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Germany and Japan have both gained substantial experience with hydrogen production and applications, albeit with focus on different sectors. They also share similar drivers for hydrogen development and, of course, similar technical and economic opportunities and challenges. However, there also are relevant differences in the policy priorities and approaches.
Notwithstanding differing emphases and patterns, the two countries share three main drivers for hydrogen development and deployment: climate mitigation and other environmental goals, energy supply diversification, and technological leadership. In this context, hydrogen has been identified by the German and the Japanese governments during the Energy Policy Dialogue as having potential for closer cooperation.
The authors of this study provide an overview of demand-side deployment by sector (residential, transport, industry, power generation and power-to-x) for both countries, as well as of their hydrogen policy debates, key institutions, R&D programs and demonstration projects. They also present a short survey on relevant international platforms and initiatives in which Japan and Germany participate.
On the basis of a meta-analysis of the role of hydrogen in 18 long-term energy system scenarios for Germany and 12 scenarios for Japan, this study draws conclusions on the possible role of hydrogen in the long term energy policy debates of both countries. Subsequently, the authors discuss sustainability criteria and certification schemes for clean hydrogen, compare the greenhouse gas intensity of different hydrogen supply chains and provide a data-based analysis to identify countries which could become important suppliers of clean hydrogen.
Was ist synthetisches Gas?
(2019)
Ein CO2-Preis ist ein zentrales Instrument, um eine umfassende Dekarbonisierung der Wirtschaft zu ermöglichen und zu erleichtern. Sie kann durch verschiedene Instrumente umgesetzt werden, insbesondere in Form einer CO2-Steuer. Es ist jedoch wichtig, dass ein CO2-Preis allein - aufgrund der vielfältigen Hindernisse (einschließlich nicht ökonomischer Hemmnisse) - die sektoralen Ziele und Instrumente nicht ersetzen kann. Vielmehr muss er komplementär zu sektorspezifischen Klimaschutzinstrumenten eingeführt werden. Der Artikel gibt Auskunft darüber, wie ein CO2-Preis konkret und angemessen ausgestaltet werden kann.
Derzeit befindet sich der zweite Entwurf zum Gebäudeenergiegesetz (GEG) des Bundeswirtschaftsministeriums und Bundesbauressorts zur Vereinheitlichung des Energieeinsparrechts für Gebäude in den Ressorts in der Abstimmung. Doch der Entwurf fällt weit hinter dem aktuellen klimapolitischen Aufbruch der Großen Koalition zurück und die Vorgaben der Europäischen Union erfüllt er nicht.
A significant reduction in greenhouse gas emissions will be necessary in the coming decades to enable the global community to avoid the most dangerous consequences of man-made global warming. This fact is reflected in Germany's 7th Federal Energy Research Program (EFP), which was adopted in 2018. Direct Air Capture (DAC) technologies used to absorb carbon dioxide (CO2) from the atmosphere comprise one way to achieve these reductions in greenhouse gases. DAC has been identified as a technology (group) for which there are still major technology gaps. The intention of this article is to explore the potential role of DAC for the EFP by using a multi-dimensional analysis showing the technology's possible contributions to the German government's energy and climate policy goals and to German industry's global reputation in the field of modern energy technologies, as well as the possibilities of integrating DAC into the existing energy system. The results show that the future role of DAC is affected by a variety of uncertainty factors. The technology is still in an early stage of development and has yet to prove its large-scale technical feasibility, as well as its economic viability. The results of the multi-dimensional evaluation, as well as the need for further technological development, integrated assessment, and systems-level analyses, justify the inclusion of DAC technology in national energy research programs like the EFP.
Weltweit trägt die Industrie direkt und indirekt etwa über ihren Bezug von Strom und Wärme rund 30 bis 40 Prozent zu den Treibhausgasemissionen bei. Auch in Deutschland liegt ihr Beitrag in einer ähnlichen Größenordnung1. Dabei sind insbesondere die Grundstoffindustrien (Stahl, Zement, Grundstoffchemie, Glas, Aluminium, Papier und andere) besonders energie- und emissionsintensiv. Gleichzeitig basiert der Energieeinsatz dieser Industrien bisher noch überwiegend auf fossilen Energien (und Müll). Zu den energiebedingten Emissionen kommen prozessbedingte Emissionen hinzu, die sich bei den heute üblichen Verfahren selbst bei Einsatz vollständig "grüner" Energien nicht vermeiden lassen. Grundstoffindustrien stellen Materialien für die Herstellung und Verarbeitung von Produkten zur Verfügung. Sie sind daher kein Selbstzweck, sondern tragen letztlich damit dazu bei, vielfältige Bedürfnisse abzudecken.
Nigeria is Africa's largest economy and home to approximately 10% of the un-electrified population of Sub-Saharan Africa. In 2017, 77 million Nigerians or 40% of the population had no access to affordable, reliable and sustainable electricity. In practice, diesel- and petrol-fuelled back-up generators supply the vast majority of electricity in the country. In Nigeria's nationally-determined contribution (NDC) under the Paris Agreement, over 60% of the greenhouse gas emissions (GHG) reductions are foreseen in the power sector. The goal of this study is to identify and critically examine the pathways available to Nigeria to meet its 2030 electricity access, renewables and decarbonization goals in the power sector. Using published data and stakeholder interviews, we build three potential scenarios for electrification and growth in demand, generation and transmission capacity. The demand assumptions incorporate existing knowledge on pathways for electrification via grid extension, mini-grids and solar home systems (SHS). The supply assumptions are built upon an evaluation of the investment pipeline for generation and transmission capacity, and possible scale-up rates up to 2030. The results reveal that, in the most ambitious Green Transition scenario, Nigeria meets its electricity access goals, whereby those connected to the grid achieve a Tier 3 level of access, and those served by sustainable off-grid solutions (mini-grids and SHS) achieve Tier 2. Decarbonization pledges would be surpassed in all three scenarios but renewable energy goals would only be partly met. Fossil fuel-based back-up generation continues to play a substantial role in all scenarios. The implications and critical uncertainties of these findings are extensively discussed.
German energy transition : targets, current status, chances and challenges of an ambitious pathway
(2019)
With the "Energiewende", the German term for the transformation of the national energy system, the German government pursues ambitious goals, primarily but not only to reflect the climate change challenge and to react to the risks associated with the use of nuclear power plants. After launching the energy concept in mid-2011, which describes the "Energiewende" goals, Germany was perceived as an international pioneer in energy transition for many years and has been acknowledged for its braveness to combine ambitious greenhouse gas (GHG) mitigation targets with a phase out program for nuclear power plants. In this context, this article asks where Germany’s energy transition currently stands, what is planned next and how far the set targets have been achieved or where more action is required to stick to this pathway.
Im Energiesektor hat die Digitalisierung bereits viele Abläufe der Wertschöpfungskette verändert. Es besteht jedoch weiterhin erhebliches Potenzial zur Nutzung von digitalen Anwendungen. Insofern ist mit weiteren tiefgreifenden Veränderungen zu rechnen. Neben den zahlreichen Nutzen bestehen auch potenzielle negative Auswirkungen. Die so entstehenden Spannungsfelder müssen frühzeitig analysiert werden, um Lösungsoptionen für potenzielle Hindernisse zu erarbeiten um somit den größtmöglichen Nutzen der Digitalisierung erzielen zu können.
In recent years, most countries in the Middle East and North Africa (MENA), including Jordan, Morocco and Tunisia, have rolled out national policies with the goal of decarbonising their economies. Energy policy goals in these countries have been characterised by expanding the deployment of renewable energy technologies in the electricity mix in the medium term (i.e., until 2030). This tacitly signals a transformation of socio-technical systems by 2030 and beyond. Nevertheless, how these policy objectives actually translate into future scenarios that can also take into account a long-term perspective up to 2050 and correspond to local preferences remains largely understudied. This paper aims to fill this gap by identifying the most widely preferred long-term electricity scenarios for Jordan, Morocco and Tunisia. During a series of two-day workshops (one in each country), the research team, along with local stakeholders, adopted a participatory approach to develop multiple 2050 electricity scenarios, which enabled electricity pathways to be modelled using Renewable Energy Pathway Simulation System GIS (renpassG!S). We subsequently used the Analytical Hierarchy Process (AHP) within a Multi-Criteria Analysis (MCA) to capture local preferences. The empirical findings show that local stakeholders in all three countries preferred electricity scenarios mainly or even exclusively based on renewables. The findings demonstrate a clear preference for renewable energies and show that useful insights can be generated using participatory approaches to energy planning.
Urban energy systems have been commonly considered to be socio-technical systems within the boundaries of an urban area. However, recent literature challenges this notion in that it urges researchers to look at the wider interactions and influences of urban energy systems wherein the socio-technical sphere is expanded to political, environmental and economic realms as well. In addition to the inter-sectoral linkages, the diverse agents and multilevel governance trends of energy sustainability in the dynamic environment of cities make the urban energy landscape a complex one. There is a strong case then for establishing a new conceptualisation of urban energy systems that builds upon these contemporary understandings of such systems. We argue that the complex systems approach can be suitable for this. In this paper, we propose a pilot framework for understanding urban energy systems using complex systems theory as an integrating plane. We review the multiple streams of urban energy literature to identify the contemporary discussions and construct this framework that can serve as a common ontological understanding for the different scholarships studying urban energy systems. We conclude the paper by highlighting the ways in which the framework can serve some of the relevant communities.
Mit "InnovationCity Ruhr - Modellstadt Bottrop" soll ein typisches Stück Ruhrgebiet mit rund 70 000 Einwohnern bis zum Jahr 2020 klimagerecht umgebaut werden. Benjamin Best rekonstruiert den Partizipationsprozess des Projektes, er analysiert seine Begrenzungen und zeigt Weiterentwicklungsmöglichkeiten auf. Die empirische Studie basiert auf qualitativen Methoden der empirischen Sozialforschung, auf teilnehmenden Beobachtungen in der Modellstadt und der Teilnahme an ausgewählten Beteiligungsveranstaltungen. Mittels Interviews mit Expertinnen und Experten identifiziert der Autor kulturelle Faktoren, die die Form der Partizipation im Kontext von InnovationCity sowie den Verlauf des Gesamtprojektes bestimmt haben.
Many countries are increasingly investing in renewable energy technologies to meet growing energy demands and increase the security of their energy supply. This development is also evident in the Middle East and North Africa (MENA) region, where renewable energy targets and policies have evolved rapidly in recent years. There is a steady increase in both the number of planned and implemented solar photovoltaic (PV) but also of solar thermal projects in form of Concentrating Solar Power (CSP) plants. Many of these installations are designed as large utility-scale systems. Despite the fact that these types of large-scale projects can have significant effects on local communities and their livelihoods, the existing research into the social impacts of such large-scale renewable energy infrastructures at local level is limited. However, assessing and managing these impacts is becoming increasingly important to reduce risks to both the affected communities and to the project and businesses activities. In order to provide more robust evidence on the local effects, this research study reviews the social impacts of large-scale renewable energy infrastructure in the MENA region based on a case study of the NOORo I CSP plant in Ouarzazate, Morocco. Data collected during two empirical field studies, in combination with expert interviews and secondary data analysis, provides detailed evidence on the type and significance of livelihood impacts of the NOORo I CSP plant. The analysis results in a consolidated list of 30 impacts and their significance levels for different stakeholder groups including farmers, young people, women, community representatives and owners of small and medium enterprises. The results show that, overall, the infrastructure development was received positively. The review also indicates that factors identified as having effects on the sustainability of local livelihoods are mainly related to information management and benefit distribution, rather than physical or material aspects.
Auch der Verkehr muss zukünftig seine Beiträge zur klimapolitisch gebotenen Dekarbonisierung von Wirtschaft und Gesellschaft leisten. Dabei rücken insbesondere Segmente in den Fokus der Aufmerksamkeit, die sich durch ein besonders stark ausgeprägtes Wachstum auszeichnen. Dies trifft insbesondere für den Versandhandel und den Paketversand zu. Eine klimapolitisch bedeutsame Frage ist hierbei, wie sich das Wachstum des Versandhandels in einer Einkaufsverkehr und Güterverkehr integrierenden Gesamtbilanz auf die verkehrlich bedingten Emissionen von Klimagasen auswirkt. Welche Faktoren begünstigen eher höhere und welche geringere Emissionen? Wie wirken aktuelle Trends? Wie lassen sich diese Faktoren in einer Weise steuern, dass hieraus Beiträge zur Dekarbonisierung erwachsen können? Welche Akteure sind dabei jeweils besonders relevant?
Die vorliegende explorative Studie versucht auf einige dieser Fragen Antworten zu geben. Für die Beantwortung der genannten Fragen geht es zunächst darum, die Treiber des Wachstums im Versandhandel hinsichtlich ihrer Bedeutung zutreffend einzuschätzen. Untersucht wird dazu deskriptiv die Entwicklungsdynamik von Versandhandel und Paketversand. Zudem werden die hauptsächlichen Determinanten der Klimawirkungen von Versandhandel und Einkauf im stationären Einzelhandel identifiziert.
Dieses Wuppertal Paper dient dazu, a) die mögliche Klimaschutzwirkung eines CO2-Preises zu analysieren, allein und im Gesamtpaket von Instrumenten zum Klimaschutz, b) die Möglichkeiten der Mittelverwendung zu analysieren und zu bewerten, c) dadurch den Dschungel der Argumente und Motivationen in den bestehenden Vorschlägen zu lichten und d) aus der Analyse ein Modell zu skizzieren, das den Anforderungen von Klimaschutz und sozialer Gerechtigkeit sowie Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit am besten gerecht wird und damit der Bundesregierung als Anregung bei der Entscheidung über Einführung und Ausgestaltung eines CO2-Preises dienen kann.
In dem Papier werden diese Fragen anhand von neun Thesen mit einem abschließenden Fazit ergründet. Daraus wird deutlich:
Ein CO2-Preis kann sektorale Ziele und Instrumente nicht ersetzen. Seine volle Wirkung kann er nur entfalten, wenn er komplementär zu sektorspezifischen Klimaschutzinstrumenten eingeführt wird. Nur wenn für diese Instrumente ein guter Teil der Einnahmen aus der CO2-Steuer eingesetzt wird, sind die Klimaziele erreichbar. Die Ziele werden dadurch mit weitaus geringerem CO2-Preis bei gleichzeitig höheren Kostenentlastungen für Verbraucherinnen und Verbraucher, Unternehmen und sogar die öffentlichen Haushalte erreichbar, als wenn die Politik allein auf einen CO2-Preis setzen würde.
The Port of Rotterdam is an important industrial cluster, comprising mainly oil refining, chemical production and power generation. In 2016, the port's industry accounted for 19% of the Netherlands' total CO2 emissions. The Port of Rotterdam Authority is aware that the cluster is heavily exposed to future decarbonisation policies, as most of its activities focus on trading, handling, converting and using fossil fuels. Based on a study for the Port Authority using a mixture of qualitative and quantitative methods, our article explores three pathways whereby the port's industry can maintain its strong position while significantly reducing its CO2 emissions and related risks by 2050. The pathways differ in terms of the EU's assumed climate change mitigation ambitions and the key technological choices made by the cluster's companies. The focus of the paper is on identifying key risks associated with each scenario and ways in which these could be mitigated.
Nach jahrzehntelangen, erfolgreichen Reduktionen der CO2-Emissionen in der Industrie, ist der Trend in den letzten Jahren wieder rückläufig geworden: seit 2014 sind die Emissionen wieder angestiegen (UBA 2019). Um die deutschen Klimaziele zu erreichen ist es daher notwendig, die Anstrengungen zu verstärken und intensiver als in der Vergangenheit Innovationen für den Klimaschutz voranzutreiben: Neue Produkte und Geschäftsmodelle sowie neue Herstellungsverfahren zu entwickeln, mit denen sich Treibhausgasemissionen reduzieren lassen.
Um die deutschen Klimaziele für 2030 einzuhalten, werden hierfür gerade auch (inkrementelle) Effizienzsteigerungen nötig sein - diese werden jedoch nicht ausreichend sein. Innovationen müssen auch einen disruptiven Wandel von Strukturen und Geschäftsmodellen erwirken. Disruptive Innovationen und industrielle Konversionsprozesse bergen jedoch hohe Risiken für die etablierte Industrie. Hier stellt sich also die Frage, wie eine auf Klimaschutz ausgerichtete Innovationspolitik gestaltet werden muss, um einerseits die notwendigen CO2-Einsparungen zu ermöglichen und andererseits die Leistungfähigkeit der deutschen Industrie zu befördern?
Vor diesem Hintergrund widmet sich diese Studie zwei zentralen Fragestellungen: Wie laufen Klimaschutz-Innovationsprozesse ab? Wie können Klimaschutz-Innovationen befördert werden?
Basierend auf einer konzeptionellen Klassifizierung von Klimaschutz-Innovationen, wurden eine Reihe von existierenden Klimaschutz-Innovationen, gerade aus der energieintensiven Industrie analysiert. Vier Fallbeispiele aus verschiedenen Sektoren (Aluminiumherstellung und -verarbeitung, Herstellung neuer Kraftstoffe sowie der Verzinkung) und verschiedenen Innovationstypen werden in der Studie ausführlich beschrieben. Dabei zeigt sich, dass sich Unternehmen nicht nur an aktuellen Rahmenbedingungen orientieren, sondern Innovationen - sowohl inkrementeller wie auch radikaler Natur- im Bereich Klimaschutz auch unter der Annahme dynamischer Entwicklungen von sich verstärkenden Klimaschutzrahmenbedingungen vorantreiben. Darüber hinaus waren an allen untersuchten Fällen auch externe Promotoren unterstützend tätig. Daher wurden die möglichen Rollen von Klimaschutz-Promotoren mit unterschiedlichen regionalen und inhaltlichen Schwerpunkten gezielt analysiert.
Mit "InnovationCity Ruhr - Modellstadt Bottrop" soll ein typisches Stück Ruhrgebiet mit rund 70 000 Einwohnern bis zum Jahr 2020 klimagerecht umgebaut werden. Benjamin Best rekonstruiert den Partizipationsprozess des Projektes, er analysiert seine Begrenzungen und zeigt Weiterentwicklungsmöglichkeiten auf. Die empirische Studie basiert auf qualitativen Methoden der empirischen Sozialforschung, auf teilnehmenden Beobachtungen in der Modellstadt und der Teilnahme an ausgewählten Beteiligungsveranstaltungen. Mittels Interviews mit Expertinnen und Experten identifiziert der Autor kulturelle Faktoren, die die Form der Partizipation im Kontext von InnovationCity sowie den Verlauf des Gesamtprojektes bestimmt haben.
Um den ungebremst fortschreitenden Klimawandel zu begrenzen, ist eine stufenweise Dekarbonisierung des Energiesystems notwendig, die bereits bis zur Mitte dieses Jahrhunderts schon weitgehend erreicht sein muss. Neben Unsicherheiten gehen von der Energiewende gleichzeitig Investitionsimpulse für Innovationen aus, wobei Systeminnovationen eine zentrale Treiberfunktion zur Dekarbonisierung des Energiesystems einnehmen.
Diese Arbeit fokussiert die Rolle von Innovationskaskaden in der Energiewende und analysiert die Überführung von Systeminnovationen in strategische Geschäftsmodellinnovationen vor dem Hintergrund der Frage, wie die Dekarbonisierung des Energiesystems für Unternehmen der Energiewirtschaft und THG-intensiven Industrie rentabel ausgestaltet werden kann.
Die Dissertation leistet einen substanziellen Beitrag zur Entscheidungsfindung im strategischen (Innovations-)Management für Unternehmen der Energiewirtschaft und der THG-intensiven Sektoren - Bereiche, die von einem erheblichen Transformationsdruck gekennzeichnet sind. Insbesondere für Unternehmen, die bedingt durch den Wandel des Energiesystems großen Herausforderungen gegenüberstehen, leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Ableitung neuer, nachhaltiger und ökonomisch tragfähiger Geschäftsmodelle. Im Mittelpunkt stehen die Systeminnovationen Power-to-Gas (P2G) und Algae-to-X (A2X). Dabei wird der Begriff Algae-to-X erstmalig in die wissenschaftliche und praktische Diskussion eingeführt und konzeptionell fundiert. Mit einer ganzheitlichen Untersuchung der Innovationsprozesse, den damit verbundenen Chancen, Potenzialen, Unsicherheiten, Hemmnissen und visionären Zukunftsbildern von Power-to-Gas und Algae-to-X werden konkrete Handlungsansätze zur Förderung von Systeminnovationen und der Überführung in Geschäftsmodellinnovationen im window of opportunity der Energiewende herausgearbeitet.
Diese Forschungsarbeit trägt zur Weiterentwicklung der wirtschafts-wissenschaftlichen Theoriebasis in den Disziplinen des strategischen Managements und des strategischen Innovationsmanagements bei: Aufbauend auf einer breiten und tiefgreifenden Analyse bestehender Ansätze wird die Bedeutung von Systeminnovationen und Geschäftsmodellinnovationen herausgestellt und die tragende Rolle des in der Theorie noch relativ jungen Konzepts der Innovationskaskaden für die Umsetzung des systemischen Transformationsprozesses der Energiewende theoretisch fundiert und empirisch gestützt. Hervorzuheben ist, dass die Unsicherheiten, die mit der Entwicklung von tragfähigen Geschäftsmodellinnovationen einhergehen, ökonomisch fundiert sind, in den Beispielen in Abhängigkeit des Neuigkeitsgrades und damit der Entwicklungsstufe der Innovationskaskade aber technologisch (A2X) bzw. regulatorisch (P2G) bedingt sind. Bei der Überführung von Systeminnovationen in strategische Geschäftsmodellinnovationen über die Ableitung von Innovationskaskaden stellt diese Arbeit zwei neue, theoretisch fundierte und empirisch überprüfte innovationsauslösende Stimuli vor: Die systeminduzierten Impulse des system-push und des system-pull.
Die Diskussion um die Gestaltung der Energiewende dreht sich in der politischen und gesellschaftlichen Debatte heute maßgeblich um die Stromversorgung der Zukunft. Ausstieg aus der Kohleverstromung und Ausbau bzw. Optimierung von Stromtransport- und verteilnetz sind nur zwei Beispiele dafür. Zu wenig Beachtung wird dagegen den Gasinfrastrukturen geschenkt und dabei insbesondere den Gas(import-)infrastrukturen, die mit Blick auf die Energiewende eine signifikante Rolle spielen (können).
Der heutige energetische Sanierungsbedarf des Gebäudebestands in Deutschland ist ein über Jahrzehnte qua irregeleiteter Auslegung produzierter. Inzwischen hat der technische Fortschritt erreicht, was zu erwarten war: Das Null-Energie-Haus, sogar das Plus-Energie-Haus sind heute möglich geworden. Beide sind auch "wirtschaftlich" - sofern man neu baut. Und selbstverständlich nur bei einem geklärten Verständnis von "wirtschaftlich", insbesondere im anstehenden Gebäude-Energie-Gesetz (GEG).
Der schnell fortschreitende Digitalisierungs- und Automatisierungsprozess ist heute schon ein wichtiger Wegbegleiter für die Transformation des aktuellen Energiesystems. Im vorliegenden Beitrag werden sechs Anwendungsbeispiele vorgestellt, die deutlich machen, dass die Energiewende ohne Digitalisierung nicht denkbar ist.
Die Digitalisierung ist längst gelebte Praxis. Jeden Tag werden Milliarden an "digitalen" Handlungen ausgeführt. Beispielsweise werden täglich 207 Mrd. E-Mails verschickt, 8,8 Mrd. YouTube-Videos angesehen und 36 Mio. Amazonkäufe getätigt. Dabei nimmt die Geschwindigkeit, mit der neue Anwendungen entwickelt und etabliert werden, kontinuierlich zu. Es stellt sich also die Frage, was im Energiesektor zu erwarten ist und wie die Entwicklung zielgerichtet genutzt werden kann.
Am 26. Januar 2019 hat die Kommission "Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung" beschlossen, dass in Deutschland bis spätestens 2038 keine Kohlekraftwerke mehr betrieben werden sollen. Das Wuppertal Institut nimmt in diesem Papier Stellung zu den Ergebnissen der Kommission und gibt Empfehlungen für die nun notwendigen Schritte für die Klima- und Innovationspolitik in Europa, Deutschland und Nordrhein-Westfalen.
On 26 January 2019, the Commission on Growth, Structural Change and Employment recommended that no more coal-fired power plants would be operated in Germany by 2038 at the latest. In this paper the Wuppertal Institute comments on the results of the Commission and makes recommendations for the current necessary steps for the climate and innovation policy in Europe, Germany and North Rhine-Westphalia.
Welche Rolle spielt die Digitalisierung mit der Vielzahl ihrer Methoden und Anwendungen für die Energiewende - also für die Transformation unseres Energiesystems im Sinne der vereinbarten Klimaschutzziele? Ist sie notwendige Voraussetzung für den Systemumbau und ermöglicht beispielsweise erst den Übergang auf ein nahezu vollständig erneuerbares Energiesystem (Enabler) oder ist sie lediglich ein nützliches, den Umbau beschleunigendes Hilfsmittel (Facilitator)? Welche Veränderungen sind durch die Ziele der Energiewende getrieben und welche durch die Verbreitung von Techniken der Digitalisierung? All dies waren Fragen, die im Rahmen der Jahrestagung 2018 des Forschungsverbunds Erneuerbare Energien unter dem Titel "Die Energiewende - smart und digital" behandelt wurden. Dieser einführende Beitrag versucht einige Anhaltspunkte zur Beantwortung dieser Fragen zu liefern und in das Thema einzuführen.
The Paris Agreement introduces long-term strategies as an instrument to inform progressively more ambitious emission reduction objectives, while holding development goals paramount in the context of national circumstances. In the lead up to the twenty-first Conference of the Parties, the Deep Decarbonization Pathways Project developed mid-century low-emission pathways for 16 countries, based on an innovative pathway design framework. In this Perspective, we describe this framework and show how it can support the development of sectorally and technologically detailed, policy-relevant and country-driven strategies consistent with the Paris Agreement climate goal. We also discuss how this framework can be used to engage stakeholder input and buy-in; design implementation policy packages; reveal necessary technological, financial and institutional enabling conditions; and support global stocktaking and increasing of ambition.
In der Dissertation wird eine Methodik entwickelt, welche die Berechnung des Redispatcheinsatzes im deutschen Übertragungsnetz ermöglicht. Dabei wird die Auswirkungen einer Integration der Flexibilität aus dezentralen Anlagen in das elektrische Energiesystem dargestellt. Durch die Integration von dezentralen Flexibilitäten können geringere Brennstoff- und CO2-Zertifikatskosten bei relativ konstanten CO2-Emissionen erreicht werden. Bei einem Redispatcheinsatz, welcher die Leistungserhöhung aus konventionellen thermischen Kraftwerken weitgehend vermeidet, kann bei der Berücksichtigung dezentraler Flexibilitäten bis zu 99 Prozent der benötigten Redispatcherhöhung aus konventionellen Kraftwerken mit Hilfe dezentraler Alternativen ersetzt werden. Diese Übernahme der Redispatchaufgaben durch dezentrale Anlagen ist allerdings mit einer signifikanten Erhöhung der Redispatchkosten verbunden.
Das Kopernikus-Projekt "ENavi" hat im Forschungsschwerpunkt "Transformation des Stromsystems" untersucht, wie der Stromsektor zur Erreichung der Klimaziele beitragen kann. Aktuell gilt es, den Kohleausstieg ökonomisch effizient und ökologisch zu organisieren. Seine Ergebnisse hat das Team der von der Bundesregierung eingesetzten Kommission für Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung ("Kohlekommission") präsentiert.
Today more than 45 % of all energy-related CO2 emissions come from burning coal. Thus, reducing CO2 emissions from coal use is a necessity for reaching the targets of the Paris Agreement. This will not only pose challenges for coal consumers (restructuring of the energy system), but also for countries whose economy is strongly depending on the production of coal. This paper examines the role of coal in three countries, which are or were in recent years among the top coal exporters: Indonesia, Colombia and Vietnam. Understanding challenges and possible transition pathways in these countries will help to develop global strategies to reduce CO2 emissions from coal in the short to mid-term.
Geschäftsmodelle zur Einbindung dezentraler Anlagen auf Haushaltsebene in Virtuelle Kraftwerke
(2019)
Virtuelle Kraftwerke (VKW) bieten die Möglichkeit, den steigenden Flexibilitätsbedarf des Stromsystems durch die Bündelung dezentraler Erzeugungsanlagen, Speicher und steuerbarer Verbraucher zu decken. Insbesondere die Hebung noch unerschlossener dezentraler Flexibilitätspotenziale auf Haushaltsebene, die durch die Digitalisierung und die Verfügbakeit smarter Technologien ermöglicht wird, eröffnet voraussichtlich zukünftige Geschäftsfelder. In diesem Artikel werden die zu erwartenden technologischen und ökonomischen Entwicklungen skizziert und darauf aufbauend ein Analyserahmen für Geschäftsmodelle Virtueller Kraftwerke vorgestellt.
Research on sustainability transitions has expanded rapidly in the last ten years, diversified in terms of topics and geographical applications, and deepened with respect to theories and methods. This article provides an extensive review and an updated research agenda for the field, classified into nine main themes: understanding transitions; power, agency and politics; governing transitions; civil society, culture and social movements; businesses and industries; transitions in practice and everyday life; geography of transitions; ethical aspects; and methodologies. The review shows that the scope of sustainability transitions research has broadened and connections to established disciplines have grown stronger. At the same time, we see that the grand challenges related to sustainability remain unsolved, calling for continued efforts and an acceleration of ongoing transitions. Transition studies can play a key role in this regard by creating new perspectives, approaches and understanding and helping to move society in the direction of sustainability.
Phasing out coal in the German energy sector : interdependencies, challenges and potential solutions
(2019)
Relevant aspects of the options and requirements for reducing and phasing out coal-fired power generation have been under debate for several years. This process has produced a range of strategies, analyses and arguments, outlining how coal use in the energy sector could be reduced and phased out in the planned time frame, and determining structural policy measures suitable to support this. This Coal Report studies the existing analyses and provides an overview of the state of debate. It is intended to provide information on facts and contexts, present the advantages and disadvantages of individual courses of action, and reveal the respective scientific backgrounds. It strives to take a scientific and independent approach, and present facts in concise language, making it easy to follow for readers who are not experts in the field, without excessive abridgements or provocative statements.
Aufgrund der perspektivisch insbesondere mit dem benötigten weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien verbundenen weiter zunehmenden Auswirkungen der Energiesystemtransformation auf Landschaft und Ökosysteme erscheint es angemessen, dass Politik und Gesellschaft die Naturverträglichkeit der Energiewende bzw. ihrer konkreten Ausgestaltung stärker in den Blick nehmen als bisher. Denn eine angemessene Berücksichtigung und darauf aufbauende weitest mögliche Minderung der negativen Einflüsse von Energiewende-Maßnahmen auf die Natur ist aus verschiedenen Gründen von Bedeutung: Zum einen ist die gesellschaftliche Akzeptanz für das Gelingen der Energiewende entscheidend und eine weitgehend naturverträgliche Ausgestaltung der Energiewende kann diese Akzeptanz befördern. Zum anderen sind intakte Ökosysteme für das menschliche Wohlergehen von hoher Bedeutung und es kann darüberhinaus argumentiert werden, dass ihnen unabhängig vom Wert für den Menschen auch ein intrinsischer Wert zugesprochen werden sollte. (Zusätzliche) Ökosystemstörungen sollten folglich so weit wie möglich vermieden werden.
Vor diesem Hintergrund hat der Naturschutzbund Deutschland e.V. das Wuppertal Institut beauftragt, in dem vorliegenden Bericht mögliche Maßnahmen zu identifizieren und zu beschreiben, die sowohl wesentliche Beiträge zur Erreichung der Ziele der Energiewende leisten können, deren Umsetzung gleichzeitig aber nach derzeitigem Wissensstand keine oder nur geringe negative Auswirkungen auf die Natur hätte. Der Bericht soll dabei helfen, die Aufmerksamkeit auf gegenwärtig nicht ausgeschöpfte, von der Energiepolitik und auch von vielen vorliegenden Energiewende-Studien nicht oder wenig beachtete aber wahrscheinlich naturschutzgerechtere Klimaschutzoptionen zu richten und diese Optionen besser zu verstehen.
Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende stellt eine enorme Herausforderung für die folgenden Jahrzehnte dar. Durch den weiteren Ausbau von erneuerbaren, fluktuierenden Erzeugungsanlagen entstehen zunehmend zeitliche und örtliche Differenzen zwischen der Stromerzeugung und der Stromnachfrage. Dies macht im Zeitverlauf verschiedene Flexibilitätsmaßnahmen erforderlich, um Erzeugung und Nachfrage möglichst effizient und kostengünstig in Einklang zu bringen und dabei die notwendige Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Aufgrund der Verzögerungen beim Netzausbau für den räumlichen Ausgleich gewinnen Maßnahmen für den zeitlichen Ausgleich zunehmend an Bedeutung. Dazu gehören insbesondere Demand-Side-Management (DSM) sowie die Umwandlung von erneuerbarem (Überschuss-)Strom zu Wärme (Power-to-Heat, PtH), zu Gasen (Power-to-Gas, PtG) oder auch zu chemischen Produkten (Power-to-Chemicals, PtC) und Kraftstoffen (Power-to-Fuel, PtF). Die zuletzt genannte, vielseitige Technologiefamilie wird häufig zu Power-to-X zusammengefasst. Dadurch rückt zudem eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie zum Beispiel Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, immer weiter in den Fokus der Forschung.
Im Virtuellen Institut "Strom zu Gas und Wärme" arbeiten sieben Forschungsinstitutionen aus Nordrhein-Westfalen im Auftrag der Landesregierung an einer Weiterentwicklung dieser Flexibilitätsmaßnahmen unter Einbeziehung des Energiemarktes, der Netzstabilität und des stetig wachsenden Gesamtsystems. Die Forschungsaktivitäten des Hauptprojekts der Jahre 2015-2017 wurden in Form eines mehrbändigen Abschlussberichts veröffentlicht.
New options are needed to reduce the impact of motor vehicles on climate change and declining fossil fuel resources. Cars which are fueled by hydrogen could be a sustainable method of transportation if suitable technologies can be devised to produce hydrogen in an environmentally benign manner along with the provision of the necessary fueling infrastructure. This paper assesses size, space, and cost requirements of bioreactors as a decentralized option to supply hydrogen powered cars with biohydrogen produced from algae or cyanobacteria on a theoretical basis. Decentralized supply of biohydrogen could help to reduce the problems that hydrogen cars face regarding market penetration. A feasibility study for decentralized biohydrogen production is conducted, taking the quantity of hydrogen which is needed to fuel current hydrogen cars into account. While this technology is, in theory, feasible, sizes, and costs of such reactors are currently too high for widespread adoption. Thus, more R&D is needed to close the gap and to approach marketability.
Wie misst man ein Feuerwerk?
(2018)
Erfolgreiche Transformation
(2018)
This study intends to provide a comprehensive overview of the water-energy nexus' relevance to the Iranian electricity sector, by illustrating key trends, analysing water-related challenges and identifying knowledge gaps. It summarises the results of a workshop, and a series of dialogues with Iranian energy and water experts, in which both the current situation and future water-related risks and impacts on the Iranian power sector were discussed. Based on those results, it highlights research needs and further options for scientific collaboration.
Obwohl viele der aktuellen Herausforderungen im Bereich der Energieversorgung eine internationale Dimension haben bzw. nur international gelöst werden können, ist die internationale Energiepolitik bis heute ein weitgehend ungesteuerter Politikbereich. Im letzten Jahrzehnt entwickelten sich zwar neue globale Kooperationsstrukturen und Initiativen, der Weg zu einer multilateralen, globalen Governance-Struktur, die zentrale Impulse für die gemeinsame Etablierung international geltender Normen und Regeln geben könnte, ist aber noch weit. Der Artikel führt in die aktuellen Entwicklungen ein und diskutiert die verbleibenden Herausforderungen.
Im Forschungsprojekt "Landscaping" untersuchte das Wuppertal Institut die für Nordrhein-Westfalen aus heutiger Sicht denkbaren Technologieansätze, die dafür nötigen politischen Rahmenbedingungen sowie mögliche Innovationen entlang der Wertschöpfungsketten. Bestandteil des Berichts sind Steckbriefe, in denen die möglichen Technologien für treibhausgasneutrale Industrieprozesse samt offener Forschungsfragen und Infrastrukturbedarfe dargestellt sind. Das Projekt entstand im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.
Relevante Fragen rund um die Möglichkeiten und Erfordernisse der Reduzierung und Beendigung der Kohleverstromung werden seit mehreren Jahren diskutiert. Dabei sind eine Fülle von Strategien, Analysen und Argumenten entwickelt worden, wie die Reduzierung und Beendigung der energetischen Nutzung von Kohle auf der Zeitachse umgesetzt und strukturpolitisch flankiert werden könnte. Der vorliegende "Kohle-Reader" greift die vorliegenden Analysen auf und gibt einen Überblick über den Diskussionsstand. Er soll über Fakten und Zusammenhänge informieren, das Für und Wider für einzelne Handlungsoptionen benennen und dazu den jeweiligen wissenschaftlichen Hintergrund aufzeigen. Er hat den Anspruch wissenschaftlich-neutral zu sein und er soll in Sprache und Darstellung prägnant und für die nicht zuvor im Detail mit den Themen befassten Leserinnen und Leser gut verständlich sein, ohne unzulässig zu verkürzen oder zuzuspitzen.
In recent years, many energy scenario studies have proven that a power supply system based on renewable energies (RE) >90 percent is feasible. However, existing scenarios differ significantly in the composition of generation technologies. Some scenarios focus on wind energy in the northern part of Europe, others base on a large utilisation of solar technologies in the south. Apart from the generation capacities, the needed technical flexibilisation strategies such as grid extension, demand flexibilisation and energy storage are generally known and considered in many scenarios. Yet, the impact of different renewable generation strategies on the local utilisation of flexibility options needs to be further assessed. Based upon the BMBF research project RESTORE2050, analyses have been carried out that focus on these interdependencies. The results of the project show that the local utilisation of flexibilisation options depends to a great extent on the technology focus of the long-term renewable expansion strategy. This applies for the spatial flexibilisation as provided by transnational interconnection capacities, especially the ones connecting regions with a surplus of power generation (e.g. GB, Norway and Spain). Another impact of the renewable scenario is seen on the required temporal flexibilisation of electricity generation and demand. In addition, the available options will compete for high utilisation in a future energy system. The differences in the utilisation of these applications, which base on the varying shares of photovoltaic (PV) and wind energy generation, lead to the conclusion that the decision about longterm RE expansion ought to be made very soon in order to avoid inefficient flexibility pathways. Otherwise, if the future RE structure will be kept open, adequate adoption of new flexibility options will be difficult, especially in case of technologies with long lead and realisation time (e.g. new power grids and large scale energy storage devices).
Externalisierung 4.0? : Von der wirkmächtigen Erzählung Industrie 4.0 und ihren Schattenseiten
(2018)
Implementation of nationally determined contributions : Islamic Republic of Iran country report
(2018)
The study analyses the country background, emissions trends, ongoing activities and barriers relating to the implementation of the Nationally Determined Contribution (NDC) of the Islamic Republic of Iran under the UNFCCC. A special emphasis is laid on further mitigation potentials in the fields of demand-side efficiency through energy-price reform, upstream oil and gas efficiency (with an emphasis on gas flaring) and a sustainable energy mix (with an emphasis on renewable energies).
The study analyses the country background, emissions trends, ongoing activities and barriers relating to the implementation of the Nationally Determined Contribution (NDC) of Morocco under the UNFCCC. A special emphasis is laid on further mitigation potentials in the fields of urban environment, the mineral sector and the transport sector. A chapter is dedicated to the relevance and perspectives of coal use.
Zur Realisierung der europäischen Klimaschutzziele muss der Industriesektor, besonders die energieintensive Grundstoffindustrie, seine Treibhausgasemissionen stark reduzieren. Obwohl in der Vergangenheit bereits große Fortschritte erzielt wurden, sind in Zukunft weitere, teils bahnbrechende Innovationen und der Aufbau der dafür benötigten Infrastruktur erforderlich. Im Rahmen dieses Projekts stellt das Wuppertal Institut für die "European Climate Foundation" den aktuellen Wissensstand zum Thema zusammen, diskutiert diesen vor dem Hintergrund der aktuellen Situation für Nordrhein-Westfalen (NRW), erstellt konsistente mögliche Zukunftsszenarien für NRW und leitet Schlüsselfragen und weiteren Forschungsbedarf für die Region ab.
Es geht um richtig viel Geld : die Klimaschutzverpflichtungen der EU und der deutsche Staatshaushalt
(2018)
Energy and climate change
(2018)
The Ernst Strüngmann Forum seeks to link justice, sustainability, and diversity agendas. In support, this chapter discusses how linkages between these three concepts have formed and changed in the climate change discourse, particularly in light of the recent Paris Agreement. As the latest addition to the portfolio of international climate change agreements, the Paris Agreement establishes a landscape in which nation-states, subnational actors, and transnational networks will be able to reconfigure existing linkages between sustainability, diversity, and justice, and perhaps improve upon them.
Here, three possible developments are identified which may substantially influence the reconfiguration process. Recognition is given to the sustainability and justice deficits that have plagued the "top-down" character of the international climate change discourse, and it is hypothesized that the Paris Agreement opens the door for "bottom-up" movements to claim a larger segment of climate change policy decision making and design. In turn, the "polycentric" landscape created by such "movement from below" appears to emphasize concepts such as inclusivity and transparency perhaps allowing for explicit climate justice commitments. Finally, to advance societal transformation and embrace diversity, it is hypothesized that the scientific endeavor needs to be transformed from a purely analytical pursuit to an effort that makes use of the wide range of scientific competences and provides support for transformative innovations to change unsustainable sociotechnical systems.
Transition modelling is an emerging but growing niche within the broader field of sustainability transitions research. The objective of this paper is to explore the characteristics of this niche in relation to a range of existing modelling approaches and literatures with which it shares commonalities or from which it could draw. We distil a number of key aspects we think a transitions model should be able to address, from a broadly acknowledged, empirical list of transition characteristics. We review some of the main strands in modelling of socio-technological change with regards to their ability to address these characteristics. These are: Eco-innovation literatures (energy-economy models and Integrated Assessment Models), evolutionary economics, complex systems models, computational social science simulations using agent based models, system dynamics models and socio-ecological systems models. The modelling approaches reviewed can address many of the features that differentiate sustainability transitions from other socio-economic dynamics or innovations. The most problematic features are the representation of qualitatively different system states and of the normative aspects of change. The comparison provides transition researchers with a starting point for their choice of a modelling approach, whose characteristics should correspond to the characteristics of the research question they face. A promising line of research is to develop innovative models of co-evolution of behaviours and technologies towards sustainability, involving change in the structure of the societal and technical systems.
Im Herbst 2018 wird das neue Energieforschungsprogramm (EFP) der Bundesregierung verabschiedet. Das Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende", kurz TF_Energiewende, hat hierfür eine wesentliche wissenschaftliche Basis geliefert. Für 31 Technologiefelder, die mehrere Hundert Technologien umfassen, analysierten die Projektpartner das Innovations- und Marktpotenzial, bewerteten Chancen und Risiken sowie den möglichen Beitrag der Technologien zur Umsetzung der Energiewende und zeigten Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf. Die nun veröffentlichten Ergebnisse dienen gleichzeitig als umfassendes Nachschlagewerk für Entscheider in Unternehmen, Forschungsabteilungen, Fördergeber und die interessierte Fachöffentlichkeit.
Was heißt hier gerecht? Anmerkungen zu strukturellen Hintergründen des Gerechtigkeitsbegriffs
(2018)
Was bedeutet "gerecht"? Der alte Begriff reicht von antiken Zweifeln am Recht des Stärkeren über neuzeitliche Gesellschaftsverträge bis hin zu Forderungen nach Menschenrechten für alle. In diesem Beitrag werden strukturelle Hintergründe des Gerechtigkeitsbegriffs betrachtet. Die Autorinnen skizzieren verschiedene Ebenen der Gerechtigkeit: Sie reichen von der individuellen Gerechtigkeit als Tugend, über die institutionelle Gerechtigkeit als Leitidee für Recht, Staat und Politik, bis hin zur globalen Gerechtigkeit als Orientierung für staatenübergreifende rechtliche und politische Regelungen.
In dem Forschungsprojekt "Technologien für die Energiewende" (TF_Energiewende) bewertet ein Konsortium von drei Verbundpartnern und zehn Technologiepartnern unter der Federführung des Wuppertal Instituts seit Herbst 2016 den mittelfristigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf für die zentralen Technologien, die im Rahmen der Energiewende derzeit und zukünftig benötigt werden.
The Port of Rotterdam is one of the pioneers in the reduction of greenhouse gas emissions. It is the largest port in Europe and extends over 40 kilometres to the North Sea coast. Its ambitious goal: the port wants to reduce greenhouse gas emissions from its industrial cluster as well as from freight traffic to a large extent. For the study "Deep Decarbonisation Pathways for Transport and Logistics Related to the Port of Rotterdam" the Wuppertal Institute analysed available options for the maritime as well was hinterland transports on behalf of the Rotterdam Port Authority.
The 2050 scenarios by the Wuppertal Institute show that decarbonisation will significantly change both, volume and structure of the transported goods - which add to the on-going trend from bulk to container transport. This will have considerable structural effects on port operations and in particular on hinterland traffic. A comprehensive decarbonisation (>95 per cent) will require significant efficiency improvements through operational and technical measures and the switch to non-fossil fuels, as well as a strong shift of container transport from road transport to rail and inland navigation. For maritime shipping to and from Rotterdam two feasible pathways towards full decarbonisation by 2050 are presented. Both include a stepwise shift towards renewable electricity based energy carriers for ships (liquids and gaseous for long distances and hydrogen and electricity for shorter distances).
Finally the report derives a set of recommendations for the Port Authority as well as the Dutch, German and European policymakers to support the transition towards a drastic reduction of greenhouse gase (GHG) emissions from in the transport sector and for using this as a strategy for a sustainable economic development.
For many years, carbon capture and storage (CCS) has been discussed as a technology that may make a significant contribution to achieving major reductions in greenhouse gas emissions. At present, however, only two large-scale power plants capture a total of 2.4 Mt CO2/a. Several reasons are identified for this mismatch between expectations and realised deployment. Applying bibliographic coupling, the research front of CCS, understood to be published peer-reviewed papers, is explored to scrutinise whether the current research is sufficient to meet these problems. The analysis reveals that research is dominated by technical research (69%). Only 31% of papers address non-technical issues, particularly exploring public perception, policy, and regulation, providing a broader view on CCS implementation on the regional or national level, or using assessment frameworks. This shows that the research is advancing and attempting to meet the outlined problems, which are mainly non-technology related. In addition to strengthening this research, the proportion of papers that adopt a holistic approach may be increased in a bid to meet the challenges involved in transforming a complex energy system. It may also be useful to include a broad variety of stakeholders in research so as to provide a more resilient development of CCS deployment strategies.
It is widely recognised that access to sustainable and affordable energy services is a crucial factor in reducing poverty and enhancing development. Accordingly, various positive effects beyond simple access to energy are associated with the implementation of sustainable energy projects. One of these assumed positive outcomes is the productive use of energy, which is expected to create value - for example in the form of increased local availability of goods or higher incomes - thereby having a positive impact on local livelihoods. Many projects and programmes are based on such expectations regarding the productive use of energy but systematic evidence of these outcomes and impacts is still limited. This study analyses the results of an impact evaluation of 30 small-scale energy development projects to better understand whether and how the supply of sustainable energy services supports productive use activities and whether these activities have the expected positive impacts on local livelihoods. A contribution analysis is applied to systematically evaluate the impact pathways for the productive use of energy. The results show that access to sustainable energy does not automatically result in productive activities and that energy is only one of the input factors required to foster socio-economic development. Furthermore, the results demonstrate that activities, materials and information to support the productive use of energy - such as training, equipment or market research - need to be an integrated part of the energy project itself to allow for productive activities to develop on a wider scale.
Für die Energiewende in Deutschland ist zeitnah ein nennenswerter Ausbau der Stromnetze auf Transport- und Verteilnetzebene erforderlich. Mittel- bis langfristig werden für die Umstellung der Strom- und Energieversorgung auf erneuerbaren Energien (EE) zusätzlich große Speicherkapazitäten benötigt. Dabei sind kostengünstige und mit minimalen Energieverlusten verbundene Speicher- und Erzeugungstechnologien anzustreben. Lösungsansätze dafür werden bisher überwiegend auf der Stromseite diskutiert. Chancen, die sich aus der Kopplung von Strom- und Gasnetzen ergeben, werden kaum wahrgenommen. Das erhebliche Lösungspotential der vorhandenen Gasinfrastruktur und -Anwendungstechnologien mittels Power-to-Gas sowie die damit verbundenen Auswirkungen auf eine nachhaltige Gestaltung der Energiewende finden zu wenig Beachtung.
Vor diesem Hintergrund hatte das Forschungsvorhaben "Integration fluktuierender erneuerbarer Energien durch konvergente Nutzung von Strom und Gasnetzen - Konvergenz Strom- und Gasnetze" zum Ziel, unter Berücksichtigung der Kopplung von Strom- und Gasnetzen, (1) die Potenziale zur Aufnahme, Speicherung und Verteilung von EE zu bestimmen, (2) die dynamischen Energieströme aus Angebot und Nachfrage in der gesamten Energieversorgungsstruktur zu modellieren, (3) die Kopplung volkswirtschaftlich zu analysieren und (4) Handlungsempfehlungen für den Ausbau der Netzinfrastrukturen und die Entwicklung eines zukünftigen Energiemarktes abzuleiten.
Der hier vorliegende Report ist das Ergebnis des Teilprojekts "Transformation und Vernetzung städtischer Energieinfrastrukturen", welches Teil des "Rahmenprogramms zur Umsetzung der Energiewende in den Kommunen des Ruhrgebiets - Energiewende Ruhr" ist.
Die Transformation der Energieinfrastruktur, in einer Region die noch immer überwiegend auf zentrale Erzeugung und entsprechende Versorgungssysteme ausgerichtet sind, zählt zu den großen Herausforderungen einer gelungenen Energiewende - auch wenn nur ein Teil dieser Herausforderungen in der Region selbst beeinflusst werden kann.
Im Rahmen des Teilprojekts wurden zentrale technologisch-infrastrukturelle Herausforderungen im Kontext der Umsetzung der Energiewende im kommunalen Bereich analysiert. Insbesondere war hierbei von Interesse, wie das gezielte Vernetzen unterschiedlicher Infrastrukturbereiche (Strom, Wärme, Verkehr) einen Beitrag dazu leisten kann, Effizienzpotenziale zu heben und damit ein nachhaltiges und zukunftsfähiges Infrastruktursystem zu schaffen. Inhaltlich fokussierten die Analysen auf die Bereiche Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und Wasserstoff.
Bislang wurden solche mittel- und langfristigen Transformationsprozesse häufig allein durch technologiebezogene Szenarien und Strategien beschrieben. Der Ansatz erweist sich zunehmend als nicht zielführend, da er sich zu sehr auf einzelne Technologiebereiche beschränkt und das systemische Zusammenspiel zu wenig beleuchtet. Zudem werden weitere Faktoren (Nutzerverhalten, Investitionsentscheidungen, finanzielle Handlungsspielräume auf der Verbraucherseite, Akteursnetzwerke etc.) zumeist nur marginal betrachtet. Im Rahmen des Projekts wurde daher der methodische Zugang einer Cross-Impact-Bilanz gewählt, um diskursiv und partizipatorisch qualitative Zukunftsbilder für die Technologiebereiche zu entwerfen.
Im Vergleich zu den Jahrzehnten zuvor ist das Energiesystem heute durch eine hohe Dynamik gekennzeichnet und steht unter ständigem Veränderungsdruck. Im vorliegenden Artikel diskutieren die Autoren die Rolle der Digitalisierung in den derzeitigen Prozessen. Sie nutzen dafür die Mehr-Ebenen-Perspektive (Multi Level Perspective, MLP). Diese sieht Transformation als ein Zusammenspiel von externen und internen Faktoren an: Die äußeren übergeordneten Entwicklungen kreieren einen Veränderungsdruck auf das Regime von außen, welches infolgedessen aus der Balance geraten kann. Darüber hinaus eröffnen sich Möglichkeiten für zielgerichtete Veränderungen im System durch die erfolgreiche Etablierung von innovativen Ansätzen. Letzteres gilt gerade für die breiten Anwendungspotenziale der Digitalisierung.
Die beiden Autoren zeichnen die Transformationsprozesse im Energiesektor seit Beginn der Liberalisierung nach und blicken anschließend auf die Herausforderungen in der jetzigen Phase der Energiewende - darunter die Systemintegration erneuerbarer Energien in das Stromsystem und die digitale Vernetzung. Der Artikel schließt ab mit einer Analyse externer und interner Faktoren, die eine Digitalisierung des Energiesektors weiter vorantreiben.
Der Teilbericht 2 enthält alle 31 Technologieberichte, die im Forschungsvorhaben "Technologien für die Energiewende" erstellt wurden. Für jedes Technologiefeld wird der Entwicklungsstatus und der Bedarf an Forschung und Entwicklung dargestellt. Die Bewertung erfolgte mittels 12 Bewertungskriterien, die nach dem klimapolitischen und energiewirtschaftlichen Beitrag der jeweiligen Technologien fragen, die Positionierung deutscher Unternehmen im internationalen Kontext betrachten sowie die Systemkompatibilität bewerten. Hinzu kommen Aspekte der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie des Standes von F&E im internationalen Vergleich.
Band 2 enthält die Technologieberichte aus den Bereichen Sektorenkopplung, Energie- und Ressourceneffizienz in Gebäuden sowie in der Industrie und integrative Aspekte.
Der Teilbericht 2 enthält alle 31 Technologieberichte, die im Forschungsvorhaben "Technologien für die Energiewende" erstellt wurden. Für jedes Technologiefeld wird der Entwicklungsstatus und der Bedarf an Forschung und Entwicklung dargestellt. Die Bewertung erfolgte mittels 12 Bewertungskriterien, die nach dem klimapolitischen und energiewirtschaftlichen Beitrag der jeweiligen Technologien fragen, die Positionierung deutscher Unternehmen im internationalen Kontext betrachten sowie die Systemkompatibilität bewerten. Hinzu kommen Aspekte der gesellschaftlichen Akzeptanz sowie des Standes von F&E im internationalen Vergleich.
Band 1 enthält die Technologieberichte aus den Bereichen Erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke und Infrastruktur.
Der Politikbericht ist ein Ergebnis des Forschungsvorhabens "Technologien für die Energiewende", das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) als Teil des strategischen Leitprojekts "Trends und Perspektiven der Energieforschung" von 2016 bis 2018 gefördert wurde. Er enthält neben einer kurzen deutschen und englischen Einleitung vierseitige Zusammenfassungen zu jedem der 31 analysierten Technologiefelder und eine Kurzdarstellung der Bewertungsmethodik. Die Zusammenfassungen sind gegliedert nach Definition des Technologiefeldes, aktueller Stand der Technologie, ausgewählte Bewertungskriterien und F&E-Empfehlungen.
Technologiebericht 4.3 Power-to-liquids/-chemicals innerhalb des Forschungsprojekts TF_Energiewende
(2018)
Access to clean and affordable modern energy services has been widely recognised as a significant factor for enabling social and economic development. Stand-alone systems and mini-grids are presumed to play an important role in the provision of sustainable energy to those people who currently lack access. Accordingly, an increasing number of small-scale energy projects are being implemented in developing countries and emerging economies. However, despite the large number of energy development projects, only limited evidence exists about the actual contribution they make to sustainable development. This paper addresses this research gap by providing a systematic assessment of three selected impact pathways based on the evaluation of over 30 small-scale sustainable energy projects. Applying a theory-based evaluation approach in the form of a contribution analysis, the aim of this research is to better understand if and how these types of technical interventions can create development outcomes and impacts. The results show that technological issues are often not the most decisive factor in achieving development effects, but that embedding the technology in a set of actions that address social, cultural, economic and environmental aspects is essential.
The Paris Agreement calls on all nations to pursue efforts to contribute to limiting the global temperature increase to 1.5 °C above pre-industrial levels. However, due to limited global, regional and country-specific analysis of highly ambitious GHG mitigation pathways, there is currently a lack of knowledge about the transformational changes needed in the coming decades to reach this target. Through a meta-analysis of mitigation scenarios for Germany, this article aims to contribute to an improved understanding of the changes needed in the energy system of an industrialized country. Differentiation among six key long-term energy system decarbonization strategies is suggested, and an analysis is presented of how these strategies will be pursued until 2050 in selected technologically detailed energy scenarios for Germany. The findings show, that certain strategies, including the widespread use of electricity-derived synthetic fuels in end-use sectors as well as behavioral changes, are typically applied to a greater extent in mitigation scenarios aiming at high GHG emission reductions compared to more moderate mitigation scenarios. The analysis also highlights that the pace of historical changes observed in Germany between 2000 and 2015 is clearly insufficient to adequately contribute to not only the 1.5 °C target, but also the 2 °C long-term global target.
Die voranschreitende Umstellung des Energiesystems von einer "additiven Rolle" regenerativer Energien hin zu deren Dominanz wirft zahlreiche Fragestelllungen auf, für deren Beantwortung in zunehmendem Maße Modellierungsansätze gewählt werden. Vor diesem Hintergrund ist in den letzten Jahren eine große Anzahl von modellbasierten Szenarioanalysen des deutschen Energiesystems entstanden. Da sie zum Teil sehr unterschiedliche Ergebnisse erzielen, die nur schwer miteinander vergleichbar sind, erschwert dies die Weiterentwicklung des Zukunftswissens zur Energiewende und auch die gegenseitige Qualitätssicherung der Ergebnisse.
Vor diesem Hintergrund hat das Wuppertal Institut zusammen mit den Partnern Fraunhofer ISE und DLR das RegMex-Projekt durchgeführt. Ziel des Projektes war zum einen die inhaltliche Weiterentwicklung der Diskussion zur Ausgestaltung der Energiewende. Zum anderen sollte durch den Modellvergleich eine höhere Transparenz der teilnehmenden Modelle erreicht werden, um die Implikationen und Auswirkungen verschiedener Modellansätze besser differenzierten zu können.
Im Modellexperiment 1 wurden für zwei Szenarien (Zielszenario und Ambitioniertes Szenario) das Gesamtsystem mit Hilfe von drei Energiesystemmodellen und im Modellexperiment 2 das Stromsystem und flexible Sektorenkopplung mit Hilfe von vier Stromsystemmodellen modelliert. In einem weiteren Arbeitspaket wurden "Disruptive Elemente" identifiziert und analysiert, die gravierende Auswirkungen auf das Energiesystem haben können. Die Modellexperimente zeigen klar, dass die Einordnung und Interpretation von Modellergebnissen nicht losgelöst von den Modellen und deren methodischen Unterschieden erfolgen darf.
The transformative research approach of Real-World Laboratories (RWL) has recently attracted attention in German sustainability science. Some definitions and understandings have been published, but guidelines and procedural quality criteria for establishing and running a RWL are still missing. To address this gap, this article has two aims. First, it aims to derive key components of RWLs from the current discourse on RWLs and similar, but more elaborated research approaches. Second, it aims to transfer these key components into a comprehensive research practice. This practice is illustrated by the RWL process in the project "Well-being Transformation Wuppertal" (WTW).
Methodologically, the article builds on a review of RWL-related approaches for collaborative, intervention-oriented research. This includes transition management, transdisciplinary process models and action research. Based on this review, eight key components for RWLs are proposed. They position RWLs as a normatively framed approach that aims to contribute to local action for sustainable development and the empowerment of change agents. The approach uses transdisciplinary methods of knowledge integration and engages in cyclical real-world interventions within certain spatial and content-related boundaries.
The components are transferred into a flowchart, detailing process steps, aims, responsibilities and overall principles for putting RWLs into practice. Thus, a hitherto missing tool for designing and running RWLs is provided. Then, the RWL in the district of Mirke, Wuppertal, is used as an empirical example to illustrate the application of the flowchart and related key components. Consecutive discussions centre on the different roles of researchers and practitioners in the research process, as well as the relevance of an underlying theory of change for effective interventions. Finally, critical reflection, application and amendment of the proposed flowchart are encouraged
The water-energy-food (WEF) nexus is increasingly recognised as a conceptual framework able to support the efficient implementation of the Sustainable Development Goals (SDGs). Despite growing attention paid to the WEF nexus, the role that renewable energies can play in addressing trade-offs and realising synergies has received limited attention. Until now, the focus of WEF nexus discussions and applications has mainly been on national or global levels, macro-level drivers, material flows and large infrastructure developments. This overlooks the fact that major nexus challenges are faced at local level. Aiming to address these knowledge gaps, the authors conduct a systematic analysis of the linkages between small-scale energy projects in developing countries and the food and water aspects of development. The analysis is based on empirical data from continuous process and impact evaluations complemented by secondary data and relevant literature. The study provides initial insights into how to identify interconnections and the potential benefits of integrating the nexus pillars into local level projects in the global south. The study identifies the complex links which exist between sustainable energy projects and the food and water sectors and highlights that these needs are currently not systematically integrated into project design or project evaluation. A more systematic approach, integrating the water and food pillars into energy planning at local level in the global south, is recommended to avoid trade-offs and enhance the development outcomes and impacts of energy projects.
Solarthermische Kraftwerke
(2018)
Der Schutz des Klimas und die dafür erforderliche Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien ist eine globale Herausforderung, welche nach maßgeschneiderten Lösungen für die unterschiedlichen Klimazonen und Märkte der Erde verlangt. Die verstärkte Solarenergienutzung spielt dabei eine maßgebliche Rolle. Die Rolle Deutschlands als Exportnation beschränkt sich hierbei nicht auf die Klimawende im eigenen Land, sondern beinhaltet auch den weltweiten Export erneuerbarer Energietechnologien.
Die Kosten der photovoltaischen Stromerzeugung (PV) und der Windkraft sind in den vergangenen Jahren erfreulicherweise deutlich gesunken, entsprechend wurden in vielen Ländern große Kapazitäten zugebaut. Die resultierende stark gestiegene Einspeisung fluktuierender Erzeuger stellt Netzbetreiber vor neue Herausforderungen, insbesondere durch die extremen Lastschwankungen für plan- und steuerbare, heute größtenteils fossil befeuerte konventionelle Kraftwerke.
Hier bieten solarthermische Kraftwerke Lösungen.
Die Prozesse der Grundstoffindustrie sind verantwortlich für einen Großteil des industriellen Energie- und Stromverbrauchs in Deutschland. Welche technischen Möglichkeiten bieten sich in diesen Prozessen auf Flexibilitätsanforderungen des Stromsystems zu reagieren? Das vom BMBF geförderte Kopernikus-Projekt SynErgie untersucht die Flexibilität von Industrieprozessen. Ein Arbeitspaket, das aus dem Projektantrag des INFLUX Konsortiums hervorgegangen ist, hat nun umfassende Studie zu den Flexibilitätsoptionen in den Prozessen der Grundstoffindustrie veröffentlicht.
There is an increasing pressure that enhanced and novel energy technologies are swiftly adopted by the market to ensure meeting the energy and climate targets. An important issue with such novel developments is their risk to be stuck in the "valley of death", i.e. that their transition to the market is delayed or unsuccessful. Publicly supported demonstration projects could help to bridge the valley of death by reducing barriers to the adoption caused by missing information and perceived risks. A challenge for technology demonstrations in the industrial context is their often high investments that are required to prove their real-world benefits. Given the magnitude of such investments, it becomes crucial that public funding focuses on the most promising demonstration proposals. Structured evaluation processes can help to facilitate the identification of promising proposals and to improve the quality and transparency of decisions. This paper deals with a corresponding multi-staged multi-criteria decision support system (DSS) suggested to the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy. It deals with the evaluation of demonstration proposals across three stages: The first stage represents a filtering stage to identify those proposals relevant for further considerations. The second stage comprises a multi-criteria scoring method drawing on an evaluation against nineteen criteria. The final third stage serves to critically review the need for public funding of well-scored proposals. This contribution outlines the development of the DSS and its design and thus provides insights on proposal evaluating in energy research.
Für den Klimaschutz müssen die Kohlendioxidemissionen verringert werden - massiv und schnell. Derzeit stehen dafür vor allem technische Lösungen im Fokus: bessere Energieeffizienz und mehr erneuerbare Energien. Diese Studie untersucht nun eine dritte, bislang zu wenig beachtete Strategie: die Energiesuffizienz. Sie verringert die Nachfrage nach energieintensiven Gütern und Dienstleistungen durch Verhaltensänderungen.
Zwei dafür wesentliche Sektoren werden behandelt: die Raumwärme der privaten Haushalte und der alltägliche Personenverkehr. Beide zusammen verursachen immerhin rund 40 Prozent der städtischen Energienachfrage. Am Beispiel eines Wuppertaler Stadtteils werden dafür lokale Akteure, geeignete Strategien und das erreichbare Einsparpotenzial an Energie und Kohlendioxid analysiert. In Szenarien bis zum Jahr 2050 werden die Einsparmöglichkeiten quantitativ abgeschätzt und die Auswirkungen auf das Alltagsleben der Menschen anschaulich beschrieben.
