Lucas Roth

Arbeitstitel: Der Einfluss von Konsumentenbeteiligung an erneuerbaren Energien auf nicht-kommerzielle Laststeuerung von elektrischem Strom

Hochschule: Europa-Universität Viadrina

Die Energiewende birgt enorme technische, wirtschaftliche und soziale Probleme. Viele dieser Herausforderungen werden durch den volatilen Charakter der in Deutschland meistgenutzten, regenerativen Formen der Energieproduktion, Wind- und Solarenergie, verursacht. Aus technischer bzw. infrastruktureller Sicht sind die überwiegend zentralisierten Stromnetze nicht in der Lage, wechselnde Belastungen, d.h. rasche Produktionsrückgänge oder -steigerungen, z.B. bei unerwarteten witterungsbedingten Lastspitzen durch Windkraft- oder Solaranlagen, zu bewältigen. Aus wirtschaftlicher Sicht verursachen die kumulierten Produktionsmengen volatiler Energiequellen marktbezogene Herausforderungen. Schwankt der Anteil der verfügbaren Energie an den heimischen oder internationalen Strommärkten unerwartet, hat dies tiefgreifende Folgen für die Funktionalität des Marktes. In Kombination sorgen beide Effekte direkt und indirekt für einen beträchtlichen Anstieg der gesamtgesellschaftlichen Kosten der Stromproduktion und -verteilung, was wiederum eine Reihe von sozialen Fragen aufwirft. Eine Möglichkeit Infrastrukturkosten und ineffiziente Marktmechanismen abzufedern, ist die sogenannte Lastensteuerung oder auch Demand Side Management. Demand Side Management umfasst alle Maßnahmen, die an der Stelle ergriffen werden, wo die Energie verbraucht wird, um das Stromnetz als Ganzes zu stabilisieren. Demand Side Management setzen sich üblicherweise aus Energieeffizienzmaßnahmen und der Flexibilisierung des Stromverbrauchs zusammen. Im nicht-kommerziellen Kontext ist für beides eine Kombination aus Konsumentenbereitschaft und technischem Equipment notwendig. Bislang ist unklar, welche Faktoren es vermögen, beide Faktoren zu vereinen.
Die vorliegende Arbeit setzt genau dort an und untersucht inwieweit die Beteiligung an erneuerbaren Energien ein sozio-ökonomischer Faktor sein könnte, der die Bereitschaft von Konsumenten beeinflusst, im privaten Kontext Demand Side Management zu betreiben. Die zentrale Frage ist dabei, inwieweit die Neigung zu Demand Side Management sich entlang verschiedener Technologien zur Produktion erneuerbarer Energien, z.B. Wind- und Solarenergie, unterscheidet und ob verschiedene Nutzungsmöglichkeiten der selbstproduzierten Energie eine Rolle spielen. Somit leistet die vorliegende Arbeit einen wichtigen Beitrag das Energieverbrauchsverhalten von Konsumenten im Hinblick auf Demand Side Management besser zu verstehen und ordnet in diesem Zusammenhang das Konzept der Konsumentenbeteiligung an erneuerbaren Energien ein.

Konstantin Redeker

Mikroschadstoffvermeidung durch kosteneffiziente Maßnahmenkombination – Das Postulat der kosteneffizienten Maßnahmenkombination aus § 82 Abs. 2 Hs. 2 WHG am Beispiel der Vermeidung von Spurenstoffen in Gewässern

Rheinische-Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Ist unsere Umweltpolitik effizient? Wird über knappe Ressourcen effizient verfügt? Werden die eingesetzten Finanzmittel effizient verwendet?
Seit Jahren sind Effizienzfragen Teil der umweltpolitischen Diskussion. Eine Effizienzbetrachtung der Umweltpolitik ist dabei in vielerlei Hinsicht möglich, z. B. im Hinblick auf die Effizienz der eingesetzten Finanzmittel, die effiziente Nutzung natürlicher Umweltressourcen oder die Effizienz der Maßnahmen, mit denen ein Umweltziel erreicht werden soll.
Mein Forschungsvorhaben hat sich eine vermeintlich ganz spezielle Effizienzvorgabe herausgepickt. Im europäischen Wasserrecht besteht die verbindliche Vorgabe, einen „guten Zustand“ des Oberflächen-, Küsten und Grundwassers zu erreichen. Dieser nach ökologischen, physikalisch-chemischen und mengenmäßigen Parametern ausdifferenzierte Zielstatus soll im Wege der Planung erreicht werden. So sollen die Defizite der Wasserkörper systematisch ermittelt und dann die zur Zielerreichung notwendigen Maßnahmen geplant und kohärent aufeinander abgestimmt werden. Ausdrückliche Vorgabe ist es hierbei, die Maßnahmen kosteneffizient zu kombinieren (§ 82 Abs. 2 S. 1 Hs. 2 WHG in Umsetzung des Art. 11 Abs. 1 S. 1 i. V. m. Art. 5 und Anhang III lit. b) WRRL). Diese Vorgabe stammt aus der europäischen Wasserrahmenrichtlinie, die zum einen eine verstärkte Ökologisierung des Wasserrechts zum Gegenstand hat, für dieses Ziel aber an einigen Stellen ökonomische Instrumente und Vorgaben normiert.
Die europäischen Vorgaben übernehmen mit der Kosteneffizienz einen ökonomischen Begriff in das Recht und machen ihn zur Vorgabe an Auswahl, Ausgestaltung und Kombination von Maßnahmen. Weitere Vorgaben an Methodik oder Begriffsverständnis fehlen sowohl im europäischen Richtlinientext als auch in der deutschen Umsetzung. Mehr als 20 Jahre seit der Verabschiedung der Kosteneffizienzvorgabe steht die Forschung zur Kosteneffizienzvorgabe daher noch am Anfang. Uneinigkeit herrscht schon darüber, ob wirklich eine ökonomische Kosteneffizienzanalyse durchzuführen ist, die für die europaweite Flussgebietsverwaltung einen enormen Aufwand bedeuten würde, oder ob diese Vorgabe eher die Abwägung zwischen verschiedenen möglichen Maßnahmen zur Erreichung des guten Zustands der europäischen Gewässer in ökonomischer Hinsicht steuert.
Es stellen sich daher zahlreiche Einzelfragen zu dieser Vorgabe selbst sowie überhaupt zur Einfügung dieser Vorgabe in das System des europäischen Wasserrechts. Das Dissertationsvorhaben soll aufzeigen, dass es sich bei dieser materiellen Vorgabe an den Inhalt der Maßnahmenprogramme zwar um eine sehr spezifische Vorgabe handelt, diese aber weichenstellende Auswirkungen auf die Gestaltung der Maßnahmen zur Erreichung der guten Zustände der europäischen Gewässer hat.

Jose Maria Ortega Balladares

Auswirkungen der Bewirtschaftung auf das Risiko von Waldbränden und die Beeinträchtigung von Ökosystemleistungen durch das Eindringen des virginischen Wacholders in den privaten Sektor der Cross Timbers-Region: Ein Modellierungs- und Simulationsansatz

Forstwissenschaften und Waldökologie

Georg-August-Universität Göttingen

Umweltkatastrophen stellen weltweit ein wachsendes Problem dar. In den letzten Jahren haben insbesondere Wälder durch Brände katastrophale Schäden erlitten. In einigen Regionen nahm die verbrannte Fläche, die Häufigkeit und die Intensität der Brände zu wie nie zuvor. Ein wesentlicher Unterschied zur Eskalation der letzten Jahre ist die Ausbreitung dieses Phänomens auf Gebiete, die traditionell nicht für Waldbrände anfällig waren. So zählt beispielsweise in den Vereinigten Staaten die Cross Timbers-Region nun mal zu diesen Gebieten.
Die Cross Timbers-Region erstreckt sich vom südöstlichen Kansas über Zentral-Oklahoma bis nach Zentral-Texas und enthält wahrscheinlich einige der am wenigsten gestörten Primärwälder der Vereinigten Staaten. In den Cross Timbers-Wäldern kommt es allerdings heutzutage zu drastischen Veränderungen der Vegetation durch die Ausbreitung und Etablierung des virginischen Wacholders (Juniperus virginiana), was zu der Zunahme von brennbarem Material beiträgt und regelmäßigen Waldbränden führt. Dies beeinträchtigt zudem die Ökosystemleistungen und gefährdet in hohem Maße die Wirtschaftlichkeit der Cross Timbers-Industrie, denn die Cross Timbers-Wäldern stehen überwiegend im Privatbesitz.
Der Schwerpunkt meines Forschungsvorhabens ist daher die Frage, inwiefern die ursprüngliche Vegetationsstruktur in den Privatwäldern der Cross Timbers-Region durch die Einführung verschiedener Maßnahmen wiederhergestellt werden kann und bestehen bleibt, um das Risiko von unkontrollierten Waldbränden möglichst gering zu halten. Aufgrund des dringenden Handlungsbedarfs in den Cross Timbers-Wäldern ist es zwingend erforderlich, Modellierungs- und Simulationsansätze zu nutzen. Deshalb werden wir zunächst die Dynamik der Vegetationsstrukturen ohne Berücksichtigung von weiteren Störfaktoren modellieren, insbesondere der Einfluss des virginischen Wacholders auf das Ökosystem. Anschließend werden wir in dieses Vegetationsmodell relevante Störprozesse integrieren, die Veränderungen in der Vegetation verursachen. An dieser Stelle werden wir einen besonderen Fokus auf die Modellierung von Waldbränden legen, um Brandgefahren zu erkennen und einzuschätzen. Schließlich werden wir anhand von Simulationen in unserem Vegetationsmodell die Folgen unterschiedlicher Szenarien auswerten, um die effektivsten Maßnahmen zur Wiederherstellung der ursprünglichen Vegetationsstruktur der Cross Timbers-Region zu ermitteln.
Darüber hinaus wird meine Forschung eine Basis zur Entwicklung von individuellen Lösungen für die Cross Timbers-Region schaffen, die sowohl die Wirtschaftlichkeit als auch die Umweltauswirkungen optimieren, damit Landwirt/-innen unabhängig von der wirtschaftlichen Nutzung ihrer Grundstücke auch einen positiven Beitrag zum Umweltschutz leisten.

Lena Rosin

Scalability of robust energy system optimization results for residential buildings

Ruhr-Universität Bochum

Um erneuerbare Energien für die Strom- und Wärmeversorgung stärker zu etablieren, ist eine möglichst optimale Auslegung jeder Anlage essenziell. Die Energiesystemoptimierung ist die wissenschaftlich etablierte Methode für diese Aufgabe. Allerdings sind die Rechenzeiten für eine solche Optimierung sehr hoch. Deshalb ist es unrealistisch jedes Energiesystem einzeln zu optimieren. Bisherige Tools erfolgen nach dem Baukastenprinzip, wobei standardisierte Merkmale zusammengestellt und anhand von vorabgetätigten Rechnungen ausgewertet werden, so dass in der Planung eines neuen Energiesystems eine nahoptimale Anlagenauslegung und Kostenschätzung gefunden werden kann.
Bei diesen Tools hat der Anwender die Auswahl zwischen vor ausgewählten Gebäudegrößen. Da aufgrund der Rechenzeit die Optimierungen im Vorhinein gerechnet werden müssen, ist eine genaue Auflösung der Gebäudegrößen auf dieser Ebene nicht realisierbar. Somit stellt sich die Frage, ob die erzeugten Ergebnisse trotz des Größen Unterschiedes noch valide sind und ob die Ergebnisse im Nachhinein durch eine Skalierungsfunktion an die real vorliegende Größe anpasst werden können. Eine Skalierbarkeit würde den Transfer der Optimierungsergebnisse ermöglichen und somit eine erhebliche Anzahl an Rechnungen und Rechenzeit einsparen können.
Ziel der Dissertation ist es eine Skalierungsfunktion in Abhängigkeit vom Energiebedarf zu entwickeln. Der Energiebedarf spiegelt dabei die Größe eines Gebäudes in der Modellierung wider. Um ein gegen unsichere Werte, wie z.B. Wetter und Energiebedarf, stabiles Optimierungsproblem zu erhalten, werden die Energiesysteme robust optimiert. Weiter werden die Untersuchungen auf Skalierbarkeit am Beispiel von Wohngebäuden durchgeführt.

Swen Wähner

Die Bedeutung von Planungsstrukturen für eine klimaschutzorientierte Regulierung im Energie- und Verkehrssektor

Bucerius Law School, Hamburg

Der menschengemachte Klimawandel stellt die drängendste Herausforderung unserer Zeit dar. Insbesondere der Energie- und der Verkehrssektor sind wegen der dort emittierten Mengen an CO2 zentral für die Reduktionspfade, zu deren Erreichung sich die Bundesrepublik Deutschland völkerrechtlich verpflichtet hat. Der Weg zu einer CO2-freien Energieversorgung und zu einem emissionsfreien Verkehr erfordert jeweils weitreichende Veränderungen der sektorspezifischen (Netz-)Infrastruktur. Diese Transformation versucht der Gesetzgeber bisher vor allem mithilfe des wettbewerbsbezogenen Regulierungsrechts zu steuern. Klimaschutz stellt insofern ein besonderes Gemeinwohlziel dar, welches in den allgemeinen Regulierungsrahmen integriert werden muss. Zunehmend wird jedoch gefordert, dass das Gelingen der Energie- und der Verkehrswende nicht alleine den Marktkräften überlassen werden sollte. Erforderlich sei vielmehr eine stärkere staatliche Steuerung mithilfe planungsrechtlicher bzw. planungsähnlicher Instrumente. In der rechtswissenschaftlichen Diskussion werden Regulierung und Planung klassischerweise als Gegensätze verstanden. Es stellt sich dabei auch die Frage nach der Ausgestaltung der Wirtschaftsordnung, nach dem „richtigen“ Maß zwischen Markt- und Planwirtschaft.
Diese Sichtweise von Regulierung und Planung als zwei Gegensätze soll kritisch hinterfragt werden. Es wird zu zeigen sein, dass der Gesetzgeber bereits heute planerische Instrumente nutzt, um die klimaschutzorientierte Transformation der Energie- und Verkehrsinfrastruktur voranzutreiben. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, inwieweit eine Verzahnung planerischer und regulatorischer Elemente hin zu einer integrierten Infrastrukturentwicklungsplanung möglich oder sogar geboten ist, um die Energie- und Verkehrswende zum Erfolg zu führen.

Malte J.M. Gurgel

Entwicklung eines integrierten Erfassungs- und Auswertungsansatzes für die Erkundung untertägiger Hohlräume mithilfe photogrammetrischer Verfahren

Universität Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Bisher war die Nutzung des Untergrundes in Deutschland durch den Bergbau auf unterschiedliche Rohstoffe wie Braun- und Steinkohle, Erdgas oder Erdöl gekennzeichnet. Doch es sind unterschiedlichste neue Anwendungen denkbar. Neben der Tiefengeothermie, die durch die Energiewende wieder in den öffentlichen Fokus rückt, könnten Hohlräume für die stoffliche und energetische Speicherung genutzt werden. So wird u.a. die Errichtung untertägiger Pumpspeicherkraftwerke für den Ausgleich von Lastspitzen im Stromnetz fachlich diskutiert. Andererseits steht Deutschland vor der Herausforderung, die Endlagerung radioaktiver Abfälle langfristig sicher zu lösen.
Diese Anwendungen konkurrieren miteinander, da auch der untertägige Raum unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten begrenzt ist. Unabhängig von der konkreten Maßnahme ist hierfür eine genaue Kenntnis der jeweils betroffenen Hohlräume unabdingbar. Vor diesem Hintergrund möchte ich einen integrierten Erfassungs- und Auswertungsansatz für dreidimensionale Hohlraumstrukturen entwickeln. Dieser soll auf Methoden aus dem Bereich der Photogrammetrie aufbauen. Dabei werden aufgenommene Messbilder zur Rekonstruktion der Lage, Form und Ausdehnung von Objekten im Raum genutzt. Mithilfe einer Algorithmus-gestützten Auswertung entstehen auf diese Weise dreidimensionale Modelle.
Das Ziel ist eine technisch korrekte, aber zugleich anschauliche und aufschlussreiche Visualisierung untertägiger Hohlraumstrukturen. Ansätze aus dem Maschinellen Sehen sowie der erweiterten und virtuellen Realität sollen hierbei einbezogen werden. Mich reizt an diesem Dissertationsthema die stark ausgeprägte Interdisziplinarität. Während meines Studiums habe ich mich mit der Nachnutzung von ehemaligen Bergwerksstandorten sowie mit der photogrammetrischen Erfassung von Hohlräumen beschäftigt. Nun kann ich diese Erfahrungen nutzen, um Lösungsansätze für Zwecke der untertägigen Raumplanung zu entwickeln.
Bei der Bewältigung von Zukunftsaufgaben wie der Energiewende und der Endlagerung radioaktiver Abfälle kann die Nutzung des Untergrundes eine wichtige Rolle spielen. Für ihre Gestaltung sind technische Lösungen notwendig, die auch gesellschaftliche Aspekte berücksichtigen. Beispielsweise ist die Auswahl eines Endlagerstandortes immer wieder Gegenstand sehr ausgeprägter öffentlicher Diskussionen. Diese werden sicherlich weiter zunehmen, sobald eine engere Eingrenzung auf mögliche Standorte durch den Bundestag im Rahmen des Standortauswahlverfahrens stattfindet.
Für derartige Anwendungsfälle ist es dann von großer Bedeutung, Visualisierungen des Untergrundes bereitzustellen. Sie dienen damit nicht nur der betrieblichen Planung, sondern könnten auch den politischen Entscheidungsfindungsprozess signifikant unterstützen.