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    Assessing the conditions for economic viability of dynamic electricity retail tariffs for households
    The success of the energy transition relies on effectively utilizing flexibility in the power system. Dynamic tariffs are a highly discussed and promising innovation for incentivizing the use of residential flexibility. However, their full potential can only be realized if households achieve significant benefits. This paper specifically addresses this topic. We examine the leverage of household flexibility and the financial benefits of using dynamic tariffs, considering household heterogeneity, the costs of home energy management systems and smart meters, the impact of higher electricity prices and price spreads and the differences between types of prosumers. To comprehensively address this topic, we use the EVaTar-building model, a simulation framework that includes embedded optimization designed to simulate household electricity consumption patterns under the influence of a home energy management system or in response to dynamic tariffs. The study's main finding is that households can achieve significant cost savings and increase flexibility utilization by using a home energy management system and dynamic electricity tariffs, provided that electricity prices and price spreads reach higher levels. When comparing price levels in a low and high electricity price scenario, with an increase of the average electricity price by 15.2 €ct/kWh (67% higher than the average for the year 2019) and an increase of the price spread by 8.9 €ct/kWh (494% higher), the percentage of households achieving cost savings increases from 3.9% to 62.5%. Households with both an electric vehicle and a heat pump observed the highest cost benefits. Sufficiently high price incentives or sufficiently low costs for home energy management systems and metering point operation are required to enable households to mitigate rising electricity costs and ensure residential flexibility for the energy system through electric vehicles and heat pumps.
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    Critical Materials for Climate Technologies in the EU. An overview of five renowned studies
    Against the backdrop of the climate crisis, countries worldwide agreed in the Paris agreement to keep global warming below 2°C compared to the pre-industrial era, ideally below 1.5°C. The EU set out the goal to reach carbon neutrality by 2050 - a goal for which the energy sector will play a central role, as the production and use of energy is responsible for more than 75% of greenhouse gas emissions. To transition to low carbon energy production, photovoltaic and wind turbines, coupled with energy conversion technologies such as electrolysers, fuel cells, and batteries, are believed to be key solutions. But these technologies require substantial amounts of scarce raw materials with EU import dependency and environmental and social problems connected to extraction and refining. The vulnerability of the EU energy sector became apparent in 2022 at the example of its dependency on Russian oil and gas. The supply chain for clean energy technologies could be equally vulnerable and jeopardise the achievement of EU climate targets. A plethora of studies dealing with resource scarcity has been performed. These studies, however, differ in their results regarding the most critical materials and often only provide vague recommendations on how to increase the resilience of the production and supply chains. Hence, it is of interest to synthesize the findings of major studies from renowned institutions, identify commonalities as well as differences, filter out areas with need for immediate action and create an overview of critical materials in climate technologies.
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    Prüfbericht zur Berechnung der deutschen Treibhausgasemissionen für das Jahr 2022
    (Geschäftsstelle Expertenrat für Klimafragen (ERK), 2023) ;
    Knopf, Brigitte
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    Bettzüge, Marc O.
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    Heimer, Thomas
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    In diesem gemäß Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG) erstellten Bericht prüft und bewertet der Expertenrat für Klimafragen (ERK) die am 15. März 2023 vom Umweltbundesamt nach sieben Sektoren gegliederte Berechnung der Vorjahres-Treibhausgasemissionen von Deutschland. Der Expertenrat findet bis auf einen geringfügigen Korrekturbedarf bei den Emissionen des Verkehrssektors keinen Anhaltspunkt, dass das Umweltbundesamt bei der Berechnung der Vorjahresemissionen zu anderen Ergebnissen hätte kommen müssen. Danach sind die Emissionen im Jahr 2022 gegenüber 2021 von 760,4 auf 746,2 Mt CO2-Äq. um 1,9 % gesunken. Die berichteten Emissionswerte lagen – wie auch schon im Jahr 2021 – für den Verkehrs- und den Gebäudesektor oberhalb der jahresscharf im Klimaschutzgesetz vorgegebenen Zielwerte. Demnach müssen die für diese Sektoren zuständigen Ministerien innerhalb von drei Monaten ein Sofortprogramm vorlegen. Für die restlichen im Gesetz genannten Sektoren lagen die Emissionswerte unterhalb der Zielwerte. Dieses Jahr hat das Umweltbundesamt eine Umstellung auf eine stärker modellbasierte Methode vorgenommen, so dass sich das Vorgehen nun weitgehend mit demjenigen der offiziellen Emissionsberichterstattung an die Vereinten Nationen deckt. Unverändert birgt der frühe Zeitpunkt der Berechnung der Emissionsdaten des Vorjahres aber hohe Unsicherheiten, insbesondere auch in Verbindung mit den im Jahr 2022 stark veränderten Rahmenbedingungen. Das Emissionsgeschehen im Jahr 2022 war stark von der Energiepreiskrise geprägt. Nach einer Überschlagsrechnung hätten die Emissionen um rund 9 Mt CO2-Äq. höher gelegen, wenn das Wachstum der Wirtschaftsleistung nicht in Folge des Krieges in der Ukraine geringer als erwartet ausgefallen wäre. Insbesondere ist die deutliche Zielunterschreitung im Industriesektor im Jahr 2022 im Wesentlichen auf energiepreisbedingte Produktionsrückgänge in der energieintensiven Industrie zurückzuführen und könnte daher von temporärer Natur sein. Dies wird dadurch untermauert, dass letztes Jahr mit dem Wissen von heute und den aktualisierten Daten aus dem Inventarbericht auch für den Sektor Industrie ein Sofortprogramm notwendig gewesen wäre. Die Energiewirtschaft hat zwar das Sektorziel knapp unterschritten, gegenüber dem Vorjahr sind die THG-Emissionen allerdings in diesem Sektor um 10,7 Mt CO2-Äq gestiegen. Zudem wäre die Verfehlung des Sektorziels im Gebäudesektor ohne verschiedene für die Emissionsentwicklung günstige Effekte wie die milde Witterung und Einsparungen durch geändertes Heizverhalten noch deutlich größer ausgefallen. Im Verkehrssektor ist die notwendige Trendwende weiterhin nicht zu beobachten, die Emissionsentwicklung blieb auf gleichbleibend hohem Niveau. Auch verlief der Rückbau des fossilen Kapitalstocks und der Aufbau von nicht-fossilen Alternativen im Jahr 2022 deutlich langsamer als in den Zielen der Bundesregierung oder den Klimaneutralitätsszenarien anvisiert. Vor dem Hintergrund der Herausforderung der Zielerreichung in allen emissionsstarken Sektoren ordnet der Expertenrat auch die Eckpunkte aus dem Beschlusspapier des Koalitionsausschusses zur Novelle des Klimaschutzgesetzes ein. Während einige der geplanten Änderungen das Erreichen der Klimaschutzziele aus dem Klimaschutzgesetz erkennbar und nachhaltig unterstützen können, bergen andere die Gefahr einer Abschwächung der Gesetzeswirkung. Insgesamt empfiehlt der Expertenrat dem Gesetzgeber, die vorgeschlagenen Änderungen des Klimaschutzgesetzes sehr sorgfältig auf Vor- und Nachteile zu prüfen. Nachdrücklich plädiert der Expertenrat für eine Weiterverfolgung eines Budgetansatzes und eine klare Umsetzung dessen im Kontext der geplanten Novelle. Zudem weist der Expertenrat auf die tendenzielle Schwächung der Ressortverantwortung hin und liefert eine kritische Einordnung der veränderten Steuerungslogik. Eine abschließende Beurteilung der Überlegungen des Koalitionsausschusses ist allerdings aufgrund noch offener Fragen zur Ausgestaltung nur auf Basis der konkreten Ausformulierungen des Gesetzestextes möglich.
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    Szenarien für ein klimaneutrales Deutschland
    (Acatech, 2023) ;
    Weidlich, Anke
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    Biermann, Dirk
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    Brown, Tom
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    Burghardt, Célia
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    Erlach, Berit
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    Fuss, Sabine
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    Geden, Oliver
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    Gierds, Jörn
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    Jochem, Patrick
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    Fischedick, Manfred
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    Luderer, Gunnar
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    Schäfer, Mirko
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    Wiese, Frauke
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    Neuhoff, Karsten
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    Wagemann, Kurt
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    Zachmann, Bastian
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    Study on Energy Storage
    (Publications Office of the European Union, 2023)
    Hoogland, Onne
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    Antretter, Michelle
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    Koornneef, Joris
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    Weijde, Harry van der
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    Satish, Aravind
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    Battistutta, Elisa
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    Veum, Karina
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    Gorenstein Dedecca, João
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    Doorman, Anniek
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    Nuffel, Luc van
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    Cerny, Ondrej
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    Flexibility of energy supply and demand becomes increasingly important with increasing shares of intermittent renewable electricity generation. Energy storage is one of the candidates to provide the required flexibility to the electricity system. Against this background, the Energy Transition Ex-pertise Centre was asked to deliver a study on energy storage to improve the understanding of energy storage technologies, their business case, and best practices for enabling the development of energy storage capacities.
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    Prüfbericht 2023 für die Sektoren Gebäude und Verkehr
    (Geschäftsstelle Expertenrat für Klimafragen (ERK), 2023) ;
    Knopf, Brigitte
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    Bettzüge, Marc O.
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    Heimer, Thomas
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    Utilizing Flexibility Potentials in Local Energy Systems
    In this paper, potentials and possible effects of utilizing flexibility in local energy systems are examined on the basis of a real residential district in Bochum, Germany. The district provides heat pumps, heat storages, battery storages (in combination with a photovoltaic system) and charging points for electric vehicles as possible flexibility options. Based on the installed plant technology and the cross-sectoral energy requirements of the district, various scenarios were developed that differ in terms of possible operation management approaches and flexibility use. These scenarios include a non-managed district operation, a rule-based district operation, and a cross-sectoral optimization of the district energy system with the goal of maximizing the self-consumption of renewable energy. For more detailed considerations, additional sub-scenarios were defined which, for example, represent the possibility of a grid-compatible operation. To compare the different scenarios, the district energy system was implemented in a model and simulated for the representative period of one calendar year. The simulations were evaluated by using several key performance indicators (KPIs), such as CO2 reduction, renewable energy self-consumption ratio, or renewable energy self-supply ratio.
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    Technisches Begleitdokument zum Prüfbericht zur Berechnung der deutschen Treibhausgasemissionen für das Jahr 2022
    (Geschäftsstelle Expertenrat für Klimafragen (ERK), 2023) ;
    Knopf, Brigitte
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    Bettzüge, Marc O.
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    Heimer, Thomas
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    Stellungnahme zum Entwurf des Klimaschutzprogramms 2023
    (Geschäftsstelle Expertenrat für Klimafragen (ERK), 2023) ;
    Knopf, Brigitte
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    Bettzüge, Marc O.
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    Heimer, Thomas
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  • Publication
    Prüfbericht zur Berechnung der deutschen Treibhausgasemissionen für das Jahr 2021
    (Expertenrat für Klimafragen, 2022) ;
    Knopf, Brigitte
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    Bettzüge, Marc O.
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    Heimer, Thomas
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