Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien

Sowohl die Ressourcenproblematik als auch die drohenden Ausmaße der Klimaänderung lassen einen Umstieg auf andere Energiequellen langfristig unausweichlich erscheinen und mittelfristig als dringend geboten. Unabhängig von der Frage, auf welchem Niveau sich der Energiebedarf stabilisieren lässt, bleibt dabei zu klären, welche Möglichkeiten sich aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in Zukunft zur Deckung unseres Energiebedarfs anbieten. Eine aussichtsreiche Option besteht in der Nutzung regenerativer Energien in ihrer ganzen Vielfalt. Die Arbeit "Szenarien zur zukünftigen Stromversorgung, kostenoptimierte Variationen zur Versorgung Europas und seiner Nachbarn mit Strom aus erneuerbaren Energien" konzentriert sich mit der Stromversorgung auf einen Teilaspekt der Energieversorgung, der zunehmend an Wichtigkeit gewinnt und als ein Schlüssel zur nachhaltigen Energieversorgung interpretiert werden kann. Die Stromversorgung ist heute weltweit für etwa die Hälfte des anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich. In dieser Arbeit wurden anhand verschiedener Szenarien Möglichkeiten einer weitgehend CO2–neutralen Stromversorgung für Europa und seine nähere Umgebung untersucht, wobei das Szenariogebiet etwa 1,1 Mrd. Einwohner und einen Stromverbrauch von knapp 4000 TWh/a umfasst. Dabei wurde untersucht, wie die Stromversorgung aufgebaut sein sollte, damit sie möglichst kostengünstig verwirklicht werden kann. Diese Frage wurde beispielsweise für Szenarien untersucht, in denen ausschließlich heute marktverfügbare Techniken berücksichtigt wurden. Auch der Einfluss der Nutzung einiger neuer Technologien, die bisher noch in Entwicklung sind, auf die optimale Gestaltung der Stromversorgung, wurde anhand einiger Beispiele untersucht. Die Konzeption der zukünftigen Stromversorgung sollte dabei nach Möglichkeit objektiven Kriterien gehorchen, die auch die Vergleichbarkeit verschiedener Versorgungsansätze gewährleisten. Dafür wurde ein Optimierungsansatz gewählt, mit dessen Hilfe sowohl bei der Konfiguration als auch beim rechnerischen Betrieb des Stromversorgungssystems weitgehend auf subjektive Entscheidungsprozesse verzichtet werden kann. Die Optimierung hatte zum Ziel, für die definierte möglichst realitätsnahe Versorgungsaufgabe den idealen Kraftwerks- und Leitungspark zu bestimmen, der eine kostenoptimale Stromversorgung gewährleistet. Als Erzeugungsoptionen werden dabei u.a. die Nutzung Regenerativer Energien durch Wasserkraftwerke, Windenergiekonverter, Fallwindkraftwerke, Biomassekraftwerke sowie solare und geothermische Kraftwerke berücksichtigt. Abhängig von den gewählten Randbedingungen ergaben sich dabei unterschiedliche Szenarien. Das Ziel der Arbeit war, mit Hilfe unterschiedlicher Szenarien eine breite Basis als Entscheidungsgrundlage für zukünftige politische Weichenstellungen zu schaffen. Die Szenarien zeigen Optionen für eine zukünftige Gestaltung der Stromversorgung auf, machen Auswirkungen verschiedener – auch politischer – Rahmenbedingungen deutlich und stellen so die geforderte Entscheidungsgrundlage bereit. Als Grundlage für die Erstellung der Szenarien mussten die verschiedenen Potentiale erneuerbarer Energien in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung ermittelt werden, mit denen es erstmals möglich war, die Fragen einer großräumigen regenerativen Stromversorgung ohne ungesicherte Annahmen anhand einer verlässlichen Datengrundlage anzugehen. Auch die Charakteristika der verschiedensten Energiewandlungs- und Transportsysteme mussten studiert werden und sind wie deren Kosten und die verschiedenen Potentiale in der vorliegenden Arbeit ausführlich diskutiert. Als Ausgangsszenario und Bezugspunkt dient ein konservatives Grundszenario. Hierbei handelt es sich um ein Szenario für eine Stromversorgung unter ausschließlicher Nutzung erneuerbarer Energien, die wiederum ausschließlich auf heute bereits entwickelte Technologien zurückgreift und dabei für alle Komponenten die heutigen Kosten zugrundelegt. Dieses Grundszenario ist dementsprechend auch als eine Art konservative Worst-Case-Abschätzung für unsere Zukunftsoptionen bei der regenerativen Stromversorgung zu verstehen. Als Ergebnis der Optimierung basiert die Stromversorgung beim Grundszenario zum größten Teil auf der Stromproduktion aus Windkraft. Biomasse und schon heute bestehende Wasserkraft übernehmen den überwiegenden Teil der Backup-Aufgaben innerhalb des – mit leistungsstarker HGÜ (Hochspannungs–Gleichstrom–Übertragung) verknüpften – Stromversorgungsgebiets. Die Stromgestehungskosten liegen mit 4,65 €ct / kWh sehr nahe am heute Üblichen. Sie liegen niedriger als die heutigen Preisen an der Strombörse. In allen Szenarien – außer relativ teuren, restriktiv ”dezentralen” unter Ausschluss großräumig länderübergreifenden Stromtransports – spielt der Stromtransport eine wichtige Rolle. Er wird genutzt, um Ausgleichseffekte bei der dargebotsabhängigen Stromproduktion aus erneuerbaren Quellen zu realisieren, gute kostengünstige Potentiale nutzbar zu machen und um die Speicherwasserkraft sowie die dezentral genutzte Biomasse mit ihrer Speicherfähigkeit für großräumige Backup-Aufgaben zu erschließen. Damit erweist sich der Stromtransport als einer der Schlüssel zu einer kostengünstigen Stromversorgung. Dies wiederum kann als Handlungsempfehlung bei politischen Weichenstellungen interpretiert werden, die demnach gezielt auf internationale Kooperation im Bereich der Nutzung erneuerbarer Energien setzen und insbesondere den großräumigen Stromtransport mit einbeziehen sollten. Die Szenarien stellen detaillierte und verlässliche Grundlagen für wichtige politische und technologische Zukunftsentscheidungen zur Verfügung. Sie zeigen, dass bei internationaler Kooperation selbst bei konservativen Annahmen eine rein regenerative Stromversorgung möglich ist, die wirtschaftlich ohne Probleme zu realisieren wäre und verweisen den Handlungsbedarf in den Bereich der Politik. Eine wesentliche Aufgabe der Politik läge darin, die internationale Kooperation zu organisieren und Instrumente für eine Umgestaltung der Stromversorgung zu entwickeln. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass nicht nur ein sinnvoller Weg zu einer CO2–neutralen Stromversorgung beschritten würde, sondern sich darüber hinaus ausgezeichnete Entwicklungsperspektiven für die ärmeren Nachbarstaaten der EU und Europas eröffnen.

Smart electricity networks based on large integration of renewable sources and distributed generation

Das Grünbuch 2006 der Europäischen Kommission "Eine Europäische Strategie für nachhaltige, wettbewerbsfähige und sichere Energie" unterstreicht, dass Europa in ein neues Energie-Zeitalter eingetreten ist. Die vorrangigen Ziele europäischer Energiepolitik müssen Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Versorgungssicherheit sein, wobei sie eine zusammenhängende und logische Menge von Taktiken und Maßnahmen benötigt, um diese Ziele zu erreichen. Die Strommärkte und Verbundnetze Europas bilden das Kernstück unseres Energiesystems und müssen sich weiterentwickeln, um den neuen Anforderungen zu entsprechen. Die europäischen Stromnetze haben die lebenswichtigen Verbindungen zwischen Stromproduzenten und Verbrauchern mit großem Erfolg seit vielen Jahrzehnten gesichert. Die grundlegende Struktur dieser Netze ist entwickelt worden, um die Bedürfnisse großer, überwiegend auf Kohle aufgebauten Herstellungstechnologien zu befriedigen, die sich entfernt von den Verbraucherzentren befinden. Die Energieprobleme, denen Europa jetzt gegenübersteht, ändern die Stromerzeugungslandschaft in zwei Gesichtspunkten: die Notwendigkeit für saubere Kraftwerkstechnologien verbunden mit erheblich verbesserten Wirkungsgraden auf der Verbraucherseite wird es Kunden ermöglichen, mit den Netzen viel interaktiver zu arbeiten; andererseits müssen die zukünftigen europaweiten Stromnetze allen Verbrauchern eine höchst zuverlässige, preiswerte Energiezufuhr bereitstellen, wobei sowohl die Nutzung von großen zentralisierten Kraftwerken als auch kleineren lokalen Energiequellen überall in Europa ausgeschöpft werden müssen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Informationen, die in dieser Arbeit dargestellt werden, auf aktuellen Fragen mit großem Einfluss auf die gegenwärtigen technischen und wirtschaftspolitischen Diskussionen basieren. Der Autor hat während der letzten Jahre viele der hier vorgestellten Schlussfolgerungen und Empfehlungen mit Vertretern der Kraftwerksindustrie, Betreibern von Stromnetzen und Versorgungsbetrieben, Forschungsgremien und den Regulierungsstellen diskutiert. Die folgenden Absätze fassen die Hauptergebnisse zusammen: Diese Arbeit definiert das neue Konzept, das auf mehr verbraucherorientierten Netzen basiert, und untersucht die Notwendigkeiten sowie die Vorteile und die Hindernisse für den Übergang auf ein mögliches neues Modell für Europa: die intelligenten Stromnetze basierend auf starker Integration erneuerbarer Quellen und lokalen Kleinkraftwerken. Das neue Modell wird als eine grundlegende Änderung dargestellt, die sich deutlich auf Netzentwurf und -steuerung auswirken wird. Sie fordert ein europäisches Stromnetz mit den folgenden Merkmalen: – Flexibel: es erfüllt die Bedürfnisse der Kunden, indem es auf Änderungen und neue Forderungen eingehen kann – Zugänglich: es gestattet den Verbindungszugang aller Netzbenutzer besonders für erneuerbare Energiequellen und lokale Stromerzeugung mit hohem Wirkungsgrad sowie ohne oder mit niedrigen Kohlendioxidemissionen – Zuverlässig: es verbessert und garantiert die Sicherheit und Qualität der Versorgung mit den Forderungen des digitalen Zeitalters mit Reaktionsmöglichkeiten gegen Gefahren und Unsicherheiten – Wirtschaftlich: es garantiert höchste Wirtschaftlichkeit durch Innovation, effizientes Energiemanagement und liefert „gleiche Ausgangsbedingungen“ für Wettbewerb und Regulierung. Es beinhaltet die neuesten Technologien, um Erfolg zu gewährleisten, während es die Flexibilität behält, sich an weitere Entwicklungen anzupassen und fordert daher ein zuversichtliches Programm für Forschung, Entwicklung und Demonstration, das einen Kurs im Hinblick auf ein Stromversorgungsnetz entwirft, welches die Bedürfnisse der Zukunft Europas befriedigt: – Netztechnologien, die die Stromübertragung verbessern und Energieverluste verringern, werden die Effizienz der Versorgung erhöhen, während neue Leistungselektronik die Versorgungsqualität verbessern wird. Es wird ein Werkzeugkasten erprobter technischer Lösungen geschaffen werden, der schnell und wirtschaftlich eingesetzt werden kann, so dass bestehende Netze Stromeinleitungen von allen Energieressourcen aufnehmen können. – Fortschritte bei Simulationsprogrammen wird die Einführung innovativer Technologien in die praktische Anwendung zum Vorteil sowohl der Kunden als auch der Versorger stark unterstützen. Sie werden das erfolgreiche Anpassen neuer und alter Ausführungen der Netzkomponenten gewährleisten, um die Funktion von Automatisierungs- und Regelungsanordnungen zu garantieren. – Harmonisierung der ordnungspolitischen und kommerziellen Rahmen in Europa, um grenzüberschreitenden Handel von sowohl Energie als auch Netzdienstleistungen zu erleichtern; damit muss eine Vielzahl von Einsatzsituationen gewährleistet werden. Gemeinsame technische Normen und Protokolle müssen eingeführt werden, um offenen Zugang zu gewährleisten und den Einsatz der Ausrüstung eines jeden Herstellers zu ermöglichen. – Entwicklungen in Nachrichtentechnik, Mess- und Handelssystemen werden auf allen Ebenen neue Möglichkeiten eröffnen, auf Grund von Signalen des Marktes frühzeitig technische und kommerzielle Wirkungsgrade zu verbessern. Es wird Unternehmen ermöglichen, innovative Dienstvereinbarungen zu benutzen, um ihre Effizienz zu verbessern und ihre Angebote an Kunden zu vergrößern. Schließlich muss betont werden, dass für einen erfolgreichen Übergang zu einem zukünftigen nachhaltigen Energiesystem alle relevanten Beteiligten involviert werden müssen.

Nachhaltige Energie für ländliche Entwicklung in dem Sub-Sahara Afrika: interdisziplinäre Herangehensweise und organisatorische Herausforderung

Angesichts der Geschichte der Entwicklungspolitik, ist diese Arbeit darauf ausgerichtet, einige Beobachtungen in Bezug auf die so genannte Entwicklung hervorzuheben; insbesondere auf die andauernde prekäre Situation und Armut in ländlichen afrikanischen Gebieten. Armut ist nach Amartya SEN – weiter präzisiert von J.L. Dubois – die Deprivation von „Fähigkeiten“, die Individuen und lokale Gemeinschaften zu ausgeschlossenen und vergessenen Akteuren des Systems machen. Das nennt Paulo Freire, das Menschen zu „Objekten“ gemacht werden. Es rechtfertigt die starke Annahme, die in dieser Studie getroffen wird, dass vielmehr die Menschen als „Subjekte“ ihrer Veränderung und Entwicklung im Mittelpunkt stehen. Die Arbeit zeigt und erklärt in historischer Chronologie, wie die Entwicklungspolitiken und unterschiedliche Beteiligte auf allen Ebenen diese Situation verursachen. Trotz alledem bleiben die Individuen und lokalen Gemeinschaften, die in Symbiose mit ihrer natürlichen Umwelt leben, die reich an verschiedenen Ressourcen und Potentialen ist, als Reaktion darauf und gleichzeitig als Überlebensstrategie zutiefst verbunden mit dem, was sie vor Ort haben, womit sie eine tiefere und intensive Beziehung besitzen, wenn man von ihrer Geschichte, ihrer Kultur und der Handlungslogik ausgeht. Für externe Akteure, die sie über das vorhandene System dominieren und beeinflussen bleiben sie „Objekte“, aber in der Vielzahl ihrer endogenen Initiativen, zeigen sie die Fähigkeit und Substanz, die beweisen, dass sie auf ihrer Ebene das eigentliche Subjekt sind, die dynamischen Akteure. Aber isolierte Initiativen auf spezifische reale Bedürfnisse bei gleichzeitiger Dominierung durch das System mit seiner Marktlogik, führt dies langfristig nur zu dem Zirkulus Vitiosus der Armut. Daher ist eine ganzheitliche Sicht entscheidend für nachhaltige Entwicklung und für die notwendige Veränderung. Es geht nicht nur um die Veränderung des Systems und die Wahl politischer Maßnahmen, sondern genau genommen um das Verhalten der Akteure auf allen Ebenen und die Art der Beziehungen zwischen ihnen allen. Es ist eine Frage des erneuten Überdenkens des Entwicklungspfades, der andere Logik, Visionen, Interessen und Strategien aller Beteiligten, unserer so genannten Akteure einschließt. Ob dies von endogenen Initiativen oder neuen gemeinsamen Projekten ausgeht: man wird in einen Prozess kollektiven Lernens eintreten, den Paul Singer und Clarita Müller-Plantenberg erläutern und entwickeln in dem Konzept der Inkubation und Solidarischen Ökonomie, die Eigeninitiative, Selbstbestimmung und Selbstverwaltung von lokalen Gemeinschaften und die Öffnung für eine Neu-Konzeptualisierung und Institutionalisierung einschließt. So ein Prozess ist nur mit einem interdisziplinären Rahmen möglich. Dieser Rahmen soll auf einer zusätzlicher Kommunikation zwischen den Akteuren und Sozialwissenschaften beruhen und mit jenen, die auf dem Feld der Technologie arbeiten. So können dann technische „Experten“ angesichts eines technischen Projektfehlers, der aufgrund von bestimmten sozialen und kulturellen Realitäten zustande kam sagen, „es ist kein Scheitern ; es war ein Schritt innerhalb eines Lernprozesse der in die technischen Projekte und Studien einbezogen werden muss“. Wir haben das Energiethema gewählt; und insbesondere, Energie für eine nachhaltige ländliche Entwicklung in Subsahara-Afrika, um den Weg von der Theorie in die Praxis zu illustrieren und experimentell auszuprobieren, den Weg von den Beobachtungen zu der Veränderung, wobei Fragen, Annahmen, Strategien und konkrete Aktionen für den Wandel behandelt werden. Wir nennen unseren experimentellen Weg: DRIEE, das heißt auf Deutsch Ländliche Entwicklung und Inkubation von Energieunternehmen. Dabei gehen wir davon aus, dass: - Energie im Allgemeinen auf der internationalen Ebene fast gleichbedeutend mit Elektrizität ist. Heute bestehen die wichtigsten Bedürfnisse nach Energie dort wo die agro-pastorale Produktion, das Kochen, die Nahrungsmittelkonservierung und Verarbeitung …etc. stattfindet. - Diese ländliche Bevölkerung zu etwa 80% der nationalen Wirtschaft ausmacht. Dass sie gleichzeitig aber nur zu weniger als 5% der Energieproduktion Zugang hat, was oft auf Licht reduziert ist und nicht einmal ihrer Produktion zugute kommen kann. - Die Projekte für Energie und Elektrizität vor allem auf die Technologischen Fragen konzentriert sind und weniger auf die Bedürfnisse. Fast die Gesamtheit der Fonds für Energie wird in Bezug auf die Investitionen Infrastruktur der Produktion und Verteilung durch die konventionellen zentralisierten Netze geplant. Angesichts dieser Analysen gehen die in dieser Arbeit vorgenommenen Studien in Gambia und Kamerun von Bestandsaufnahmen und / oder beschreibenden regionalen Analysen aus: - von Bedürfnissen, von Praktiken und lokalen Initiativen von Fragen der Energie, für einzelne Professionen, Haushalte, Gruppen, spezifische Gruppen, wie Frauen, ländliche Gemeinden mit ihren spezifischen Charakteristika. - Von Potentialen: natürliche lokale Energieressourcen, soziokulturelle Ressourcen – so z.B. die empirisch feststellbaren menschliche Ressourcen wie endogenes Wissen und praktische organisatorische Fähigkeiten gegenüber den Problemen der Energie. Dieser experimentelle Schritt von Handlungsforschung (DRIEE) in Kamerun führte zu der Gründung einer Organisation, über die und mit der wir die Logik der Inkubation und Solidarischen Ökonomie einführen. Das ist FERDEDSI, das heißt auf Deutsch „Forum für Erneuerbare Energie – Nachhaltige Entwicklung und Internationale Solidarität“. Zunächst war dies eine Energiegenossenschaft und dann (im Prozess) wurde es zu einer institutionellen Nische von mehreren Mikro Initiativen in ländlichen Gebieten. FERDEDSI ist ein Prozess der Inkubation und ein Inkubator ist also gleichzeitig ein inkubiertes Energieunternehmen aber auch ein Inkubator für lokale Organisationen. Die ersten Aktionen finden in den Departments von Noun und Ménoua in der westlichen Provinz von Kamerun statt. Während der Forschungsperiode findet akademische Austausch statt (Nord-Süd und Süd-Süd), diese ist dabei zu formalen Partnerschaften zu werden, nicht nur zwischen Universitäten sondern genauer lokale Organisationen und Universitäten. Dieser letzte Typ von Partnerschaften, die die solidarische Ökonomie ausmachen ist auch eine Innovation des Prozesses für die afrikanischen Fälle, die dem Beispiel dessen, was in Lateinamerika geschieht, folgen. So kommt es zu gegenseitiger sinnvoller Ausbildung in den internationalen Arbeitsgruppen und Seminaren der Universität.

Determination of yield and quality parameters of energy crops applying laboratory and field spectroscopy

A real-time analysis of renewable energy sources, such as arable crops, is of great importance with regard to an optimised process management, since aspects of ecology and biodiversity are considered in crop production in order to provide a sustainable energy supply by biomass. This study was undertaken to explore the potential of spectroscopic measurement procedures for the prediction of potassium (K), chloride (Cl), and phosphate (P), of dry matter (DM) yield, metabolisable energy (ME), ash and crude fibre contents (ash, CF), crude lipid (EE), nitrate free extracts (NfE) as well as of crude protein (CP) and nitrogen (N), respectively in pretreated samples and undisturbed crops. Three experiments were conducted, one in a laboratory using near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) and two field spectroscopic experiments. Laboratory NIRS measurements were conducted to evaluate to what extent a prediction of quality parameters is possible examining press cakes characterised by a wide heterogeneity of their parent material. 210 samples were analysed subsequent to a mechanical dehydration using a screw press. Press cakes serve as solid fuel for thermal conversion. Field spectroscopic measurements were carried out with regard to further technical development using different field grown crops. A one year lasting experiment over a binary mixture of grass and red clover examined the impact of different degrees of sky cover on prediction accuracies of distinct plant parameters. Furthermore, an artificial light source was used in order to evaluate to what extent such a light source is able to minimise cloud effects on prediction accuracies. A three years lasting experiment with maize was conducted in order to evaluate the potential of off-nadir measurements inside a canopy to predict different quality parameters in total biomass and DM yield using one sensor for a potential on-the-go application. This approach implements a measurement of the plants in 50 cm segments, since a sensor adjusted sideways is not able to record the entire plant height. Calibration results obtained by nadir top-of-canopy reflectance measurements were compared to calibration results obtained by off-nadir measurements. Results of all experiments approve the applicability of spectroscopic measurements for the prediction of distinct biophysical and biochemical parameters in the laboratory and under field conditions, respectively. The estimation of parameters could be conducted to a great extent with high accuracy. An enhanced basis of calibration for the laboratory study and the first field experiment (grass/clover-mixture) yields in improved robustness of calibration models and allows for an extended application of spectroscopic measurement techniques, even under varying conditions. Furthermore, off-nadir measurements inside a canopy yield in higher prediction accuracies, particularly for crops characterised by distinct height increment as observed for maize.

Simulative Risikoanalyse von Biomethanprojekten

Im Zuge der Novellierung der Gasnetzzugangsverordnung sowie des Erneuerbare-Energien-Gesetzes entwickelte sich die Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz als alternative Investitionsmöglichkeit der Erneuerbare-Energien-Branche. Als problematisch erweist sich dabei die Identifikation und Strukturierung einzelner Risikofaktoren zu einem Risikobereich, sowie die anschließende Quantifizierung dieser Risikofaktoren innerhalb eines Risikoportfolios. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit, diese Risikofaktoren in einem cashflowbasierten und den Ansprüchen der Investoren gewachsenem Risikomodell abzubilden. Zusätzlich müssen dabei Wechselwirkungen zwischen einzelnen Risikofaktoren berücksichtigt werden. Aus diesem Grund verfolgt die Dissertation das Ziel, die Risikosituation eines Biomethanprojektes anhand aggregierter und isolierter Risikosimulationen zu analysieren. Im Rahmen einer Diskussion werden Strategien und Instrumente zur Risikosteuerung angesprochen sowie die Implementierungsfähigkeit des Risikomodells in das Risikomanagementsystem von Investoren. Die Risikomaße zur Beschreibung der Risikoauswirkung betrachten die Shortfälle einer Verteilung. Dabei beziehen sich diese auf die geplanten Ausschüttungen sowie interne Verzinsungsansprüche der Investoren und die von Kreditinstituten geforderte minimale Schuldendienstdeckungsrate. Im Hinblick auf die Risikotragfähigkeit werden liquiditätsorientierte Kennzahlen hinzugezogen. Investoren interessieren sich vor dem Hintergrund einer gezielten Risikosteuerung hauptsächlich für den gefahrvollsten Risikobereich und innerhalb dessen für den Risikofaktor, der die größten Risikoauswirkungen hervorruft. Zudem spielt der Zeitpunkt maximaler Risikoauswirkung eine große Rolle. Als Kernaussage dieser Arbeit wird festgestellt, dass in den meisten Fällen die Aussagefähigkeit aggregierter Risikosimulationen durch Überlagerungseffekte negativ beeinträchtigt wird. Erst durch isoliert durchgeführte Risikoanalysen können diese Effekte eliminiert werden. Besonders auffällig gestalten sich dabei die Ergebnisse der isoliert durchgeführten Risikoanalyse des Risikobereichs »Politik«. So verursacht dieser im Vergleich zu den übrigen Risikobereichen, wie »Infrastruktur«, »Rohstoffe«, »Absatzmarkt« und »Finanzmarkt«, die geringsten Wahrscheinlichkeiten avisierte Planwerte der Investoren zu unterschreiten. Kommt es jedoch zu einer solchen Planwert-Unterschreitung, nehmen die damit verbundenen Risikoauswirkungen eine überraschende Position im Risikoranking der Investoren ein. Hinsichtlich der Aussagefähigkeit des Risikomodells wird deutlich, dass spezifische Risikosichtweisen der Investoren ausschlaggebend dafür sind, welche Strategien und Instrumente zur Risikosenkung umgesetzt werden. Darüber hinaus wird festgestellt, dass die Grenzen des Risikomodells in der Validität der Expertenmeinungen und dem Auffinden einer Optimallösung zu suchen sind.

Productivity growth in electric energy retail in Colombia. A bootstrapped malmquist indices approach

This paper offers a productivity growth estimate for electric energy commercialization firms in Colombia, using a non-parametric Malmquist bootstrap methodology. The estimation and methodology serve two main purposes. First, in Colombia Commercialization firms are subject to a price-cap regulation scheme, a non-common arrangement in the international experience for this part of the industry. Therefore the paper’s result suggest an estimate of the productivity factor to be used by the regulator, not only in Colombia but in other countries where commercialization is a growing part of the industry (renewable energy, for instance). Second, because of poor data collection from regulators and firms themselves, regulation based on a single estimation of productivity seems inappropriate and error-prone. The nonparametric Malmquist bootstrap estimation allows an assessment of the result in contrast to a single one estimation. This would open an opportunity for the regulator to adopt a narrower and more accurate productivity estimation or override an implausible result and impose a productivity factor in the price-cap to foster the development of the industry.

Bahrain's Formula-1 racing circuit: energy and environmental considerations

The Bahrain International Circuit (BIC) and complex, at latitude 26.00N and longitude 51.54E, was built in 483 days and cost 150 million US$. The circuit consists of six different individual tracks with a 3.66 km outer track (involving 10 turns) and a 2.55 km inner track (having six turns). The complex has been designed to host a variety of other sporting activities. Fifty thousand spectators, including 10,500 in the main grandstand, can be accommodated simultaneously. State-of-the art on-site media and broadcast facilities are available. The noise level emitted from vehicles on the circuit during the Formula-1 event, on April 4th 2004, was acceptable and caused no physical disturbance to the fans in the VIP lounges or to scholars studying at the University of Bahrain's Shakeir Campus, which is only 1.5 km away from the circuit. The sound-intensity level (SIL) recorded on the balcony of the VIP lounge was 128 dB(A) and was 80 dB(A) inside the lounge. The calculated SIL immediately outside the lecture halls of the University of Bahrain was 70 dB(A) and 65 dB(A) within them. Thus racing at BIC can proceed without significantly disturbing the academic-learning process. The purchased electricity demand by the BIC complex peaked (at 4.5 MW) during the first Formula-1 event on April 4th 2004. The reverse-osmosis (RO) plant at the BIC provides 1000 m(3) of desalinated water per day for landscape irrigation. Renewable-energy inputs, (i.e., via solar and wind power), at the BIC could be harnessed to generate electricity for water desalination, air conditioning, lighting as well as for irrigation. If the covering of the BIC complex was covered by adhesively fixed modern photovoltaic cells, then similar to 1.2 MW of solar electricity could be generated. If two horizontal-axis, at 150 m height above the ground, three 75m bladed, wind turbines were to be installed at the BIC, then the output could reach 4 MW. Furthermore, if 10,000 Jojoba trees (a species renowned for having a low demand for water, needing only five irrigations per year in Bahrain and which remain green throughout the year) are planted near the circuit, then the local micro-climate would be improved with respect to human comfort as well as the local environment becoming cleaner.

Urbanisation and its impact on building energy consumption and efficiency in China

The People's Republic of China and its 1.3 billion people have experienced a rapid economic growth in the past two decades. China's urbanisation ratio rose from around 20% in the early 1980s to 45% in 2007 [China Urban Research Committee. Green building. Beijing: Chinese Construction Industrial Publish House; 2008. ISBN 978-7-112-09925-2.]. The large volume and rapid speed of building construction rarely have been seen in global development and cause substantial pressure on resources and the environment. Government policy makers and building professionals, including architects, building engineers, project managers and property developers, should play an important role in enhancing the planning, design, construction, operation and maintenance of the building energy efficiency process in forming the sustainable urban development. This paper addresses the emerging issues relating to building energy consumption and building energy efficiency due to the fast urbanisation development in China.

Bio-energy retains its mitigation potential under elevated CO2

Background If biofuels are to be a viable substitute for fossil fuels, it is essential that they retain their potential to mitigate climate change under future atmospheric conditions. Elevated atmospheric CO2 concentration [CO2] stimulates plant biomass production; however, the beneficial effects of increased production may be offset by higher energy costs in crop management. Methodology/Main findings We maintained full size poplar short rotation coppice (SRC) systems under both current ambient and future elevated [CO2] (550 ppm) and estimated their net energy and greenhouse gas balance. We show that a poplar SRC system is energy efficient and produces more energy than required for coppice management. Even more, elevated [CO2] will increase the net energy production and greenhouse gas balance of a SRC system with 18%. Managing the trees in shorter rotation cycles (i.e. 2 year cycles instead of 3 year cycles) will further enhance the benefits from elevated [CO2] on both the net energy and greenhouse gas balance. Conclusions/significance Adapting coppice management to the future atmospheric [CO2] is necessary to fully benefit from the climate mitigation potential of bio-energy systems. Further, a future increase in potential biomass production due to elevated [CO2] outweighs the increased production costs resulting in a northward extension of the area where SRC is greenhouse gas neutral. Currently, the main part of the European terrestrial carbon sink is found in forest biomass and attributed to harvesting less than the annual growth in wood. Because SRC is intensively managed, with a higher turnover in wood production than conventional forest, northward expansion of SRC is likely to erode the European terrestrial carbon sink.

A method of formulating energy load profile for domestic buildings in the UK

There are varieties of physical and behavioral factors to determine energy demand load profile. The attainment of the optimum mix of measures and renewable energy system deployment requires a simple method suitable for using at the early design stage. A simple method of formulating load profile (SMLP) for UK domestic buildings has been presented in this paper. Domestic space heating load profile for different types of houses have been produced using thermal dynamic model which has been developed using thermal resistant network method. The daily breakdown energy demand load profile of appliance, domestic hot water and space heating can be predicted using this method. The method can produce daily load profile from individual house to urban community. It is suitable to be used at Renewable energy system strategic design stage.

Energy policy and standard for built environment in China

Trends in China's energy future will have considerable consequences for both China and the global environment. Though China's carbon emissions are low on a per capita basis, China is already ranked the world's second largest producer of carbon, behind only America. China's buildings sector currently accounts for 23% of China's total energy use and is projected to increase to one-third by 2010. Energy policy plays an important role in China's sustainable development. The purpose of this study is to provide a broad overview of energy efficiency issues in the built environment in China. This paper, firstly briefly, reviews the key national policies related to the built environment and demonstrates the government's environmental concern. Secondly, the authors introduce recent energy policies in the built environment. Energy efficiency and renewable energy in the built environment, which are the key issues of the national energy policy, have been reviewed. Discussion of the implementation of energy policy has been carried out.

Design and management of sustainable built environments

The United Nation Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) makes it clear that climate change is due to human activities and it recognises buildings as a distinct sector among the seven analysed in its 2007 Fourth Assessment Report. Global concerns have escalated regarding carbon emissions and sustainability in the built environment. The built environment is a human-made setting to accommodate human activities, including building and transport, which covers an interdisciplinary field addressing design, construction, operation and management. Specifically, Sustainable Buildings are expected to achieve high performance throughout the life-cycle of siting, design, construction, operation, maintenance and demolition, in the following areas: • energy and resource efficiency; • cost effectiveness; • minimisation of emissions that negatively impact global warming, indoor air quality and acid rain; • minimisation of waste discharges; and • maximisation of fulfilling the requirements of occupants’ health and wellbeing. Professionals in the built environment sector, for example, urban planners, architects, building scientists, engineers, facilities managers, performance assessors and policy makers, will play a significant role in delivering a sustainable built environment. Delivering a sustainable built environment needs an integrated approach and so it is essential for built environment professionals to have interdisciplinary knowledge in building design and management . Building and urban designers need to have a good understanding of the planning, design and management of the buildings in terms of low carbon and energy efficiency. There are a limited number of traditional engineers who know how to design environmental systems (services engineer) in great detail. Yet there is a very large market for technologists with multi-disciplinary skills who are able to identify the need for, envision and manage the deployment of a wide range of sustainable technologies, both passive (architectural) and active (engineering system),, and select the appropriate approach. Employers seek applicants with skills in analysis, decision-making/assessment, computer simulation and project implementation. An integrated approach is expected in practice, which encourages built environment professionals to think ‘out of the box’ and learn to analyse real problems using the most relevant approach, irrespective of discipline. The Design and Management of Sustainable Built Environment book aims to produce readers able to apply fundamental scientific research to solve real-world problems in the general area of sustainability in the built environment. The book contains twenty chapters covering climate change and sustainability, urban design and assessment (planning, travel systems, urban environment), urban management (drainage and waste), buildings (indoor environment, architectural design and renewable energy), simulation techniques (energy and airflow), management (end-user behaviour, facilities and information), assessment (materials and tools), procurement, and cases studies ( BRE Science Park). Chapters one and two present general global issues of climate change and sustainability in the built environment. Chapter one illustrates that applying the concepts of sustainability to the urban environment (buildings, infrastructure, transport) raises some key issues for tackling climate change, resource depletion and energy supply. Buildings, and the way we operate them, play a vital role in tackling global greenhouse gas emissions. Holistic thinking and an integrated approach in delivering a sustainable built environment is highlighted. Chapter two demonstrates the important role that buildings (their services and appliances) and building energy policies play in this area. Substantial investment is required to implement such policies, much of which will earn a good return. Chapters three and four discuss urban planning and transport. Chapter three stresses the importance of using modelling techniques at the early stage for strategic master-planning of a new development and a retrofit programme. A general framework for sustainable urban-scale master planning is introduced. This chapter also addressed the needs for the development of a more holistic and pragmatic view of how the built environment performs, , in order to produce tools to help design for a higher level of sustainability and, in particular, how people plan, design and use it. Chapter four discusses microcirculation, which is an emerging and challenging area which relates to changing travel behaviour in the quest for urban sustainability. The chapter outlines the main drivers for travel behaviour and choices, the workings of the transport system and its interaction with urban land use. It also covers the new approach to managing urban traffic to maximise economic, social and environmental benefits. Chapters five and six present topics related to urban microclimates including thermal and acoustic issues. Chapter five discusses urban microclimates and urban heat island, as well as the interrelationship of urban design (urban forms and textures) with energy consumption and urban thermal comfort. It introduces models that can be used to analyse microclimates for a careful and considered approach for planning sustainable cities. Chapter six discusses urban acoustics, focusing on urban noise evaluation and mitigation. Various prediction and simulation methods for sound propagation in micro-scale urban areas, as well as techniques for large scale urban noise-mapping, are presented. Chapters seven and eight discuss urban drainage and waste management. The growing demand for housing and commercial developments in the 21st century, as well as the environmental pressure caused by climate change, has increased the focus on sustainable urban drainage systems (SUDS). Chapter seven discusses the SUDS concept which is an integrated approach to surface water management. It takes into consideration quality, quantity and amenity aspects to provide a more pleasant habitat for people as well as increasing the biodiversity value of the local environment. Chapter eight discusses the main issues in urban waste management. It points out that population increases, land use pressures, technical and socio-economic influences have become inextricably interwoven and how ensuring a safe means of dealing with humanity’s waste becomes more challenging. Sustainable building design needs to consider healthy indoor environments, minimising energy for heating, cooling and lighting, and maximising the utilisation of renewable energy. Chapter nine considers how people respond to the physical environment and how that is used in the design of indoor environments. It considers environmental components such as thermal, acoustic, visual, air quality and vibration and their interaction and integration. Chapter ten introduces the concept of passive building design and its relevant strategies, including passive solar heating, shading, natural ventilation, daylighting and thermal mass, in order to minimise heating and cooling load as well as energy consumption for artificial lighting. Chapter eleven discusses the growing importance of integrating Renewable Energy Technologies (RETs) into buildings, the range of technologies currently available and what to consider during technology selection processes in order to minimise carbon emissions from burning fossil fuels. The chapter draws to a close by highlighting the issues concerning system design and the need for careful integration and management of RETs once installed; and for home owners and operators to understand the characteristics of the technology in their building. Computer simulation tools play a significant role in sustainable building design because, as the modern built environment design (building and systems) becomes more complex, it requires tools to assist in the design process. Chapter twelve gives an overview of the primary benefits and users of simulation programs, the role of simulation in the construction process and examines the validity and interpretation of simulation results. Chapter thirteen particularly focuses on the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation method used for optimisation and performance assessment of technologies and solutions for sustainable building design and its application through a series of cases studies. People and building performance are intimately linked. A better understanding of occupants’ interaction with the indoor environment is essential to building energy and facilities management. Chapter fourteen focuses on the issue of occupant behaviour; principally, its impact, and the influence of building performance on them. Chapter fifteen explores the discipline of facilities management and the contribution that this emerging profession makes to securing sustainable building performance. The chapter highlights a much greater diversity of opportunities in sustainable building design that extends well into the operational life. Chapter sixteen reviews the concepts of modelling information flows and the use of Building Information Modelling (BIM), describing these techniques and how these aspects of information management can help drive sustainability. An explanation is offered concerning why information management is the key to ‘life-cycle’ thinking in sustainable building and construction. Measurement of building performance and sustainability is a key issue in delivering a sustainable built environment. Chapter seventeen identifies the means by which construction materials can be evaluated with respect to their sustainability. It identifies the key issues that impact the sustainability of construction materials and the methodologies commonly used to assess them. Chapter eighteen focuses on the topics of green building assessment, green building materials, sustainable construction and operation. Commonly-used assessment tools such as BRE Environmental Assessment Method (BREEAM), Leadership in Energy and Environmental Design ( LEED) and others are introduced. Chapter nineteen discusses sustainable procurement which is one of the areas to have naturally emerged from the overall sustainable development agenda. It aims to ensure that current use of resources does not compromise the ability of future generations to meet their own needs. Chapter twenty is a best-practice exemplar - the BRE Innovation Park which features a number of demonstration buildings that have been built to the UK Government’s Code for Sustainable Homes. It showcases the very latest innovative methods of construction, and cutting edge technology for sustainable buildings. In summary, Design and Management of Sustainable Built Environment book is the result of co-operation and dedication of individual chapter authors. We hope readers benefit from gaining a broad interdisciplinary knowledge of design and management in the built environment in the context of sustainability. We believe that the knowledge and insights of our academics and professional colleagues from different institutions and disciplines illuminate a way of delivering sustainable built environment through holistic integrated design and management approaches. Last, but not least, I would like to take this opportunity to thank all the chapter authors for their contribution. I would like to thank David Lim for his assistance in the editorial work and proofreading.

Raytracing simulation for predicting light pipe transmittance

Daylighting systems can offer energy savings primarily by reducing electric lighting usage. Accurate predictive models of daylighting system performances are crucial for effective design and implementation of this renewable energy technology. A comparative study of predictive methods was performed and the use of a commercial raytracing software program was validated as a method of predicting light pipe performance. Raytracing simulation was shown to more accurately predict transmission effi ciency than existing analytical methods.