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Der Freistaat Sachsen verfügt über große Potenziale hinsichtlich der Elektrizitätserzeugung aus Windkraft, Photovoltaik, sowie Biogas aus landwirtschaftlicher Biomasse. Im Rahmen dieser großteilig auf geographischen Informationssystemen (GIS) basierenden Analyse wird für die Ermittlung des wirtschaftlichen Potenzials bei Windenergie und Photovoltaik jeweils die EEG-Vergütung nach dem EEG 2012 bei Inbetriebnahme der Anlagen im Jahr 2013 herangezogen. Bei voller Ausschöpfung aller Flächen beträgt das Potenzial etwa 43% des Bruttostrombedarfes in Sachsen. Neben dem Potenzial zur Stromerzeugung entspricht das technische Potenzial an Biogas von Überschussflächen nach Abzug des Bedarfes an Biomasse zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion ca. 20,5% des Erdgasverbrauches im Freistaat. Bei selben Annahmen können in einem alternativen Nutzungspfad ca. 4,5 TWh an Biokraftstoffen hergestellt werden. Im Einzelnen können durch die Nutzung von Windenergie zwischen 4,3 und 9,9 TWh ohne Berücksichtigung von Waldflächen an Elektrizität pro Jahr bereitgestellt werden. Wird eine Turbine einer höheren Leistungsklasse unterstellt, wie dies für die nächsten Jahre projiziert wird, liegt das wirtschaftliche Potenzial sogar bei 22,6 TWh. Das wirtschaftliche Potenzial zur Stromerzeugung durch Photovoltaik auf Dachflächen liegt bei 3,5 TWh. Im Gegensatz zum wirtschaftlichen Potenzial bei der Windenergie und der Photovoltaik, handelt es sich bei der Biomasse um das technische Potenzial.

This dissertation applies a variety of quantitative methods to European electricity market data to enable us to detect, understand, and eventually mitigate market imperfections. The empirical data indicate that market power and barriers to cross-border trade partially explain today’s market failures. Briefly, the five key findings of this dissertation are: First, we observe a decoupling between German electricity prices and fuel cost, even though British electricity prices are largely explained by short-run cost factors. Second, we demonstrate that rising prices of European Union emission allowances (EUA) have a greater impact on German wholesale electricity prices than falling EUA prices. Third, we reject the assumption of full integration of European wholesale electricity markets in 2002-2006; for several pairs of countries, the weaker hypothesis of (bilateral) convergence is accepted (i.e. efforts to develop a single European market for electricity have been only partially successful). Fourth, we observe that daily auction prices of scarce cross-border transmission capacities are insufficient to explain the persistence of international price differentials. Empirically, our findings confirm the insufficiency of explicit capacity auctions as stated in the theoretical literature. Fifth, we identify inefficiencies in the market behavior for the interconnector linking France and the United Kingdom (UK), for which several explanations, including market power, may be plausible.

Der Freistaat Sachsen verfügt über große Potenziale hinsichtlich der Elektrizitätserzeugung aus Windkraft, Photovoltaik, sowie Biogas aus landwirtschaftlicher Biomasse. Im Rahmen dieser großteilig auf geographischen Informationssystemen (GIS) basierenden Analyse wird für die Ermittlung des wirtschaftlichen Potenzials bei Windenergie und Photovoltaik jeweils die EEG-Vergütung nach dem EEG 2012 bei Inbetriebnahme der Anlagen im Jahr 2013 herangezogen. Bei voller Ausschöpfung aller Flächen beträgt das Potenzial etwa 43% des Bruttostrombedarfes in Sachsen. Neben dem Potenzial zur Stromerzeugung entspricht das technische Potenzial an Biogas von Überschussflächen nach Abzug des Bedarfes an Biomasse zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion ca. 20,5% des Erdgasverbrauches im Freistaat. Bei selben Annahmen können in einem alternativen Nutzungspfad ca. 4,5 TWh an Biokraftstoffen hergestellt werden. Im Einzelnen können durch die Nutzung von Windenergie zwischen 4,3 und 9,9 TWh ohne Berücksichtigung von Waldflächen an Elektrizität pro Jahr bereitgestellt werden. Wird eine Turbine einer höheren Leistungsklasse unterstellt, wie dies für die nächsten Jahre projiziert wird, liegt das wirtschaftliche Potenzial sogar bei 22,6 TWh. Das wirtschaftliche Potenzial zur Stromerzeugung durch Photovoltaik auf Dachflächen liegt bei 3,5 TWh. Im Gegensatz zum wirtschaftlichen Potenzial bei der Windenergie und der Photovoltaik, handelt es sich bei der Biomasse um das technische Potenzial.

Diese Dokumentation beschreibt Daten zum deutschen Strom- Wärme- und Gassektor und ermöglicht eine modellgestützte Abbildung dieser Energiesysteme. Die Aufbereitung der Daten erfolgte im Rahmen des vom BMWi geförderten Forschungsprojekts LKD-EU (Langfristige Planung und kurzfristige Optimierung des Elektrizitätssystems in Deutschland im europäischen Kontext, FKZ 03ET4028C). In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Institut für Wirtschaftsforschung (DIW), der Arbeitsgruppe Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) der Technischen Universität Berlin (TUB), dem Lehrstuhl für Energiewirtschaft (EE2), der Technischen Universität Dresden (TUD) und dem House of Energy Markets & Finance der Universität Duisburg-Essen (UDE). Ziel des Dokumentes ist es, Referenzdaten zur Verfügung zu stellen, die den aktuellen Zustand des deutschen Energiesystems repräsentieren. Das Bezugsjahr ist 2015. Diese Dokumentation trägt dazu bei, die Transparenz in der Verfügbarkeit von Daten zum deutschen Energiesystem zu erhöhen. / This data documentation describes a data set of the German electricity, heat, and natural gas sectors compiled within the research project ‘LKD-EU’ (Long-term planning and short-term optimization of the German electricity system within the European framework: Further development of methods and models to analyze the electricity system including the heat and gas sector). The project is a joined effort by the German Institute for Economic Research (DIW Berlin), the Workgroup for Infrastructure Policy (WIP) at Technische Universität Berlin (TUB), the Chair of Energy Economics (EE2) at Technische Universität Dresden (TUD), and the House of Energy Markets & Finance at University of Duisburg-Essen. The project was funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy through the grant ‘LKD-EU’, FKZ 03ET4028A. The objective of this paper is to document a reference data set representing the status quo of the German energy sector. We also update and extend parts of the previous DIW Data Documentation 75 (Egerer et al. 2014). While the focus is on the electricity sector, the heat and natural gas sectors are covered as well. With this reference data set, we aim to increase the transparency of energy infrastructure data in Germany. On the one hand, this documentation presents sources of original data and information used for the data set. On the other hand, it elaborates on the methodologies which have been applied to derive the data from respective sources in order to make it useful for modeling purposes and to promote a discussion about the underlying assumptions. Furthermore, we briefly discuss the underlying regulations with regard to data transparency in the energy sector. Where not otherwise stated, the data included in this report is given with reference to the year 2015 for Germany.

Das Ziel der Masterarbeit ist es zu klären, ob private Haushalte variable Strompreise akzeptieren und die Stärke der charakteristischen Merkmale zu ermitteln. Der dazu benötigte Datensatz wurde mit Hilfe einer Stated Choice Befragung im Internet ermittelt. Dafür wurden drei Gerätekategorien und ein Dreitarifmodell formuliert. Für die Auswertung wurde ein additiv verknüpftes Teilwert-Nutzenmodell und ein binäres Logit-Choice-Modell verwendet. Signifikante Variablen wurden über das Top-down-Verfahren bestimmt. Das Modell und die Schätzer der Preise wurden im Anschluss durch Hypothesentest getestet. Als signifikante Schätzer, mit stark negativen Werten, stellten sich in allen Kategorien die Preise heraus. Die Hypothesentests ergaben, dass es sinnvoll ist, die Schätzer der Preise für die ersten beiden Gerätetypen zusammenzufassen. Es stellte sich eine unterproportionale Preiselastizität der Nachfrage heraus und eine hohe Akzeptanz ein Teil der Geräte in den Nachtstunden zu nutzen. Insgesamt sprachen sich mehr Teilnehmer für ein Smart-Meter-Gateway aus als dagegen. / The aim of the master thesis is to clarify whether private households accept variable electricity prices and determine the strength of the characteristic attributes. The data set was determined with a Stated Choice survey on the Internet. For this purpose, three device categories and a three-tariff model were formulated. An additive-linked partial-value model and a binary logit choice model were used for the evaluation. Significant variables were determined by using the top-down method. Afterwards the model and the estimators of the prices were tested with statistical hypothesis testings. The price emerged as a significant estimator, with strongly negative values in all categories. The hypothesis tests showed that it is useful to conclude the estimators of the prices for the first two device types. The results showed an inelastic price elasticity of demand and a high acceptance of the subjects to use a part of the devices in the night hours. Overall, more participants decide to use a smart meter gateway than to refuse it.

Europe requires significant transmission grid expansions to foster the integration of electricity markets, enhance security of supply and integrate renewable energies. However, next to lengthy authorization processes, transmission system operators (TSOs) in Europe are currently facing extreme public opposition in their transmission line projects leading to significant project delays. These delays imply significant additional costs for TSOs as well as society as a whole and put the transformation of the European energy system at risk. Existing scientific literature currently lacks comprehensive studies that have tried to identify generalizable success factors to overcome public opposition in transmission line projects. The goal of work at hand was to close this research gap. Potential success factors were collected through extensive literature review and interviews throughout Europe with respective stakeholders such as citizen action groups, NGOs or energy experts. Experiences from analogue large infrastructure projects like wind parks, carbon capture and storage facilities, hydro dams, nuclear waste repositories, etc. were also used to form hypotheses. The findings were transformed into a structural equation model and tested through a questionnaire answered by almost all European TSOs. Results revealed that people’s trust in the TSO is of utmost importance for less public opposition. It can be regarded as the critical success factor per se. TSOs can create trust through stakeholder participation, sufficient communication, proper organizational readiness and liaison with stakeholders. Furthermore, appropriate technical planning can help to reduce public opposition in transmission line projects. In total 18 concrete and actionable success factors were identified for TSO management to facilitate the establishment of these aforementioned aspects. They will help European TSOs to reduce public opposition and thus accelerate the implementation of new transmission lines. Interestingly, economic benefits for people did not turn out to be a Significant success factor in reducing their opposition against new transmission lines.

Die Dissertationsschrift führt im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen im Zusammenhang mit der Energiewende einen Perspektivwechsel hin zur gesellschaftlichen Berücksichtigung herbei. Bisherige Szenariostudien richteten ihren Fokus auf die technische Machbarkeit sowie einzelne Kosten- und Umweltaspekte, wie in der Voranalyse gezeigt wird. Die Gesellschaft spielt in diesem Fall eine sekundäre Rolle. Statt einer Berücksichtigung im vorab geschalteten Entscheidungsprozess werden so häufig erst im Anschluss Zeit und Aufwand in die nachgelagerte Überzeugung der Bevölkerung investiert. Der in der Arbeit verfolgte Ansatz setzt konsequent darauf, gesellschaftliche Präferenzen und Barrieren vorab in die Entscheidungsfindung einzubeziehen, damit Entscheidungen selbst nachhaltig Bestand haben. Dazu werden repräsentative Telefonbefragungen genutzt, mit denen einerseits die Präferenzen der Bevölkerung, andererseits die Grenzen der Akzeptanz in Form der Zahlungsbereitschaft ermittelt werden. Erst im Anschluss daran werden Szenariorechnungen durchgeführt, um energiepolitische Handlungsoptionen auch quantitativ bewerten zu können. Bei der anschließenden Gegenüberstellung von gesellschaftlichen Barrieren und Modellergebnissen werden jedoch auch die Grenzen dieses Ansatzes vor Augen geführt: So kann eine aus Bevölkerungsperspektive erwünschte Handlungsoption (hier der Braunkohleausstieg) auch an politischen und rechtlichen Schranken scheitern.

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.