, Birgit; Voß, Alfred
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Integrierte Szenarioanalysen zu Energie- u. Klimaschutzstrategien in Deutschland in einem Post-Kyoto-Regime“ wird analysiert, wie sich die unterschiedlichen energie- u. klimapolitischen Zielvorstellungen in Deutschland, in Europa u. weltweit auf die Entwicklung von Energieversorgung u. -anwendung in Deutschland auswirken u. welche Folgen dies wiederum auf die Entwicklung der energiebezogenen Emissionen haben wird. Damit sollen Daten u. Analysen vorgelegt werden, die eine belastbare Basis für die Ausgestaltung der energiepolitischen Rahmenbedingungen in Deutschland darstellen, die sich an den Zielen einer sicheren, wirtschaftlichen, umwelt- u. nachweltverträglichen, d. h. dem Leitbild der „nachhaltigen Entwicklung“ entsprechenden Energieversorgung orientiert, so dass sowohl die ökonomischen als auch die ökologischen Anforderungen bestmöglich erfüllt werden können.
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Kraft-Wärme-Kopplung im Wärmemarkt Deutschlands und Europas : eine Energiesystem- und Technikanalyse
(2014) Blesl, Markus; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
Im Wärmemarkt stehen seit Jahren unterschiedlichste Wärmeversorgungstechnologien auf Basis fossiler und erneuerbarer Energieträger, sowie Strom und Fernwärme untereinander als auch mit Einsparoptionen im Wettbewerb. Ein Großteil des Endenergieverbrauchs in Deutschland und der EU27 wird heute und zukünftig für die Deckung der Wärmenachfrage aufgewendet. Der Wärmemarkt steht damit im Fokus energiepolitischer und –wirtschaftlicher Fragestellungen. Ziel der Ausführungen ist es, mögliche Einflussfaktoren auf den Wärmemarkt in Deutschland und Europa zu analysieren. Die Auswirkungen hinsichtlich der Struktur der eingesetzten Energieträger und Technologien bis zum Jahr 2050 werden untersucht. Ein Schwerpunkt wird hierbei auf die Untersuchung der Rolle der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Fernwärme gelegt. Die Bewertung der KWK und Fernwärme und deren Vergleich zur getrennten Erzeugung hängen von der gewählten Versorgungsaufgabe ab. Entsprechend werden unterschiedliche Rangfolgen gekoppelter und ungekoppelter Wärmeversorgungstechnologien bei einer Analyse mit Hilfe von CO2-Vermeidungskosten, der ganzheitlichen Bilanzierung und einer para-metrisierten Versorgungsaufgabe ermittelt. Für die Beurteilung der energetischen, umweltseitigen und kostenseitigen Implikationen un-terschiedlicher Versorgungssysteme im Wärmemarkt wird eine detaillierte länderspezifische Untersuchung mittels einer Energiesystemanalyse durchgeführt. Hierfür wird das paneuropäi-sche Energiesystemmodell TIMES PanEU entwickelt, in welchem sowohl länderspezifische und sektoral differenzierte Versorgungstechnologien des Wärmemarktes als auch die beste-henden Versorgungsstrukturen modelliert sind. Die Entwicklung der Wärmenachfrage auf Nutzenergieebene wird basierend auf Simulationsergebnissen vorgegeben. So reduziert sich beispielsweise der spezifische Wärmebedarf des Gebäudebestandes in Deutschland bis zum Jahr 2050, trotz regulatorischer Vorgaben z. B. hinsichtlich des Gebäudestandards sowie de-ren Fortschreibung, aufgrund der aktuellen energetischen Sanierungszyklen und -quoten le-diglich auf Neubaustandard des Jahres 2007. Die Ergebnisse der Szenarienanalysen mit dem Energiesystemmodell TIMES PanEU zeigen, dass fossile Energieträger in wesentlich größerem Maße als Elektrowärmeanwendungen und der Einsatz von erneuerbaren Energien im Wärmemarkt von politischen Vorgaben (z.B. einem Treibhausgasminderungsziel) beeinflusst werden. Die Rolle der Fernwärme wird in erheblicher Weise dadurch bestimmt, ob diese quasi CO2-frei erzeugt werden kann. Optionen hierfür bestehen in Form von KWK-Anlagen auf Basis fossiler Energieträger mit CO2-Abscheidung und Speicherung, auf Basis von Geothermie oder Biomasse sowie durch Wärmepumpen und Solarthermie. Das technische und wirtschaftliche Potenzial dieser Erzeugungsoptionen ist ein limitierender Faktor für den Ausbau der Fern- und Nahwärmeversorgung in Deutschland.
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Maßnahmen für den Ersatz der wegfallenden Kernenergie in Baden-Württemberg : Gutachten
(2001) Fahl, Ulrich; Blesl, Markus; Rath-Nagel, Stefan; Voß, Alfred
Mit der Erklärung zwischen der Bundesregierung und den Energieversorgungsunternehmen vom 14. Juni 2000, mit der die Zukunft der Kernenergie in Deutschland durch eine Vereinbarung 1 geregelt werden soll, sind auch Reststrommengen für die weitere Nutzung der Kernkraftwerksblöcke in Baden-Württemberg festgelegt worden. Die Reststrommengen wurden auf der Grundlage einer Regellaufzeit von 32 Kalenderjahren ab Beginn des kommerziellen Leistungsbetriebs berechnet, wobei für das Kernkraftwerk Obrigheim eine Übergangsfrist bis zum 31.12.2002 angesetzt wurde. Strommengen, d. h. Produktionsrechte, können auch durch Mitteilung der beteiligten Betreiber an das Bundesamt für Strahlenschutz von einem Kernkraftwerk auf ein anderes Kernkraftwerk übertragen werden. Baden-Württemberg ist von der Vereinbarung besonders stark betroffen, da die fünf Kernkraftwerksblöcke des Landes in 1998 mit einem Anteil von 32 % an der gesamten Brutto-Engpaßleistung der Kraftwerke in Baden-Württemberg und mit 58 % an der Brutto-Stromerzeugung beteiligt waren. Vor diesem Hintergrund ist es Zielsetzung des Gutachtens, den notwendigen Handlungsbedarf zu identifizieren und Handlungsempfehlungen auszuarbeiten, die in den nächsten Jahren und Jahrzehnten umzusetzen sind, um angesichts der sukzessiven Stillegung der baden-württembergischen Kernreaktoren rechtzeitig Ersatzlösungen verfügbar zu haben. Dabei ist mit den jeweils einsetzbaren Techniken und in der zur Verfügung stehenden Zeit eine möglichst sichere, preiswerte und umweltverträgliche Energieversorgung zu gewährleisten. Die Analysen gehen unter anderem vom Ziel der Landesregierung aus, dass Ersatz für die Arbeit und Leistung der stillzulegenden Kernkraftwerke in Baden-Württemberg realisiert wird, um die damit verbundene Wertschöpfung im Land zu erhalten und Beschäftigung zu sichern.
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On the way to a sustainable European energy system : setting up an integrated assessment toolbox with TIMES PanEU as the key component
(2020) Korkmaz, Pinar; Cunha Montenegro, Roland; Schmid, Dorothea; Blesl, Markus; Fahl, Ulrich
The required decarbonization of the energy system is a complex task, with ambitious targets under the Paris Agreement, and related policy analysis should consider possible impacts on the economy and society. By coupling the energy system model TIMES PanEU with the impact assessment model EcoSense and the computable general equilibrium model NEWAGE, we present an integrated assessment toolbox for the European energy system capable of internalizing health damage costs of air pollution while simultaneously accounting for demand changes in energy services caused by economic feedback loops. The effects of each coupling step are investigated in a scenario analysis. Additionally, CO2 decomposition analysis is applied to identify the main drivers to decarbonize the energy system. Our results show that integrating externalities forces the system to take early action, which provides benefits on the societal level. Including macro-economic variables has a negative effect on energy service demands and generally reduces the need for structural change, which are still the main drivers of decarbonization. The tighter the models are coupled, the fewer the iterations needed and the lower the CO2 prices resulting from the carbon cap and trade system. In this aspect, an integrated view can provide valuable insights to determine efficient and effective decarbonization paths.
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Räumlich hoch aufgelöste Modellierung leitungsgebundener Energieversorgungssysteme zur Deckung des Niedertemperaturwärmebedarfs
(2002) Blesl, Markus; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
Flächenmodelle bieten einen methodischen Ansatz für die räumlich hoch aufgelöste Modellierung des Aufbaus, des Ausbaus und der Verdichtung bestehender Nah-/Fernwärmenetze. Durch die Verknüpfung der geographischen Informationen der Netzflußmodelle mit dem prozeßanalytischen Aspekt von Energiesystemmodellen ist eine hinreichende Beschreibung der Realität im Modell möglich. Bei der mathematischen Modellbeschreibung wurde sowohl die Fixkostenproblematik als auch die leistungsabhängige Kostendegression leitungsgebundener Versorgungssysteme und Energieerzeugungsanlagen berücksichtigt. Hierfür wurde einerseits die gemischt ganzzahligen Optimierung und andererseits die separable Optimierung in die Modellformulierung integriert. Da Flächenmodelle als Mehrperiodenmodelle konzipiert sind, können Veränderungen der Energiepreise, des Wärmebedarfs, der Energietechnik und der politischen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden. Durch die Optimierung von Flächenmodellen kann das wirtschaftliche Potential der unterschiedlichen Wärmeversorgungssysteme gebietsspezifisch bestimmt werden. Ergebnisse der Modellrechnung können z. B. dazu verwendet werden, straßenabschnittsscharf geeignete Objekte für die Verdichtung oder geeignete Randobjektgruppen für den peripheren Ausbau von Fernwärmenetzen zu bestimmen. Untersuchungen exemplarischer Nah- und Fernwärmeversorgungsfälle anhand einer modifizierten Siedlungstypmethode haben gezeigt, daß auch unter den heutigen Rahmen- und Randbedingungen wirtschaftliche Potentiale für den Ausbau der Nah-/Fernwärmeversorgung existieren. Die Größe dieser Potentiale werden von einer Reihe von Hemmnissen beeinflußt. Hierbei spielt der Erschließungszeitpunkt und -zeitraum, der Anschlußgrad und die Reduktion des Wärmeverbrauchs eine entscheidende Rolle. Werden für die Wärmeerzeugung KWK-Anlagen eingesetzt, so sind die erzielbare Stromerlöse ein weiterer wesentlicher Einflußfaktor.