Model-based decision support for the energy transition in Germany

Abstract

Diese Dissertation behandelt mit einem neuartigen Ansatz der modellbasierten Entscheidungsunterstützung zentrale, multidisziplinäre Hemmnisse der Energiewende in Deutschland. Es wurde ein System Dynamics Modell erarbeitet, um die Entwicklung der Elektrizitäts-Energieversorgung in Deutschland hinsichtlich ihrer ökonomischen und ökologischen Effizienz und Zuverlässigkeit darzustellen. Eine der Simulationen zeigt, dass effektivste Treibhausgasminderungen bei möglichst geringen Kosten durch Lastmanagement sowie erhöhte Wind- und Photovoltaikkapazitäten von 200 Gigawatt (GW) in Kombination mit der gesteigerten „Synthetic Natural Gas“ (SNG) Produktionskapazität auf 20 GW mit überschüssigem Strom aus Wind- und Solarenergie erreicht werden können. Außerdem ist bei der Gesamtkostenschätzung der Energiewende für Endverbraucher die Mitbetrachtung des Emissionshandels von großer Bedeutung. Dieser gilt als eine der effizientesten Möglichkeiten, die weitere Marktentwicklung zu bestimmen, um Einkommensverluste, die durch die Treibhausgasemissionen verursacht werden, zu verringern und damit die Anstrengungen zur Bewältigung der globalen Klimaproblematik zu stärken. Allerdings existieren erhebliche wirtschaftliche, technologische und auch institutionelle Unsicherheiten, die die Entwicklung des Emissionshandels beeinflussen können.Bei sogenannten öffentlich-privaten Partnerschaften (PPP), vor allem im Kontext der Energiewende, kann die Vertragsgestaltung erheblichen Einfluss auf die Effizienz von Akquisitionsprozessen haben. Mit Hilfe des Modells wurde der Effekt von Verzögerungsstrafen auf die PPP-Projektdauer analysiert. Abschließend wurde der potenzielle Beitrag des Nord.Link-Projekts zum künftigen Energiesystem in Deutschland mit Hilfe des Modells festgestellt. Diese Analyse bezieht sich vor allem auf die ökonomischen und die ökologischen Aspekte sowie die Versorgungssicherheit.This Ph.D. thesis proposes a novel model-based decision support approach for the energy transition in Germany that incorporates central contemporary multidisciplinary obstacles. A new system dynamics model was established to depict the development of the German electrical energy supply regarding its economic and ecological efficiency along with its reliability. One of the simulations studies shows that the most effective greenhouse gas (GHG) mitigation of about 40 percent can be achieved in Germany at lower costs through increasing wind and photovoltaic capacities of 200 gigawatt (GW), integrated load management, and through combining the SNG production capacity of 20 GW obtained using excess electricity from the wind and solar energy. The emissions trading is of great relevance for the estimation of the total costs of the energy transition for the consumer. It is considered to be one of the most efficient ways to harness the power of the market to mitigate income losses caused by the GHG emission reductions, and thus, to push the efforts addressing the global climate challenge. However, there are substantial economic, technological, and even institutional uncertainties each of which may influence the development of the emissions trading market.Within the energy transition, contracting has a significant impact on the efficiency of acquisition processes, especially in the context of so-called public-private partnership (PPP) projects. We used the model to analyze the effects of delay penalties on the duration of PPP projects. Finally, we applied our model to identify the potential contribution of the Nord.Link project, under real load conditions, to the future energy system of Germany, especially looking at the economic and the ecological aspects, as well as supply security.Leopold ArminKumulative Dissertation aus sechs AufsätzenZusammenfassung in deutscher und in englischer SpracheKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2017OeBB(VLID)191536