Open Power System Data - Frictionless data for electricity system modelling

The quality of electricity system modelling heavily depends on the input data used. Although a lot of data is publicly available, it is often dispersed, tedious to process and partly contains errors. We argue that a central provision of input data for modelling has the character of a public good: it reduces overall societal costs for quantitative energy research as redundant work is avoided, and it improves transparency and reproducibility in electricity system modelling. This paper describes the Open Power System Data platform that aims at realising the efficiency and quality gains of centralised data provision by collecting, checking, processing, aggregating, documenting and publishing data required by most modellers. We conclude that the platform can provide substantial benefits to energy system analysis by raising efficiency of data pre-processing, providing a method for making data pre-processing for energy system modelling traceable, flexible and reproducible and improving the quality of original data published by data providers.Comment: This is the postprint version of the articl

Anwendung monetärer und nicht-monetärer Entscheidungsinstrumente am Beispiel von Investitionsentscheidungen der MAN Nutzfahrzeuge AG

In der vorliegenden Arbeit wird der Beschaffungsprozess der MAN Nutzfahrzeuge AG analysiert. Zu diesem Zweck werden drei verschiedene Methoden angewendet. Das Ziel besteht darin herauszufinden, inwieweit die Berücksichtigung ökologischer Aspekte den Entscheidungsprozess beeinflusst, sodass nachhaltige Beschaffung eine sinnvolle Option bieten kann. Dazu werden verschiedene Beschaffungsalternativen unter Verwendung der Ansätze zur Lebenszykluskostenrechnung, Ökobilanzierung und Hemmnisanalyse verglichen. Ziel ist es, Empfehlungen für zukünftige Investitionsentscheidungen abzuleiten. Die vorliegende Ausarbeitung zeigt, dass die Ausweitung der Investitionsbetrachtung auf den gesamten Lebenszyklus weit über konventionelle Ansätze hinaus gehen

Stromsektordekarbonisierung in Deutschland und Europa : eine modellbasierte Analyse operationeller Aspekte und Infrastrukturinvestitionen

This thesis focuses on research questions and implications in the context of the electricity sector decarbonization in Germany and Europe. The first part deals with market developments and operational aspects in the context of this electricity sector transformation. Its first chapter presents ELMOD-MIP, a unit commitment model for Germany with a representation of balancing reserves. The balancing reserves market in Germany of 2025 is analyzed. Costs increase compared to 2015 if the market remains the same; with the participation of wind turbines balancing reservation and activation cost decrease by 40%. The second chapter extends ELMOD-MIP to also include Switzerland and Austria and analyzes cross-border cooperation on balancing reserves. Cross-border procurement is the most beneficial form of cooperation and does not negatively affect cross-border spot market operations. The influence of electromobility on power plant dispatch is analyzed in the third chapter, which presents a methodology to represent different EV charging modes. Uncontrolled charging occurs at daytime and in the evening leading to high peak demands; cost-driven charging shifts towards hours with high solar availability and the night but can negatively impact the EVs’ specific CO 2 emissions. The second part deals with investments into the high voltage electricity grid. The first chapter describes the process and role of network planning in Germany and concludes that the current level of grid investments is not a limiting factor of the energiewende. The second chapter analyzes the effect of merchant interconnector investments in the Baltic Sea region using a two-stage model setup. Allowing merchants leads to a welfare increase, but it is largely pocketed by the merchant. The merchant is also incentivized to invest into suboptimal configurations. The third chapter presents a model to determine grid investments in Europe. The need for transmission investment in Europe until 2050 depends on generation technology choices. Investments are lower than assumed. The largest effect on grid expansion in terms of volume and regional structure is induced by the GHG emission reduction targets of the exogenously given generation portfolios. High mitigation scenarios require large additional network investments. The third part assumes a dynamic investment perspective into generation and transmission capacities in Europe until 2050. Its first chapter presents dynELMOD, a cost-minimizing investment and dispatch model for the European electricity sector. Under full decarbonization, mostly renewables combined with storage capacities provide the electricity generation in 2050 in Europe. The second chapter focuses on scenarios for the decarbonization of the European electricity sector focusing on boundary conditions such as the planners’ foresight using scenarios with reduced foresight or an emission budget approach. Investing under a myopic horizon leads to stranded assets. In the budgetary approach, the model is free to distribute emissions between time steps within a budget. This gives insights in low cost decarbonization paths in the electricity sector.In dieser Dissertation werden Forschungsfragen zur Transformation des Stromsektors in Deutschland und Europa im Rahmen der Dekarbonisierung behandelt. Der erste Teil befasst sich mit Marktentwicklungen und operativen Aspekten im Kontext dieser Sektortransformation. Im ersten Kapitel wird ELMOD-MIP eingeführt, ein Kraftwerkseinsatzmodell für Deutschland mit einer genauen Abbildung von Regelleistung. Es analysiert den Regelleistungsmarkt in Deutschland 2025. Bei gleichbleibenden Marktrahmenbedingungen steigen die Kosten im Vergleich zu 2013; jedoch verringert die Beteiligung von Windenergie die Gesamtkosten der Regelleistungsbereitstellung um 40%. Im zweiten Kapitel wird ELMOD-MIP um die Schweiz und Österreich erweitert und grenzüberschreitende Zusammenarbeit im Regelleistungsmarkt analysiert. Gemeinsame Beschaffung ist die vorteilhafteste Form der Zusammenarbeit und hat keine negativen Auswirkungen auf den Spotmarkt. Der Einfluss der Elektromobilität auf den Kraftwerkseinsatz in Deutschland wird im dritten Kapitel analysiert, welches eine Methodik zur Darstellung verschiedener EV-Lademodi beinhaltet. Ungesteuertes Aufladen erfolgt tagsüber und abends und führt zu hohen Lastspitzen; kostenbasierte Ladung verschiebt diese zu Stunden mit hoher Solarverfügbarkeit und der Nacht, kann aber die spezifischen CO 2 -Emissionen der EVs negativ beeinflussen. Der zweite Teil befasst sich mit Netzausbau im Übertragungsnetz. Das erste Kapitel beschreibt den Prozess und die Rolle der Netzplanung in Deutschland und kommt zu dem Schluss, dass die derzeitige Geschwindigkeit des Netzausbaus keine verlangsamende Wirkung auf die Sektortransformation hat. Das zweite Kapitel analysiert die Wirkung nichtregulierter Investitionen in Interkonnektoren in der Ostseeregion. Diese Investitionen führen zu einer Wohlfahrtssteigerung, die aber weitgehend von den Investierenden abgeschöpft werden und reizen diese dazu an, in suboptimale Netzkonfigurationen zu investieren. Das dritte Kapitel präsentiert ein Modell zur Ermittlung von Netzinvestitionen in Europa. Der Bedarf an Übertragungsnetzinvestitionen in Europa bis 2050 hängt vom Erzeugungsportfolio ab. Die größte Auswirkung auf das Volumen und die regionale Struktur der Netzinvestitionen wird durch die Treibhausgasemissionsreduzierungsziele exogen vorgegebener Erzeugungsportfolios induziert. Hohe Reduktionsziele erfordern große zusätzliche Netzinvestitionen. Der dritte Teil nimmt eine dynamische Investitionsperspektive in die Erzeugungs- und Übertragungskapazitäten in Europa bis 2050 ein. Das erste Kapitel präsentiert dynELMOD, ein Investitions- und Kraftwerkseinsatzmodell für den europäischen Stromsektor. Unter vollständiger Dekarbonisierung werden überwiegend erneuerbare Energien in Verbindung mit Speicherkapazitäten für die Stromerzeugung im Jahr 2050 in Europa genutzt. Das zweite Kapitel konzentriert sich auf Szenarien für die Dekarbonisierung des europäischen Elektrizitätssektors, unter Berücksichtigung von Rahmenbedingungen wie die Voraussicht der Planer. Investitionen unter kurzfristiger Planung führen zu erhöhtem Kraftwerksausbau. In einem Budgetansatz kann das Modell Emissionen zwischen Zeitschritten frei verteilen, um kostenminimierende Transformationsraten zu ermitteln

Combining energy networks: the impact of Europe's natural gas network on electricity markets until 2050

The interdependence of electricity and natural gas is becoming a major energy policy and regulatory issue in all jurisdictions around the world. The increased role of gas fired plants in renewable-based electricity markets and the dependence on gas imports make this issue particular striking for the European energy market. In this paper we provide a comprehensive combined analysis of electricity and natural gas infrastructure with an applied focus. We analyze different scenarios of the long-term European decarbonization pathways sketched out by the Energy Roadmap 2050, and identify criteria related to electricity and/or natural gas infrastructure and the interrelation between both markets

A Service of zbw Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft Leibniz Information Centre for Economics Combining Energy Networks: The Impact of Europe's Natural Gas Network on Electricity Markets until 2050 Combining Energy Networks: The Impact of Europe's Natu

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