Quantifizierung von Effekten der globalen Energietransformation : modellbasierte Analysen von kommenden Herausforderungen und Möglichkeiten

This dissertation uses the Global Energy System Model (GENeSYS-MOD) to analyze various effects of the global low-carbon transition. The focus of the work is mainly on developments in the energy system, but also branches out to analyze and discuss socio-economic issues that are connected to this technical transformation (in the form of employment effects and social cost analyses). The dissertation tries to answer region-specific questions for Europe, India, China, and Germany, while also bridging back to a global perspective, and giving an excursus into the lessons learned from modeling 100% renewable energy scenarios. Part I of the dissertation presents various regional analyses, focusing on the energy transition and its related effects. For Europe, the issue of asset stranding is examined by introducing non-perfect foresight into the energy system model computation. The analysis of the Indian energy system focuses on the difficult task of combining rapid demand growth with emission reduction targets, and taking a closer look at the employment effects of the transformation of the local energy system. A case study on China implements new model features, trying to improve the result details, and specifically targets the developments in the Chinese industrial and coal sectors in the context of the Paris Climate Agreement. The first part is concluded by an explorative sensitivity analysis for the German Energiewende, aimed at identifying the key chances and barriers that it could face. Part II then focuses on the current state and future possibilities for energy system models by giving a discussion about the use of discounting in cost-optimizing energy system models, specifically focusing on social discounting (to ensure intergenerational equality) and social costs of carbon (to include all negative external effects of greenhouse-gas emissions). The chapter provides a point of discussion by highlighting the immense effect on model results and by pointing out the lack of literature and awareness on the topic. The final chapter of Part II then concludes my dissertation by giving insights into the lessons learned from modeling 100% renewable energy systems, providing both a retrospective about important model settings, as well as an outlook for further research in the field. By providing multiple perspectives on the challenges and opportunities that the global lowcarbon transition brings with it, this dissertation is able to offer valuable insights, as well as policy recommendations and inputs into the energy modeling community. The aim is to contribute to both the discussion on current topics, but also highlight possibilities for further research in the field.Die vorliegende Arbeit nutzt das offene, multi-sektorelle Energiesystemmodell Global Energy System Model (GENeSYS-MOD) um diverse Effekte der globalen Energietransformation zu analysieren. Der Fokus der Arbeit ist hauptsächlich auf Entwicklungen des Energiesystems, gibt aber auch Ausblicke in sozio-ökonomische Aspekte die mit der technischen Transformation einhergehen. Die Dissertation versucht regionen-spezifische Fragen für Europa, Indien, China, und Deutschland zu beantworten, wobei gleichzeitig eine Brücke zurück zum globalen Kontext geschlagen wird. Der erste Teil der Dissertation präsentiert mehrere regionale Analysen, die auf die Energietransformation und ihre einhergehenden Effekte eingehen. Für Europa wird die Thematik von versunkenen Investitionen analysiert, indem reduzierte Voraussicht in die Modellierung mit aufgenommen wird. Die Analyse des indischen Energiesystems betrachtet den schwierigen Zwiespalt zwischen starkem Zuwachs an Energienachfrage, sowie der Notwendigkeit für Emissionsreduktionen und gibt dabei Ausblicke in die damit einhergehende Entwicklung des lokalen Arbeitsmarkets. Eine Fallstudie zu Chinas Entwicklung im Kontext des Pariser Klimaabkommens implementiert neue Modellfunktionen, die den Detailgrad der Ergebnisse, speziell im Hinblick auf den Industriesektor, verbessern sollen. Teil I wird abgeschlossen mit einer explorativen Sensitivitätsanalyse der deutschen Energiewende, welche darauf abzielt, deren größten Chancen und Hindernisse zu quantifizieren. Der zweite Teil der Arbeit gibt Einblicke in den aktuellen Stand und zukünftige Möglichkeiten im Feld der Energiesystemmodellierung, indem spezifisch die Problematik der Diskontierung im Klimakontext sowie die Einbringung sozialer Kostenwerte (zur Wahrung von intergenerationeller Gleichheit und Internalisierung von Umweltkosten in die Modellergebnisse) diskutiert werden. Das letzte Kapitel des zweiten Teils schließt die Dissertation mit Lehren aus der Modellierung 100% erneuerbarer Energiesysteme ab. Es gibt hierbei sowohl eine Restrospektive über wichtige Modell-Annahmen, als auch einen Ausblick auf zukünftige Forschungsmöglichkeiten. Durch die Darlegung verschiedenster Perspektiven über die Chancen und Hindernisse, die die globale Energietransformation mit sich bringt, gewährt diese Dissertation wertvolle Erkenntnisse, sowie Politikvorschläge und Inputs in die Welt der Energiesystemmodellierung. Das Ziel ist es, zur Diskussion über aktuelle Forschungsthemen beizutragen, sowie Möglichkeiten für zukünftige Forschung in dem Feld aufzuzeigen.BMBF, 01LN1704A, Nachwuchsgruppe Globaler Wandel: CoalExit - Die Ökonomie des Kohleausstiegs - Identifikation von Bausteinen für Rahmenpläne zukünftiger regionaler StrukturwandelEC/H2020/835896/EU/Open ENergy TRansition ANalyses for a low-carbon Economy/Open ENTRANC