ALBERT

Description: 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.

Description: Are efficiency improvements in the use of natural resources the key for sustainable development, are they the solution to environmental problems, or will second round effects - so-called rebound effects - compensate or even overcompensate potential savings, will they fire back? The answer to this question will have fundamental policy implications but the research on rebound effects does not provide clear results. This paper aims to clarify the theoretical basis of various analytical approaches which lead to widely different estimates of rebound effects.

Description: The German government has set itself the target of reducing the country's GHG emissions by between 80 and 95% by 2050 compared to 1990 levels. Alongside energy efficiency, renewable energy sources are set to play the main role in this transition. However, the large-scale deployment of renewable energies is expected to cause increased demand for critical mineral resources. The aim of this article is therefore to determine whether the transformation of the German energy system by 2050 ("Energiewende") may possibly be restricted by a lack of critical minerals, focusing primarily on the power sector (generating, transporting and storing electricity from renewable sources). For the relevant technologies, we create roadmaps describing a number of conceivable quantitative market developments in Germany. Estimating the current and future specific material demand of the options selected and projecting them along a range of long-term energy scenarios allows us to assess potential medium- or long-term mineral resource restrictions. The main conclusion we draw is that the shift towards an energy system based on renewable sources that is currently being pursued is principally compatible with the geological availability and supply of mineral resources. In fact, we identified certain sub-technologies as being critical with regard to potential supply risks, owing to dependencies on a small number of supplier countries and competing uses. These sub-technologies are certain wind power plants requiring neodymium and dysprosium, thin-film CIGS photovoltaic cells using indium and selenium, and large-scale redox flow batteries using vanadium. However, non-critical alternatives to these technologies do indeed exist. The likelihood of supplies being restricted can be decreased further by cooperating even more closely with companies in the supplier countries and their governments, and by establishing greater resource efficiency and recyclability as key elements of technology development.

Description: Der Ergebnisbericht dokumentiert in Kapitel 2 die in diesem Forschungsvorhaben durchgeführten Arbeiten an dem von der TU Delft entwickelten agentenbasierten Strommarktmodell EMLab-Generation, das als Open-Source Modell konzipiert ist. Einen zentralen Aspekt bildet die Übertragung des Modells, das ursprünglich die beiden Regionen CWE (Central-Western- Europe) und UK umfasste, auf ein Modell mit den beiden Regionen Deutschland und Europa (ohne Deutschland), im Wesentlichen in den Grenzen der EU28. Diese Übertragung ist die Grundlage für die Untersuchung unterschiedlicher Fragestellungen hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung des Strommarkts in Deutschland innerhalb des europäischen Verbundnetzes bei hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung. Nach der Darstellung der konkreten Zielsetzung und der Grundlagen des vorhandenen Modells werden im Hauptteil (Kapitel 2.3) die eigenen Modellierungsarbeiten (Datenaufbereitung, Modellierung und "lessons learned") beschrieben. Im Anschluss erfolgt eine kurze Darstellung einer noch in Erarbeitung befindlichen Masterarbeit zur Berücksichtigung von Risikoaspekten innerhalb des Investitionsalgorithmus' von EMLab-Generation, die sich aus dem internationalen ABM-Workshop als offene methodische Fragestellung von Strommarktmodellen ergeben hat (Kapitel 2.4). Kapitel 2.5 gibt eine kritische Einschätzung der erreichten Modellierungsergebnisse sowie weitere mögliche Anwendungen der neu konzipierten Modellregionen. Kapitel 3 gibt anschließend einen Überblick über die in diesem Vorhaben durchgeführten gemeinsamen Workshops zwischen TU Delft und Wuppertal Institut sowie den internationalen Workshop, an dem fünf Forschungseinrichtungen aus Deutschland sowie die TU Delft erstmals ihre Erfahrungen mit ABM-Strommarktmodellierung austauschten und methodischen Forschungsbedarf aufarbeiteten. Der Bericht schließt mit einer kurzen Zusammenfassung sowie einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten, mit denen die im Rahmen dieser Anbahnungsmaßnahme begonnene Kooperation zwischen Wuppertal Institut und TU Delft fortgesetzt werden soll.

Description: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit dem Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie in der Studie "STROMbegleitung" Technologien, Perspektiven und Ökobilanzen elektrifizierter PKW untersucht. Die Studie gibt einen umfassenden Einblick in den aktuellen Stand der Technik, identifiziert Trends und analysiert die Ökobilanz unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte. Gleichzeitig ordnet sie die deutschen Aktivitäten im Bereich Elektromobilität in einen globalen Kontext ein.

Description: Deutschlands Klimaschutzstrategie baut auf den Einsatz von grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Doch wo soll der Wasserstoff herkommen, aus heimischer Produktion oder importiert aus dem Ausland? Eine Studie des Wuppertal Instituts und DIW Econ schafft einen Überblick über die aktuelle Datenlage und ermittelt Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte beider Strategien. Das Resümee: Es trifft nicht zu, dass importierter Wasserstoff allgemein günstiger ist, entscheidend sind je nach Herkunftsland die tatsächlich realisierbaren Strom- und Transportkosten. Wird der grüne Wasserstoff stattdessen im eigenen Land produziert, wird dies zudem eine positive Beschäftigungswirkung und Wertschöpfung entfalten. Mit der Erreichung der Klimaziele 2050 betrüge die zusätzliche Wertschöpfung bei einer stark auf die heimische Erzeugung ausgerichtete Strategie bis zu 30 Milliarden Euro im Jahr 2050 und es könnten bis zu 800.000 Arbeitsplätze geschaffen werden.

Description: The CO2 utilisation is discussed as one of the future low-carbon technologies in order to accomplish a full decarbonisation in the energy intensive industry. CO2 is separated from the flue gas stream of power plants or industrial plants and is prepared for further processing as raw material. CO2 containing gas streams from industrial processes exhibit a higher concentration of CO2 than flue gases from power plants; consequentially, industrial CO2 sources are used as raw material for the chemical industry and for the synthesis of fuel on the output side. Additionally, fossil resources can be replaced by substitutes of reused CO2 on the input side. If set up in a right way, this step into a CO2-based circular flow economy could make a contribution to the decarbonisation of the industrial sector and according to the adjusted potential, even rudimentarily to the energy sector. In this study, the authors analyse potential CO2 sources, the potential demand and the range of applications of CO2. In the last chapter of the final report, they give recommendations for research, development, politics and economics for an appropriate future designing of CO2 utilisation options based upon their previous analysis.

Description: In order to ensure security of supply in a future energy system with a high share of volatile electricity generation, flexibility technologies are needed. Industrial demand-side management ranks as one of the most efficient flexibility options. This paper analyses the effect of the integration of industrial demand-side management through the flexibilisation of aluminium electrolysis and other flexibilities of the electricity system and adjacent sectors. The additional flexibility options include electricity storage, heat storage in district heating networks, controlled charging of electric vehicles, and buffer storage in hydrogen electrolysis. The utilisation of the flexibilities is modelled in different settings with an increasing share of renewable energies, applying a dispatch model. This paper compares which contributions the different flexibilities can make to emission reduction, avoidance of curtailment, and reduction of fuel and CO2 costs, and which circumstances contribute to a decrease or increase of overall emissions with additional flexibilities. The analysis stresses the rising importance of flexibilities in an energy system based on increasing shares of renewable electricity generation, and shows that flexibilities are generally suited to reduce carbon emissions. It is presented that the relative contribution towards the reduction of curtailment and costs of flexibilisation of aluminium electrolysis are high, whereby the absolute effect is small compared to the other options due to the limited number of available processes.

Description: The need for deep decarbonisation in the energy intensive basic materials industry is increasingly recognised. In light of the vast future potential for renewable electricity the implications of electrifying the production of basic materials in the European Union is explored in a what-if thought-experiment. Production of steel, cement, glass, lime, petrochemicals, chlorine and ammonia required 125 TW-hours of electricity and 851 TW-hours of fossil fuels for energetic purposes and 671 TW-hours of fossil fuels as feedstock in 2010. The resulting carbon dioxide emissions were equivalent to 9% of total greenhouse gas emissions in EU28. A complete shift of the energy demand as well as the resource base of feedstocks to electricity would result in an electricity demand of 1713 TW-hours about 1200 TW-hours of which would be for producing hydrogen and hydrocarbons for feedstock and energy purposes. With increased material efficiency and some share of bio-based materials and biofuels the electricity demand can be much lower. Our analysis suggest that electrification of basic materials production is technically possible but could have major implications on how the industry and the electric systems interact. It also entails substantial changes in relative prices for electricity and hydrocarbon fuels.

Description: Die Energiewende ist der Umstieg der Energieproduktion, -versorgung und -nutzung von nuklearen und fossilen Energieträgern auf erneuerbare Energien. Dieser tiefgreifende Wandel des über viele Jahre gewachsenen Energiesystems in Deutschland umfasst zahlreiche, hoch komplexe Aspekte und Prozesse. Aus einer eher technologischen Perspektive heraus betrachtet sind die Ziele der Energiewende eine Weiterentwicklung und Dezentralisierung des technischen Stromsystems und seiner Komponenten (Speicher, Netze, Management), die Steigerung der Energieeffizienz (bspw. in industriellen Prozessen sowie in Haushalten, durch energetische Modernisierung des Gebäudebestandes oder eine intelligentere Nutzung der Wärme) sowie die Elektrifizierung des Verkehrs. In dem vorliegenden Kapitel werden die verschiedenen Herausforderungen zur Umsetzung der Energiewende genauer beleuchtet und dargestellt und schließlich in zentrale Schlussfolgerungen zur Realisierung der Energiewende überführt.

Description: Im Projekt KomRev werden effiziente Energienutzungs- und Versorgungskonzepte am Beispiel der Stadt Rheine entwickelt. Ziel war es, mit einer sinnvollen Vernetzung der Bereiche Strom, Wärme und Verkehr eine weitgehend CO2-"freie" Energieversorgung im Jahr 2050 zu erreichen. Das Forschungskonsortium bestand aus dem Solar-Institut Jülich der FH Aachen, dem Wuppertal Institut sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt.

Description: Energy storage is one option to provide the electricity grid with flexibility. Short-term storage can provide system services for power quality, whereas medium-term storage allows to shift significant amounts of energy over some hours up to days. Seasonal or long-term storage can, for example, be provided by the power-to-gas technology. Significant amounts of storage will be necessary, especially when a fully renewable supply is approached. New mechanisms are needed to ensure anticipatorily that sufficient flexibility is in the system at any time.

Description: Kunststoffabfälle, die nach dem Gebrauch von Kunststoffprodukten anfallen, werden in Deutschland noch immer überwiegend energetisch verwertet. Hemmnisse für eine werkstoffliche Verwertung sind zum Beispiel Zusatzstoffe, die die Recyclingfähigkeit einschränken, die zunehmende Verwendung von Verbunden, die gemischte Sammlung und die mangelnde Wirtschaftlichkeit. Ziel dieses Projektes ist, für die nach dem Gebrauch im Gewerbe und bei Haushalten anfallenden Kunststoffabfälle und ggf. weitere Wertstoffe die Frage zu beantworten, ob und unter welchen Randbedingungen diese dem Restabfall oder derzeit energetisch genutzten Fraktionen entzogen und so die werkstoffliche Verwertung gesteigert werden kann. Das Projekt entwickelt einen integrierten Policymix, der sowohl beim Angebot, der Nachfrage als auch den Marktbedingungen für den Einsatz von Sekundärkunststoffen ansetzt.

Description: Das übergeordnete Ziel des Forschungs-Projektes RESTORE 2050 (Regenerative Stromversorgung & Speicherbedarf in 2050; Förderkennzeichen 03SF0439) war es, wissenschaftlich belastbare Handlungsempfehlungen für die Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext zu geben. Dafür wurden auf Basis der zukünftig prognostizierten Entwicklung von Stromangebot und -nachfrage innerhalb des ENTSO-E Netzverbundes für den Zeithorizont des Jahres 2050 sowie mittels örtlich und zeitlich hoch aufgelöster meteorologischer Zeitreihen die Themenkomplexe (1) Nationale Ausbaustrategien für erneuerbare Energien, (2) Übertragungsnetzausbau und (3) Alternativmaßnahmen wie Lastmanagement, (4) Bedeutung des EE-Stromaustauschs mit Drittstaaten und (5) die Rolle von Stromspeichern auf Übertragungsnetzebene analysiert. Die aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitenden Handlungsempfehlungen stellen wichtige Beiträge für die weitere Integration von erneuerbaren Energien dar und geben Hinweise für den Aufbau einer leistungsfähigen europäischen Infrastruktur.

Description: The increasing rate of renewable energies poses new challenges for industries: the amount of wind and solar energy is by far more subject to fluctuations than that of fossil based energy. Large production facilities from the aluminium, cement, steel or paper industry, however, depend on a highly secure energy supply. To which amount is a limitation of fluctuations possible? This was the key question of the project "Flexibilisation of Industries Enables Sustainable Energy systems", which was realised by the Wuppertal Institute in cooperation with the polymers company Covestro last year. In the final report, authors around project co-ordinator Karin Arnold not only show which technological and economic parameters have been considered, but also present possible business models to promote "flexibility products".

Description: 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.

Description: In dieser Studie werden detailliert dargestellt: die Verwendung von Kunststoffprodukten und Möglichkeiten des Rezyklateinsatzes im Baubereich, verwendete Kunststoffmengen, Rücknahmesysteme, Verwertungstechniken, aktueller Rezyklateneinsatz und Bauproduktverpackungen aus Kunststoff. Potentiale zur Steigerung des hochwertigen Rezyklateinsatzes wurden identifiziert und bestehende Hürden und Handlungsoptionen für Politik und Wirtschaft dargestellt. Aktueller Rezyklateinsatz sowie technische und mengenmäßige Potentiale sind stark abhängig vom Einsatzbereich der Kunststoffe. Die größten Hürden für einen Rezyklateinsatz sind dabei Produktlebensdauer, Rückbaufähigkeit und technische Anforderungen.

Description: Combined heat and power (CHP) production in buildings is one of the mitigation options available for achieving a considerable decrease in GHG emissions. Micro-CHP (mCHP) fuel cells are capable of cogenerating electricity and heat very efficiently on a decentralised basis. Although they offer clear environmental benefits and have the potential to create a systemic change in energy provision, the diffusion of mCHP fuel cells is rather slow. There are numerous potential drivers for the successful diffusion of fuel cell cogeneration units, but key economic actors are often unaware of them. This paper presents the results of a comprehensive analysis of barriers, drivers and business opportunities surrounding micro-CHP fuel-cell units (up to 5 kWel) in the German building market. Business opportunities have been identified based not only on quantitative data for drivers and barriers, but also on discussions with relevant stakeholders such as housing associations, which are key institutional demand-side actors. These business opportunities include fuel cell contracting as well as the development of a large lighthouse project to demonstrate the climate-neutral, efficient use of fuel cells in the residential building sector. The next step could involve the examination and development of more detailed options and business models. The approach and methods used in the survey may be applied on a larger scale and in other sectors.

Description: 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).

Description: Green hydrogen and synthetic fuels are increasingly recognized as a key strategic element for the progress of the global energy transition. The Middle East and North Africa (MENA) region, with its large wind and solar potential, is well positioned to generate renewable energy at low cost for the production of green hydrogen and synthetic fuels, and is therefore considered as a potential future producer and exporter. Yet, while solar and wind energy potentials are essential, other factors are expected to play an equally important role for the development of green hydrogen and synthetic fuels (export) sectors. This includes, in particular, adequate industrial capacities and infrastructures. These preconditions vary from country to country, and while they have been often mentioned in the discussion on green hydrogen exports, they have only been examined to a limited extent. This paper employs a case study approach to assess the existing infrastructural and industrial conditions in Jordan, Morocco, and Oman for the development of a green hydrogen and downstream synthetic fuel (export) sector.

Description: Die Energieeinsparverordnung (EnEV) adressiert die Energieeffizienz sowohl der Gebäudehülle als auch der Anlagentechnik - die Anlagen ihrerseits werden mit Energieträgern betrieben, die mittels Primärenergiefaktoren (PEF) untereinander vergleichbar gemacht werden. Im Rahmen der EnEV müssen bestimmte Grenzwerte bei den Bauteilen und / oder beim Primärenergiebedarf des Gesamtgebäudes eingehalten werden. Da die Primärenergiefaktoren einen entscheidenden Einfluss auf die Größe des zu berechnenden Jahres-Primärenergiebedarfs haben, hat ihre Festlegung Auswirkung auf die Wahl von Heizungstechnologien und deren Energieträger bzw. auf das Binnenverhältnis von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bei Gebäudehülle und Anlagentechnik. Vor diesem Hintergrund werden in der Studie die Definition und Bedeutung der Primärenergiefaktoren sowie ihre Steuerungswirkung in Richtung Klimaschutzziele (CO2) und weiterer Ziele untersucht. Das Ergebnis der Studie zeigt, dass insbesondere aus den folgenden beiden Gründen eine Neujustierung beim PEF im Rahmen der EnEV erforderlich scheint: 1) Der Primärenergiefaktor ist in vielen Fällen kein geeignetes Maß zur Bestimmung der Treibhausgasemissionen eines Heizungssystems oder eines Endenergieträgers und hat damit in Bezug auf den Klimaschutz nur eine bedingte Lenkungswirkung. 2) Primärenergiefaktoren (PEFne), die Null betragen (Beispiel Fernwärme), nahe Null liegen (Beispiel Holz) oder perspektivisch gegen Null laufen (Beispiel Strom), verlieren ihre Steuerungswirkung für die Energieeffizienz von Gebäuden. Auch wenn dadurch die formalen Ansprüche an die Bilanzierung von Gebäuden erfüllt werden, werden doch andere wichtige Aspekte wie z. B. die Ressourcenverfügbarkeit und Importabhängigkeit von Energieträgern oder andere mit der Primärenergiebereitstellung verbundene Effekte vernachlässigt. In dem Diskussionspapier werden daher erste Ansätze skizziert, wie der PEF in der EnEV methodisch sinnvollerweise weiterentwickelt werden könnte bzw. ob ggf. weitere oder andere Indikatoren zur Charakterisierung der ökologischen Performance von Gebäuden herangezogen werden sollten.

Description: Für die Umsetzung der Energiewende und speziell den Ausbau erneuerbarer Energien sind nicht nur energiewirtschaftliche oder Klimaschutz-Kriterien maßgeblich. Zu einer umfassenden Nachhaltigkeitsbewertung gehört unter anderem auch die Ressourcenbewertung. Hier ist unstrittig, dass die Gesamt-Ressourceninanspruchnahme eines Energiesystems generell erheblich niedriger ist, wenn dieses nicht auf fossilen, sondern auf erneuerbaren Energien basiert (und dabei nicht hauptsächlich auf Biomasse ausgerichtet ist). Bisher wurde jedoch insbesondere der Verbrauch und die langfristige Verfügbarkeit der mineralischen Rohstoffe, die in der Regel zur Herstellung von Energiewandlern und Infrastruktur benötigt werden, wenig untersucht. Im Rahmen des Projekts KRESSE wurde daher erstmals analysiert, welche "kritischen" mineralischen Rohstoffe für die Herstellung von Technologien, die Strom, Wärme und Kraftstoffe aus erneuerbaren Energien erzeugen, bei einer zeitlichen Perspektive bis zum Jahr 2050 in Deutschland relevant sind. Die Einschätzung als "kritisch" umfasst dabei die langfristige Verfügbarkeit der identifizierten Rohstoffe, die Versorgungssituation, die Recyclingfähigkeit und die Umweltbedingungen der Förderung. Die Studie macht deutlich, dass die geologische Verfügbarkeit mineralischer Rohstoffe für den geplanten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland grundsätzlich keine limitierende Größe darstellt. Dabei kann jedoch möglicherweise nicht jede Technologievariante unbeschränkt zum Einsatz kommen.

Description: 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.

Description: 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.

Description: Wo werden zukünftig grüner Wasserstoff und synthetische Kraftstoffe produziert? Zu welchen Kosten können diese erzeugt werden? Und welchen Anteil hätte eine heimische Produktion daran? Die Ergebnisse der Studie MENA-Fuels zeigen, dass im Nahen Osten und Nordafrika langfristig sehr große kostengünstige Potenziale für grünen Strom, Wasserstoff und Synfuels bestehen. Die Berücksichtigung von Investitionsrisiken hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf deren Kosten und damit auf die Wahl der potenziellen Exportländer.

Description: The production of green hydrogen in Germany is more competitive than expected compared to imports. This is the key finding of a meta-analysis conducted by the Wuppertal Institute on behalf of the North Rhine-Westphalia Association for Renewable Energies (Landesverband Erneuerbare Energien NRW). The hydrogen study focuses primarily on the year 2030 and beyond - and confirms the advantages of green hydrogen produced in Germany from domestic renewable energies, especially when the evaluation is viewed from a holistic system perspective.

Description: Seit Veröffentlichung der vom Landesverband Erneuerbare Energien NRW beauftragten und durch das Wuppertal Institut durchgeführten Studie "Bewertung der Vor- und Nachteile von Wasserstoffimporten im Vergleich zur heimischen Erzeugung" Ende 2020 haben sich die Rahmenbedingungen für den Wasserstoffhochlauf in Deutschland zum Teil deutlich geändert. Darüber hinaus ist zwischenzeitlich eine Reihe von Klimaschutz- und Transformationsstudien erschienen, mit teilweise neuen und differenzierten Einschätzungen zu Wasserstoff-Kosten und -Entwicklungspfaden. Dazu gehören insbesondere die als "Big Five" der Klimaneutralitätsszenarien bezeichneten Publikationen sowie weitere, spezifische H2-Analysen. Vor diesem Hintergrund sind die Ziele der vorliegenden Studie: 1. Eine Aktualisierung der Metaanalyse der oben genannten Wasserstoff-Studie aus dem Jahr 2020 - bezogen auf Kosten- und Mengen-Bandbreiten für die zukünftige Produktion und Bereitstellung von grünem und, soweit möglich, blauem Wasserstoff für Deutschland. 2. Eine kritische Einordnung der absehbaren Wasserstoff-Nachfrage in Deutschland, welche von der Wahl der Nutzungssektoren abhängt. 3. Eine kritische Diskussion und Einordnung der künftigen Rolle von blauem Wasserstoff, also der Frage, ob und inwiefern er eine sinnvolle Übergangslösung zu grünem Wasserstoff darstellen könnte.

Description: 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.

Description: Energy systems with high shares of renewable electricity are feasible, but require balancing measures such as storage, grid exchange or demand-side management to maintain system stability. The demand for these balancing options cannot be assessed separately since they influence each other. Therefore, a model was developed to analyze these mutual dependencies by optimizing a concerted use of balancing technologies. This model is presented here. It covers the European electricity system in hourly resolution. Since this leads to a large optimization problem, several options for reducing system complexity are presented. The application of the model is illustrated with a case study outlining the effects of pumped hydro storage and controlled charging of electric vehicles in central Europe.

Description: Um Strom aus regenerativen Energien, der zeitweise nicht in das Stromnetz aufgenommen werden kann, nicht abregeln zu müssen, können neben dem Netzausbau auch verschiedene Speichertechnologien eingesetzt werden. Hier wird ein Vergleich dieser Optionen hinsichtlich ihrer Eignung für einen nachhaltigen Umgang mit Stromüberschüssen angestellt. Dazu werden mit einer multikriteriellen Analyse (engl. Multi-Criteria Analysis, MCA) sowohl ökonomische als auch ökologische, soziale und technologischeKriterien herangezogen. Die MCA bildet ein wertvolles Werkzeug zur Entscheidungsfindung und dokumentiert einen transparenten und nachvollziehbaren Entscheidungsprozess. Dieser Artikel beschreibt die Struktur der MCA, die zur Bewertung genutzten Kriterien und insbesondere den Gewichtungsprozess, der einen wichtigen Aspekt der MCA darstellt.

Description: Die vorangegangenen Analysen im RESTORE2050 Projekt, die im Rahmen dieses Berichts weitergeführt werden, haben gezeigt, dass der Einsatz von Wasserstoffspeichern zur Residuallastglättung nur bedingt geeignet ist. Zwar bietet die Technologie ein hohes technisches Potenzial hinsichtlich der Speicherkapazitäten und der installierbaren elektrischen Leistungen. Jedoch führt ein systemdienlicher Einsatz, bei dem positive Residuallastspitzen u. a. durch Anheben geringer Residuallasten gesenkt werden, wie er in den Modellrechnungen des RESTORE2050 Projektes implementiert ist, zu einer Absenkung der Deckungsraten von erneuerbaren Energien (EE) im europäischen Stromsystem. Dies ist dadurch begründet, dass die Umwandlung und Speicherung von EE-Strom als Wasserstoff (H2) im Vergleich zu anderen Speichertechnologien hohe Wandlungsverluste sowohl bei der H2-Erzeugung als auch bei der Rückverstromung aufweisen. Daher wird im Rahmen dieses Aufstockungsprojektes (RESTORE2050_plus) untersucht, welchen Beitrag alternative Einsatzstrategien der H2-Speicher zur Minimierung der negativen Residuallast, also potenzielle erneuerbaren Stromüberschüssen, und gleichzeitig zur Erhöhung der EE- Versorgungsanteile leisten kann.

Description: The Deep Decarbonization Pathways Project (DDPP) is a collaborative global initiative led by IDDRI and SDSN that aims to demonstrate how individual countries can transition to a low-carbon economy preferably consistent with the internationally agreed target of limiting the increase in global temperature to less than 2°C. Achieving this target will require a profound transformation of energy systems by mid-century, a "deep decarbonization". The project comprises 16 research teams composed of leading institutions from the world's largest GHG emitting countries: Australia, Brazil, Canada, China, France, Germany India, Indonesia, Italy, Japan, Mexico, Russia, South Africa, South Korea, United Kingdom, and United States. Each team is exploring what is required to achieve this transformation in their own country's economy while taking into account socio-economic conditions, development aspirations, infrastructure stocks, natural resource endowments, and other relevant factors. The DDPP country study for Germany explores what is required to achieve deep decarbonization in Germany. It has been conducted by the Wuppertal Institute for Climate, Environment and Energy, with the support of Stiftung Mercator. The study discusses how the German government's target of reducing domestic GHG emissions by 80 to 95% by 2050 (versus 1990) can be reached.

Description: This study presents in detail: the use of plastic products and the opportunities for recyclate use in the construction sector, quantities of plastic used, take-back systems, recycling techniques, current recyclate use and plastic construction product packaging.Potentials for increasing high-quality recyclate use were identified. Existing hurdles and options for action for industry and politics are presented. Current recyclate use as well as its potential use are strongly dependent on the application area of plastics. The biggest hurdles for the use of recycled materials are product life time, dismantling and technical requirements.

Description: 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.

Description: Viele Städte in Nordrhein-Westfalen stehen vor vielfältigen sozialen, ökologischen und ökonomischen Herausforderungen, wie wachsenden sozialen Ungleichheiten, den Auswirkungen des Klimawandels, des demographischen Wandels und der Bewältigung des Strukturwandels. Stadt- und Quartiersentwicklung, Städtebau und die infrastrukturelle Versorgung sind zentral von diesen Veränderungen betroffen und müssen zukunftsweisende Lösungen entwickeln. Ein wichtiger Aspekt wird hierbei die Resilienz der Städte gegenüber Störereignissen und Krisen sein. Vor diesem Hintergrund zeigt das Gutachten "Resiliente Stadt - Zukunftsstadt" auf, wie die konzeptionelle Leitidee einer resilienten Stadt in verschiedenen Handlungsfeldern und auf verschiedenen Ebenen umgesetzt werden kann. Es werden wichtige Zukunftsfragen der Städte aufgegriffen, Strategien der Resilienz für zentrale Handlungsfelder entwickelt und wichtige Hinweise für die Umsetzung in die Planungspraxis gegeben.

Description: In this paper a new method for the evaluation and comparison of potential future electricity systems is presented. The German electricity system in the year 2050 is used as an example. Based on a comprehensive scenario analysis defining a corridor for possible shares of fluctuating renewable energy sources (FRES) residual loads are calculated in a unified manner. The share of electricity from PV and wind power plants in Germany in the year 2050 is in a range of 42-122% and the load demand has a bandwidth of around 460-750 TWh. The residual loads are input for an algorithm that defines a supplementary mix of technologies providing flexibility to the system. The overall system layout guarantees the balance of generation and demand at all times. Due to the fact that the same method for residual load calculation and mixture of technologies is applied for all scenarios, a good comparability is guaranteed and we are able to identify key characteristics for future developments. The unique feature of the new algorithms presented here is the very fast calculation for a year-long simulation with hourly or shorter time steps taking into account the state of charge or availability of all storage and flexibility technologies. This allows an analysis of many different scenarios on a macro-economic level, variation of input parameters can easily be done, and extensive sensitivity analysis is possible. Furthermore different shares of FRES, CO2-emission targets, interest rates or social acceptance of certain technologies can be included. The capabilities of the method are demonstrated by an analysis of potential German power system layouts with a base scenario of 90% CO2-reduction target compared to 1990 and by the identification of different options for a power sector with a high degree of decarbonisation. The approach also aims at a very high level of transparency both regarding the algorithms and regarding the input parameters of the different technologies taken into account. Therefore this paper also gives a comprehensive and complete overview on the technology parameters used. The forecast on all technologies for the year 2050 regarding technical and economic parameters was made in a comprehensive consultation process with more than 100 experts representing academia and industry working on all different technologies. An extensive analysis of options for the design of potential German energy supply systems in 2050 based on the presented methodology will be published in a follow-up paper.

Description: Die große Herausforderung der Industrietransformation ist von besonderer Bedeutung für Nordrhein-Westfalen als eine der wichtigsten Industrieregionen Deutschlands und Europas, in der etwa die Hälfte der Anlagen der energieintensiven Grundstoffindustrie Deutschlands verortet sind und in der die industrielle Produktion wirtschaftlich eine besonders große Rolle spielt. Gleichzeitig kann eine gelingende Transformation der Industrie in NRW als Blaupause für andere Regionen dienen. Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse des Forschungsprojekts SCI4climate.NRW 2018-2022 dar, welches die Industrietransformation in NRW wissenschaftlich begleitet und untersucht hat.

Description: 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.

Description: Dieser Artikel ist der Frage gewidmet, welchen Beitrag eine verstärkte Sektorenkopplung zum Gelingen der Energiewende leisten kann. Ausgehend von einer Einführung der Prinzipien und Technologien bietet er Einblicke in die zur Erforschung der Sektorenkopplung angewendeten Methoden, sowie ausgewählte Ergebnisse. Hinsichtlich der Energieversorgung versteht man unter Sektorenkopplung im Allgemeinen eine engere Verzahnung und Verknüpfung verschiedener Energieanwendungsbereiche, sowie die Zunahme von Verzweigungs- und Verknüpfungsstellen im Energiesystem. Die wesentlichen Anwendungsbereiche der Energie sind dabei die Bereitstellung von Strom, Wärme und Mobilität.

Description: This study conducted by Wuppertal Institute and Germanwatch explores how the social pillar of sustainability at the local level could be met in Concentrated Solar Power (CSP) projects. For this purpose, the authors evaluate the livelihood dimension of CSP technology based on a case study conducted on the 160 MW pilot CSP plant Nooro I in Ouarzazate, Morocco.

Description: Wind energy that can neither be fed into the grid nor be used regionally must be curtailed. This paper proposes different options to deal with such surplus wind energy amounts in a time horizon until 2020. It assesses their ability to handle the surplus energy in a sustainable way using a multi criteria analysis. The paper bases on a study that was prepared for the Ministry for Climate Protection, Environment, Agriculture, Nature Conservation and Consumer Protection of North Rhine-Westphalia between 2010 and 2012.

Description: Der angestrebte starke Ausbau Erneuerbarer Energien (EE) für die Stromerzeugung wird bisher hauptsächlich mit der Frage verbunden, wie schnell und umfangreich die Stromnetze ausgebaut werden müssen und in welchem Umfang es welcher neuer Energiespeicher bedarf. Die mögliche große Bedeutung, die die bestehenden Gasnetze und -speicher für den EE-Ausbau und ihre Integration via Einspeisung von Wasserstoff oder auch synthetischem Methan aus EE-Strom haben können, findet dagegen nur wenig Berücksichtigung. Es wird zwar z. B. in der dena Netzstudie II für das heutige Erdgasnetz ein sehr großes, noch unerschlossenes Potenzial als "Stromspeicher" in Höhe von umgerechnet 130 Mrd. kWhel ausgewiesen. Gleichwohl wurde das Erdgasnetz nicht in die Berechnungen der dena Netzstudie mit einbezogen. Durch eine synchrone aber räumlich getrennte Kombination von "Stromspeicherung" (Power-to-Gas) und Stromerzeugung (Gas-to-Power) könnten die bestehenden Gasinfrastrukturen prinzipiell aber auch für einen weiträumigen "Stromtransport" genutzt werden. Diese Option wird vor dem Hintergrund des stockenden Stromnetzausbaus auf ihre Machbarkeit und Synergieeffekte mit dem Stromnetzausbau hin untersucht. Dazu werden im Rahmen dieser Studie folgende Leitfragen bearbeitet: Wie wird aus heutiger Sicht (Metaanalyse) der Bedarf für den Ausbau des Stromnetzes und an Energiespeichern sowie die Rolle von Power-to-Gas gesehen? Welche technischen Potenziale und Synergieeffekte bietet die bestehende Gasinfrastruktur in Deutschland für eine Entlastung des Stromnetzausbaus? Welche Kosten sind damit heute und in Zukunft verbunden und welche Kosten können dadurch ggf. reduziert werden? Welche Hemmnisse sind zu beachten und wie können sie ggf. überwunden werden?

Description: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Description: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Description: 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.

Description: 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.

Description: Distributed cogeneration units are flexible and suited to providing balancing power, thereby contributing to the integration of renewable electricity. Against this background, we analysed the technical potential and ecological impact of CHP (combined heat and power) systems on the German minutes reserve market for 2010, 2020 and 2030. Typical CHP plants (from 1 to 2800 kWel) were evaluated in relation to typical buildings or supply cases in different sectors. The minutes reserve potential was determined by an optimisation model with a temporal resolution of 15 min. The results were scaled up to national level using a scenario analysis for the future development of CHP. Additionally, the extent to which three different flexibility measures (double plant size/fourfold storage volume/emergency cooler) increase the potential provision of balancing power was examined. Key findings demonstrate that distributed CHP could contribute significantly to the provision of minutes reserve in future decades. Flexibility options would further enhance the theoretical potential. The grid-orientated operating mode slightly increases CO2 emissions compared to the heat-orientated mode, but it is still preferable to the separate generation of heat and power. However, the impacts of a flexible mode depend greatly on the application and power-to-heat ratio of the individual CHP system.

Description: Die klimapolitischen Ziele Deutschlands und der EU machen eine sehr schnelle und tiefgreifende Transformation sowohl der Energieversorgung als auch der energieverbrauchenden Sektoren notwendig. Diese Transformationsherausforderung betrifft nicht zuletzt die energieintensive Industrie in Deutschland, die vor grundlegenden technologischen Veränderungen wichtiger Produktionsprozesse steht. Die Herausforderungen für die Industrie werden durch die aktuelle Energiekrise weiter verschärft. Vor diesem Hintergrund stellt das hier vorgestellte Klimaschutzszenario "SCI4climate.NRW-Klimaneutralität" (S4C-KN), das im Rahmen des vom Land NRW finanzierten Forschungsprojekts "SCI4climate.NRW" entwickelt wurde, die möglichen künftigen Entwicklungen in der energieintensiven Industrie in den Mittelpunkt der Analyse. Das Szenario analysiert diese Entwicklungen im Kontext eines gesamtwirtschaftlichen Transformationspfads hin zu einem klimaneutralen Deutschland im Jahr 2045.

Description: In den letzten Jahren wurden zahlreiche Optimierungsmodelle entwickelt, um die Bewertung von Strategien für die zukünftige Entwicklung von Energieversorgungssystemen wissenschaftlich zu unterstützen. Analysen zur zukünftigen Ausgestaltung des Energiesystems und seines Betriebs, die auf der Anwendung dieser Modelle basieren, kommen jedoch meist zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dies liegt zum einen an unterschiedlichen Annahmen in den Modelleingangsdaten, zum anderen an Unterschieden in den Modellformulierungen. Modelle zur Analyse nationaler Energiewendeszenarien unterscheiden sich in der Regel in ihrer räumlichen und zeitlichen Granularität sowie in ihrem technologischen Umfang und Detailgrad. Begrenzte Rechenkapazitäten machen einen Kompromiss zwischen diesen Dimensionen erforderlich. Eine hohe räumliche und/oder zeitliche Granularität geht somit mit einer starken Vereinfachung der Darstellung von Technologieeigenschaften einher. Diese Vereinfachungen können von Modell zu Modell unterschiedlich sein. Vor dem Hintergrund dieser Problemstellung lag der Fokus des Projekts FlexMex auf der Bewertung des Einflusses der Modelleigenschaften auf die berechneten Ergebnisse. Um datenbedingte von modellbedingten Unterschieden zu trennen wurde somit ein einheitlicher Satz an Eingangsparametern entwickelt und in allen Modellen verwendet. Die Szenariovorgaben schließen dabei die techno- ökonomischen Technologieparameter, Brennstoff- und CO2-Zertifikatspreise, Annahmen zur Strom-, Wärme- und Wasserstoffnachfrage, das Dargebot der Stromerzeugung aus erneuerbarer Energie (EE) sowie die Potenziale von Lastmanagement und weiteren Flexibilitätsoptionen ein. Zudem wurden in den Szenarien ohne modellendogene Ausbauoptimierung auch die installierten Kapazitäten der betrachteten Energiewandler, -speicher und -netze harmonisiert. Die Ausnahme bildeten hier Untersuchungen mit Betrachtung einer modellendogenen Optimierung der Anlagenkapazitäten. Gemäß dem Fokus auf dem stündlichen Einsatz von Flexibilitätsoptionen wurden im Modellvergleich überwiegend Versorgungssysteme mit hohen Erzeugungsanteilen fluktuierender erneuerbarer Stromerzeugung aus Wind und Photovoltaik betrachtet. Der Modellvergleich setzte sich aus zwei, aufeinander aufbauenden Teilen zusammen. Im ersten Teil des Vergleichs stand die detaillierte Analyse der Auswirkung von Unterschieden in den Modellierungsansätzen und der Abbildung einzelner Technologien im Vordergrund. Dafür wurden die betrachteten Flexibilitätsoptionen jeweils einzeln in einem stark vereinfachten System betrachtet. Dieses setzt sich zusammen aus fluktuierender Erzeugung aus Windenergie und Photovoltaik, jeweils mit der Option der Abregelung und der zu analysierenden alternativen Flexibilitätsoptionen. Aufgrund der Vielfalt der betrachteten Optionen - Stromspeicher, Stromübertragungsnetze, Lastmanagement und verschiedene Technologien der flexiblen Sektorenkopplung - ergeben sich daraus insgesamt 22 Modellläufen. Da sich die Unterschiede in der Technologieabbildung auf jeweils eine Technologie beschränken, können Abweichungen in den Ergebnissen diesen direkt zugeordnet werden. Im zweiten Teil des Modellvergleichs wurden alle Flexibilitätsoptionen gemeinsam und folglich auch deren vielfältige Wechselwirkungen betrachtet. Im Rahmen der Betrachtung von 16 Testfällen wurde die sich aus der Modellwahl ergebende Unsicherheit in den Ergebnissen quantifiziert. Diese Testfälle unterscheiden sich im Ausbau von Windkraft- und Photovoltaikanlagen, in der Verfügbarkeit verschiedener Flexibilitätsoptionen, sowie in der Berücksichtigung eines endogenen Zubaus dieser Flexibilitätsoptionen.

Description: Nach § 65 Erneuerbare-Energien-Gesetz 2009 hat die Bundesregierung das EEG zu evaluieren und dem Bundestag bis zum 31.12.2011 und dann alle vier Jahre einen Erfahrungsbericht vorzulegen. Das den Erfahrungsbericht begleitende Forschungsvorhaben V "Integration der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien und konventionellen Energieträgern" soll hierfür die Themenbereiche der systemtechnischen, rechtlichen und marktbezogenen Aspekte einer Transmission des Kraftwerkparks wissenschaftlich analysieren und vertiefen. Die Untersuchung setzt auf dem aktuellen BMU-Leitszenario (2010) auf und betrachtet die Jahre 2010, 2020, 2030 und 2050 und Deutschland im Sinne eines Einpunktnetzmodells bzw. einer "netztechnischen Kupferplatte".