Zukünftige Energie- und Industriesysteme
Refine
Year of Publication
Document Type
- Contribution to Periodical (397)
- Report (332)
- Peer-Reviewed Article (219)
- Part of a Book (206)
- Conference Object (130)
- Working Paper (56)
- Doctoral Thesis (22)
- Book (14)
- Lecture (3)
- Master Thesis (3)
Language
Model-based scenario analyses of future energy systems often come to deviating results and conclusions when different models are used. This may be caused by heterogeneous input data and by inherent differences in model formulations. The representation of technologies for the conversion, storage, use, and transport of energy is usually stylized in comprehensive system models in order to limit the size of the mathematical problem, and may substantially differ between models. This paper presents a systematic comparison of nine power sector models with sector coupling. We analyze the impact of differences in the representation of technologies, optimization approaches, and further model features on model outcomes. The comparison uses fully harmonized input data and highly simplified system configurations to isolate and quantify model-specific effects. We identify structural differences in terms of the optimization approach between the models. Furthermore, we find substantial differences in technology modeling primarily for battery electric vehicles, reservoir hydro power, power transmission, and demand response. These depend largely on the specific focus of the models. In model analyses where these technologies are a relevant factor, it is therefore important to be aware of potential effects of the chosen modeling approach. For the detailed analysis of the effect of individual differences in technology modeling and model features, the chosen approach of highly simplified test cases is suitable, as it allows to isolate the effects of model-specific differences on results. However, it strongly limits the model's degrees of freedom, which reduces its suitability for the evaluation of fundamentally different modeling approaches.
In Argentina, renewable energies are promoted as a way of decarbonising the electricity mix and providing reliable energy services. The national goal is to generate 20% of electricity from renewable sources by 2025. However, despite significant natural potential, solar photovoltaic still represents only a small share of Argentina's total electricity generation. Although this picture may look bleak, a wide range of market segments relating to decentralised photovoltaic generation in Argentina have developed. The general objective of this study is to examine the dynamics that currently enable or constrain the diffusion of distributed photovoltaic systems in Argentina. By applying the Technical Innovation System (TIS) approach, the aim is to understand which functions of the system are strong/weak and how these are influenced by endogenous/exogenous system strengths and weaknesses. To that end, a mixed method research strategy is applied. The exploratory sequential research design allows first to explore system strengths and weaknesses based on qualitative approaches, and then to further analyse the contextual embeddedness and the level of importance of the identified variables using quantitative survey instruments. Thereby, this study provides an important analytical method that contributes to a more nuanced understanding of the interdependencies of the TIS. The empirical results indicate that system weaknesses are shaped to a large extent by the overall contextual dynamics - such as political instability, energy subsidies and high inflation rates. System strengths relate to both the TIS itself (particularly knowledge development through pilot projects and market formation through provincial and national support programmes), to contextual relationships (linked to the availability of educational institutions that enable the rapid diffusion of knowledge) and to the importance of rural areas as protected spaces for the application of photovoltaic systems. Consequently, the study highlights the challenges to overcome for the broader diffusion of distributed photovoltaic generation.
Although smart energy technologies (SETs) can fulfill multiple tasks in increasingly decarbonized and digitalized energy systems, market diffusion is still limited. This study investigates which beliefs influence consumers' intention to adopt two smart-energy offerings, whether the rapid growth of the smart home market will now drive SET adoption, and if consumer-driven diffusion will lead to sustainability potentials being realized. Building on UTAUT2, a new theoretical model is proposed, and a consumer acceptance survey was conducted in Germany (n = 700). Results indicate that a growing smart home market will not increase SET adoption and that "adjustable green defaults" should be introduced.
With the move to a hydrogen-based primary steel production envisioned for the near future in Europe, existing regional industrial clusters loose major assets. Such a restructuring of industries may result in a new geographical distribution of the steel industry and also to another quality of vertical integration at sites. Both implications could turn out as drivers or barriers to invest in new technologies and are thus important in respect to vertical integration of sites and to regional policy. This paper describes an approach to model production stock invest for the steel industries in North-Western Europe. Current spatial structures are reproduced with capacity, technical and energy efficiency data on the level of single facilities like blast furnaces. With the model developed both investments in specific technologies and at specific production sites can be modelled. The model is used to simulate different possible future scenarios. The case with a clear move to hydrogen-based production is compared to a reference scenario without technological shift. The scenarios show that existing trends like movement of production to the coast may be accelerated by the new technology but that sites in the hinterland can also adapt to a hydrogen economy. Possible effects of business cycles or a circular economy on regional value chains are explored with a Monte-Carlo analysis.
Die direkte Abscheidung von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft, das sogenannte Direct Air Capture (DAC), wird vermehrt als eine der Möglichkeiten zur Reduzierung von Treibhausgasen und damit der Begrenzung der Klimaerwärmung diskutiert. Vorteilhaft gegenüber anderen technischen Ansätzen zur Entnahme von atmosphärischen CO2 (Negativemissionstechnologien) ist die genaue Planbarkeit, die geringen Auswirkungen auf die Umwelt und die Ausgabe von CO2 in Reinform. Das CO2 kann anschließend dauerhaft gespeichert (Direct Air Capture and Sequestration) oder zur Erzeugung von bspw. synthetischen Brennstoffen (Direct Air Carbon Capture and Utilization) in Power-to-X-Routen (PtX) genutzt werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, im Kontext der deutschen Klimaneutralitätsziele bis 2045 beispielhaft eine Auslegung von DAC-Anlagen in Deutschland zu untersuchen. Dabei werden die unterschiedlichen Ressourcenverbräuche (Energie, Wasser, Fläche) sowie Kosten und mögliche Einsparungen durch eine Abwärmenutzung dargestellt und verglichen.
Dabei soll diese Arbeit zur Beantwortung der folgenden Forschungsfragen beitragen:
Welche technologischen DAC-Ansätze sind für Deutschland realisierbar? Welche Mengen an CO2 müssen in Deutschland umgesetzt werden, um den Bedarf an Negativemission zu decken? Welcher Ressourcenverbrauch entsteht in Deutschland, wenn die betrachteten Fallstudien umgesetzt werden? Welchen Infrastrukturaufwand hat dies zur Folge? Ist eine Implementierung in den notwendigen Größenordnungen realisierbar, und welche Faktoren wirken hierbei beschränkend?
Für eine systematische Analyse wurden die DAC-, die PtX- und die elektrischen und Wärmeenergieerzeugungsanlagen modular für die Jahre 2020, 2030, 2040 und 2045 aufbereitet. Die Bezugsgrößen wurden so gewählt, dass sie dem DAC-Modul entsprechen. In vier Fallstudien wurden mögliche Kombinationsmöglichkeiten und Implementierungspfade bis 2045 zusammengestellt, analysiert und diskutiert. Es zeigt sich, dass ein großskaliger Einsatz von DAC in Deutschland realisierbar ist. Zentrale Herausforderungen ergeben sich allerdings aus dem hohen Flächen- und Energiebedarf. Der Flächenbedarf resultiert dabei vor allem aus den flächenintensiven erneuerbaren Energieerzeugern. Mit Fokus auf ertragreiche Standorte sind Nord- und Süddeutschland, mit Blick auf ihr Wind- bzw. Sonnenpotenzial, als vielversprechend bei der Implementierung der DAC- Technologie einzustufen. Eine Implementierung der DAC-Technologie mit dem Ziel der dauerhaften CO2-Speicherung ist an norddeutschen Küstengebieten im Vergleich zu Süddeutschland vorteilhafter. Die Installation der DAC-Technologie in Kombination mit der PtX-Route wird aufgrund des hohen elektrischen Energiebedarfs in Deutschland als nicht realisierbar eingeschätzt.
Diese Fallstudie untersuchte den durch den Systemwechsel von der Plan- zur Marktwirtschaft ausgelösten Strukturwandel in der Lausitz im Zeitraum 1990-2015. Mit Hilfe verschiedener qualitativer und quantitativer Methoden der empirischen Sozial- und Wirtschaftsforschung analysierte sie den Strukturwandelprozess und die in Reaktion auf diesen Prozess umgesetzte Strukturpolitik mit dem Ziel, dieses Wissen für zukünftige Strukturwandelprozesse in anderen (Kohle-)Regionen zur Verfügung zu stellen. Eine Diskursanalyse half zu erkennen, wer warum welche strukturpolitischen Ansätze unterstützte - und gibt damit Hinweise auf die mögliche Relevanz von Erfahrungen für andere Regionen.
This case study examined the structural change in Lusatia caused by the system change from a centrally planned economy to a market economy in the period 1990-2015. It analysed the structural change process and the structural policies implemented as a reaction to this process with the objective to make this knowledge available for future structural change processes in other (coal) regions by deploying various qualitative and quantitative methods of empirical social and economic research. A discourse analysis helped to recognise who supported which structural policy approaches and why - and thus gives indications of the possible relevance of experiences for other regions.
Diese Fallstudie untersuchte den durch die geringe Wettbewerbsfähigkeit des Steinkohlebergbaus ausgelösten Strukturwandel im Ruhrgebiet vom Ende der 1950er Jahre bis 2015. Mit Hilfe verschiedener qualitativer und quantitativer Methoden der empirischen Sozial- und Wirtschaftsforschung analysierte sie den Strukturwandelprozess und die in Reaktion auf diesen Prozess umgesetzte Strukturpolitik mit dem Ziel, dieses Wissen für zukünftige Strukturwandelprozesse in anderen (Kohle-)Regionen zur Verfügung zu stellen. Eine Diskursanalyse half zu erkennen, wer warum welche strukturpolitischen Ansätze unterstützte - und gibt damit Hinweise auf die mögliche Relevanz von Erfahrungen für andere Regionen.
Analysis of the historical structural change in the German hard coal mining Ruhr area (case study)
(2022)
This case study examined the structural change in the Ruhr area caused by the low international competitiveness of German hard coal mining over the period from the late 1950s to 2015. It analysed the structural change process and the structural policies implemented as a reaction to this process with the objective to make this knowledge available for future structural change processes in other (coal) regions by deploying various qualitative and quantitative methods of empirical social and economic research. A discourse analysis helped to recognise who supported which structural policy approaches and why - and thus gives indications of the possible relevance of experiences for other regions.
Effective policies to mitigate climate change need to be accompanied by a socially just transition. Based on experiences of past and ongoing transition policies in coal regions in Europe and with indications to the specificity of framework conditions and challenges and to the potential effectiveness and transferability of approaches, this paper presents lessons learnt which can be inspirational for similar transitions in other coal regions and for transitions in other sectors.
