04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik

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    Modelling of endogenous technological learning of energy technologies - an analysis with a global multi-regional energy system model
    (2007) Rout, Ullash Kumar; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
    The modelling of energy systems, which coevolved from socio-technological interactions and their interplay with the economy, plays a key role in the development of national and international policies to solve the problem of energy poverty. The other important issues addressed by energy system modelling are change in energy infrastructure, develop energy strategies, paving pathways towards technological sustainability and predicting future energy demand. Almost all energy system models are based on optimization of the lowest energy production cost, where the total cost is contributed jointly by the energy carrier's price and the cost of the associated technology subject to technical parameters. Minimizing the investment cost associated with a given technology is extremely important to sustain the surge in energy demand of the global market. Therefore, how the model applies endogenous investment costs to forecast the future benefit associated with the current knowledge subject to uncertainty in learning rates is an important aspect of energy system modelling and analysis. The influence of uncertainties in learning rates on global learning concepts without and with a technology gap (knowledge gap and time lag) is of concern in order to identify the road map of the technologies across regions. In this modelling study, five regional global models based on TIMES have been developed (TIMES is a model generator and stands for "The Integrated MARKAL EFOM System"). The regions are defined as 25 European nations (EU25), Rest of OECD (R_OECD), Rest of Non-OECD (R_NOECD), India and China, according to the nations included inside each region and also on their economic categorisation. It is a demand driven, bottom-up and technology abundant model, where GDP, population, and traffic demands are the main drivers for the development of energy demand in the past, present and future. It is a long-term model (1990-2100) consisting of 19 periods with unequal period lengths (5, 8 and 10 years). Each year is divided into three seasons and each season is further divided into day and night, as the smallest time resolution. The entire Reference Energy System (RES) is represented in the Global TIMES G5 model by extraction; inter-regional exchange; refineries; hydrogen (H2) production; synthetic fuel production; bio-fuel production; electricity and heat production; Carbon Capture and Storage (CCS); and sector-wise energy demands of industry, commerce, residential and transport, non-energy use and finally an integrated climate module. In the extraction sector, hard coal, lignite, crude oil and natural gas are modelled in four steps with the help of default cost-potential curves. Inter-regional exchanges of ten commodities are modeled for each region inside the TIMES G5 model. The final energy demand of end-use sectors such as industry, commerce and residential are modelled by different end use technologies to satisfy the users' energy demand. Natural and artificial carbon pools are included in the modelling aspect for the abatement of CO2 or carbon concentrations in the atmosphere to reduce climate warming. Two climate stabilization scenarios of CO2emissions of 500-ppmv and 550-ppmv have been used in order to estimate the sectoral restructuring of the energy system across different regions as well as its effect on atmospheric and deep ocean layer temperature rise. The phaseout of polluting fuels and the integration of non-polluting or less polluting fuels and renewable energy sources inside the sectoral energy system predominate across all regions. Sectoral energy demand and total final energy demand decreases in individual regions. Technologies such as fuel cells, fusion technology, Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) with CO2 sequestration, Combined Cycle Gas Turbine (CCGT) with CO2 sequestration and hydrogen production with CO2 sequestration are selected in the stabilization scenarios. The CO2 emission by fossil fuels, by sectors and by regions decreases. The atmospheric temperature rises by a maximum of 2.41oC and the ocean bed temperature rises by a maximum of 0.33oC up to the year 2100. The TIMES G5 global model has been developed to test global learning processes for the effect of uncertainties on learning rates of innovative technologies, i.e., technology diffusion across world regions subject to uncertainty in LRs for three PRs has been considered on implementation of floor cost approach The global learning process considering technology gap methodologies (knowledge gap and time lag) has been developed and tested for three different progress ratios of each technology for uncertainty of the technological return. Knowledge gap represents higher specific cost of the technology for developing regions and time lag approach presents a time lag in capacity transfer to developing regions compared to developed regions. This study shows the penetration and integration of new technologies such as IGCC, CCGT, solar photovoltaic (PV), wind onshore, wind offshore and geothermal heat pumps inside the energy system of different regions. Variations result observed by the inclusion of global learning without and with technology gaps in the form of higher specific cost (knowledge gap) and time lag. IGCC technology reaches its maximum potential in all scenarios across the globe. IGCC technology is preferred in the case of global learning without knowledge gap and time lag across developing regions compared to global learning with knowledge gap. CCGT technology development in manufacturing region decreases in global learning with technology knowledge gap compared to without knowledge gap concept. Wind onshore penetrates more in EU25 and R_OECD regions and in energy systems in a global learning concept without knowledge gap. Developed regions use more learning technology in the global learning with time lag concept because of the advantage of early investment cost reduction of learning technologies contributed by developing regions. Geothermal Heat Pump (geothermal HP) penetrates more across all regions and in all scenarios as the technology is modeled for global learning without knowledge gap and time lag. Bio-gasification, solid oxide fuel cells and molten carbonate fuel cells do not enter any energy system under any scenario. It is observed that learning technology diffuses more in higher learning rates and less in lower learning rates across the regions and the globe. The development of specific costs of innovative technologies is observed differently by period for developing and developed regions in global learning with technology gap in the form of higher specific cost approach.
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    Globalisierungsprozesse in der Textilwirtschaft, insbesondere in der ökologisch ausgerichteten Branche
    (2010) Weidenhausen, Evelyn Mejrem; Hahn, Roland (Prof. Dr. Dr.)
    Bedingt durch den zweiten Strukturwandel, welcher in der Wirtschaftsgeographie auch als die Vorstufe oder erste Phase der Globalisierung bezeichnet wird, befindet sich die deutsche Textil- und Bekleidungsindustrie (TBI) seit Anfang der 70er Jahre in einem Prozess der Umstrukturierung, aus dem eine Standortdynamik resultiert. In dem Maße, in dem der Strukturwandel die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen verändert, spielt Nachhaltigkeit in der Produktion eine wachsende Rolle für einen zukunftsorientierten Wettbewerb. Die ökologische TBI ist ein Nischenspezialist innerhalb der gesamten TBI, die sich mit ihrem Zusatznutzen "ökologisch" Wettbewerbsvorteile generiert. Die genannten ökonomisch strategischen Gründe werden von ökologischen und gesellschaftlichen Aspekten begleitet. Vorliegende Arbeit verfolgt mit ihrem Forschungsfeld das Ziel, die Standorte der Stoffströme und Wertschöpfungsketten der ökologischen Textil- und Bekleidungsunternehmen im globalen Netz zu untersuchen. Der erste Teil der Arbeit ist ein Theorieteil. Dieser beginnt mit der Untersuchung des Strukturwandels in der TBI als Vorstufe bzw. erste Phase der Globalisierung im Hinblick auf wirtschaftliche, gesetzliche und gesellschaftliche Veränderungen. In einem weiteren Schritt wird der Begriff der nachhaltigen Entwicklung der TBI fokussiert, dabei bilden die Standards der ökologischen TBI entlang der Wertschöpfungskette den Schwerpunkt der Betrachtung. Die Standortmuster, die sich aus dem Strukturwandel ergeben, werden durch die Globalisierungsprozesse überlagert. Aus diesem Sachverhalt resultiert eine Problemstellung mit der Frage, inwiefern die Indikatoren und Rahmenbedingungen der Globalisierung auf die ökologisch orientierte Textilwirtschaft zutreffen und ob sich die ökologische Textilwirtschaft im Spannungsfeld zwischen Globalisierungs- und Regionalisierungsprozessen befindet. Der zweite und empirische Teil der Arbeit untersucht die ökologische TBI auf der Makro- und Mikroebene. Die Methode der wissenschaftlichen Untersuchung basiert auf drei Säulen, einer Operationalisierung mit einem voll- bis teilstandardisierten Fragebogen, Befragungen und Gesprächen auf Bio-Fach-Messen sowie zwei Forschungsreisen (Türkei und Ägypten). Der Empirieteil stellt eine Analyse und Auswertung der Ergebnisse der empirischen Untersuchung dar. Auf der Makroebene werden großräumliche und allgemeine Aspekte der ökologischen TBI ausgeführt. Die Mikroebene verdeutlicht an vier exemplarischen Fallbeispielen, wie ökologische Textil- und Bekleidungsunternehmen konzeptionell arbeiten und in Bezug auf Internationalisierungs-, Globalisierungs- und Regionalisierungsprozesse ihre Stoffströme und Wertschöpfungsketten managen, ohne dabei die ökologischen Standards zu vernachlässigen.
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    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, Michael
    In 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.
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    Die Wirkung staatlicher Fördermaßnahmen auf die Innovationsdynamik im Bereich der erneuerbaren Energien : eine Analyse der deutschen PV-Branche auf Basis eines agentenbasierten Simulationsmodells
    (2012) Roloff, Nils; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr. Dr.-Ing. habil.)
    Der zu erwartende Anstieg des Weltenergiebedarfs macht angesichts der Klimaproblematik und der begrenzten fossilen Ressourcen eine Umgestaltung der Energiesysteme dringend notwendig. Die erneuerbaren Energien sind jedoch noch nicht in der Lage, eine zuverlässige und kostengünstige Energieversorgung zu gewährleisten. Die technologische Weiterentwicklung der regenerativen Energien sowie eine effektive Gestaltung geeigneter Förderstrategien sind daher zentrale Herausforderungen, denen Industrie und Politik gegenüberstehen. In Anbetracht der steigenden Nachfrage nach innovativen Lösungen und den daraus resultierenden Exportchancen spielen hierbei nicht nur Aspekte des Klimaschutzes, sondern auch industriepolitische Motive eine wichtige Rolle. Hinsichtlich der grundsätzlichen Frage der Technologieförderung, ob Innovationsprozesse durch „Technology-Push“- oder durch „Market-Pull“-Faktoren ausgelöst werden, besteht in der Innovationsforschung zwar Konsens darüber, dass beide Arten von Einflussgrößen von Bedeutung sind. Dennoch existiert in Bezug auf die Frage, welche Faktoren die Wirkung staatlicher Förderinstrumente beeinflussen und welche Effekte durch Interdependenzen zwischen verschiedenen Fördermaßnahmen hervorgerufen werden können, noch Forschungsbedarf. So werden insbesondere die Wirkungsweise und die Effektivität nachfrageorientierter Förderinstrumente nach wie vor kontrovers diskutiert. Um ein besseres Verständnis der Komplexität von Innovationsprozessen zu erhalten und die Einflüsse staatlicher Maßnahmen systematisch untersuchen zu können, wurde in dieser Arbeit ein agentenbasiertes Simulationsmodell entwickelt, auf Basis dessen sich die historische Entwicklung der deutschen Fotovoltaikbranche analysieren lässt. Hierbei bietet sich die Fotovoltaiktechnologie (kurz: PV) zum einen deshalb an, weil sie schon seit Anfang der 1960er Jahre gefördert wird. Zum anderen wurden und werden nicht allein Maßnahmen zur Forschungsförderung, sondern auch nachfrageorientierte Förderprogramme, z. B. das Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (EEG), eingesetzt. Die agentenbasierten Modellierung zeichnet sich dadurch aus, dass komplexe Zusammenhänge ausgehend von den Interaktionen einzelner, autonomer Akteure abgebildet werden. Daher lassen sich die dynamischen Wechselwirkungen zwischen der Mikroebene des Akteursverhaltens und der Makroebene des Innovations- und Marktgeschehens unmittelbar analysieren. Außerdem erlaubt die agentenbasierte Modellierung die Abkehr von Modellen, die auf dem Leitbild des „homo oeconomicus“ der neoklassischen Ökonomik basieren, da es möglich ist, Aspekte wie begrenzte Rationalität oder die individuellen Strategien heterogener Akteure zu modellieren. Im Vergleich zu bisherigen Arbeiten wurden dabei wichtige Ergänzungen und Fortschritte erfolgreich umgesetzt: Hatten bislang erstellte Modelle, in denen industriespezifische Innovationsprozesse untersucht wurden, primär qualitativen Charakter, konnte die historische Technologie- und Marktentwicklung der betrachteten Branche im Rahmen dieses Vorhabens weitestgehend auch quantitativ nachgebildet werden. Die verschiedenen Prozesse der Wissensgenerierung, -verbreitung und -akkumulation wurden außerdem deutlicher differenziert, wodurch eine bessere Nachvollziehbarkeit des Innovationsvorgangs selbst erreicht wird. Ebenso wurden nachfrageseitige Prozesse stärker in die Modellierung mit einbezogen. Somit sind aussagekräftigere Analysen nachfrageorientierter Fördermaßnahmen möglich. Insgesamt sind daher auf Basis des entwickelten Agentenmodells sehr umfassende Analysen staatlicher Fördermaßnahmen möglich. So demonstrieren die verschiedenen Simulationsexperimente, in deren Rahmen die Wirkungen einzelner Instrumente auf das Innovations- und Marktgeschehen in der Fotovoltaikbranche gezielt untersucht werden konnten, nicht nur die Tragfähigkeit der verwendeten Methode. Vielmehr wird anhand der Simulationsergebnisse ebenfalls deutlich, wie stark die Effekte von „Technology-Push“- und „Market-Pull“-Instrumenten ineinandergreifen und wie sehr die Wirkungen dieser Maßnahmen dabei von der Entwicklungsphase der Branche abhängen. Darüber hinaus zeigt sich zum einen, dass die geeigneten Zeitfenster für die Durchführung der jeweiligen Förderprogramme mitunter begrenzt sind. Zum anderen sind die kurz- und die langfristigen Effekte einzelner Maßnahmen manchmal sogar gegenläufig. Ausgehend von den im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Simulationsergebnissen lässt sich zusammenfassend feststellen, dass die bisher in Deutschland durchgeführten Fördermaßnahmen verhältnismäßig effektiv einzuschätzen sind. Trotz der hohen Komplexität der zugrundeliegenden Innovations- und Marktprozesse wurde ein ausgewogener Kompromiss zwischen einer schnellen Kostenreduktion einerseits und der Aufrechterhaltung einer technologischen Vielfalt anderseits erreicht. Dies deutet insgesamt darauf hin, dass Forschungs- und Nachfrageförderung gut aufeinander abgestimmt waren.
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    Die Energienachfrage privater Haushalte und ihre Bedeutung für den Klimaschutz : volkswirtschaftliche Analysen zur deutschen und europäischen Klimapolitik mit einem technologiefundierten Allgemeinen Gleichgewichtsmodell
    (Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2017) Beestermöller, Robert; Voß, Alfred (Prof. Dr.-Ing.)
    Private Haushalte tragen wesentlich zum Energieverbrauch und zu den CO2-Emissionen Deutschlands bei. Im Jahr 2012 entfielen ca. 40 % des Endenergieverbrauchs und ca. 21 % der CO2-Emissionen in Deutschland auf die Energienachfrage privater Haushalte in Wohngebäuden und privaten Fahrzeugen. CO2-Emissionen entstehen dort hauptsächlich durch den Einsatz fossiler Brennstoffe zur Befriedigung des Raumwärme-, Warmwasser- und Mobilitätsbedarfs. Zur Erreichung der klimapolitischen Ziele in Deutschland und der EU sind in den letzten Jahren zahlreiche klimapolitische Instrumente entwickelt und implementiert worden, die eine Verringerung der CO2-Emissionen herbeiführen sollen. Bislang sind private Haushalte nicht Teil des EU-weiten Emissionshandelssystems (EU-ETS), sondern unterliegen anderen Regulierungsmaßnahmen. Beispiele hierfür sind neben der Energiebesteuerung vor allem die Energieeinsparverordnung (EnEV), die Förderung energetischer Gebäudesanierung mittels KfW-Krediten oder die im Jahr 2016 beschlossene Kaufprämie für Elektroautos. Neben einer solchen direkten Regulierung sind private Haushalte aber auch in indirekter Form von der klimapolitischen Regulierung anderer Wirtschaftsbereiche betroffen (z. B. Energiewirtschaft), da diese ihre infolge der klimapolitischen Regulierung veränderten Produktionskosten über das volkswirtschaftliche Preisgefüge an die Endverbraucher weitergeben. Hier können insbesondere das EU-ETS, das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sowie die CO2-Grenzwerte für Neuwagen angeführt werden. Aus volkswirtschaftlicher Sicht stellt sich die Frage, welche gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen durch verschiedene klimapolitische Instrumente sowie den aktuellen Instrumentenmix ausgelöst werden und welchen Beitrag private Haushalte für einen kostengünstigen Klimaschutz im Vergleich zu anderen Wirtschaftssektoren in Deutschland und der EU leisten bzw. leisten können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Energienachfrage privater Haushalte technologisch fundiert in einen gesamtwirtschaftlichen Kontext einzuordnen, die aktuell implementierten und diskutierten klimapolitischen Instrumente im Haushaltsbereich auf ihre volkswirtschaftlichen Auswirkungen in Deutschland und der EU hin zu analysieren und wirtschaftspolitische Handlungsempfehlungen für einen effektiven und kostengünstigen Klimaschutz im Haushaltsbereich abzuleiten. Dazu wird ein multi-regionales, multi-sektorales Allgemeines Gleichgewichtsmodell mit einer technologisch disaggregierten Darstellung der Energienachfrage privater Haushalte in Deutschland entwickelt, um die volkswirtschaftlichen Kosten verschiedener klimapolitischer Instrumente und Strategien quantifizieren zu können. Dies geschieht anhand einer modell- und szenariogestützten Kostenwirksamkeitsanalyse, die zum einen verschiedene klimapolitische Instrumente miteinander vergleicht und zum anderen die volkswirtschaftliche Verflechtung zwischen den privaten Haushalten und den anderen Wirtschaftsbereichen in einem sektorübergreifenden EU-weiten Emissionshandelssystem analysiert. Aufgrund des geschlossenen Einkommenskreislaufs des Allgemeinen Gleichgewichtsansatzes können dabei sowohl direkte als auch indirekte Effekte abgebildet, und Nettoeffekte quantifiziert werden. Die Modellergebnisse des klimapolitischen Instrumentenvergleichs zeigen, dass die aktuell implementierten Energiestandards (z. B. EnEV, CO2-Grenzwerte) und Förderinstrumente (z. B. KfW-Kredite, Kaufprämien) im Hinblick auf ihre beabsichtigte CO2-emissionsmindernde Wirkung zwar effektiv, aber ökonomisch nicht effizient sind, da sie die klimapolitischen Ziele nicht direkt, sondern nur mittelbar über die induzierte Technologiewahl und dadurch mit vergleichsweise hohen ökonomischen Kosten erreichen. Dagegen sind marktbasierte Instrumente, wie CO2-Steuern oder ein auf die privaten Haushalte erweiterter Emissi-onshandel ökonomisch überlegen, da sie die durch die CO2-Emissionen hervorgerufenen externen Effekte direkt bei der Nutzung einpreisen und somit verursachungsgerecht internalisieren. Unter den gegebenen Rahmenannahmen ist der Emissionshandel, aufgrund seiner steuerbaren Emissionsobergrenze, als kosteneffizientes Instrument anzusehen. Die Modellierung eines EU-weiten sektorübergreifenden Emissionshandels zeigt zudem, dass die Nicht-ETS-Sektoren, inklusive der Energienachfrage privater Haushalte, höhere CO2-Grenzvermeidungskosten aufweisen als die im aktuellen EU-ETS teilnehmenden Sektoren der Stromerzeugung und der energieintensiven Industrie. Das bedeutet, dass es gegenwärtig kostengünstiger erscheint, CO2-Emissionen in der Stromerzeugung oder der energieintensiven Industrie zu reduzieren als in der Energienachfrage privater Haushalte. Dort wiederum ist die CO2-Emissionsreduktion insbesondere im motorisierten Individualverkehr, bzw. im Transportsektor allgemein, mit vergleichsweise hohen Nutzeneinbußen verbunden. Im Gebäudebereich ist die CO2-Emissionsreduktion dagegen, aufgrund der leichteren Substituierbarkeit fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energien (inklusiver kohlenstoffarm erzeugten Stroms), kostengünstiger als im Transportsektor. Die Bedeutung der Modellergebnisse für die Ableitung politischer Handlungsoptionen ist schließlich vor dem Hintergrund der gewählten methodischen Rahmenannahmen zu beurteilen. Diese beruhen aufgrund des gewählten Allgemeinen Gleichgewichtsansatzes zu einem Großteil auf dem neoklassischen Modell der vollständigen Konkurrenz. Dennoch lässt sich aus der volkswirtschaftlichen Analyse schlussfolgern, dass Energiestandards und Förderinstrumente marktbasierten Instrumenten nur dann vorgezogen bzw. diese ergänzen sollten, wenn letztere aus gesellschaftspolitischen Gründen nicht durchsetzbar oder nicht akzeptabel sind. Dabei sollten klimapolitische Instrumente vor dem Hintergrund ökonomischer Kosteneffizienz so eingesetzt werden, dass sie den verschiedenen Grenzvermeidungskosten der CO2-Emissionsreduktion unterschiedlicher Wirtschaftsbereiche Rechnung tragen.
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    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, Kai
    Der 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.
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    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, Diana
    A 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.
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    Impact of Transmission Network Investments on Market Power in the German Electricity Market
    (2005) Ellersdorfer, Ingo
    In this paper a model based analysis of competition in the German wholesale electricity market is presented. Applying a multi-regional model which covers the interregional transmission constraints between Germany and its neighboring countries, potential for exercising market power by the four dominant electricity producers has been found. Assuming Cournot behavior in the spot market, it has been analyzed to what extent network investment can lead to enhanced competition. It has also been shown that the impact of transmission reinforcement on market power differs among interconnection lines due to the specific supply and demand structures within the considered markets.
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    Implementing household heterogeneity in a multi-regional technology based energy-economic model : system analysis on distributional impacts of pan-European energy and environmental policies
    (Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, 2024) Cunha Montenegro, Roland; Hufendiek, Kai (Prof. Dr.-Ing.)
    The European Union (EU) set ambitious targets for the reduction of greenhouse gases until 2030 in order to achieve the 1.5C objective of the Paris Agreement. Among the measures to reach this goal, carbon pricing is a promising one as it increases the costs of polluting activities and makes the use of clean technologies more attractive. While this mechanism is already used in energy-intensive sectors, such as energy conversion and chemicals, its application on the remaining sectors of the economy is treated with caution, since economical and social outputs are unclear and might jeopardize the long-term will to cut emissions. This work aims to add on understanding the socio-economic effects of a multi-regional carbon pricing scheme with focus on the household sector. It proposes that each EU Member State implements a national cap-and-trade system, where the carbon price is defined according to supply and demand of CO2 certificates. Furthermore, four revenue redistribution mechanisms are explored: reduced consumption taxes, reduced labor taxes, equal per capita redistribution and per capita redistribution according to income levels. For the analysis, a global Computable General Equilibrium model is expanded to represent distinct income groups. This feature allows for the model to assess not only economic effects, as GDP development, but also social implications, such as income distribution and tax burden across different households. Finally, it is possible to assess whether the analyzed policies lead to a double dividend, in which emissions are reduced and GDP increases, and even a social dividend, characterized by decreased income inequality. The results indicate that no revenue redistribution scheme lead to significant improvement in GDP, but each one helps decreasing certain negative aspects of pricing carbon. Reducing consumption and labor taxes lead to the highest employment levels among the analyzed policies, while per capita redistribution helps decreasing income inequality. Additionally, consumption of electricity and fossil-fuels varies according to redistribution mechanism, which is an important input for multi-model analysis.
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    Environmental external costs from power generation by renewable energies
    (2004) Braun, Martin
    In the following decades there will be a fundamental structural change in the European power supply system. This structural change is forced by several factors, e.g. the European Union Greenhouse Gas Emission Trading Scheme, the strategic goal for the European Union of a more sustainable development, energy policy targets to double the share of renewable ener-gies, the phase out or moratoria of the nuclear industry in some European Union member states, and the need of more than 200 GW of new power plant capacities in EU-15. The struc-tural change has to be embedded into an economic, social and ecological framework. Within this framework, there is a variety of possible options to create a future power supply which fulfils the multiple criteria. Generally, different technologies can be chosen which all have their own advantages and disadvantages. It is a challenging decision-making process because fossil-fired power plants tend to be economically advantageous and ecologically disadvanta-geous whereas renewable energy systems tend to be ecologically advantageous and economi-cally disadvantageous. This study gives a comparison of the estimated external costs (environmental aspects) and internal costs (economic aspects) of different power generation technologies in the year 2010 in order to support the decision-making process of future power plant investments in the framework of a sustainable development. A life cycle analysis gives considerable life cycle data for photovoltaic systems, wind turbines, fuel cells, bio-fuelled combined heat and power plants, biomass, water, solar thermal, geothermal, coal-fired, lignite-fired and natural gas-fired power plants as well as nuclear power plants. This database is used for the estimation of external costs which is based on updated factors of damage and avoidance costs for selected emissions. The damage factors are calculated with the software tool EcoSense following the impact pathway approach. Global warming and discounting are considered to be the hot spots in the external costs discussion. An avoidance costs approach is applied which is assumed to fulfil sustainability criteria. The comparison of the external costs of the technologies analysed shows that external costs of power generation technologies using renewable energies and nuclear power plants are in the range of 0.03-3.79 €-Cent/kWhel whereas the external costs of power generation technologies using organic fossil fuels are in the range of 3.37-27.98 €-Cent/kWhel. However, the comparison of the internal costs shows that fossil-fuelled power plants have the lowest internal costs compared to the other technologies analysed. This trade-off between external and internal costs requires a comparison of the social costs which are the sum of internal and external costs. The comparison of the social costs shows five social cost clusters for the ana-lysed technologies for the year 2010. Nuclear power plants have social costs of less than 10 €-Cent/kWhel. Wind turbines and river power plants have slightly higher social costs of 10-15 €-Cent/kWhel. Biomass power plants, bio-fuelled combined heat and power plants, solar ther-mal power plants, geothermal power plants and natural gas-fired power plants have social costs in the range of 15-20 €-Cent/kWhel. Photovoltaic systems in Spain, fuel cells, coal-fired power plants and lignite-fired power plants have social costs in the range of 20-35 €-Cent/kWhel. The highest social costs are caused by Photovoltaic systems in Germany with more than 35 €-Cent/kWhel.