Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Implications of hydrogen import prices for the German energy system in a model-comparison experiment
    ( 2024)
    Schmitz, Richard orcid-logo
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    Brandes, Julian
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    Nolte, Hannah
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    Kost, Christoph
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    Lux, Benjamin orcid-logo
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    Haendel, Michael
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    Held, Anne
    With its ability to store and transport energy without releasing greenhouse gases, hydrogen is considered an important driver for the decarbonisation of energy systems. As future hydrogen import prices from global markets are subject to large uncertainties, it is unclear what impact different hydrogen and derivative import prices will have on the future German energy system. To answer that research question, this paper explores the impact of three different import price scenarios for hydrogen and its derivatives on the German energy system in a climate-neutral setting for Europe in 2045 using three different energy system models. The analysis shows that the quantities of electricity generated as well as the installed capacities for electricity generation and electrolysis increase as the hydrogen import price rises. However, the resulting differences between the import price scenarios vary across the models. The results further indicate that domestic German (and European) hydrogen production is often cost-efficient.
  • Publication
    Balancing the books: unveiling the direct impact of an integrated energy system model on industries, households and government revenues
    ( 2024)
    George, Jan Frederick orcid-logo
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    Marx, Alexander
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    Held, Anne
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    Winkler, Jenny
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    Bekk, Anke
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    Ragwitz, Mario
    Background: The transition towards a sustainable energy system is reshaping the demand for final energy, driven by the diffusion of new end-use technologies. This shift not only impacts consumers’ energy expenses, but also holds implications for the public budget. Building on data from a German energy transition scenario, we analyse the direct impact of energy costs on industries, low-income households, and changes in government revenues from the taxes and levies on final energy carriers. Our analysis considers the impact of current policies and explores a scenario introducing additional excise tax rates to offset potential revenue losses. Results: We found that substantial carbon price increases could generate revenues that offset the losses from excise taxes on fossil fuels while enabling the financing of renewable support from the public budget by the end of this decade. Nevertheless, a decline in government revenues from taxes and levies is anticipated after 2030 until the middle of the century due to the declining use of fossil fuels. Maintaining current excise tax revenues during the transition could be achieved by introducing additional excise taxes on fossil fuels and electricity. Lastly, our analysis indicated a continuous decline in household energy expenditures until 2050, whereas energy-intensive industries face adverse impacts due to decarbonisation. Conclusions: This research provides valuable insights into the fiscal implications of the energy transition, shedding light on different industrial sectors and households while considering the evolving impact on the public budget. Policymakers may need to consider systemic reforms or alternative financing mechanisms outside the energy system to balance the books.
  • Publication
    The landlord-tenant dilemma: Distributional effects of carbon prices, redistribution and building modernisation policies in the German heating transition
    ( 2023)
    George, Jan orcid-logo
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    Werner, Simon
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    Preuß, Sabine orcid-logo
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    Winkler, Jenny
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    Held, Anne
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    Ragwitz, Mario
    A carbon price on heating fuels aims to reduce the use of fossil energy in the heating sector. However, it has a greater effect on tenants than on landlords. The heating transition requires adequate building insulation for efficientuse of low-temperature technologies. To encourage this particular kind of investment, German landlords are given the option to apply a modernisation levy of up to 8% on top of rents. Similar to carbon pricing, rent increases cause distributional effects. The net effect of these measures on tenants has not been analysed so far. Using a micro-simulation integrating representative empirical data on tenant households in Germany from KOSMA and the detailed building database TABULA, we analyse direct distributional effects of a carbon price (€55/t and €250/t), a per-capita redistribution of carbon price revenues and the modernisation levy (8% and 2% rent increases). The analysis shows that carbon prices and modernisation levies have strong regressive effects. These can be mitigated by the per-capita redistribution. However, the effect on tenants within a given income decile varies largely due to the diversity of buildings. Thus, when designing and evaluating policies, looking at average effects is not sufficientto assess economic impacts for individual households.
  • Publication
    Optionen zur Verwendung der Einnahmen aus der CO2-Bepreisung. Steuer- und fiskalpolitische Aspekte der Energiewende. Ariadne-Kurzdossier
    (PIK, 2023)
    Kalkuhl, Matthias
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    Kellner, Maximilian
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    Roolfs, Christina
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    Rütten, Karolina
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    George, Jan orcid-logo
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    Bekk, Anke
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    Held, Anne
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    Heinemann, Maik
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    Eydam, Ulrich
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    Moore, Nils aus dem
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    Pahle, Michael
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    Schwarz, Antonia
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    Fahl, Ulrich
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    Blum, Mareike
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    Teichel, Katja
    In diesem Kurzdossier werden die unterschiedliche Optionen der Mittelverwendung der CO2-Bepreisung verglichen: die Senkung anderer Steuern oder Abgaben, die Finanzierung öffentlicher Investitions- und Förderprogramme, gezielte Zuschüsse bzw. Transfers an besonders stark betroffene Gruppen und eine pauschale Rückerstattung an die gesamte Bevölkerung („Klimageld”). Die Maßnahmen werden anhand aktueller Studien bezüglich ihrer jeweiligen Wirkungen auf Verteilung, Klimaschutz, wirtschaftliche Effizienz und Akzeptanz sowie hinsichtlich ihres Verwal-tungsaufwands bewertet. Der Fokus liegt dabei vor allem auf der jeweils bewirkten Entlastung für private Haushalte, die jedoch auch von allgemeinen wirtschaftlichen Faktoren und Anpassungseffekten beeinflusst wird, die nachfolgend nur zum Teil berücksichtigt werden.
  • Publication
    Costs and benefits of the energy transition
    ( 2023)
    Breitschopf, Barbara orcid-logo
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    Panny, Julia orcid-logo
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    Held, Anne
    This chapter provides a comprehensive approach to assessing costs and benefits for the past and future development of the energy transition in the EU. It briefly outlines the analytical framework to assess the impacts of the energy transition and describes the framework by using RET deployment in general as well as examples. It describes different types of costs and benefits, applies a unified and consistent terminology for the costs and benefits of the energy transition and provides guidance for their assessment. It identifies which types of effects arise in line with the energy transition in general, in different economic sectors, regions or technology fields and how they can be assessed on a regular basis, e.g. life cycle or annual. In addition, it discusses the system boundaries of impact assessments, which impacts can be quantified and expressed in terms of indicators and their potential monetarisation, which information and methodological approach is most suitable to get an appropriate picture of the costs and benefits of the system that are the focus of the analysis and how to critically assess results in terms of indicators and be aware of limitations.
  • Publication
    Regulatorische Handlungsoptionen für ein klimaneutrales Energiesystem. Kurzpapier
    ( 2022)
    Held, Anne
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    Bekk, Anke
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    Fahl, Ulrich
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    Müller, Thorsten
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    Pahle, Michael
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    Buhl, Hans Ulrich
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    Hanny, Lisa-Maria
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    Rockstuhl, Sebastian
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    Wagon, Felix
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    Weibelzahl, Martin
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    Niessen, Stefan
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    Fechner, Simon
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    Mohringer, Nicola
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    Frank, David
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    Schmid, Eva
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    Powalla, Oliver
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    Pflug, Volkmar
    Ambitionierte Klimaziele, wie sie auf nationaler Ebene durch die Änderung des Klimaschutzgesetzes sowie auf europäischer Ebene durch das „Fit for 55“-Paket vereinbart wurden, erfordern effektive und umfassende Politikmaßnahmen zur Dekarbonisierung des Energiesystems. Gleichzeitig trägt die Dekarbonisierung wesentlich dazu bei, die strukturelle Abhängigkeit von fossilen Energieimporten stark zu reduzieren - dem weiteren, derzeit stark im Fokus stehenden Ziel von Bundesregierung und Europäischer Union (EU). Auch werden zunehmend Fragen der sozialen Gerechtigkeit und des sozialen Ausgleichs mit der Bezahlbarkeit der Energiebereitstellung als wichtige Aspekte der Energiewende thematisiert. Die Dringlichkeit für die Auswahl und Umsetzung geeigneter Politikmaßnahmen zur Erreichung der beiden Ziele war noch nie so hoch wie heute. Vertreterinnen und Vertreter der Kopernikus-Projekte aus Wissenschaft und Praxis haben im Rahmen einer projektübergreifenden Zusammenarbeit zum Thema Regulierung beispielhaft Themenfelder und mögliche Handlungsoptionen, die zur Erreichung dieser Ziele beitragen, identifiziert, analysiert und bewertet. Die Kopernikus-Projekte bilden eine der größten deutschen Forschungsinitiativen zum Thema Energiewende. Mit ihnen fördert die Bundesrepublik über zehn Jahre die technische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Umsetzung der Energiewende. Das Ziel der Kopernikus-Projekte ist eine sichere, klimafreundliche und bezahlbare Energieversorgung und betrachtet Optionen zur Dekarbonisierung aus unterschiedlichen Perspektiven heraus. Mit diesem Papier leisten die Kopernikus-Projekte einen wichtigen Beitrag, Politikmaßnahmen aus den unterschiedlichen Perspektiven der Kopernikus-Projekte heraus integriert zu bewerten.
  • Publication
    Hydrogen technologies in energy systems
    ( 2022)
    Bard, Jochen
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    Gerhardt, Norman
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    Plaisir, Marie
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    Schröer, Ramona
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    Held, Anne
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    Henning, Hans-Martin
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    Kost, Christoph
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    Pfluger, Benjamin
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    Ragwitz, Mario
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    Reuter, Andreas
    This chapter compares the role of hydrogen and synthetic energy carriers in energy systems and discusses certain aspects of them. To this end, we have examined systemic studies that consider the existing interactions between demand, production, facility locations and the construction and use of power, gas and heating networks.
  • Publication
    Reformoptionen für ein nachhaltiges Steuer- und Abgabensystem
    ( 2022)
    Amberg, Maximilian
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    Moore, Nils aus dem
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    Bekk, Anke
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    Bergmann, Tobias
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    Edenhofer, Ottmar
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    Flachsland, Christian
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    Haywood, Luke
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    George, Jan orcid-logo
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    Heinemann, Maik
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    Held, Anne
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    Kalkuhl, Matthias
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    Kellner, Maximilian
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    Koch, Nicolas
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    Meyer, Henrika
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    Nikodinoska, Dragana
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    Roolfs, Christina
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    Luderer, Gunnar
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    Pahle, Michael
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    Schill, Wolf-Peter
    Steuern und Abgaben auf Produkte oder Verbrauch mit gesellschaftlichen Folgekosten (externe Kosten) - sogenannte Pigou- oder Lenkungssteuern - sind ein gesellschaftliches „Win-Win-Instrument“. Sie verbessern die Wohlfahrt und schützen gleichzeitig die Umwelt und das Klima. Dies wird erreicht, indem umweltschädigende Aktivitäten einen Preis bekommen, der möglichst exakt der Höhe des Schadens entspricht. Eine konsequente Bepreisung der externen Kosten nach diesem Prinzip könnte in Deutschland erhebliche zusätzliche Einnahmen erbringen: Basierend auf bisherigen Studien zu externen Kosten wären zusätzliche Einnahmen in der Größenordnung von 348 bis 564 Milliarden Euro pro Jahr (44 bis 71 Prozent der gesamten Steuereinnahmen) möglich. Die Autoren warnen allerdings, dass die Bezifferung der externen Kosten mit erheblichen Unsicherheiten verbunden ist. Damit Lenkungssteuern und -abgaben ihre positiven Lenkungs- und Wohlstandseffekte voll entfalten können, seien zudem institutionelle Reformen notwendig.
  • Publication
    Einsatz von Wasserstofftechnologien im Energiesystem
    ( 2022)
    Bard, Jochen
    ;
    Gerhardt, Norman
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    Plaisir, Marie
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    Schröer, Ramona
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    Held, Anne
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    Henning, Hans-Martin
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    Kost, Christoph
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    Ragwitz, Mario
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    Pfluger, Benjamin
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    Reuter, Andreas
    Das Kapitel vergleicht die Rolle von Wasserstoff und synthetischen Energieträgern im Energiesystem und diskutiert ausgewählte Aspekte. Hierfür wurden Systemstudien herangezogen, die bestehendeWechselwirkungen zwischen Nachfrage, Erzeugung, räumlicher Verortung der Anlagen und den Aufbau und die Nutzung von Strom-, Gas- und Wärmenetzinfrastruktur berücksichtigen.