Fahrzeuge in denen der Fahrer Teilstrecken automatisiert fahren kann und die Fahrt nicht mehr überwachen muss befinden sich derzeit bei vielen Automobilherstellern in der Entwicklung. Wenn diese hochautomatisierten Fahrzeuge Systemgrenzen erreichen muss die manuelle Steuerung an den Fahrer zurückgegeben werden. Hierzu ist es notwendig dem Fahrer einen ausreichenden Zeitraum für die Übernahme der manuellen Kontrolle über das Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, damit die Übernahme sicher und komfortabel ablaufen kann. Um die notwendige Dauer für eine sichere Übernahme der manuellen Steuerung durch einen Fahrer zu ermitteln wurden zunächst relevante Konzepte der Automationspsychologie vorgestellt und auf den Kontext im Fahrzeug angewendet. Anschließend wurde eine Analyse der bislang veröffentlichten Studien zu der Dauer der Übernahme der Steuerung aus einer hochautomatisierten Fahrt durchgeführt um erste Hinweise auf eine realistische Übernahmezeit zu erhalten. Aufbauend auf der Analyse der Literatur und Interviews mit Automobilherstellern und Zulieferern wurden unterschiedlich komplexe Übernahmeszenarien und Nebenaufgaben entwickelt, die für zukünftige automatisierte Fahrzeuge realistisch und relevant sind. Diese Übernahmeszenarien und Nebenaufgaben wurden in einem statischen Fahrsimulator umgesetzt und mit N = 60 Probanden im Alter von 20 bis 76 (M = 36.0, SD = 15.2) Jahren getestet. Probanden waren nach einer hochautomatisierten Fahrt von ca. 5 Minuten, während der sie durch ein motivierendes Spiel auf einem in den Händen gehaltenen Tablet-PC stark abgelenkt waren, grundsätzlich in der Lage die manuelle Steuerung über das Fahrzeug wieder zu übernehmen. Diese Nebenaufgabe wurde verglichen mit einer vollständig manuellen Fahrt, in der dem Fahrer an der Stelle der Übernahmeaufforderung ein Warnton ausgegeben wurde, mit einer automatisierten Fahrt mit einer anderen Aufgabe auf einem Tablet-PC sowie mit einer vom Fahrer überwachten automatisierten Fahrt. Es zeigte sich, dass 90% der Fahrer nach einer Fahrt mit hoher Ablenkung nach 3-4 Sekunden das erste Mal den Blick wieder auf die Straße gerichtet haben, nach 6-7 Sekunden die Hände wieder am Lenkrad und die Füße an den Pedalen haben und nach 7-8 Sekunden die Automation abschalten. Untersucht man allerdings als Indikatoren des Situationsbewusstseins für die Fahrsituation den ersten Blick in den Spiegel und den Blick auf die Geschwindigkeitsanzeige, werden 12-15 Sekunden benötigt. Diese Reaktionen, die zum Verständnis der aktuellen Verkehrssituation notwendig sind, sind damit um bis zu 5 Sekunden verzögert im Vergleich zu der gleichen Situation bei einer manuellen Fahrt. Bei einzelnen Fahrern traten nach der Übernahme von der Automation Kollisionen oder kritische Fahrsituationen auf, was allerdings auch in der rein manuellen Fahrt in ähnlichem Umfang der Fall war. Diese Situationen hätten durch entsprechende Assistenzfunktionen verhindert werden können, die auch nach der Übergabe der Steuerung an den Fahrer aktiv bleiben und den Fahrer gerade in dieser Situation weiter besonders unterstützen. Weitere Reaktionszeiten und Fahrdaten wurden analysiert um ein vollständigeres Bild von dem Ablauf der Übernahmesituation zu erhalten. Veränderungen der Reaktionszeiten in realen Fahrten im Vergleich zu einer Fahrt im Simulator sind nicht auszuschließen. Noch offen ist außerdem, ob für Fahrer längere automatisierte Fahrten, Müdigkeit, oder noch stärker involvierende Nebentätigkeiten während der automatisierten Fahrt längere Übernahme- und Reaktionszeiten zur Folge gehabt hätten. Einige dieser offenen Fragen sollen als nächstes in einer geplanten Fahrsimulations-Studie adressiert werden. Soll aus der Einführung von Automation im Fahrzeug nicht nur ein Gewinn an Komfort, sondern auch ein Gewinn an Sicherheit im Vergleich zum manuellen Fahren entstehen, so muss der Fahrer in Übernahmesituationen nicht nur durch eine ausreichende Vorwarnzeit unterstützt werden. / Many automotive OEMs are currently developing automated driving functions that no longer require driver supervision in certain driving environments. If system boundaries are reached the driver has to retake manual control. The system needs to provide a sufficient period of time in which the driver can safely and comfortably regain control over the vehicle. To determine a period of time for such a transition, relevant concepts from the field of automation psychology were presented and applied to the automotive context. Additionally an analysis of existent studies concerning take-over transition times from highly automated driving to manual driving was carried out to gain first insights into the time required for this transition. Building on the analysis of the literature and based on interviews that were conducted with automotive OEMs and suppliers, complex take-over scenarios and secondary tasks were developed which represent realistic and relevant conditions for future automated cars. These scenarios and secondary tasks were implemented in a static driving simulator and tested with N = 60 test drivers aged 20 to 76 (M = 36.0, SD = 15.2) years. After an automated drive of approx. 5 minutes, during which the drivers were distracted by motivating game on a handheld tablet-pc, the drivers were generally able to regain manual control over the vehicle. This secondary task was compared to a manual drive, in which the take-over request was substituted by an auditory warning, to an automated drive, in which a different task was presented on a tablet-pc, as well as to an automated drive, in which the participants supervised the automation. It could be shown, that after a highly distracted drive 90% of the participants first had their eyes on the road after 3-4 seconds, had their hands on the steering wheel and their feet on the pedals after 6-7 seconds and disengaged the automation after 7-8 seconds. When analyzing the times taken to look at the side mirror and the speedometer as indicators of situation awareness during this driving situation, 12-15 seconds are needed. These reactions, which are necessary for the comprehension of the traffic situation, are therefore up to 5 seconds slower for the distracted automated driving compared to manual driving. For some automated drives collisions and critical situations were recorded, although they were comparably frequent in the manual drive condition. These critical situations might have been avoided through the use of suitable driver assistance systems that stay active and support the driver after the driver has disengaged the automation. Additional reaction times and driving data was analyzed to gain further insights into the process of the take-over transition process. Driving in a real world scenario may change the reaction times compared to driving in a simulator. Also, the effects of longer automated drives, sleepiness and more immersive secondary tasks on take-over process and reaction times are not yet clear. Some of these issues will be addressed in a planned simulator study. If there is to be a gain not only in comfort but in safety for automated driving compared to manual driving, drivers need to be not only sufficiently forewarned before takeover situations, but must additionally be supported by suitable assistance systems before, during and after the transition to manual driving.

Mit dem Forschungsvorhaben wurden kostengünstige Maßnahmen gegen Unfallhäufungen bestimmt. Dazu wurden unter enger Einbindung der Unfallkommissionen Maßnahmen erhoben, analysiert und kategorisiert. Die Kontaktaufnahme und Datenerhebung bei Unfallkommissionen im Bundesgebiet bildete den Ausgangspunkt der Untersuchung. Um eine Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten, wurden die erhaltenen Maßnahmen kategorisiert und plausibilisiert. Die Daten unterschieden sich in ihrer Qualität deutlich. Insgesamt lagen zur weiteren Untersuchung 1.812 Maßnahmen vor. Diese wurden in 82 Maßnahmenkategorien geordnet. Maßnahmenkategorien fassen (annähernd) identische Maßnahmen zusammen. Angesichts der Anzahl verschiedenen Maßnahmenkategorien wurde eine Auswahl 35 geeigneter Kategorien für die weitere Untersuchung getroffen. Das Augenmerk lag auf der Untersuchung von Maßnahmenkategorien, für die bisher nur ein geringer oder unzureichender Wissensstand vorlag. Zwei Säulen der Maßnahmenbewertung waren Bestandteil der weiteren Untersuchung: Die erste Säule umfasste die Evaluation der Maßnahmenkategorien durch Mitglieder der Unfallkommissionen mittels eines Fragebogens. Ziel dieser Herangehensweise war der Erkenntnisgewinn darüber, wie Maßnahmen durch die Praxis bezüglich ihrer Wirksamkeit und Umsetzbarkeit eingeschätzt werden. Im Ergebnis konnten Erkenntnisse darüber gewonnen werden, welche Maßnahme als „kostengünstig“ und „wirksam“ angesehen wird. Die zweite Säule beinhaltete die Unfalldatenanalyse der zur Verfügung gestellten Maßnahmenumsetzung. Aus dem Vergleich des Unfallgeschehens im Vorher- und Nachher-Zeitraum konnte die durchschnittliche Maßnahmenwirkung (Effektivität) bestimmt werden. Die Berücksichtigung der (Investitions-)Kosten erlaubten Aussagen zur Wirtschaftlichkeit (Effizienz) der Maßnahmen. Diese werden über das Nutzen-Kosten-Verhältnis beschrieben. Auf Basis beider Ergebnisse erfolgte eine Gesamteinschätzung der Maßnahmen. Insgesamt konnten zehn Maßnahmenkategorien für eine Anwendung als „empfehlenswert“ eingestuft werden. Die Ableitung (besonders) geeigneter kostengünstiger Maßnahmen baut auf den Erkenntnissen der Evaluation und der Unfalldatenanalyse auf. Diese Maßnahmen zeichnen sich durch eine hohe Wirksamkeit, hohe Nutzen-Kosten-Verhältnisse und homogene Wirkungen im Untersuchungskollektiv aus. Es wurden neun geeignete kostengünstige Maßnahmenkategorien identifiziert. Die entwickelten Handlungsempfehlungen stellen ein Handwerkszeug für die Unfallkommissionen zum Auffinden und bei der Auswahl geeigneter kostengünstiger Maßnahmen gegen Unfallhäufungen dar. Sie sind mit ihrem thematischen und strukturellen Aufbau an den gängigen Empfehlungen und Literaturen zur Maßnahmenfindung orientiert. Die Ergebnisse münden in der Bereitstellung von Faktenblättern für die untersuchten Maßnahmen, die Ableitung kostengünstiger Maßnahmen und die Bereitstellung von Handlungsempfehlungen zur deren Anwendung. / This research project was able to identify cost-effective measures for the prevention of accident blackspots. In close cooperation with accident commissions, these measures were compiled, analyzed and categorized. Contact was first established with accident commissions across Germany, where data was collected for the outset of the investigation. The data differed significantly in quality. Therefore, in order to ensure data comparability, the compiled measures were carefully categorized and tested for plausibility, leaving a total of 1,812 measures available for continued evaluation. These were organized into 82 categories, which grouped the measures according to (approximate) similarity. Of these categories, 35 were suitable for further analysis. Priority was placed on the measure categories for which there was little or insufficient current scientific knowledge. Two approaches were used to assess the 35 selected measure categories: For the first approach, members of the accident commissions evaluated the selected measure categories, using a standardized set of questions. The goal was to evaluate the measures for effectiveness and feasibility in a practical setting. This provided insight into the conditions under which a measure could be considered “low-cost” and “efficient”. The second approach comprised the analysis of accident data gathered from the selected measures. The average effect of the selected measures (effectiveness) was determined by comparing the accident events within a set before-and-after timeframe. The (investment) costs were taken into account, thus ascertaining the economic efficiency (efficiency) of each measure. This is referred to as the cost-benefit ratio. On the basis of these results, the measures were then comprehensively assessed. As a result, ten measure categories were classified as “recommendable”. The deduction of (particularly) suitable, cost-effective measures was based on the findings of the measure-category evaluations and on the analysis of the accident events. These measures categories were characterized by high efficiency, high cost-benefit ratios, and homogeneous impact within the collected samples. Nine suitable cost-effective measure categories were identified. The recommendations for action, developed from this project, provide accident commissions with tools for locating and selecting suitable low-cost measures for the remediation of accident blackspots. These recommendations adhere, thematically and structurally, to the format of the current recommendations and literature for accident blackspot management. The results of this project will be supplied as fact sheets for the investigated measures, the description of low-cost measures and the recommendations for action and application.

Verbreitung von Elektrofahrrädern (u.a. Pedelec25, Pedelec45) weiterhin kontinuierlich zu. Es ist daher von besonderem Interesse, das Verhalten von Fahrrad- und Elektrofahrradfahrern mit Blick auf Schutzmaßnahmen wie Helme oder auch regelwidriges Verhalten wie Rotlichtverstöße zu betrachten. Um derartige Fragen zu betrachten, wurde auf Daten der in einem vorangegangenen Projekt durchgeführten Pedelec-Naturalistic Cycling Study (Pedelec-NCS) zurückgegriffen, in deren Rahmen eine Erfassung von natürlichem (Elektro-)Fahrradfahrerverhalten erfolgte. Im Fokus stand der Vergleich von konventionellen Fahrrädern, Pedelec25 und Pedelec45. Hierfür wurden die Elektrofahrräder und Fahrräder von 90 Versuchsteilnehmern (49 Pedelec25, 10 Pedelec45, 31 konventionelle Fahrräder) mit jeweils zwei Kameras (Aufnahmen vom Gesicht des Fahrers und Voraussicht auf die Straße) und zusätzlicher Sensorik ausgestattet. Mit Hilfe dieser Instrumentierung wurden insgesamt über 4.300 Fahrten mit knapp 17.000 km Fahrtstrecke aufgezeichnet. Die gesammelten Daten wurden vor dem Hintergrund der vier folgenden Problemstellungen analysiert: 1. Zusammenhang von Helmnutzung, Fahrtlänge und Geschwindigkeit Als ein Argument gegen eine Helmpflicht für Radfahrer werden Sicherheitsbedenken angeführt. Es wird vermutet, dass Fahrradfahrer, die einen Helm tragen, zu risikoreicherem Verhalten neigen könnten und eine so genannte Risikokompensation stattfindet. So könnten sich Fahrradfahrer durch den Schutz eines Helmes besonders sicher fühlen und zu schnellerem, und damit potenziell unfallträchtigerem Fahren tendieren. Allerdings steht eine Betrachtung von möglichem Kompensationsverhalten im Realverkehr noch aus. Auch die Rolle weiterer möglicher Einflussgrößen, wie der Fahrtlänge, ist nicht vollständig geklärt. Daher sollte im Rahmen dieser Untersuchung geklärt werden, welcher Zusammenhang zwischen Helmnutzung, Fahrtlänge und Geschwindigkeit besteht. In die Analyse der Helmnutzung konnten die Daten von 85 Personen einbezogen werden. Anhand der Videos vom Gesicht des Fahrers wurde für über 3.700 Fahrten kodiert, ob der Fahrer einen Helm trug oder nicht. Diese Daten wurden mit den Daten zur Fahrtlänge und Geschwindigkeit verknüpft. Insgesamt wurde eine Helmtragequote von 58% gefunden, d.h. bei mehr als der Hälfte der Fahrten wurde ein Helm getragen. Im Vergleich trugen die Pedelec45-Fahrer am häufigsten einen Helm. Aber auch Pedelec25-Fahrer nutzten den Helm signifikant häufiger als die konventionellen Fahrradfahrer. Für die zentrale Fragestellung zum Zusammenhang zwischen Helmnutzung, Geschwindigkeit und Fahrtlänge zeigte sich, dass der Zusammenhang zwischen Fahrtlänge und Geschwindigkeit deutlich stärker ist als der Zusammenhang zwischen Helmnutzung und Geschwindigkeit. Dies würde für die Annahme sprechen, dass die Helmnutzung, wenn überhaupt, nur eine untergeordnete Rolle für die Geschwindigkeit von Fahrrad- und Elektrofahrradfahrern spielt. Vor diesem Hintergrund muss bezweifelt werden, dass es durch die Nutzung eines Helmes beim Radfahrer unmittelbar zu Risikokompensation kommt. / In Germany, cycling has experienced a considerably increase in popularity in the past few years. The number of e-bikes (mainly pedelec25 and pedelec45) on German roads is growing steadily as well. As a consequence, investigations of safety relevant behaviour of bicyclists and e-bike riders, such as helmet use or violations (e.g. red light running) are of vital importance. To address such issues, data of the previous Pedelec- Naturalistic Cycling Study (Pedelec-NCS), in which (e-)cyclists’ behaviour was observed under natural conditions, was reanalysed. Focus of the Pedelec-NCS was the comparison of conventional bicycles, pedelec25 and pedelec45. The e-bikes and bicycles of 90 participants (49 pedelec25, 10 pedelec45, 31 conventional bicycles) were instrumented with two cameras (forward view and face of the rider) and additional sensors. A total of more than 4,300 trips, with nearly 17,000 km cycled distance was recorded. In the reanalysis, the following four issues were addressed: 1. Relation between helmet use, trip length and cycling speed One major argument against a compulsory use of cycling helmets are potential safety issues. It has been suggested that cyclists that wear a helmet might compensate for this perceived increase in safety by cycling more risky. This could mean that they cycle faster, and hence increase their risk of a crash. However, evidence for such an assumption, especially under natural conditions, has been lacking so far. The role of additional factors that might have an influence, such as the length of a trip, was not fully clear as well. Therefore, the data of 85 Pedelec-NCS participants was used to investigate the relationship between helmet use, trip length and cycling speed. Using the face view videos, more than 3,700 trips were reviewed to annotate whether the riders wore a helmet or not. This annotation was then connected to information on trip length and cycling speed. Overall, a helmet usage quote of 58% was found, i.e. the participants wore a helmet in more than half of the collected trips. Pedelec45 riders showed the highest usage rate, riders of conventional bicycles the lowest. The analysis of factors influencing cycling speed showed that trip length had a much stronger effect on the riders speed than the question of whether they had worn a helmet or not, which indicates that helmet use only has a minor role (if any at all) for the speed of bicyclists and e-bike riders. The suggestion of a relevant behavioural adaptation as a result of the potentially increased safety because of the use of a helmet does not appear to be supported.

Im Rahmen dieses Projektes werden das Unfallgeschehen sowie Aspekte der Verkehrssicherheit von Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht über 3,5 t in Deutschland näher untersucht. Bei Betrachtungen zum Unfallgeschehen mit Lkw stehen häufig vor allem Güterkraftfahrzeuge ab 12 t zulässigem Gesamtgewicht (zGG) im Fokus, da hier aufgrund der hohen Massen die Unfallfolgen für alle Beteiligten besonders schwerwiegend sind. Allerdings liegt in diesem Projekt ein besonderer Schwerpunkt auf Gliederzügen mit extrem leichter Bauweise, welche in den letzten Jahren zunehmend Verbreitung gefunden haben, da hiermit bis Oktober 2015 die 2005 für Lkw ab 12 t eingeführte Mautpflicht auf deutschen Fernstraßen umgangen werden konnte. Problematisch ist in erster Linie die hohe Windanfälligkeit dieser Leicht-Lkw, welche vollbeladen und bei gleichen Abmessungen immer noch etwa drei Tonnen weniger wiegen als übliche 40 t-Fernlastzüge im leeren Zustand. Die Kombination aus geringem Gewicht und einer großen seitlichen Windangriffsfläche wird als ursächlich für zahlreiche Alleinunfälle solcher Fahrzeuge angesehen und soll in diesem Projekt umfassend analysiert werden. Die verschiedenen Arten von Güterkraftfahrzeugen und Gespannen bzw. Kombinationen werden in den Auswertungen zum Unfallgeschehen mittels Fahrzeugklassen charakterisiert. Während der klassische Pkw gemäß EG-Richtlinie 2007/46/EG in die Fahrzeugklasse M bzw. M1 fällt, gehören Güterkraftfahrzeuge der Klasse N an. Unterschieden wird hier zwischen den Klassen N1, N2 und N3, die über das zulässige Gesamtgewicht des Fahrzeugs definiert sind. So weisen Fahrzeuge der Klasse N1 ein zGG bis 3,5 t auf, während das zGG von N2-Fahrzeugen von über 3,5 t bis zu 12 t reicht. Entsprechend verfügen N3-Fahrzeuge über ein zGG von mehr als 12 t. Auch Anhänger werden in einzelne Klassen gegliedert. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts sind in erster Linie die Anhängerklassen O3 und O4 relevant, d.h. Anhänger mit einem zGG von über 3,5 t bis zu 10 t (O3) sowie Anhänger mit einem zGG von mehr als 10 t (O4) [HOE13]. Im Zusammenhang mit der Verkehrssicherheit von Straßenfahrzeugen werden allgemein Maßnahmen unterschieden, die der Vermeidung von Unfällen (aktive Sicherheit) und der Verminderung von Unfallfolgen (passive Sicherheit) dienen. Die aktive Sicherheit umfasst die Bereiche Fahrsicherheit, Wahrnehmungssicherheit, Bedienungssicherheit und Konditionssicherheit. Bei der passiven Sicherheit erfolgt eine Unterscheidung zwischen Maßnahmen, die der Sicherheit der Fahrzeuginsassen (innere Sicherheit) und der Sicherheit der anderen Verkehrsteilnehmer (äußere Sicherheit) dienen [HOE13]. In Kapitel 2 werden die für Güterkraftfahrzeuge derzeit wichtigsten Anforderungen und Schutzmaßnahmen auf dem Gebiet der passiven und aktiven Sicherheit vorgestellt. Im Rahmen dieses Überblicks über den Stand der Technik werden auch die verschiedenen Fahrzeugtypen und Gespanne charakterisiert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf 12 t-Leicht-Lkw-Kombinationen.

Kleine Kreisverkehre haben sich in zahlreichen in- und ausländischen Untersuchungen als ausgesprochen sichere Knotenpunktformen erwiesen. Durch einen Umbau von vorher sicherheitsproblematischen Knotenpunkten in Kreisverkehre lässt sich im Mittel eine deutliche Erhöhung der Verkehrssicherheit erreichen. Auch für einstreifige Kreisverkehre innerhalb bebauter Gebiete weisen die vorliegenden in- und ausländischen Untersuchungen ein insgesamt hohes Verkehrssicherheitsniveau aus. Zahlreiche Untersuchungen zeigen jedoch auch, dass die Radfahrer am wenigsten vom Sicherheitsgewinn nach dem Umbau zu einem Kreisverkehr profitieren. Französischen Untersuchungen zufolge liegt der Prozentsatz der Unfälle mit Radfahrerbeteiligung an innerörtlichen Kreisverkehren doppelt so hoch wie an sonstigen Knotenpunkten. Aktuelle belgische Untersuchungen deuten sogar darauf hin, dass sich das Risiko für Radfahrer, in einen Unfall schwerem Personenschaden verwickelt zu werden, nach dem Umbau in einen Kreisverkehr erhöht hat. Die Brilon Bondzio Weiser Ingenieurgesellschaft für Verkehrswesen mbH hat im Auftrag des GDV im Jahre 2012 eine Untersuchung zur Sicherheit innerörtlicher Kreisverkehre [1] vorgelegt. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde festgestellt, dass umlaufende Radwege mit Bevorrechtigung der Radfahrer an den Querungsstellen unter Verkehrssicherheitsgesichtspunkten deutlich ungünstiger zu bewerten sind als andere regelkonforme Radverkehrsführungen. Umlaufende Radwege stellen jedoch eine weit verbreitete Standardführungsform an Kreisverkehren dar und werden aus einem subjektiven Sicherheitsgefühl heraus häufig gefordert. Vor diesem Hintergrund hat der GDV die Brilon Bondzio Weiser Ingenieurgesellschaft für Verkehrswesen mbH mit einem weiter führenden Forschungsprojekt zur sicheren Führung von Radfahrern auf bevorrechtigten Radwegen an Kreisverkehren beauftragt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes ist zu untersuchen, inwieweit durch die Wahl bestimmter Gestaltungs- und Ausstattungselemente ein möglichst hohes Maß an Verkehrssicherheit für Radfahrer an bevorrechtigten Radwegen erreicht werden kann.

In zukünftigen automatisiert fahrenden Fahrzeugen werden Fahrer mit den verschiedensten Fahrerzuständen automatisierte Fahrten erleben. Wie auch beim manuellen Fahren werden Fahrer gestresst, abgelenkt oder ermüdet sein, werden an Schlafmangel leiden und Einbußen in Ihrer Konzentrationsfähigkeit zeigen. Aktuell ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie sich solche Fahrerzustände auf die Fähigkeit zur Übernahme der manuellen Steuerung nach einer Übernahmeaufforderung auswirken. Die vorliegende Fahrsimulator-Studie untersucht die Veränderung und Auswirkung des Fahrerzustands während einer hochautomatisierten Fahrt (level 3) im Hinblick auf Müdigkeit und Ermüdung während der Fahrt. Fahrer wurden während des Verlaufs der Fahrt regelmäßig von geschulten Müdigkeits-Bewertern in Ihrer Müdigkeit eingestuft. Bei Erreichen eines bestimmten Müdigkeitslevels bzw. nach einer Fahrtdauer von ca. einer Stunde wurde eine Übernahmeaufforderung ausgelöst. Während der Übernahmeaufforderung wurden Reaktionszeiten und Fahrverhalten gemessen und mit Reaktionszeiten und Fahrverhalten von manuellen Fahrern in der gleichen Situation verglichen. Es zeigte sich, dass automatisiert fahrende Fahrer deutlich schneller höhere Müdigkeitslevel erreichen als manuelle Fahrer. Die Dauer der Fahrt, die für das Erreichen von höheren Müdigkeitslevel notwendig war, hing sowohl bei manuellen als auch bei automatisiert fahrenden Fahrern von vorab induziertem Schlafmangel ab. Automatisiert fahrende Fahrer mit Schlafmangel erreichten mittlere Müdigkeitslevel mit verlängerten Lidschlüssen bereits nach ca. 15-20 Minuten und damit um bis zu 15-20 Minuten früher im Vergleich zu manuellen Fahrern mit Schlafmangel. Die automatisiert fahrenden Fahrer mit und ohne Schlafmangel waren grundsätzlich in der Lage, die manuelle Steuerung nach einer Übernahmeaufforderung ohne Unfälle wieder zu übernehmen. Allerdings zeigten sich bei allen automatisiert fahrenden Fahrern Verzögerungen im Aufbau des Situationsbewusstseins um ca. 3 Sekunden im Vergleich zu den manuellen Fahrern. Die Übernahmezeiten waren bei automatisiert fahrenden Fahrern nach einer langen Fahrt (ca. 1 Stunde) bzw. mit Schlafmangel daher vergleichbar lang wie nach einer Fahrt mit einer stark ablenkenden Nebentätigkeit. 90% der Fahrer schalteten die Automation nach ca. 5-7 Sekunden ab. Verwendet man als Maß für den Aufbau des Situationsbewusstseins nach einer Übernahmesituation allerdings den ersten Blick in den Seitenspiegel bzw. den ersten Blick auf den Tacho, so benötigten Fahrer ca. 12-15 Sekunden, um sich ein Bild von ihrer Fahrumgebung und von dem Zustand ihres Fahrzeugs zu machen. Vor dem Hintergrund der schnellen Entwicklung von Fahrermüdigkeit während automatisierter Fahrten ohne Nebenaufgaben ist die dauerhafte Überwachung des Zustands der Automation durch den Fahrer nicht realistisch. Fahrern sollte stattdessen die Möglichkeit gegeben werden, kontrollierbare Nebenaufgaben durchzuführen, die Rückschlüsse auf den Fahrerzustand geben und im Falle einer Übernahmesituation durch das Fahrzeug unterbrochen werden können. Zusätzlich sollte das Fahrzeug Informationen über den Fahrerzustand vor einer Übernahmesituation haben, um die Dauer des Übergangs entsprechend planen zu können. Zukünftige Studien sollten die unterschiedlichen Fahrerzustände während einer automatisierten Fahrt und deren Auswirkungen auf das Übernahmeverhalten genauer untersuchen. Zusätzlich sollte der Aufbau des Situationsbewusstseins nach einer Übernahmeaufforderung weiter in den Fokus der Forschung gerückt werden, um Rückschlüsse auf mögliches Fehlverhalten nach der Übernahme der manuellen Steuerung zu erhalten. / In future automated vehicles drivers will experience a variety of driver states. Similar to manual driving, drivers will be stressed, distracted or tired, will suffer from sleep loss and a lack of concentration. Few studies have examined how such driver states influence the ability to take back manual control after a take-over request. This driving simulator study analyzes the progression and the impact of the driver states sleepiness and fatigue during highly automated driving. Drivers were regularly rated by trained sleepiness raters during driving. A take-over request was issued if a predefined sleepiness level was reached, or if the drive had lasted for approximately one hour. In the course of the take-over request reaction times and driving behavior were measured and compared to reaction times and driving behavior of manual driver in the same situation. It could be shown that automated drivers reached higher levels of sleepiness faster than manual drivers. The driving time required to reach higher levels of sleepiness depended on a previously induced lack of sleep for both the automated and the manual drivers. Automated drivers reached intermediate levels of sleepiness with prolonged eyelid closures after only about 15 to 20 minutes, which was 15 to 20 minutes earlier than manual drivers who also suffered from a lack of sleep. Automated drivers with and without a lack of sleep were generally able to take back manual control after a take-over request without crashing. However, the formation of situation awareness was delayed by about 3 seconds for all automated drivers compared to the manual driving conditions. Take-over times for automated drivers after a long drive (approx. 1 hour) or with a lack of sleep respectively, were therefore comparable to take-over times after a drive with a highly distracting secondary task. 90% of the drivers disengaged the automation after about 5 to 7 seconds. However, if the first glances to the side mirror and the first glances to the speed display are used as an indicator for situation awareness after a take-over request, drivers needed about 12 to 15 seconds to form an understanding of the situation. Looking at the fast progression of driver fatigue during automated driving without secondary tasks, continuous supervision of automated driving is unrealistic. Instead, drivers should be provided with the opportunity to engage in controllable tasks, which allow the car to infer the driver state and which can be disabled by the cars systems in the event of a take-over situation. Additionally, the system should collect data about the drivers’ state previous to a take-over request to be able to plan the duration of the take-over accordingly. Future studies should take a closer look at different driver states during automated driving to be able to predict their impact on take-over behavior. Also, the formation of situation awareness after a take-over request should be the focus of further investigations to gain insights into inappropriate driver reactions after a take-over.

In den letzten Jahren haben Smartphones verstärkt Einzug ins Fahrzeug gehalten. Immer mehr Fahrer bearbeiten während des Fahrens Textnachrichten oder verfassen EMails. Dabei ist bekannt, dass das Lesen und Verfassen von Textnachrichten (im folgenden Texten genannt) das Unfallrisiko erhöhen und allgemein negative Auswirkungen auf die Fahrperformanz haben kann (z.B. stärkere Spurabweichungen, langsamere Reaktionen auf plötzlich auftretende Ereignisse (Caird, Johnston, et al., 2014; Yannis et al., 2016). Bei den meisten dieser Befunde ist allerdings anzumerken, dass es den Teilnehmern in der jeweiligen Untersuchung nicht frei stand selbst zu entscheiden, in welchen Situationen sie sich dem Texten beim Fahren zuwendeten. Vielmehr wurden die Teilnehmer zumeist dazu angehalten, an bestimmten Stellen einer durchfahrenen Strecke (i.d.R. im Rahmen einer Fahrsimulation) eine Textnachricht zu verfassen, unabhängig davon, ob sie dies im realen Verkehr auch getan hätten. Gleichzeitig zeigen aber andere Untersuchungen, dass Fahrer bei der Entscheidung Textnachrichten zu lesen oder zu schreiben durchaus eine Einschätzung der Verkehrssituation vornehmen und die Bearbeitung an deren Anforderungen anpassen. Insofern muss vermutet werden, dass bisherige Befunde zu den Folgen des Lesens und Schreibens von Textnachrichten nur unzureichenden Bezug zum tatsächlichen Geschehen im Straßenverkehr haben. Allerdings ist die Tatsache, dass situative Anpassungen der Nebenaufgabenbearbeitung erfolgen, nicht automatisch Beleg für eine vollständige Kompensation etwaiger negativer Folgen der Fahrerablenkung. So ist unklar, ob die subjektive Bewertung der jeweiligen Fahrsituation, von der die Fahrer ihre Entscheidung für oder gegen das Texten beim Fahren abhängig machen, tatsächlich angemessen ist, und den von der Situation ausgehenden Anforderungen entspricht. Außerdem ist unklar, inwieweit sich neue technische Entwicklungen wie etwa sprachbasierte Systeme zur Ein- und Ausgabe (Vorlesen, Spracheingabe) positiv auf das Fahr- und Reaktionsverhalten auswirken. Zwar gibt es Hinweise, dass zumindest die sprachbasierte Eingabe positive Effekte im Vergleich zur visuell-manuellen Eingabe auf das Fahr- und Reaktionsverhalten haben kann, (He et al., 2014, 2015), jedoch sind diese Befunde mit den gleichen zuvor beschriebenen Problemen behaftet. Aus dieser Befundlage ergaben sich folgende generelle Forschungsfragen: In welchen Kontexten sind Autofahrer zur Bearbeitung von Textnachrichten bereit? Welche Auswirkungen haben die visuell-manuelle und die sprachbasierte Bearbeitung von Textnachrichten auf das allgemeine Fahrverhalten (z.B. Geschwindigkeitswahl, Spurhaltung) in Situationen, in denen sich die Fahrer aus freien Stücken für das Ausführen der Nebentätigkeit entscheiden? Welche Auswirkungen haben die visuell-manuelle und die sprachbasierte Bearbeitung von Textnachrichten auf das Reaktionsverhalten (z.B. Reaktionszeit, Abstand bei Reaktion) in Situationen, in denen sich die Fahrer aus freien Stücken für das Ausführen der Nebentätigkeit entscheiden, die sich in der Folge aber als sicherheitskritisch erweisen? / In recent years, there has been a considerable increase in smartphone use inside the vehicle. More and more drivers are willing to write text messages or even e-mails while driving. At the same time, it is well established that reading and writing text messages while driving (texting) has the potential to increase crash risk, or, more generally, can negatively impact on driving performance (e.g., increased deviation in lane position, delayed response to unexpected events (Caird, Johnston, et al., 2014; Yannis et al., 2016)). For most of these findings, however, it has to be acknowledged that participants in the respective studies were not free to decide in which driving situation they would text. Instead, they were usually required to start texting on a predefined location on the test track (e.g., during a driving simulator study), regardless of whether they would actually have been willing to do that in real traffic. At the same time, some studies show that drivers decide on whether to text or not based on an assessment of the traffic situation, i.e. they adjust their behaviour according to the requirements of the respective traffic environment. This suggests that the external validity of the studies that find predominantly negative effects of texting in controlled environments is at least limited. At the same time, the fact that drivers adapt their behaviour does not automatically imply a full compensation of potentially negative effects of driver distraction. So far, it is unclear whether the subjective assessment of the traffic situation, which is the basis for the decision to (not) text, is actually appropriate, and indeed reflects the requirements of this situation. Likewise, the potential effects of new technological developments that are intended to reduce the level of distraction and improve driving performance, such as speech based interaction systems (i.e., having the text read aloud, speech based text input) still require proper assessment. While there are a few studies showing that speech based input might have positive effects compared to visual-manual input (He et al., 2014, 2015), they suffer from the same methodological shortcomings as previously described. Given the described situation, the following research questions arise: What are the contexts in which drivers are willing to text? What effects do visual-manual and speech based texting (reading and writing) have on general driving behaviour (e.g., speed selection, lane keeping) in situations in which drivers decide voluntarily to attend to the secondary task? What effects do visual-manual and speech based texting (reading and writing) have on response behaviour (e.g., response time, distance to hazard when responding) in situations in which drivers decide voluntarily to attend to the secondary task, which, however, then develop into a safety critical event?

The Economist (2010) defines frugal innovation as “instead of adding more bells and whistles, strip the products down to their bare essentials.” This definition is becoming an interesting phenomenon for academia and practitioners around the globe. This phenomena have changed the traditional ways of doing business in emerging economies and by 2025, almost 50% of the global organizations will have shifted their focus toward emerging economies because of their lucrative growth potential (Dobbs et al., 2013). The bottom of the pyramid (BOP) is an unexploited market that constitutes more than four billion people living their lives on less than 2 US dollars per day (Prahalad, 2004). Emerging economies have changed the traditional ways of doing business. Weyrauch and Herstatt (2016) identified three criteria for frugality: low cost, focus on core functionalities, and optimized performance level. For example, General Electric (GE), an American Conglomerate, invented a pocket sized ultrasound machine (Vscan) at the low cost of $15,000 that is battery operated, easy to use, and has a performance level, which meets the expectations of the proposed market. It was originally developed for China and other emerging economies; however, after a great success it was adopted by developed economies like the United States (Govindarajan and Trimble, 2012; Hossain et al., 2016). The main idea behind the development of frugal innovation is to cater to the needs of non-affluent customers in emerging economies who cannot afford expensive products (Soni and Krishnan, 2014; Govindarajan and Trimble 2012). Frugal innovations have been developing at three levels: first, MNC like General Electric, have research and development centers in emerging economies such as in India and China. They develop frugal products, for example, Vscan and Siemens fetal heart rate monitor. Second, local multinational organizations in emerging economies develop frugal products such as TATA Nano (the world’s cheapest car) and TATA Swach (a water purifier) by TATA, which is an Indian conglomerate. Third, grassroots entrepreneurs understand the local situation and even without proper education and knowledge often devise quick, smart and low cost solutions to local e.g. MittiCool (a clay made fridge) (Kumar & Puranam, 2012). A number of researchers in the field of frugal innovation have explored the differences and similarities between frugal innovation and other types of innovations (Weyrauch & Herststt, 2016; Zeschky, Winterhalter & Gassmann, 2014; Brem & Wolfram, 2014; Landrum, 2007). Some researchers are trying to identify the link between frugal innovation and sustainability (Kalogerakis, Fischer & Tiwari, 2016; Kahle et al., 2013; Rosca, Arnold & Bendul, 2016; Pansera & Sarkar, 2016). Moreover, other researchers are defining the significance of frugal innovation for multinational organizations in the competitive world (Tiwari & Herstatt, 2012; Anderson & Markides, 2007; Agarwal & Brem, 2012). Human capital is one of the strongest assets for the economic progress of a country. To make the most out of these valuable assets, countries need to invest in healthcare services (World Bank, 2017). Access to healthcare and wellbeing is a human right. Inequalities in healthcare continue to exist despite the progress that has been made worldwide in recent years to improve healthcare access and wellbeing (UN, 2015). Increase in health expenses is recognized as a serious worldwide concern that increases poverty (World Bank, 2017). Frugal innovations have the potential to offer simple and economical solutions to global healthcare challenges. Despite the potential of frugal innovation in healthcare, this context has rarely been studied. The objective of this dissertation is therefore to provide an in-depth analysis of the concept of frugal innovations in healthcare. With this aim, the first study provides a systematic review of frugal innovation in healthcare. Data for this study was collected using Google scholar, EBSCO, Cochrane library, Scopus, and Web of Science. “Frugal innovation in healthcare” and “frugal innovation and healthcare” were the two keywords used to search the data from the year 2006 until 2016. To conduct the analysis for the study, we used the Prisma review methodological approach (Moher, Liberati, Tetzlaff, Altman, & The Prisma Group, 2009). In total, 14 research articles were included in the study; these were based on the inclusion criteria of language and availability of the articles. The literature was categorized into two clusters: relationship of frugal innovation with sustainability and the importance of frugal innovation for multinational organizations. The study provides an exciting opportunity to advance our knowledge of frugal innovations in healthcare. In study 2, the patterns of frugal innovations in healthcare were examined by closely analyzing the 50 selected cases of frugal innovations in healthcare. Of the 50 selected innovations, various characteristics such as the country of origin, first launch market, type of innovator, type of innovation, type of care, and geographic diffusion were investigated. The finding shows that most of the frugal innovations in healthcare originated in the US (i.e., in the industrialized world). India is the most frequent first launch market for such innovations. Academia is the strongest driver with respect to different types of innovators. Frugal innovations place greater focus on neonatology and general practice, and most of the innovations are product innovations. Moreover, the study examines the relationship among these variables to obtain deeper insight. Together with various limitations, further research areas for frugal innovation include an adequate business model and successful factors responsible for the diffusion of frugal innovation. The study 3 aims to identify the factors that affect the diffusion of frugal innovation in healthcare in developing economies. Two frugal healthcare innovations were selected, including one product innovation and one process innovation (Jaipur Foot and Narayana Hurdayalaya Heart Hospital). Interviews from experts in the field of cardiology and orthopedics were conducted in Pakistan from January 2018 to March 2018. The study was exploratory; therefore, thematic qualitative text analysis was used for the analysis (Kuckartz, 2014). The results show that only 11% of the participants knew the term frugal innovation belonging to the orthopedics medical specialty. Sixty-eight percent of participants were using frugal products or techniques in their hospital, for example, locally made implants, low-cost medications and techniques, government -recommended products, refurbished machines, and locally made stents. The driving force behind using these frugal products and techniques lies in three factors: innovation characteristics and user preferences, patient satisfaction, and social system. A lack of awareness, political reasons and other reasons were the barriers for not adopting the above-mentioned frugal products and techniques in their hospitals. Innovation attributes and recommendations from hospital owners and administration as well as the government were the most important drivers for adopting these innovations. In addition, participants identified hospital administration, seniors and consultants, and government as important stakeholders that are responsible for implementing these particular innovations in hospitals. The study has various limitations and provides additional areas for future research.:Table of Contents 1. Introduction 8 2. Literature Review 18 2.1. Disruptive Innovation 19 2.2. Cost Innovation 20 2.3. Jugaad Innovation 20 2.4. Gandhian Innovation 20 2.5. Reverse Innovation 21 2.6. Frugal Innovation 21 2.7. Rogers’s Theory of Diffusion of Innovation 23 2.8. Diffusion of Innovation in Healthcare 26 2.9. Diffusion of Innovation in Developing and Emerging Economies 29 3. Methodology 35 4. Systematic Review 42 4.1. Sustainability 42 4.2. Capabilities of Organization for Frugal Innovation 47 5. Patterns of Frugal Innovation in Healthcare 56 5.1. Entrepreneur’s Country Of Origin And First Launch Market 56 5.2. Type of Innovator and Type of Innovation 57 5.3. Medical Specialty and Who Healthcare Categories 60 5.4. Geographic Diffusion 61 5.5. Type Of Innovator, Entrepreneur’s Country Of Origin, And First Launch Market 62 5.6. Type of Innovator and Innovation Characteristics 63 5.7. Type Of Innovator, Characteristics Of Innovation, and Geographic Diffusion 64 6. Frugal Innovations in Healthcare: Factors Affecting the Diffusion in Developing Economies (Part 1: Interview results) 66 6.1. Familiarity and Motivational Factors For Using Frugal Innovations 67 6.2. Communication Channels 79 6.3. Barriers and Drivers for the diffusion of specific frugal innovation 83 6.4. Role in Decision-Making 95 7. Frugal Innovations in Healthcare: Factors Affecting the Diffusion in Developing Economies (Part 2: Discussion) 101 7.1. Familiarity and Motivational Factors For Using Frugal Innovations 102 7.2. Communication Channels 106 7.3. Barriers and Drivers for the diffusion of specific frugal innovation 107 7.3.1. Barriers for Non-Adoption 108 7.3.2. Drivers for Adoption of Innovation 109 7.4. Role in Decision-Making 110 8. Conclusion 112 9. References 123 10. Appendix 1 (Questionnaire) 140 11. Appendix 2 (Descriptive of Study 3) 142 12. Selbständigkeitserklärung 143 13. Acknowledgment 144 14. CV 145

Um die internationalen Klimaschutzziele zu erreichen, ist es notwendig, Strom verstärkt aus erneuerbaren Energien zu gewinnen. Gleichzeitig bedarf es flexibler Verbraucher zum Ausgleich der schwankenden Stromeinspeisung. Da nicht alle Anwendungen vollständig auf die direkte Nutzung von Strom umgestellt werden können, werden weitere Energieträger als Speichermedium benötigt. Wasserstoff, der über die flexibel steuerbare Elektrolyse aus Strom und Wasser gewonnen werden kann, ist ein vielfältig nutzbarer Energieträger, z.B. für die chemische Industrie oder für Brennstoffzellenfahrzeuge. Heute ist der Einsatz des Elektrolyseurs noch nicht wirtschaftlich, da die Wasserstoffgestehungskosten über denen konkurrierender Verfahren liegen. Bei geänderten Rahmenbedingungen und fortschreitender Entwicklung der Elektrolysetechnologie kann sich dies jedoch ändern, weshalb sich die Frage stellt: Kann ein Elektrolyseur im deutschen Energiesystem mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien zukünftig wirtschaftlich betrieben werden? Zur Beantwortung der Fragestellung wird zunächst auf Stromhandelsplätze und die aktuelle Marktsituation für flexible Technologien am Strommarkt eingegangen und Entwicklungen im Bereich der Wasserstoffproduktion und -nachfrage werden vorgestellt. Um zukünftige Strombörsenpreise für verschiedene Szenarien zu bestimmen, wird anschließend ein fundamentales Simulationsmodell erstellt. Zwei Handelsplätze, die für den Elektrolyseurbetrieb von Bedeutung sind, stehen im Fokus: der Spotmarkt für den kurzfristigen Stromhandel und der Regelleistungsmarkt für die Vermarktung flexibler Lasten. Für den Regelleistungsmarkt werden Preise anhand eines Opportunitätskostenansatzes bestimmt. Die simulierten Marktpreise werden als Eingangsdaten für ein Optimierungsmodell verwendet, das den Deckungsbeitrag für den Betrieb eines Elektrolyseurs unter Berücksichtigung technischer Restriktionen maximiert. Verschiedene Betriebskonzepte werden hierbei untersucht, die den direkten Absatz von Wasserstoff, dessen Rückverstromung oder auch die Regelleistungsvorhaltung berücksichtigen. Anhand der erzielten Erlöse und Kosten lassen sich die Konzepte bewerten und die Forschungsfrage beantworten. Anhand von drei aus der Literatur ausgewählten Szenarien werden Entwicklungspfade des Energiesystems sowie verschiedene Ausprägungen techno-ökonomischer Parameter des Elektrolyseurs bis zum Jahr 2050 festgelegt. Die Szenarien unterscheiden sich u.a. hinsichtlich des Ausbaus erneuerbarer Energien und der Energieträgerpreise. Es zeigt sich, dass ein wirtschaftlicher Betrieb, wenn überhaupt, erst langfristig, d.h. voraussichtlich nach dem Jahr 2030, möglich ist. Dafür muss die Investition in den Elektrolyseur deutlich sinken und der Wirkungsgrad steigen oder die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen müssen eine hohe Auslastung mit niedrigen Strombezugskosten ermöglichen. Als wirtschaftlich gilt der Elektrolyseurbetrieb, wenn Wasserstoff kostengünstiger hergestellt werden kann als mit konventionellen Verfahren. Dies gelingt v.a. dann, wenn zusätzlich Regelleistung vorgehalten wird. Die Rückverstromung von Wasserstoff ist in den meisten Fällen nicht rentabel. Soll die Elektrolyse früher Einsatz finden, da sie möglicherweise für das Erreichen der Klimaschutzziele unumgänglich wird, bedarf es hierfür gezielter Anreize.:1 Einleitung 1 1.1 Ausgangslage und Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung und Lösungsweg 5 2 Rahmenbedingungen im Stromsektor und in der Wasserstoffwirtschaft 9 2.1 Entwicklungen im Stromsektor 9 2.1.1 Flexibilitätsbedarf zur Integration erneuerbarer Energien 10 2.1.2 Ausgestaltung von Stromhandelsplätzen 16 2.1.3 Heutiges und zukünftiges Marktumfeld für Flexibilitätsoptionen 19 2.2 Entwicklungen im Bereich der Wasserstoffwirtschaft 24 2.2.1 Nutzung von Wasserstoff 25 2.2.2 Produktionsverfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff 33 2.2.3 Techno-ökonomischer Vergleich ausgewählter Produktionsverfahren 37 2.3 Einsatz eines Elektrolyseurs am Strommarkt 45 3 Modellierung von Spotmarktpreisen 49 3.1 Funktionsweise des Spotmarktes 49 3.2 Vergleich und Auswahl eines Modellierungsansatzes für Spotmarktpreise 51 3.2.1 Anforderungen an die Modellierung 51 3.2.2 Bestehende Modellierungsansätze für Spotmarktpreise 53 3.2.3 Auswahl des Modellierungsansatzes 57 3.2.4 Ansätze zur Modellierung von Preisspitzen und negativen Preisen 59 3.3 Entwicklung eines Modellierungsansatzes für Spotmarktpreise 63 3.3.1 Aufbau des Fundamentalmodells 63 3.3.2 Optimierung des Speichereinsatzes 69 3.3.3 Regime-Switching-Ansatz zur Modellierung von Preisspitzen und negativen Preisen 73 3.3.4 Zusammenfassung des Modellierungsansatzes 79 3.4 Modellvalidierung anhand historischer Daten 81 3.4.1 Eingangsdaten 81 3.4.2 Validierung der simulierten Spotmarktpreise 83 3.4.3 Validierung der simulierten Zusammensetzung der Stromerzeugung 87 3.4.4 Validierung der simulierten CO2-Emissionen 88 3.4.5 Schlussfolgerungen aus der Validierung 89 4 Modellierung von Sekundärregelleistungspreisen 91 4.1 Ausgestaltung des Regelleistungsmarktes 91 4.1.1 Regulatorischer Rahmen 92 4.1.2 Bedarf an Regelleistung 95 4.1.3 Anbieter von Regelleistung 96 4.1.4 Teilnahme eines Elektrolyseurs am Regelleistungsmarkt 97 4.2 Modellierungsansätze für Regelleistungspreise 99 4.2.1 Anforderungen an die Modellierung 100 4.2.2 Bestehende Modellierungsansätze 100 4.2.3 Auswahl eines Modellierungsansatzes 103 4.2.4 Berechnung der Opportunitätskosten für Erzeugungs- und Nachfrageeinheiten 104 4.2.5 Aufbau des Opportunitätskostenansatzes zur Ermittlung der Leistungspreise 109 4.3 Validierung des Opportunitätskostenansatzes anhand historischer Daten 110 4.4 Zusammenfassung des Modellierungsansatzes 114 5 Wirtschaftlichkeitsbewertung eines Elektrolyseurs im zukünftigen Stromsystem 117 5.1 Grundlegende Annahmen für die Wirtschaftlichkeitsberechnung 117 5.2 Energieszenarien für den Stromsektor 119 5.2.1 Energieszenarien ausgewählter Studien 120 5.2.2 Auswahl von Energieszenarien für die weitere Analyse 124 5.3 Entwicklung des Stromsektors in den gewählten Energieszenarien 129 5.3.1 Entwicklung am Spotmarkt 129 5.3.2 Entwicklung der Sekundärregelleistungspreise 134 5.4 Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbewertung 136 5.4.1 Wasserstoffgestehungskosten des Elektrolyseurs in den Szenarien 137 5.4.2 Zielwerte für techno-ökonomische Parameter des Elektrolyseurs 143 5.4.3 Bestimmung und Modellierung von Betriebskonzepten 148 5.4.4 Wirtschaftlichkeitsbewertung der Betriebskonzepte 152 5.4.5 Zusammenfassung der Wirtschaftlichkeitsbewertung 170 5.5 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseurbetriebs 172 6 Zusammenfassung, kritische Würdigung und Ausblick 175 6.1 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 175 6.2 Kritische Würdigung des verwendeten Ansatzes 182 6.3 Ausblick 184 / The international climate targets can only be achieved by generating more electricity using renewable energy sources. At the same time, flexible electricity consumers are needed to balance the fluctuating generation from renewables. As not all the electricity produced can be used directly, additional energy carriers are required as storage medium. Hydrogen that is produced by the flexible and controllable electrolysis of electricity and water is a versatile energy carrier, e.g. for the chemical industry or fuel cell electric vehicles. So far, this is not yet profitable, because the hydrogen production costs using electrolysis exceed those of competing methods. This could change under altered framework conditions and given the ongoing advances in electrolysis technology, which begs the question: Could hydrogen production using electrolysis be profitable in a future German energy system with high shares of renewable energies? To answer this question, electricity markets and the current market situation for flexible technologies are examined and developments in the field of hydrogen production and demand are presented. A fundamental simulation model is constructed to determine the future development of electricity market prices in different scenarios. The focus lies on two markets of relevance for operating electrolysers: the spot market for short-term electricity trading and the market for balancing power that allows the marketing of flexible loads. The prices on the market for balancing power are calculated using an approach based on opportunity costs. The simulated prices serve as input to an optimization model that maximizes the contribution margin of an electrolyser taking technical constraints into account. Different concepts are considered that include the direct sale of hydrogen, its reconversion into electricity as well as the provision of balancing power. The concepts are evaluated using the revenues and costs and the results used to answer the research question. Three scenarios selected from the literature depict different development pathways of the energy system as well as different values for the electrolyser’s techno-economic parameters up to the year 2050. The scenarios differ with regard to the deployment of renewable energy sources and the prices for energy carriers among other criteria. It becomes clear that profitable operation of electrolysers will, if at all, only be possible in the long term, probably from 2030 onwards. To achieve this, the electrolyser’s specific investment has to decrease and its efficiency has to increase or the framework conditions in the energy system must allow high full load hours of the electrolyser at low electricity costs. Operation is considered profitable if hydrogen can be produced via electrolysis at lower costs than conventional production methods. This is achieved in particular if the electrolyser is used to provide balancing power. Reconverting hydrogen into electricity is not profitable in most cases. However, electrolysis may become essential at an earlier point in time to meet climate targets. In this case, specific incentives are needed for its use.:1 Einleitung 1 1.1 Ausgangslage und Problemstellung 1 1.2 Zielsetzung und Lösungsweg 5 2 Rahmenbedingungen im Stromsektor und in der Wasserstoffwirtschaft 9 2.1 Entwicklungen im Stromsektor 9 2.1.1 Flexibilitätsbedarf zur Integration erneuerbarer Energien 10 2.1.2 Ausgestaltung von Stromhandelsplätzen 16 2.1.3 Heutiges und zukünftiges Marktumfeld für Flexibilitätsoptionen 19 2.2 Entwicklungen im Bereich der Wasserstoffwirtschaft 24 2.2.1 Nutzung von Wasserstoff 25 2.2.2 Produktionsverfahren zur Bereitstellung von Wasserstoff 33 2.2.3 Techno-ökonomischer Vergleich ausgewählter Produktionsverfahren 37 2.3 Einsatz eines Elektrolyseurs am Strommarkt 45 3 Modellierung von Spotmarktpreisen 49 3.1 Funktionsweise des Spotmarktes 49 3.2 Vergleich und Auswahl eines Modellierungsansatzes für Spotmarktpreise 51 3.2.1 Anforderungen an die Modellierung 51 3.2.2 Bestehende Modellierungsansätze für Spotmarktpreise 53 3.2.3 Auswahl des Modellierungsansatzes 57 3.2.4 Ansätze zur Modellierung von Preisspitzen und negativen Preisen 59 3.3 Entwicklung eines Modellierungsansatzes für Spotmarktpreise 63 3.3.1 Aufbau des Fundamentalmodells 63 3.3.2 Optimierung des Speichereinsatzes 69 3.3.3 Regime-Switching-Ansatz zur Modellierung von Preisspitzen und negativen Preisen 73 3.3.4 Zusammenfassung des Modellierungsansatzes 79 3.4 Modellvalidierung anhand historischer Daten 81 3.4.1 Eingangsdaten 81 3.4.2 Validierung der simulierten Spotmarktpreise 83 3.4.3 Validierung der simulierten Zusammensetzung der Stromerzeugung 87 3.4.4 Validierung der simulierten CO2-Emissionen 88 3.4.5 Schlussfolgerungen aus der Validierung 89 4 Modellierung von Sekundärregelleistungspreisen 91 4.1 Ausgestaltung des Regelleistungsmarktes 91 4.1.1 Regulatorischer Rahmen 92 4.1.2 Bedarf an Regelleistung 95 4.1.3 Anbieter von Regelleistung 96 4.1.4 Teilnahme eines Elektrolyseurs am Regelleistungsmarkt 97 4.2 Modellierungsansätze für Regelleistungspreise 99 4.2.1 Anforderungen an die Modellierung 100 4.2.2 Bestehende Modellierungsansätze 100 4.2.3 Auswahl eines Modellierungsansatzes 103 4.2.4 Berechnung der Opportunitätskosten für Erzeugungs- und Nachfrageeinheiten 104 4.2.5 Aufbau des Opportunitätskostenansatzes zur Ermittlung der Leistungspreise 109 4.3 Validierung des Opportunitätskostenansatzes anhand historischer Daten 110 4.4 Zusammenfassung des Modellierungsansatzes 114 5 Wirtschaftlichkeitsbewertung eines Elektrolyseurs im zukünftigen Stromsystem 117 5.1 Grundlegende Annahmen für die Wirtschaftlichkeitsberechnung 117 5.2 Energieszenarien für den Stromsektor 119 5.2.1 Energieszenarien ausgewählter Studien 120 5.2.2 Auswahl von Energieszenarien für die weitere Analyse 124 5.3 Entwicklung des Stromsektors in den gewählten Energieszenarien 129 5.3.1 Entwicklung am Spotmarkt 129 5.3.2 Entwicklung der Sekundärregelleistungspreise 134 5.4 Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbewertung 136 5.4.1 Wasserstoffgestehungskosten des Elektrolyseurs in den Szenarien 137 5.4.2 Zielwerte für techno-ökonomische Parameter des Elektrolyseurs 143 5.4.3 Bestimmung und Modellierung von Betriebskonzepten 148 5.4.4 Wirtschaftlichkeitsbewertung der Betriebskonzepte 152 5.4.5 Zusammenfassung der Wirtschaftlichkeitsbewertung 170 5.5 Einflussfaktoren auf die Wirtschaftlichkeit des Elektrolyseurbetriebs 172 6 Zusammenfassung, kritische Würdigung und Ausblick 175 6.1 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 175 6.2 Kritische Würdigung des verwendeten Ansatzes 182 6.3 Ausblick 184

Der vorliegende Forschungsbericht spiegelt den Ist-Stand im BMBF geförderten Verbundvorhaben VOM_Handel wieder. Die Untersuchung, die in Form von Fallstudien angelegt wurde, dient dabei als eine Informations- bzw. Datenbasis mit Hilfe derer einerseits aktuelle Veränderungsprozesse identifiziert sowie notwendige Veränderungsprozesse abgeleitet werden können. Zielgruppen waren dabei alle MitarbeiterInnen der unterschiedlichen Hierarchieebenen (Geschäftsführung, mittlere Führen, Dozenten und Verwaltung) in den beteiligten Bildungseinrichtungen des Handels. Ausgehend von 18 Leitfadeninterviews wurden Thesen und Hypothesen gebildet, die weiterführend durch eine Dokumentenanalyse sowie einen Online-Fragebogen bearbeitet wurden. Grundsätzlich soll im Projekt VOM_Handel die Organisationsentwicklung auf allen Hierarchieebenen von Bildungseinrichtungen im Rahmen der Digitalisierung mit besonderem Fokus auf der Veränderung von Lehr- und Lernprozessen adressiert werden.:Inhaltsverzeichnis 2 Abbildungsverzeichnis 3 Tabellenverzeichnis 4 1. Ausgangssituation und Aufgabenstellung 5 2. Methodisches Vorgehen 5 3. Entwicklung der Instrumente 6 3.1. Interviewleitfaden 6 3.2. Online-Fragebogen 8 4. Ergebnisdarstellung der Interviews 9 4.1. Vision, Leitbild und Strategie 9 4.2. Einstellung zur Digitalisierung 10 4.3. Infrastruktur 11 4.4. Lehren und Lernen mit Digitalen Medien 11 4.5. Medienkompetenz der Lehrenden 12 4.6. Medienkompetenz der Zielgruppe(n) 13 4.7. Bewertung der Gesamtsituation 14 5. Ergebnisdarstellung der Dokumentenanalyse 15 6. Ergebnisdarstellung der Online-Umfrage 18 6.1. Deskriptive Statistik 18 6.1.1. Beschreibung der Stichprobe 18 6.1.2. Digitalisierung und Infrastruktur 20 6.2. Inferenzstatistische Auswertung 35 6.2.1. Computerbezogene Einstellungen und Computerängstlichkeit 35 6.2.2. Gruppenvergleiche und Regression 42 6.2.3. Weitere Zusammenhänge von Variablen 45 7. Zusammenführung der Daten 47 8. Zusammenfassung und Ausblick 49 Literatur 51