TY - THES A1 - Engelhorn, Thorsten T1 - On the value of the wind’s infeed and the costs of capacity build-up : a bottom-up modelling for the German market T1 - Über den Marktwert der Windeinspeisung und die Kosten des Kapazitätsausbaus : eine Bottom-up-Modellierung für den deutschen Markt N2 - In this dissertation, I present three research articles on the economics of wind energy in Germany. The first two chapters primarily assess onshore wind energy’s empirical value in the wholesale market. The third chapter discusses the efficiency of the German wind support scheme. In the first chapter, a database on German onshore wind turbines installed was created by using a general method to fill incomplete stock data. By using the database and highly granular wind speed data, hourly infeed and annual market values of around 25,700 wind turbines in Germany from 2005 to 2015 were calculated, and its drivers – infeed-price-correlation and standard deviation of infeed – analysed. Further, the spread in market values on turbine level was shown, regional differences quantified and the effect of turbine age on market values discussed. Turbines in central Germany had, on average, lower market values than turbines in the north, south or west of Germany. Modern turbines reached higher market values than older turbines. The second chapter on wind turbines’ market values covers the period until 2019. This analysis confirmed that market values were highly diverse on turbine level. Further, it explained why the market value of a single turbine matters in the market premium model. In this context, the magnitude of the outperformance of technologically advanced turbines was assessed. Last, the effect of inter-annual weather variability on wholesale electricity prices and market values was quantified, using 19 different years of winds speeds and infeed data. In the third chapter, it was analysed whether the German wind support scheme incentivised a cost-minimal capacity build-up. Two cost-minimal benchmark scenarios were developed and compared to the historical capacity build-up between 1995 and 2015. The costs of the benchmark scenarios were significantly lower than those of the historical build-up. The benchmark cost reduction largely stemmed from greater efficiency in terms of using better wind sites. It was further shown that a spatially concentrated capacity-build up, as induced in the benchmarks, is beneficial from a consumer’s point of view. N2 - In dieser Dissertation präsentiere ich drei Forschungsartikel mit ökonomischen Fragestellungen zur Windenergie an Land in Deutschland. Die ersten beiden Kapitel behandeln vornehmlich den empirischen Marktwert von Windenergieanlagen im Großhandelsmarkt. Das dritte Kapitel diskutiert die Effizienz des deutschen Windfördersystems. Im ersten Kapitel wurde eine Datenbank mit allen in Deutschland errichteten Windenergieanlagen an Land aufgebaut. Dabei wurde eine allgemeine Methode angewandt, um unvollständige Marktdaten zum Anlagenbestand zu füllen. Mit Hilfe der Datenbank und hochaufgelöster Windgeschwindigkeitsdaten wurden die stündlichen Einspeisungen und jährlichen Marktwerte von rund 25 700 deutschen Windenergieanlagen der Jahre 2005 bis 2015 berechnet, sowie deren Treiber – die Korrelation zwischen Einspeisung und Großhandelspreis und die Standardabweichung der Einspeisung – analysiert. Daneben wurde die Streuung der Marktwerte auf Turbinenebene aufgezeigt, regionale Unterschiede quantifiziert und der Einfluss des Windenergieanlagenalters auf die Marktwerte diskutiert. Anlagen in Mitteldeutschland wiesen im Durchschnitt niedrigere Marktwerte als Anlagen im Norden, Süden oder Westen Deutschlands auf. Moderne Anlagen erzielten höhere Marktwerte als ältere. Das zweite Kapitel zu Windmarktwerten untersucht die Zeit bis ins Jahr 2019. Die Analyse bestätigte die hohe Streuung der Marktwerte auf Anlagenebene. Weiter wurde aufgezeigt, weshalb Marktwerte im Marktprämienmodell für Windenergieanlagen einen Unterschied machen. In diesem Zusammenhang wurde quantifiziert, in welchem Ausmaß technologisch fortschrittliche Anlagen weniger fortschrittlichen überlegen sind. Zuletzt wurde der Einfluss des jährlich schwankenden Wetters auf Strompreise am Großhandelsmarkt und Windmarktwerten quantifiziert; dies geschah durch die Anwendung von 19 unterschiedlichen Jahren stündlicher Windgeschwindigkeits- und Einspeisedaten. Im dritten Kapitel wurde untersucht, ob das deutsche Windfördersystem einen kostenminimalen Kapazitätsaufbau anreizte. Dazu wurden zwei kostenminimale Benchmark-Szenarien entwickelt und zur historischen Entwicklung der Jahre 1995 bis 2015 verglichen. Hierbei zeigte sich, dass die Kosten der Benchmark-Szenarien deutlich geringer waren als in der Historie. Dieser Kostenvorteil stammte größtenteils von einer höheren Effizienz im Sinne einer stärkeren Nutzung ertragreicher Windstandorte. Des Weiteren wurde gezeigt, dass ein räumlich konzentrierter Kapazitätsaufbau, wie in den Benchmark-Szenarien induziert, auch aus Konsumentensicht vorteilhaft ist. KW - Onshore wind power KW - Direct marketing KW - Market value KW - Cost minimisation KW - Efficiency KW - Windenergie an Land KW - Direktvermarktung KW - Marktwert KW - Kostenminimierung KW - Effizienz KW - Windenergie KW - Kostenoptimierung KW - Marktwert Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-61221 ER - TY - THES A1 - Owczarek, Christian T1 - Erste Untersuchungen des Strömungsfeldes einer Zykloidbrennkammer anhand eines Kaltmodells T1 - First investigations of the flow field in a cycloidal combustion chamber on thebasis of an isothermal model N2 - Fortschrittliche Braunkohlenverbrennungstechniken für die dezentrale Energieversorgung gehören zu den Forschungszielen an der BTU Cottbus (Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus) und am ERI (Energieressourcen-Institut). Ein Schwerpunkt dabei ist die Entwicklung eines neuen Verbrennungssystems – der Zykloidfeuerung. Begleitend hierzu wurden mit der vorliegenden Arbeit erstmals grundlegende Untersuchungen zur Strömungsdynamik in der Brennkammer durchgeführt und ein numerisches Modell der isothermen Brennkammerströmung aufgestellt. Da eine messtechnische Erfassung des heißen, partikelbeladenen Strömungsfeldes in der Zykloidfeuerung nicht möglich war, wurde dieses modelliert und ein isothermes Brennkammermodell errichtet. Für die Strömungsmessungen wurde ein Heißfilmanemometer eingesetzt und zur numerischen Simulation kam das kommerzielle Programm FLUENT zur Anwendung. Im Brennkammermodell wurde ein dreidimensionales, stark verdralltes Strömungsfeld durch die Messungen ermittelt, welches die Simulationsergebnisse gut wiederspiegeln. Durch die Verbindung messtechnischer Untersuchungen und numerischer Simulationen konnte das isotherme Strömungsfeld vollständig dargestellt und Abhängigkeiten herausgearbeitet werden. Es liegen damit umfangreiche, grundlegende Erkenntnisse zum Strömungsverhalten im Brennkammermodell und dessen Abhängigkeiten vor. Diese sind grundsätzlich auf isotherme Strömungsverhältnisse in der realen Zykloidbrennkammer anwendbar. N2 - Advanced lignite combustion techniques for decentralised energy supply are among to the research aims at BTU Cottbus (Brandenburg Technical University of Cottbus) and at ERI (Energy Resource Institute). A focus of this research is the development of a new combustion system - cycloidal firing. Parallel to the experimental work basic investigations on fluid dynamics of the combustion chamber were carried out, and a numerical model of the isothermal flow within the firing system was developed. Because of the impossibility of measuring the flow field loaded with particles within the cycloidal firing, the field was numerically modelled, and an isothermal model of the combustion chamber was erected. Flow measurements were carried out with a hot film anemometer, and for the numerical simulation the commercial programme FLUENT was utilised. A 3-dimensional high-grade twisted flow field, which reflects the numerical simulation quite well, was determined by measuring the model of the combustion chamber. By connecting measurements and numerical simulation, the isothermal flow field was entirely described and dependencies were worked out. Now some extensive, basic knowledge of the flow behaviour within the model of the combustion chamber and it’s dependencies is available. In principle these results are applicable to real cycloidal firing. KW - Kohlefeuerung KW - Isotherme Reaktionsführung KW - Brennkammer KW - Rotationsströmung KW - Strömungsfeld KW - Numerisches Modell KW - Zykloidbrennkammer KW - Drallströmung KW - Isothermes Brennkammermodell KW - Strömungsmessung KW - Heißfilmanemometer KW - Cycloidal firing KW - Swirl flow KW - Isothermal model KW - Flow measurement KW - Hot film anemometer Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-1538 ER - TY - THES A1 - Riepin, Iegor T1 - Modeling challenges of modern energy markets : studies on uncertainty, complexity, and constant change T1 - Modellierung der Herausforderungen moderner Energiemärkte : Studien zu Unsicherheit, Komplexität und konstantem Wandel N2 - This dissertation is a compilation of four self-contained research articles that focus on selected subjects in the field of energy economics. The first article focuses on the competitiveness of offshore wind in mature markets. In this work, we harmonise auction results based on the auction design features. We show that offshore wind power generation can be considered commercially competitive in mature markets without subsidy. Furthermore, once auction results are harmonised, we observe similar expected revenue streams of wind farms across countries. This finding means that different auction designs can fairly reflect the actual costs of developing wind farms and thus translate cost reductions into lower bids. The second article explores the impacts of uncertainty in integrated electricity and gas system optimization models. We address the trade-off that the energy research community faces on a daily basis, i.e., whether to neglect uncertainty when constructing an energy system model and accept a suboptimal solution or to incorporate uncertainty and increase model complexity. Our research aims to bring a systematic understanding of which parametric uncertainties most substantially affect long-term planning decisions in energy system models. In the third article, we focus on seasonal flexibility in the European natural gas market. We develop a market optimization model to simulate the operation of the gas market over a long period. This allows us to explore structural trends in market development, which are driven by changing supply and demand fundamentals. Our work contributes to the methodological question of how to measure the contributions of different flexibility options. Finally, the fourth article investigates the value of Projects of Common Interest—gas infrastructure projects supported by EU public funds—in maintaining gas system resilience amid cold-winter demand spikes and supply shortages. For this purpose, we develop the first application of adaptive robust optimization to gas infrastructure expansion planning. The model endogenously identifies the unfortunate realizations of unknown parameters and suggests the optimal investments strategies to address them. We find that (i) robust solutions point to consistent preferences for specific infrastructure projects, (ii) the real-world construction efforts have been focused on the most promising projects, and (iii) most projects are unlikely to be realized without financial support. N2 - Diese Dissertation ist eine Zusammenstellung von vier in sich selbständigen Forschungsartikeln, die sich auf ausgewählte Themen aus dem Bereich der Energiewirtschaft konzentrieren. Der erste Forschungsartikel betrachtet die Wettbewerbsfähigkeit der Offshore-Windenergie in entwickelten Märkten. In dieser Arbeit harmonisieren wir Auktionsergebnisse auf der Grundlage von Auktionsdesignmerkmalen. Wir zeigen, dass die Offshore-Windenergieerzeugung in entwickelten Märkten ohne Subventionen als wettbewerbsfähig angesehen werden kann. Sobald die Auktionsergebnisse harmonisiert sind, stellen wir fest, dass die erwarteten Erlösströme von Windparks in allen Ländern ähnlich sind. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Auktionsdesigns die tatsächlichen Kosten für die Entwicklung von Windparks widerspiegeln und somit Kostensenkungen in niedrigere Gebote umgesetzt werden können. Der zweite Forschungsartikel untersucht die Auswirkungen der Unsicherheit in integrierten Optimierungsmodellen für Strom- und Gassysteme. Wir befassen uns mit einem Kompromiss, mit dem die Energieforschungsgemeinschaft täglich konfrontiert ist, d. h. mit der Frage, ob man die Unsicherheit bei der Erstellung eines Energiesystemmodells vernachlässigen und eine suboptimale Lösung akzeptieren soll oder die Unsicherheit einbezieht und dadurch die Modellkomplexität erhöht. Unsere Forschung zielt darauf ab, ein systematisches Verständnis dafür zu schaffen, welche parametrischen Ungewissheiten langfristige Planungsentscheidungen in Energiesystemmodellen am stärksten beeinflussen. Im dritten Forschungsartikel konzentrieren wir uns auf die saisonale Flexibilität auf dem europäischen Erdgasmarkt. Wir entwickeln ein Optimierungsmodell, um die Funktionsweise des Gasmarktes über einen langen Zeitraum zu simulieren. Dadurch können wir strukturelle Trends in der Marktentwicklung untersuchen, die durch sich ändernde fundamentale Strukturen von Angebot und Nachfrage bestimmt werden. Unsere Arbeit leistet einen Beitrag zur methodischen Frage, wie die Beiträge verschiedener Flexibilitätsoptionen gemessen werden können. Schließlich untersucht der vierte Forschungsartikel den Wert von Projekten von gemeinsamem Interesse—Gasinfrastrukturprojekte, die mit öffentlichen EU-Mitteln gefördert werden—für die Erhaltung der Leistungsfähigkeit des Gassystems in Zeiten von Nachfragespitzen in kalten Winterzeiten und Versorgungsengpässen. Zu diesem Zweck entwickeln wir die erste Anwendung der adaptiven robusten Optimierung auf die Planung des Ausbaus der Gasinfrastruktur. Das Modell bestimmt endogen schlimmstmögliche Realisierungen unbekannter Parameter und schlägt optimale Investitionsstrategien vor, um diese zu berücksichtigen. Wir stellen fest, dass (i) robuste Lösungen auf konsistente Präferenzen für bestimmte Infrastrukturprojekte hindeuten, (ii) die realen Baumaßnahmen sich auf die vielversprechendsten Projekte konzentriert haben und (iii) die meisten Projekte ohne finanzielle Unterstützung kaum zu realisieren wären. KW - Energy modelling KW - Energy systems KW - Stochastic programming KW - Uncertainty KW - Energiemodellierung KW - Energiesysteme KW - Stochastische Programmierung KW - Unsicherheit KW - Energieversorgung KW - Energiemarkt KW - Stochastisches Modell Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59762 ER - TY - THES A1 - Woldt, Thomas T1 - Beitrag zur Energiesystemintegration dezentraler Energiewandlungsanlagen mit besonderer Berücksichtigung kleiner Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen in kommunalen Versorgungsstrukturen T1 - Contribution to the integration of decentralized energy conversion facilities into the energy system with particular consideration of small cogeneration units in urban supply structures N2 - Deutschland hat sich in den letzten Jahren beim Klimaschutz zu einer internationalen Führungsrolle bekannt und verfolgt zur Erreichung der eigenen Emissionsminderungsziele verschiedene Strategien im stationären Energiewandlungsbereich. Hierzu gehören - neben anderen Technologieoptionen - auch die verstärkte Nutzung regenerativer Energiequellen und wandlungseffizienter Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien. Während legislative Fördermaßnahmen im erneuerbaren Energienbereich in Deutschland zu einem sehr starken Zubau von Energieanlagen führten, bleibt die Nutzung von dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) hinter den Erwartungen zurück. Die Gründe hierfür sind sehr vielschichtig, können aber zum Großteil auf fehlende ökonomische Anreize zurückgeführt werden. Die Zielsetzung der Arbeit besteht in der Entwicklung eines methodischen Ansatzes, um Lösungsmöglichkeiten für eine technische, wirtschaftliche und anreizorientierte Integration kleiner dezentraler KWK-Anlagen im kommunalen Versorgungsbereich anzubieten. Als ein wissenschaftlicher Beitrag zur Energieforschung im dezentralen Energieversorgungsbereich, besteht ein Hauptanliegen in der Ableitung von Betriebsführungsmethodiken für kleine KWK-Anlagen, die sowohl den lokalen Versorgungszielen des jeweiligen Anlagenbetreibers gerecht werden, als auch bestehende Energieeffizienzpotenziale im kommunalen Versorgungsbereich erschließen können. Hierfür werden zunächst - abgeleitet aus den kommunalen Energieversorgungsaufgaben - die Zielstellungen eines ganzheitlichen Energieversorgungsansatzes mit hohem Anteil dezentraler KWK-Anlagen in ein übergeordnetes Betriebsführungskonzept überführt und die technischen und ökonomischen Notwendigkeiten zur praktischen Realisierung erörtert. Aufbauend auf den Ausführungen zum ganzheitlichen Integrationsansatz bilden die Beschreibung eines entwickelten Optimiermodellansatzes und dessen Anwendung im Rahmen von Szenariobetrachtungen den Kern der Arbeit. Mit verschiedenen Szenarien für ein kleines kommunales Versorgungsgebiet werden die ökonomischen Effekte kostenoptimierter Betriebsführungsvarianten vergleichend gegenübergestellt und der Beitrag zur Steigerung eines wirtschaftlichen Anlagenbetriebes eruiert. N2 - The enhanced use of cogeneration technologies belongs to Germany’s long-term strategies in order to reduce carbon dioxide emissions. However the legislative affirmative action did not lead to significant installations of such technologies up to now. The reasons for that are very complex, but can be mainly affiliated to the lack of economic incentives. Therefore this thesis deals with the development of a methodical approach in order to provide solution possibilities for a technical and economical integration of small cogeneration units in the urban energy supply. As scientific contribution to the energy researches in the field of decentralized power generation, the primary objective consists in the derivation of management methods for small cogeneration units. As a key for innovative approaches particular attention is given to decentralized energy management. Based upon detailed analyses of integration approaches, the characterization and use of an optimization model belongs to the focus of the thesis. With different scenarios for a small urban energy supply system the economical effects of cost-optimized management alternatives are compared and the contribution to an economical management for decentralized cogeneration units is determined. KW - Dezentrale Energieversorgung KW - Kraft-Wärme-Kopplung KW - Kommunale Energieversorgung KW - Kraft-Wärme-Kopplung KW - Dezentrale Energieversorgung KW - Cogeneration KW - Decentralized energy supply KW - Combined heat and power Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4447 SN - 978-3-86624-362-0 ER - TY - THES A1 - Kreuz, Sebastian T1 - Five studies on recent topics in energy economics T1 - Fünf Studien zu aktuellen Themen der Energiewirtschaft N2 - In this dissertation, I present five articles regarding two relevant discussions within the field of energy economics: First, three papers discuss the German energy transition and in particular the increasing shares of renewable energies, its cost, benefits and respective challenges to its realization. Second, two papers discuss potential asymmetric pricing in the retail fuel sector in Germany, realizing an analysis with significantly improved data sets compared to earlier studies to answer more specific research questions. The first three articles focus on the reconstruction of the German energy market into a low-carbon emission setting, especially by utilizing renewable energies. First, the analysis concentrates on the developing energy policy-related goals and the energy economic status-quo, such as the functioning of the system of feed-in tariffs within the market for renewable energies and its general effects on costs. Second, the study deals more deeply and with a quantitative emphasis on the roll-out of renewable energies in Germany and especially its economic effects, such as costs and benefits for energy consumers. Results showed that until 2030, German electricity consumers will pay around €2011 200 billion for RES installations built before the end of 2011. Third, related to the public opinion on the energy transition process, the dissertation unfolded challenges and misconceptions and offers implications for an improved communication approach. The analysis showed by the use of qualitative, semi-structured, in-depth expert interviews that despite the alleged clarity of goals, about two dozen questioned German energy stakeholders have very diverse reasons for the energy transition. The results indicated that one crucial reason is climate protection while a second one is energy autarchy. However, the heterogeneity of goals and conflicting objectives can lead to social tensions and mistrust, which can be appropriately addressed with specific communication methods (e.g. infographics). The last two articles focus on econometric analyses regarding potential asymmetric pricing within the German retail fuel sector. In particular, the two papers examine the potential existence of Rockets and Feathers, i.e. higher adjustment speeds of retail fuel prices after oil price increases compared to oil price decreases. The dissertation analyzed a tremendous amount of data regarding retail diesel prices from two databases, compiled and processed by the author. The analysis proved with the help of Error Correction Models (following Engle/Granger) that e.g. specific major brands of retail fuel station as well as the local competitive environment influence the probability of Rockets and Feathers. Additionally, the analysis revealed that the nature of Rockets and Feathers is not static over time, i.e. the magnitude of the effect has dynamics across different time periods and consumer behavior can be seen as one reason for the phenomenon of asymmetric pricing. N2 - In der vorliegenden Dissertation werden fünf Artikel in Bezug auf zwei Bereiche der Energieökonomik vorgestellt. Zum einen beschäftigen sich drei Artikel mit der deutschen Energiewende, vor allem mit dem Ausbau erneuerbarer Energien, den damit verbundenen Kosten sowie Herausforderungen einer erfolgreichen Umsetzung der Transformation. Zum anderen beschäftigen sich zwei Artikel mit der Untersuchung von asymmetrischer Preissetzung im deutschen Dieselmarkt. Die ersten drei Artikel fokussieren auf den Umbau des deutschen Energiemarktes hin zu einem Markt mit vermehrtem Einsatz erneuerbarer Energien. Die Analyse beschäftigt sich erstens mit den sich verändernden politischen Zielen als auch mit dem regulativen Status Quo, wie z. B. der Funktionsweise des Systems der Einspeisetarife für erneuerbare Energien. Zweitens wurde der Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland mittels einer quantitativen Kostenanalyse ökonomisch bewertet. Hierbei wurden die Kosten für Energiekonsumenten quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass für erneuerbare Anlagen, welche bis zum Ende des Jahres 2011 installiert wurden, ca. 200 Mrd. €2011 bis zum Jahr 2030 bezahlt werden. Drittens zeigt die Arbeit Herausforderungen und Missverständnisse in Bezug auf die Energiewende. Durch die Auswertung von qualitativen, halbstrukturierten und vertiefenden Experteninterviews konnten Ansätze und Schlussfolgerungen präsentiert werden, welche einer verbesserten Vermittlung der Energiewende dienen. Die Analyse zeigte, dass trotz der scheinbaren Klarheit der Ziele der Energiewende, zwei Dutzend befragte Stakeholder unterschiedliche Beweggründe für die Umsetzung der Transformation vorlegen. Eine wichtige Motivation ist hierbei der Klimaschutz, eine zweite das Thema Energieautarkie (Energieunabhängigkeit). Die Heterogenität von Zielen und entsprechende Zielkonflikte können zu gesellschaftlichen Spannungen und Misstrauen führen, denen mit spezifischen Methoden (z. B. Infografiken) entsprechend begegnet werden kann. Die letzten zwei Artikel widmen sich einer ökonometrischen Analyse in Bezug auf die potentielle asymmetrische Preissetzung im deutschen Dieselmarkt. Die Untersuchungen beschäftigen sich speziell mit der möglichen Existenz des Preisphänomens Rockets and Feathers, d. h. einer höheren Geschwindigkeit der Preisanpassung von Kraftstoffen nach Ölpreisanstiegen im Vergleich zu Ölpreissenkungen. Genutzt wurden zwei umfangreiche Datensätze, die durch den Autor aufbereitet wurden. Die Analyse zeigte mithilfe der Anwendung von asymmetrischen Fehlerkorrekturmodellen nach Engle/Granger, dass u. a. spezifische Marken von Tankstellen und die lokale Wettbewerbsintensität die Wahrscheinlichkeit von Rockets and Feathers beeinflussen. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Existenz von Rockets and Feathers nicht statisch ist, sondern sich über die Zeit verändert und Konsumentenverhalten für einen Teil der Preisasymmetrien eine Rolle spielen können. KW - Cost-benefit analysis KW - Energy transition KW - Communication KW - Asymmetric pricing KW - Rockets and feathers KW - Kosten-Nutzen-Analyse KW - Energiewende KW - Kommunikation KW - Vermittlung KW - Asymmetrische Preissetzung KW - Energiemarkt KW - Energiewende KW - Dieselkraftstoff KW - Preisbildung KW - Kosten-Nutzen-Analyse Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58638 ER -