Modelling the effect of the Ecodesign and Labelling directives – Bottom-up analysis of EU-27 residential electricity use

The Ecodesign and Labelling directives are key policy measures to increase energy efficiency in Europe. In view of the extension of Ecodesign and Labelling to further products as well as the revision of the current implementing directives, it is essential to evaluate the potential energy savings, takin g into account different paths of technological development and diffusion. Our study uses bottom - up modelling to evaluate the long - term saving potentials of Ecodesign and Label ling for residential appliances (including large appliances, cooking and ICT), lighting and air conditioning. The household end - uses that are affected by the legislation are implemented in the model in a disaggregated way. The model is designed as a vintage stock approach and based on the simulation of consumer activities as well as technological trajectories. We model the electricity demand of household end - uses in the EU - 27 by country and compare various scenarios. Our Reference Scenario reflects the electricity demand of household end - uses without any policy measures implemented after 2008. Our current Policy Scenario includes all implementing directives that are currently in force and assumes that the sensitivity of consumers to the total cost of ownership remains at the currently witnessed level. Finally, our LLCC Scenario explores the potential energy savings assuming that consumers choose the economically favourable options considering the total cost of ownership

Dekarbonisierung des Energiesystems durch verstärkten Einsatz erneuerbaren Stroms im Wärme-, Verkehrs- und Industriesektor bei gleichzeitigen Stilllegungen von Kraftwerken – Auswirkungen auf die Versorgungssicherheit in Süddeutschland

Der Umbau der Energieversorgung zu einem von erneuerbaren Energien dominierten Energiesystem stellt die Versorgungssicherheit im Stromsektor vor neuen Herausforderungen. Zur Analyse der Versorgungssicherheit wird daher ein Modellkonzept entwickelt und angewendet, das sowohl die Untersuchung der Entwicklung der Stromnachfrage als auch die der optimalen Erzeugungstechnologien unter Berücksichtigung technischer, ökonomischer und klimapolitischer Restriktionen gestattet

Analysing the contribution of internal heat gains when evaluating the thermal performance of buildings

To evaluate the useful energy demand for space heating purposes, norm-based bottom-up models are applied that capture the energy-related characteristics of buildings. As the electricity demand per household attributed to appliances and lighting has increased substantially in the EU27 over the last two decades, the question arises whether the static, norm-based approach is underestimating the contribution of internal heat gains to covering useful energy demand. To analyse the impact of dynamic internal heat gains in the residential sector, a bottom-up model is applied that covers the EU27 building stock with a country-specific typology. The study reveals that the norm-based approach underestimates the contribution of internal heat gains to covering thermal heat demand. Comparing the countries throughout the EU27 climate zones indicates that, on average, the static and the dynamic share of internal heat gains up to 2050 vary in a range from 20 to 70%

Long-term energy demand in the German residential sector: Development of an integrated modelling concept to capture technological myopia

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema der Abnahme des technologischen Wissens über die Zeit und der damit einhergehenden Begrenzung von techno-ökonomischen Energienachfragemodellen, die zukünftige Energienachfrage im Rahmen von Langfristszenarien antizipieren. Da es sich hierbei um eine prinzipielle Limitation von Ex-ante-Analysen handelt, wird dieser Mangel seit längerem diskutiert, ohne bisher methodische Lösungsansätze zu entwickeln. In dieser Arbeit wird erstmals und in großer methodischer Breite aus unterschiedlichen Wissenschaftsdisziplinen (energiewirtschaftliche Modellierung und Innovationsökonomie) ein Konzept entwickelt, das diese Limitation adressiert. Die Anwendung des entwickelten Konzeptes auf eine praktische Fragestellung – Energieszenarien für den deutschen Haushaltssektor bis 2050 – zeigt, dass die Integration der Abnahme des technologischen Wissens zu interessanten neuen Erkenntnissen führt

Techno-economic modelling of low-voltage networks - a concept to determine the grid investment required in Germany and the implications for grid utilisation fees

The increasing deployment of decentralised rooftop photovoltaic systems (PV systems) and the expected future diffusion of plug-in electric vehicles (PEVs) can have a major influence on the need to expand low-voltage networks in the near future. The associated grid investments are refinanced via grid utilisation fees (GUF). Some of the GUF are passed on from higher to lower voltage levels. At the same time, decentralised electricity generation from PV systems is currently exempt from paying GUF in Germany. This study determines the grid investment required based on the example of a low-voltage network in a suburb and the underlying change in electricity demand used to refinance the grid in-vestment. A newly developed modelling concept is introduced to do so. The analysis focuses on the German household sector for the year 2030. Key findings from the analysis are that the future penetration of PV systems and the charging capacity of PEVs will have a considerable influence on maximum grid loads and the associated investment requirements. The required grid investment mainly concerns additional lines or (adjustable) local grid transformers. Furthermore, the analysis shows a direct correlation between the self-consumption of decentrally generated power, the increased electricity demand due to PEVs and the required grid investment. This shows that additional grid investment is required from an average penetration rate of 0.5 kW PEV inverter power output per person and 1 kWp installed PV capacity per person in the local network area. At the same time, GUF can be reduced due to the increase in electricity demand by PEVs. Correspondingly, PV systems reduce the amount of power withdrawn from the grid, which means the specific GUF could increase by up to 2.1 eurocent per kWh by 2030 under the current surcharge mechanism. Households with an electric vehicle but without a photovoltaic system contribute roughly four times as much to refinancing the electric grids as com-parable households without an electric vehicle but with a photovoltaic system do

Are open access models able to assess today's energy scenarios?

The current transition towards a low-carbon energy system requires an increasingly complex energy system framework. This is accompanied by the demand for high result reproducibility in order to provide transparency to decision-makers in terms of assumptions and methodological issues. Given this background, Open Access Models (OAMs) are increasingly entering the market that already have a high degree of diversity. This study analyses and compares the methodological framework of different OAMs to assess long-term energy scenarios. In a first step, selected OAMs are typified and characterised based on predefined criteria. In general, the analysis reveals that OAMs with a high level of accessibility appear to have a rather low level of complexity and oftenfocus on the analysis of a single target year. In a second step, we underline our findings of the model overview by applying a well-established OAM DESSTinEE - Demand for Energy Services, Supply and Transmission in EuropE) to a current energy scenario for Germany. Overall, we conclude that current OAMs can already be applied to a large variety of research questions. However, comparing OAMs to conventional models applied in the field of energy system analysis reveals that there is still a significant performance gap in terms of the degree of methodological sophistication

Analyse zukünftiger Netzbelastungen und Implikationen auf den Netzausbau in vorstädtischen Niederspannungsnetzen: Themenbereich 3: Strom-, Wärme- und Hybridnetze

Der zunehmende Ausbau von dezentralen Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) sowie die zukünftige Verbreitung von Elektrofahrzeugen (PEVs) stellt eine wesentliche Herausforderung für die Auslegung der Niederspannungsnetze in den kommenden Jahren dar. Diese Studie zielt darauf ab, diese Implikationen auf ein vorstädtisches Niederspannungsnetz mit vier Strängen modellbasiert für das Jahr 2030 und 2050 zu untersuchen. Der Fokus der Analyse liegt dabei auf dem deutschen Haushaltssektor. Wesentliche Erkenntnisse der Analyse sind, dass die zukünftige Durchdringung von PV-Anlagen und die Ladeleistung von PEVs einen erheblichen Einfluss auf die maximalen Netzbelastungen haben werden, sofern der Leistungsbezug und die Stromerzeugung nicht aufeinander abgestimmt sind. Im Bezug auf Netzüberlastungen zeigt sich, dass diese in denjenigen Strängen des Niederspannungsnetzes auftreten, die besonders stark von PEVs und PV-Anlagen durchdrungen sind. Bereits bis zum Jahr 2030 führen Ladeleistungen von 10,8 kW in einzelnen Netzsträngen zu Überlastung. Im Jahr 2050 mit ca. 90%iger Durchdringung von Elektrofahrzeugen trifft dies für alle untersuchten Netzstränge zu. Für den Netzausbau bedeutet dies, dass in den kommenden Jahren Ausbaubedarf in vorstädtischen Niederspannungsnetzen besteht

Analyse von Open-Access-Modellen und deren Relevanz für die Energiesystemanalyse. (6) Modellierung: Paper präsentiert auf der 11. Internationalen Energiewirtschaftstagung "Freiheit, Gleichheit, Demokratie: Segen oder Chaos für Energiemärkte?" an der TU Wien, 13.-15. Februar 2019, Wien, Österreich

Das Voranschreiten der Energiewende führt zu einer steigenden Komplexität des Energiesystems. Damit einher geht die Forderung nach einer zunehmenden Transparenz bei der Energiesystemanalyse hinsichtlich der getroffenen Annahmen und der methodischen Ausgestaltung, um die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen zu ermöglichen. Vor diesem Hintergrund steigt die Nachfrage nach öffentlich zugänglichen Modellen, Open-Access-Modellen (OAMs), die bereits über ein hohes Maß an Vielfalt verfügen. Diese Studie analysiert und vergleicht den methodischen Rahmen verschiedener OAMs, um langfristige Energieszenarien zu bewerten. In einem ersten Schritt werden ausgewählte OAMs basierend auf ihrer Zugänglichkeit typisiert. Danach werden die OAMs nach vordefinierten Kriterien charakterisiert, um eine Aussage zu treffen, ob ein bestimmter Modelltyp gewisse Kriterien erfüllt und somit zur Analyse von Energieszenarien verwendet werden kann. Die Analyse zeigt, dass eine große Vielfalt zwischen den OAMs auch hinsichtlich der verschiedenen Grade der Zugänglichkeit existiert. Prinzipiell scheinen OAMs mit einem hohen Grad an Zugänglichkeit eine eher geringere Modelliertiefe aufzuweisen und fokussieren sich zudem oft auf die Analyse eines einzelnen Zieljahres

Development of a new modelling concept for providing initial consultation at a federal state level: Paper presented at 11. Internationalen Energiewirtschaftstagung "Freiheit, Gleichheit, Demokratie: Segen oder Chaos für Energiemärkte?" an der TU Wien, 13.-15. Februar 2019, Wien, Österreich

In the context of variable power supply as well as structural changes in energy demand, decision-makers in German federal states are becoming an increasingly important target group for model-based consultation. However, given their typically high computational complexity and data needs, established modelling tools tend to be inappropriate for providing prompt quantitative assessments, so-called initial consultation. Against this background, the present study develops, applies and evaluates a new modelling tool, based on a complexity-reduced design. By performing a comparative assessment with an existing model-based scenario analysis for a selected federal state, the new modelling tool is shown to yield robust outputs. Methodical issues include the consideration of capital stock dynamics, as well as the definition of system boundaries. Nonetheless, the modelling tool provides useful insights for initial consultation at a federal state level