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In this thesis current questions regarding the functionality of liberalized electricity markets are studied addressing different topics of interest in two main directions: market power and competition policy on electricity wholesale markets, and network investments and incentive regulation. The former is studied based on the case of the German electricity market with respect to ex-post market power analysis and ex-ante remedy development. First an optimization model is designed to obtain the competitive benchmark which can be compared to the observed market outcomes between 2004 and 2006. In a second step the horizontal breaking up of dominant firms (divestiture) is simulated applying equilibrium techniques (the classical Cournot approach and the Supply Function Equilibrium approach). The later issue of transmission capacity investment is addressed by highlighting the complexity of network investments in electricity markets and by analyzing a regulatory mechanism with a two part tariff approach. The technical characteristics of power flows are combined with economic criteria and tested for different network settings.

In den letzten Jahrzehnten sind Satellitennavigationssysteme zu einem unverzichtbaren Teil des modernen Lebens geworden. Viele innovative Anwendungen bieten ortsabhängige Dienste an, welche auf diesen Navigationssystemen aufbauen. Allerdings sind diese Dienste in Innenräumen nicht verfügbar. Daher werden seit einigen Jahren alternative Lokalisierungsmethoden für Innenräume aktiv erforscht und entwickelt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt darauf, die Genauigkeit von Lokalisationsmethoden in Innenräumen zu erhöhen, sowie auf der effektiven Integration der entsprechenden Verfahren in drahtlose Kommunikationssysteme. Es werden zwei Ansätze vorgeschlagen und untersucht, welche die Präzision von ToF-basierten Methoden erhöhen. Zum einen wird im „Modified Equivalent Time Sampling“ (METS) Verfahren eine überabgetastete Version der vom Radioempfänger gelieferten Wellenform erzeugt und zur ToF Bestimmung verwendet. Der zweite erforschte Ansatz hat zum Ziel, Fehler auf Grund von Taktfrequenz-Abweichungen zu kompensieren. Dieses ist für kooperative Lokalisationsmethoden (N-Way ranging) von Bedeutung. Das in der Arbeit entwickelte Verfahren führt zu einer erheblichen Reduzierung der Fehler in der Abstandsmessung und damit der Positionsbestimmung. Darüber hinaus wurde eine neue Methode untersucht, um Lokalisationsverfahren in Funksysteme für die ISM Bänder bei 2,4 GHz und 5 GHz zu integrieren. Die Methode wurde auf einer Software Defined Radio (SDR) Plattform implementiert und bewertet. Es konnte eine Genauigkeit bis zu einem Meter in der Positionsbestimmung demonstriert werden. Schließlich wurde ein Verfahren vorgeschlagen und untersucht, mit welchem Lokalisationsfähigkeit in bestehende Funksysteme integriert werden kann. Die betrachtete Methode wurde in einem 60 GHz Funksystem mit hoher Datenrate implementiert. Die Untersuchungen zeigten eine Positionsgenauigkeit von 1 cm bei einer gleichzeitig hohen Datenrate für die Übertragung von Nutzdaten. / In the last couple of decades the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) have become a very important part of our everyday life. A huge number of applications offer location based services and navigation functions which rely on these systems. Nevertheless, the offered localization services are not available indoors and their performance is significantly affected in urban areas. Therefore, in the recent years, a large number of wireless indoor localization systems are being actively investigated and developed. The main focus of this work is on improving precision and accuracy of indoor localization systems, as well as on the implementation and integration of localization functionality in wireless data transmission systems. Two approaches for improving the localization precision and accuracy of ToF based methods are proposed. The first approach, referred to as modified equivalent time sampling (METS) is used to reconstruct an oversampled versions of the waveforms acquired at the radio receiver and used for ToF based localization. The second proposed approach is used to compensate the ranging error due to clock frequency offset in cooperative localization schemes like N-Way ranging. This approach significantly reduces the ranging and, therefore, localization errors and has much better performance compared to the existing solutions. An approach for implementation of localization system in the 2.4/5 GHz ISM band is further proposed in this work. This approach is implemented and tested on a software defined radio platform. A ranging precision of better than one meter is demonstrated. Finally, an approach for integrating localization functionality into an arbitrary wireless data transmission system is proposed. This approach is implemented in a 60 GHz wireless system. A ranging precision of one centimeter is demonstrated.

Although the German framework of incentive-based energy regulation appears to be well-defined because it draws from international experience and eliminates several present drawbacks existing with revenue-cap regulation doubts of industry and politicians concerning the application of benchmarking techniques and more importantly, the future industry structure, remain. The regulation scheme is based on experience with energy sector reforms in the US due to it being a precursor in this regard, e.g. by introducing incentive-based regulation as early as 1994 and publishing the relevant data in a very detailed way. This thesis therefore brings together the two issues of certain efficiency measurement problems and the industry restructuring in Germany and the US in order to contribute to the current discussion of robust benchmarking and to provide political implications related to the industry’s structure. Therefore, the application of DEA and SFA constitutes the heart of the whole study. These techniques are applied on German electricity DSOs as well as on data for US electricity DSOs and US gas TSOs. The application to US data can then be used to derive information about business strategies and their success in a sector that is being restructured. The US experience will lead to relevant German policy implications with respect to the future structure of the energy industry in Germany. / Der deutsche Regulierungsansatz erscheint im Allgemeinen als ausgewogen, da er zum einen internationale Erfahrungen mit einbezieht und zum anderen bestehenden Schwächen der Erlös-Obergrenzenregulierung berücksichtigt. Dennoch bestehen Zweifel seitens Industrie- und Politvertretern bezüglich der Anwendung von Benchmarking-Techniken und noch bedeutsamer der zukünftigen Industriestruktur. Der regulatorische Rahmen basiert auf Erfahrungen aus der Regulierung der Energiewirtschaft aus den USA, da diese eine Vorreiterrolle in dieser Hinsicht innehaben, beispielsweise aufgrund der frühen Einführung der Anreizregulierung in 1994 und der sehr detaillierten Veröffentlichung der relevanten Daten. Diese Arbeit verknüpft daher diese zwei Aspekte zum einen der Existenz gewisser Problemfelder bei der Effizienzmessung als auch der Umstrukturierung der deutschen Industriestruktur in der Energiewirtschaft. Damit trägt sie zu der aktuellen Diskussion mit Bezug auf robustes Benchmarking bei und liefert zudem politische Implikationen bezüglich der Industriestruktur. Zu diesem Zweck steht die Anwendung der für die deutsche Regulierung der Energienetze relevanten Benchmarking-Techniken (Data Envelopment Analysis (DEA) und Stochastic Frontier Analysis (SFA)) im Zentrum der gesamten Studie. Die empirischen Analysen beziehen sich dabei auf deutsche Elektrizitätsverteilnetzbetreiber sowie auf Elektrizitätsverteilnetzbetreibern und Ferngasgesellschaften aus den USA. Die Analysen von US Daten können dann genutzt werden, um gehaltvolle Informationen über Unternehmensstrategien und deren Erfolg in einem restrukturierten Sektor zu gewinnen. Diese Erfahrungen münden dann in Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die deutsche Regulierung und Industriestruktur der deutschen Energienetzwirtschaft.

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Although the German framework of incentive-based energy regulation appears to be well-defined because it draws from international experience and eliminates several present drawbacks existing with revenue-cap regulation doubts of industry and politicians concerning the application of benchmarking techniques and more importantly, the future industry structure, remain. The regulation scheme is based on experience with energy sector reforms in the US due to it being a precursor in this regard, e.g. by introducing incentive-based regulation as early as 1994 and publishing the relevant data in a very detailed way. This thesis therefore brings together the two issues of certain efficiency measurement problems and the industry restructuring in Germany and the US in order to contribute to the current discussion of robust benchmarking and to provide political implications related to the industry’s structure. Therefore, the application of DEA and SFA constitutes the heart of the whole study. These techniques are applied on German electricity DSOs as well as on data for US electricity DSOs and US gas TSOs. The application to US data can then be used to derive information about business strategies and their success in a sector that is being restructured. The US experience will lead to relevant German policy implications with respect to the future structure of the energy industry in Germany. / Der deutsche Regulierungsansatz erscheint im Allgemeinen als ausgewogen, da er zum einen internationale Erfahrungen mit einbezieht und zum anderen bestehenden Schwächen der Erlös-Obergrenzenregulierung berücksichtigt. Dennoch bestehen Zweifel seitens Industrie- und Politvertretern bezüglich der Anwendung von Benchmarking-Techniken und noch bedeutsamer der zukünftigen Industriestruktur. Der regulatorische Rahmen basiert auf Erfahrungen aus der Regulierung der Energiewirtschaft aus den USA, da diese eine Vorreiterrolle in dieser Hinsicht innehaben, beispielsweise aufgrund der frühen Einführung der Anreizregulierung in 1994 und der sehr detaillierten Veröffentlichung der relevanten Daten. Diese Arbeit verknüpft daher diese zwei Aspekte zum einen der Existenz gewisser Problemfelder bei der Effizienzmessung als auch der Umstrukturierung der deutschen Industriestruktur in der Energiewirtschaft. Damit trägt sie zu der aktuellen Diskussion mit Bezug auf robustes Benchmarking bei und liefert zudem politische Implikationen bezüglich der Industriestruktur. Zu diesem Zweck steht die Anwendung der für die deutsche Regulierung der Energienetze relevanten Benchmarking-Techniken (Data Envelopment Analysis (DEA) und Stochastic Frontier Analysis (SFA)) im Zentrum der gesamten Studie. Die empirischen Analysen beziehen sich dabei auf deutsche Elektrizitätsverteilnetzbetreiber sowie auf Elektrizitätsverteilnetzbetreibern und Ferngasgesellschaften aus den USA. Die Analysen von US Daten können dann genutzt werden, um gehaltvolle Informationen über Unternehmensstrategien und deren Erfolg in einem restrukturierten Sektor zu gewinnen. Diese Erfahrungen münden dann in Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die deutsche Regulierung und Industriestruktur der deutschen Energienetzwirtschaft.

Diese Arbeit ist ein Beitrag zur Entwicklung einer Strategie für die eine CO2 sparende zu- künftige Landwirtschaft, in der nur geringe Emissionen von Treibhausgasen entstehen, die Stromerzeugung vor Ort aus natürlichen Ressourcen erfolgt, eine maximale Ausnutzung der Sonnenenergie genutzt wird, und der Konflikt zwischen der Nutzung der verfügbaren Ressourcen für Nahrungsmittel und Treibstoff Produktion vermieden wird. Alle Versuche in der Arbeit wurden in den Jahren 2005 -2009 auf der Öko-Farm (TOSOLY) der UTA (Fundación para la Producción Agropecuaria Tropical Sostenible Capitulo Kolumbien - UTA) unter der Leitung von Dr. TR Preston (Präsident ) und MSc Lylian Rodríguez (Director) durchgeführt. / This thesis is a contribution to the strategy that should underpin all future farming systems: namely the need to “de-carbonize” the system, by reducing emissions of greenhouse gases, generating electricity locally from natural resources, making maximum use of solar energy and ensuring there is no conflict between use of available resources for both food and fuel production. All the experiments described in the thesis were carried out in the period 2005 -2009 at the ecological farm (TOSOLY) of the UTA Foundation (Fundación para la Producción Agropecuaria Tropical Sostenible Capitulo Colombia – UTA) of which the principals are Dr T R Preston (President) and MSc Lylian Rodríguez (Director).

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