04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik
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Item Open Access Das Kopernikus-Projekt ENavi - Die Transformation des Stromsystems mit Fokus Kohleausstieg(2019) Fahl, Ulrich; Gaschnig, Hannes; Hofer, Claudia; Hufendiek, Kai; Maier, Beatrix; Pahle, Michael; Pietzcker, Robert; Quitzow, Rainer; Rauner, Sebastian; Sehn, Vera; Thier, Pablo; Wiesmeth, Michael; Hufendiek, Kai; Pahle, MichaelIn diesem Bericht wird die Transformation des Stromsystems als zentrale Stellschraube zur Erreichung der Klimaziele analysiert. Dabei wird die Dekarbonisierung, insbesondere der Ausstieg aus der Kohleverstromung, in den Fokus gerückt. Anhand einer systematischen Vorgehensweise werden Transformationsszenarien für das deutsche Energiesystem identifiziert, analysiert und bewertet. Die Analyse erfolgt mithilfe unterschiedlicher computergestützter Modelle, um die Auswirkungen im gesamten System abschätzen zu können. Es werden sowohl Wechselwirkungen im Stromsystem und im Energiesystem, als auch im Wirtschaftssystem und im Bereich Ressourcen und Umwelt untersucht.Item Open Access Simulation of microwave beams with PROFUSION(2019) Plaum, BurkhardItem Open Access 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, UlrichAusgehend 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.Item Open Access Zusammenfassung des Working Paper „Technologien und Geschäftsmodellmuster des Smart Grids - Eine Multimodale Erhebung der aktuellen Trends und Analyse der Wechselwirkungen"(2020) Häbig, Pascal; Peper, Dominik; Fluri, VerenaItem Open Access Policy Brief: Folgen des Kohleausstiegs und der Energiewende für die Haushalte in Deutschland(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2019) Fahl, Ulrich; Dobbins, Audrey; Hofer, Claudia; Hufendiek, Kai; Hufendiek, KaiDer aktuell diskutierte „Kohleausstieg“ sowie das geplante Klimaschutzgesetz verursachen Kosten. Die Bepreisung von Kohlendioxyd (CO2) ist in diesem Zusammenhang als kosteneffizientes Instrument zu beurteilen und daher aus ökonomischer Sicht vorteilhaft. Durch die CO2-Bepreisung entstehen einerseits Kosten für den Systemumbau, andererseits werden staatliche Einnahmen generiert. Werden diese Mehreinnahmen jedoch nicht zur Entlastung der Verbraucher genutzt, so kommt es auf Haushaltsebene zu erheblichen Mehrbelastungen. Um diese Mehrbelastungen zu vermeiden, sind flankierende Ausgleichsmaßnahmen unbedingt notwendig.Item Open Access Strategies for the effective reduction of aircraft noise exposure at airports : preparation of an integrated, effective and practice-orientated aircraft-noise reduction concept(Stuttgart : Institute for Energy Economics and the Rational Use of Energy (IER), 2012) Friedrich, Rainer; Müller, Wolf; Ohlau, Katrin; Bertschmann, Damaris; Maibach, Markus; Peter, Martin; Sutter, Daniel; Rokitansky, Carl-Herbert; Kubera, Barbara; Bergmann, HeidiExposure of the population to aircraft noise is still a severe problem. In this study, instruments and measures are investigated with which aircraft noise exposure might be reduced to a tolerable level. These investigations are carried out exemplarily for three types of airport: an airport with a large volume of freight and night-flight operations, a medium-sized airport and a regional airport. Initially, short- and long-term objectives for noise exposure are deduced. Measures for noise reduction are then identified and their impact (noise reduction and consequential decline in health risks and annoyance) and legal feasibility assessed. The measures are subsequently consolidated in strategies (that is, packages of measures). The efficiency strategy comprises measures that are easily implemented legally; namely, an increase in takeoff and landing charges, introduction of noise-optimized approach procedures and reduction of noise limits for establishment of protection zones in accordance with the German Aircraft Noise Protection Act (Fluglärmgesetz). In the effectivity strategy further measures are implemented, in particular a night-flight ban. Long-term noise abatement objectives cannot be achieved with the short- and also long-term measures under investigation. A possible solution could be a drastic reduction in permissible noise limits for new aircraft.Item Open Access Integrated environmental health impact assessment for Europe : methods and results of the HEIMTSA/INTARESE Common Case Study(Stuttgart : Universität Stuttgart, IER, 2011) Friedrich, Rainer; Kuhn, AlexandraWithin the EU FP6 projects HEIMTSA and INTARESE a framework for carrying out integrated environmental health impact assessments has been developed. In this paper, the framework is tested and applied.The following question is analysed: how do EU climate mitigation and adaptation policies and measures affect environmental health impacts in Europe? While answering this question, a number of important parameter values and functions, especially dose-response functions, concentration-response functions and exposure-impact functions as well as monetary values for health endpoints are provided, which may be used in further studies. Results show that the impact of most climate change mitigation policies on environmental human health is nearly as important as the climate change effects themselves. Quite some climate protection policies have important positive effects, i.e. they reduce health effects considerably (e.g. the use of wind or solar energy replacing oil and coal). However some policies, especially biomass burning and reducing air exchange rates in houses, cause quite high additional health impacts. The analysis also allows a ranking of stressors in environmental media with regard to overall health impacts in the EU: The highest overall damage stems from primary and secondary fine particles, followed by noise and radon. Less damage is caused by ozone, then mould followed by dioxins and heat waves. Pesticides and especially PCBs cause relatively low health impacts if only cancer endpoints are considered. This hierarchy does not change if different indicators like DALYs or monetary values are applied. Sensitivity analyses furthermore show that the pattern of importance does not change, either, if different toxicity of PM components is assumed. This information is useful to identify priorities when planning health protection policies.A general conclusion is that taking relevant ‘environmental health effects’ into account will change policy recommendations in many fields substantially.Item Open Access An approach to reducing the greenhouse gas footprint in the manufacturing industry: Determinants for an economic assessment of industrial decarbonisation measures(2022) Buettner, Stefan M.; Wang, DianaA reduction of the greenhouse gas footprint towards net zero emissions can be achieved with the help of a wide variety of measures. There are three principal approaches (categories): first, reducing greenhouse gases by adjusting the way business is done (efficiency and processes); second, substituting what business is done with (sources of energy and material); and third, offsetting the greenhouse gases emitted. Some measures seem simple and obvious, while others appear complex and demanding. The decisive factor is the respective impact on economic efficiency. Therefore, the authors have identified six types of measures that differ in terms of the impact of investment and operating costs on energy and emission costs. In this report, the authors evaluate these types of measures from an economic perspective and address the limitations and advantages and disadvantages of the different types of measures in terms of emerging needs for action and consequences. Since, for example, on-site measures are often more sensible and also the increase or introduction of emission prices in many countries can have significant cost implications (and subsequently affect global supply chains), an adjustment of the traditional approach to economic valuation seems necessary. On this basis, a novel economic valuation approach for decarbonisation measures is proposed. The approach, illustrated by calculation examples and extensions to dynamically rank, score, and adjust to changing circumstance over time, facilitates an optimal selection of measures to support companies in achieving and sustaining their greenhouse gas reduction goals while maintaining economic efficiency.Item Open Access Zusammenfassung zum Working Paper „Unternehmensökosysteme im Smart Grid - Eine Fallstudie für Anbieter von intelligenten Messsystemen"(2020) Peper, Dominik; Häbig, Pascal; Fluri, VerenaItem Open Access Ganzheitliche Bewertung von Holzheizungen(Stuttgart : Zentrum für Energieforschung Stuttgart, 2016) Huang, Ganlin; Schmid, Dorothea; Friedrich, Rainer; Vogt, Ulrich; Mahami, Golnoosh; Struschka, Michael; Juschka, WinfriedHolzfeuerungen emittieren nur wenige Treibhausgasemissionen, aber erhebliche Mengen an Feinstaub und Stickoxiden. Überwiegen die Vorteile des Klimaschutzes die Nachteile, nämlich die Gesundheitsrisiken durch die Luftschadstoffbelastung? Um dies zu klären, werden die sozialen Kosten, also die Summe aus Kosten, monetarisierten Klimaschäden und monetarisierten Gesundheitsschäden von Holzheizungen denen von Erdgas- und Ölheizungen gegenübergestellt. Es zeigt sich, dass in Stuttgart - als Beispiel für eine Großstadt -, Erdgas- und Ölheizungen niedrigere soziale Kosten aufweisen als Holz- und Pelletfeuerungen, selbst wenn diese mit Partikelfiltern versehen wären; in Städten sollten Holzfeuerungen daher nicht verwendet werden. Auf dem Land weisen dagegen mit Partikelfiltern versehene Holzheizungen günstigere soziale Kosten auf als Feuerungen für fossile Brennstoffe.