Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI

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  • Publication
    Die Rolle der Gasverteilnetze im Energiesystem der Zukunft in Deutschland
    ( 2023-12-21)
    Oberle, Stella orcid-logo
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    Wietschel, Martin
    ;
    Fichtner, Wolf
    Mit der Transformation zu einem klimaneutralen Energiesystem werden erneuerbare Energieerzeugungsanlagen ausgebaut und fossile Energieträger ersetzt. Der Großteil der nationalen Energiesystemstudien zeigen einen deutlichen Rückgang der deutschen Gasnachfrage, trotz der existierenden Alternativen zu fossilem Erdgas. Bleibt ein Gasverteilnetz in gleicher Größe bei einem deutlichen Nachfragerückgang erhalten, so werden die Netzkosten auf immer weniger Netznutzende umverteilt, sodass die Netzentgelte deutlich steigen. Darüber hinaus bindet die Regulierung von Gasverteilnetzen, durch die vorgegebenen langen Nutzungsdauern, Kapital über einen langen Zeitraum, wodurch die Flexibilität von Netzbetrieben bei Investitionsentscheidungen eingeschränkt ist. Gerade die heutigen Herausforderungen durch die Energiewende erfordern flexibles Handeln von den Netzbetrieben, sodass ein zukünftiger wirtschaftlicher Betrieb von Gasverteilnetzen fraglich ist. Jedoch stellen die existierenden Gasverteilnetze für die entsprechenden Unternehmen ein elementares Anlagevermögen dar. Deshalb werden in dieser Arbeit die Rolle von Gasverteilnetzen auf dem Weg zu einem klimaneutralen Energiesystem in Deutschland bis 2050 und wie dessen regulatorischer Rahmen ausgestaltet werden soll untersucht. Zuerst werden die Nachfrageentwicklungen der Verbrauchssektoren und deren Einfluss auf Gasverteilnetze betrachtet. Anschließend werden mögliche Investitionsoptionen für Gasverteilnetzbetriebe ermittelt. Zur ökonomischen Bewertung der identifizierten Investitionsoptionen wird das Modell MERLIN entwickelt. Dieses Modell verbindet erstmalig eine detaillierte Abbildung des aktuellen und zukünftigen regulatorischen Rahmens mit einer langfristigen Investitionsbewertung und verschiedenen Nachfrageszenarien. Die Untersuchungen dieser Arbeit basieren auf realen Daten von zwei Netzbetrieben. Die Ergebnisse zeigen, dass eine anteilige Stilllegung des Gasverteilnetzes mit einer Berücksichtigung der Stilllegungskosten in der Regulierung für Netznutzende und Netzbetriebe die attraktivste Investitionsoption ist. Hierbei weißt der aktuelle regulatorische Rahmen noch Lücken auf, sodass dieser um eine entsprechende Berücksichtigung der Stilllegungskosten sowie eine Verkürzung der Nutzungsdauern von Bestandsanlagen erweitert werden sollte. Bevor ein Gasverteilnetz stillgelegt wird, sollte eine Mitnutzung der leeren Leitungen geprüft werden. Bei einem Rückbau der Gasleitungen sollte dies möglichst mit einem Ausbau des Wärmenetzes verbunden werden. Dadurch können Kosten gespart und Letztverbrauchende am Gasverteilnetz, welche keine Alternative zur gasbasierten Wärmeversorgung haben, vermieden werden. Des Weiteren zeigt die Untersuchung, dass unter den aktuell diskutierten Regulierungsvorschlägen Investitionen in ein wasserstoffverträgliches Gasverteilnetz für einen Gasnetzbetrieb wirtschaftlich unattraktiver als eine anteilige Stilllegung mit Berücksichtigung der Stilllegungskosten sind. Inwieweit sich andere Regulierungsmöglichkeiten für Wasserstoff auf die Netzbetriebe auswirken ist weiterer Forschungsbedarf.
  • Publication
    Support cost efficiency of renewable energy auctions - An empirical design analysis
    ( 2022)
    Anatolitis, Vasilios orcid-logo
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    Ragwitz, Mario
    ;
    Johnstone, Barbara
    Renewable energy sources (RES) are a key technology for electricity generation to mitigate climate change and reduce import dependency. Therefore, policymakers in the European Union (EU) and other countries worldwide have implemented support instruments to increase the RES share in their energy systems. Policymakers strive to achieve certain policy objectives with their support instruments, most notably effectiveness, i.e., achieving a specific RES target, and support cost efficiency, i.e., minimising the support expenditures for achieving the target. These policy objectives can interact with and even contradict each other. If support cost efficiency is pursued, auctions are theoretically a well-suited instrument. Thus, it is not surprising that in recent years an increasing number of countries have implemented auctions, making them the predominant RES support instrument in the EU and worldwide. Nevertheless, whether countries can reach their policy objectives depends not only on the choice of the instrument but also on its concrete design. Given this context, this dissertation investigates the following overarching research question: How can support cost efficiency be achieved in renewable energy auctions along with other policy objectives? Five distinct research questions were answered in this dissertation to ad-dress the overarching question. Overall, this dissertation contributes to the existing literature with its empirical research on the support cost efficiency of RES auctions. Using qualitative methods, econometric models, and techno-economic modelling, this dissertation was able to provide new insights into: 1) the relation of support cost efficiency with other policy objectives and 2) the (statistical) effects of auction design elements and their specific implementation on support cost efficiency. These findings are especially valuable for policymakers designing RES auctions and researchers active in the field of RES support schemes.