Zukünftige Energie- und Industriesysteme
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In der vorliegenden Arbeit sind die verfügbaren Potenziale an Biomethan auf Basis nachwachsender Rohstoffe in Deutschland mit den ökologischen und ökonomischen Kenndaten (THG-Emissionsfaktoren und Gas-Gestehungskosten) sowohl statisch für das Bezugsjahr 2010 als auch im mittel- bis langfristigen Ausblick untersucht worden (Teilmodell I). Zudem ist ein Abgleich der verschiedenen Einsatzbereiche von Biomethan erfolgt, um vor dem Hintergrund des sich ebenfalls dynamisch entwickelnden Energiesystems zu ermitteln, durch welchen der Nutzungspfade (KWK, Strom, Wärme, Kraftstoff, Ersatz von Erdgas) sich der höchstmögliche Beitrag zum Klimaschutz durch die maximale Einsparung von Treibhausgasen (THG) erzielen lässt (Teilmodell II). Teilmodell 1: Die Produktion von Biogas und Biomethan sollte generell immer nach dem jeweils besten Stand der Technik betrieben werden, um THG-Emissionen etwa durch offene Gärrestlager, zu hohe diffuse Methanemissionen aus dem Fermenter oder Methanverluste bei der Aufbereitung zu vermeiden. Der Anbau der Substrate sollte zudem in regional angepassten Fruchtfolgen erfolgen. Nach dem Stand der Technik (Bezugsjahr 2010) kann Biomethan auf Basis nachwachsender Rohstoffe in großmaßstäblichen, industriell geführten Anlagen mit einem THG-Emissionsfaktor von durchschnittlich rund 84 g CO2Äq/kWh Methan erzeugt werden, wenn Substrate aus regional angepassten Fruchtfolgen verwendet werden. Dieser Wert liegt um rund 20 % höher, als es bei Einsatz von ausschließlich Mais als gängigstem Substrat mit den geringsten THG-Emissionen der Fall wäre. Im Gegensatz zu einer "Monokultur Mais" ist die Erzeugung von Biogassubstraten in regional angepassten Fruchtfolgen aber nicht mit zusätzlichen negativen Folgen im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft verbunden. Die Erzeugung der Substrate ist der Teil der technischen Prozesskette Biomethan, der die meisten THG-Emissionen verursacht. Auf Basis einer eine Technologie-Lernkurve mit dem Lernfaktor FLCA wird abgeschätzt, dass sich der THG-Emissionsfaktor von Biomethan im Ausblick bis 2050 auf rund 40 % des Wertes von 2010 (2030: ca. 56 %) bzw. bis auf 34 g CO2Äq/kWh Methan (2030: 47 g CO2Äq/kWh Methan) reduziert. Ausgehend von einer Einspeisekapazität von 0,25 Mrd.m3 Methan/a in 2010 können in 2050 über 20 Mrd.m3 Methan/a eingespeist werden. Die Mengenziele der Gasnetz-Zugangsverordnung werden mit 2,2 Mrd.m3 Methan/a in 2020 und 6,2 Mrd.m3 Methan/a in 2030 allerdings zunächst verfehlt. Die erheblichen Steigerungen im Ausblick sind dabei unter anderem auf die angenommenen Ertragssteigerungen sowohl der konventionellen Landwirtschaft zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion als auch für Energiepflanzen zurückzuführen. Teilmodell 2: Bei der Erzeugung von Biomethan werden zunächst Treibhausgase freigesetzt. Durch den Ersatz von anderen, fossilen Energieträgern kann der Einsatz von Biomethan aber zum Klimaschutz durch THG-Vermeidung beitragen. Dies gilt in unterschiedlichem Maße, abhängig von den ersetzten Referenz-Technologien. Je höher die Emissionen, die durch das Referenzsystem verursacht werden, desto höher ist das Vermeidungspotenzial durch eine emissionsärmere Technik. Die Wahl des Bezugssystems beeinflussen insbesondere im Ausblick das Ergebnis und damit die Einsatzpriorität. Durch geschickte Wahl des Referenzsystems ist es möglich, das Ergebnis der Einsatzpriorität für Biomethan mindestens in seiner Eindeutigkeit zu beeinflussen. In der wissenschaftlichen Debatte ist daher besonderer Wert auf Transparenz der Annahmen zu legen. Das gilt insbesondere für das Zusammenspiel der Strom- und Wärme-Referenz. Der gezielte Einsatz von Biomethan in verschiedenen Sektoren unterscheidet sich deutlich positiv von dem reinen Ersatz von Erdgas als Energieträger. Das schlägt sich auch in den absoluten THG-Minderungen der Mengengerüste bis 2050 nieder: wird das zusätzliche Biomethan in KWK verstromt, können insgesamt rund 733 Mio. t CO2äq an Treibhausgasen über den Betrachtungszeitraum bis 2050 gespart werden, bei reinem Erdgasersatz sind es mit rund 600 Mio. t CO2äq etwa 20 % weniger. Mittelfristig (bis etwa 2030) hat bei konsistentem Ansatz der Einsatz von Biomethan in der KWK die höchste Priorität, da hier die höchsten THG-Minderungen erreicht werden können; an zweiter Stelle steht der Einsatz als Kraftstoff. Sowohl die reine Verstromung ohne Wärmenutzung als auch die reine Wärmenutzung erzielen THG-Vermeidungen in sehr ähnlicher Größenordnung wie der Ersatz des Energieträgers Erdgas durch Biomethan. Langfristig (ab 2030 bis 2050) ist die Einsatzpriorität von KWK und Kraftstoffnutzung vertauscht. Die ungekoppelte Wärmebereitstellung bleibt vor dem Ersatz von Erdgas als Energieträger; die ungekopplte Stromerzeugung ist die schlechteste Option zur THG-Minderung.
Water is a basis for life and ecosystem health. And water, especially in regions affected by water scarcity, is a highly contested and politicised natural resource. The state-of-the-art in sustainable water resources management requires collaborative approaches that foster the integration of conflicting interests of multiple stakeholders. Achieving integration in complex and contested real life situations however remains a major challenge. Boundary work can facilitate this ambitious goal. This study evolves boundary work science to improve collaboration in the water sector. It develops a framework for boundary work that enables understanding, structuring and approaching barriers for collaborative water resources management. A case study from the Garden Route region, South Africa gives a grounded basis for the conceptual developments and further provides in-depth insights into reasons and obstacles for collaborative water resources management in a contested local case. The case study serves both: An intrinsic analysis of a conflictive case, and conceptual developments to the boundary work framework - tested against local realities.
How can renewable energy sources be efficiently integrated into the North African electricity systems? By using techno-economic modeling methods, this book explores optimized electricity system expansion pathways until the year 2030 for the five North African countries - Morocco, Algeria, Tunisia, Libya and Egypt. The results indicate that renewable energy integration is actually a viable business case for the entire region, if wind and solar capacities are properly planned in conjunction with the conventional generation system and under consideration of the country-specific electricity supply-/demand patterns. Further aspects featured in this publication are the impact of renewable power on the transnational electricity transmission system and the question how decision making processes about renewable energy strategies can be improved in the North African context. The book is a contribution to the scientific literature about energy issues in the Middle East and North Africa (MENA), but also seeks to address political and industrial practitioners concerned with the development of the region's renewable energy future.
Im Rahmen der Diskussion über die Verknappung fossiler Energieträger, Klimawandel und der notwendigen Transformation unser Energiesysteme in Richtung nachhaltige Energieversorgung, hat moderne Bioenergie in den vergangene Jahren weltweit vermehrt Aufmerksamkeit erfahren. Gleichzeitig ist das Wissen über Potentiale, nachhaltige Nutzungs- und Produktionsformen und den damit verbundene Risiken jedoch begrenzt. Insbesondere der Energiepflanzenanbau birgt beträchtliche Gefahren für Ernährungssicherheit, Klima und Umwelt. Aus Nachhaltigkeitsgesichtspunkten sollten daher Nutzungspfade die biogene Reststoffe- und Abfälle zur Strom- und Wärmeerzeugung einsetzen in den Ländern des südlichen Afrikas Priorität haben. Bisher fehlt es jedoch (a) an länderspezifischen Untersuchungen zum nachhaltig verfügbaren Potential und (b) an fundierten Grundlagen, um politische Endscheidungen über die Einbindung in langfristige Bioenergiestrategien treffen zu können.
In diesem Werk werden diese Wissensdefizite für das Untersuchungsbeispiel Tansania adressiert, indem zunächst eine detaillierte Potentialanalyse zu theoretischen und verfügbaren Reststoff- und Energiepotentialen durchführt wird und im Anschluss mögliche Strategien zur Nutzung dieses Potentials entwickelt und im Hinblick auf ihre Nachhaltigkeit verglichen werden. Die Bewertung der Nachhaltigkeit möglicher Nutzungsstrategien erfolgt mit Hilfe von Multikriterienanalysen (MCA). In der MCA werden die Präferenzen verschiedener Endscheidungsträger mit Hilfe von unterschiedlichen Gewichtungen modelliert. Die Bewertung der Nutzungsstrategien erfolgt im Anschluss mit den Bewertungsregeln, SAW, TOPSIS sowie PROMETHEE I und II. Die Ergebnisse der MCA zeigen, dass die Strategie mit der umfangreichsten Reststoffnutzung unabhängig von der Gewichtung mit Abstand am empfehlenswerten ist, damit bestätigt sich, dass Agrarreststoffe als Baustein in eine nachhaltige Transformationsstrategie für den Energiesektor in Tansania integriert werden sollten.
Die Dissertationsschrift von Christian R. Lindfeld beschäftigt sich mit der integrativen Innovations- und Gründungsförderung aus Universitäten und Forschungseinrichtungen und betritt mit der Konzeption der Zukunftsinnovation eines Center of Entrepreneurial Opportunity Discovery and Development (CEODD) wissenschaftliches Neuland. Er greift damit die aus der Darstellung des Status quo resultierende Konklusion einer sich aufdrängenden Erneuerungsaufgabe in der Innovations- und Gründungsförderung auf und knüpft hierzu an den Forschungsanstrengungen der Bergischen Universität Wuppertal und des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie zur Theorie der Entrepreneurship Education 2.0 an. Im gründungsdidaktisch fundierten Modell eines CEODD werden insbesondere die theoretischen und konzeptionellen Grundlagen zur Erschließung und Entwicklung unternehmerischer Persönlichkeiten und Organisationen einbezogen, um dem zentralen Anspruch der Bewirkung zusätzlicher Unternehmensgründungen gerecht zu werden. Hierzu werden nicht nur die neuartigen, elementenhaft-synthetisch zusammengeführten Interaktions- und Wirkungsmechanismen der Zukunftsinnovation konzipiert, sondern der Autor versteht die Notwendigkeit, ebenfalls theoretisch fundierte, systematische Implementierungsphasen und exemplarische Umsetzungsmöglichkeiten zu beschreiben. Die erarbeiteten Erkenntnisse werden auch als Einladung an die verbundene wissenschaftliche Community verstanden, diesen Beitrag aufzunehmen und sich den weiteren Fragestellungen nachhaltig zuzuwenden.
In globalen Energieszenarien spielt die Windenergie eine wichtige Rolle für den zukünftigen Strommix. Die Technologie hat sich bewährt und die Windbranche entwickelt sich zu einer reifen Industrie. Während der bisherige Ausbau der Windenergie stark von deutschen und europäischen Unternehmen bestimmt wurde, sind nun chinesische und amerikanische Unternehmen auf dem Weltmarkt weitgehend führend.
Das vorliegende Buch untersucht daher maßgebende Erfolgsfaktoren der deutschen Windbranche auf dem internationalen Markt und konzentriert sich auf zwei Bereiche: Zum einen wird die Anwendbarkeit der Erfolgsfaktorenforschung - ein Konzept aus dem strategischen Management - einer kritischen Prüfung unterzogen. Zum anderen werden in einer qualitativen Analyse Erfolgsfaktoren diskutiert, die für die vergleichsweise junge Branche wichtig sind. Entscheidend ist es demnach, Lösungen, Strategien oder Technologieentwicklungen aus anderen Branchen zu transferieren (Transferkompetenz) und eine gemeinsame Technologieentwicklung in der Wertschöpfungskette (Joint Development) zu etablieren.
Erneuerbare Energien können überall auf der Welt einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Gerade in Entwicklungs- und Schwellenländern ist das Potenzial besonders groß. Gleichzeitig sind die notwendigen Investitionen hier oft ein Problem. Dabei sind Entwicklungs- und Schwellenländer über zwei Instrumente in das internationale Klimaregime eingebunden: zum einen über die Globale Umweltfazilität (GEF), den offiziellen Finanzierungsmechanismus der Klimarahmenkonvention. Zum zweiten über den Clean Development Mechanism (CDM), der mit mehr als 4000 registrierten Projekten unerwartet zu einem der wichtigsten Instrumente des Kyoto-Protokolls geworden ist. Sylvia Borbonus untersucht, wie wirkungsvoll diese beiden Instrumente sind, wie sie sich gegenseitig beeinflussen und ob komplementäre Wirkungen und Synergien ausgeschöpft werden. Sie erörtert, welche Rolle Marktinstrumente gegenüber der finanziellen und technischen Zusammenarbeit bei der Förderung erneuerbarer Energien spielen. Ihr Buch liefert damit wichtige Erkenntnisse zur Markteinführung erneuerbarer Energien in Entwicklungs- und Schwellenländern und zur effektiven Umsetzung internationaler Klimapolitik.
Johannes Venjakob beschreibt die langfristige Entwicklung des polnischen Energiesektors in Form qualitativ-narrativer Szenarios, wobei er besonderes Augenmerk auf die Rolle erneuerbarer Energieträger richtet. In seiner Studie zieht er Erklärungsansätze aus der Institutionenökonomik heran und untersucht Veränderungsprozesse im Beziehungsgeflecht aus Technologien, Akteuren und Institutionen. Inwieweit stellt der polnische EU-Beitritt eine Weggabelung in der Entwicklung des polnischen Energiesystems dar?
Im Mittelpunkt von Venjakobs Analysen steht darüber hinaus die wechselseitige Beeinflussung von Raumstrukturen und Energiesystem. Am Beispiel Polens zeigt er auf, wie sich der Umbau zu einem stärker regenerativ ausgerichteten Energiesystem langfristig auf die Raumstruktur auswirken könnte. Dabei betrachtet er auch die Frage, wie sich geographische Forschungsarbeiten mit Methoden der wissenschaftlichen Zukunftsforschung verbinden lassen. Venjakobs Buch leistet einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der geographischen Energieforschung und trägt zur konzeptionellen und inhaltlichen Erweiterung der wissenschaftlichen Zukunftsforschung bei. Es wendet sich vor allem an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die an der Schnittstelle zwischen Energiethemen und Zukunftsforschung arbeiten und Interesse an der Erprobung innovativer Methoden in diesem Kontext haben.
In rural areas, access to electricity is required for better living standard, enhance income options and reduce population migration. In last decades, steady progress has been made but the status of electrification significantly varies across countries. In developing countries, about 1.6 billion people live without electricity and another 2 billion have access but to an unreliable extent. Large population also live in remote areas where extension of grid is not feasible, where people continuing to live under distress conditions. International projections reveal that number of un-electrified people will remain same by the year 2030 if similar pace of electrification is continued in future.From this perspective, the study describes what bigger countries such as India, China and Brazil are doing and where rural electrification stands in priority in a poor country like Ethiopia. Is off-grid technologies show an option for such remote locations" The two case studies of Vietnam and South Africa reveal that work carried out through external support in the absence of national policies. As a result, people have experienced the benefits of technologies but unable to retain them in long term. Electricity has given various advantages but poor affordability of the people hinders the acceptance of technologies in rural areas.The study shows the need of a framework to achieve the long-term support for rural electrification. A framework that could direct the national priorities, understands social, economic and environmental aspects of off-grid technologies, identify key areas to be strengthen, allocates the roles and responsibilities at different working levels, maintains a consistent flow of adequate finance, pursue regular monitoring process and incorporate the monitoring results, or, critical success factors into the national policies to make them more effective. Both macro- as well as micro-level approaches have been suggested in this study.
Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, aufzuzeigen, inwieweit die Einbindung von Stromspeichern und Lastmanagement in die Kraftwerkseinsatzplanung die Spitzenlaststrompreise eines Systems mit hohem Anteil erneuerbarer Energien beeinflusst. Mithilfe des auf MATLAB/SIMULINK® basierenden Energiesystemmodells EmSAr erfolgt eine nach ökonomischen Gesichtpunkten ausgerichtete Einsatzoptimierung fossiler Regelkraftwerke, Speichertechnologien sowie der Option Lastmanagement. Es handelt sich dabei um ein lineares Optimierungsmodell, welches als Punktmodell den Elektrizitätsbedarf der Bundesrepublik Deutschland im Jahre 2020 bei hohem Anteil erneuerbarer Energien deckt. Die Einsatzplanung konzentriert sich dabei auf den starke Fluktuationen aufweisenden Spitzenlastbereich. Aus den Ergebnissen der Einsatzplanung leiten sich die Spitzenlaststrompreise des Systems ab. Ergänzt wird das Modell durch ein separates Simulationsmodell, welches das Ladeverhalten der Speichersysteme abbildet.