Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5412
Main Title: Essays in electricity economics
Subtitle: empirical, numerical and theoretical perspectives on renewable energy and cross-border integration
Translated Title: Essays in Elektrizitätsökonomie
Translated Subtitle: empirische, numerische und theoretische Perspektiven auf die Integration erneuerbarer Energien und die Integration über Grenzen hinweg
Author(s): Zerrahn, Alexander
Advisor(s): Hirschhausen, Christian von
Referee(s): Hirschhausen, Christian von
Kemfert, Claudia
Schwenen, Sebastian
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Two developments in European electricity markets are eminent: the large-scale deployment of renewable resources and the closer interaction across borders. Both developments entail great potentials for efficiency gains, and imply challenges of integration. This dissertation contributes to the economic understanding of both integration challenges. To this end, it combines empirical, theoretical, and numerical approaches to assess qualitative and quantitative perspectives. Part I of this dissertation focuses on economic challenges arising from the integration of decentralized fluctuating renewable resources into the electricity system. After a synthesis of findings on wind power and externalities from different strands of the literature, it renders an econometric in-depth analysis of external effects of wind turbines. While wind turbines are found to raise externalities, and fluctuating feed-in poses challenges to the electricity system, the mitigated external costs of conventional generation are both by several magnitudes larger as well as spatially and temporally more widespread. For a deeper assessment of effects within the electricity system, a new numerical open-source model is developed. Storage and other flexibility options are found to complement variable feed-in. Part II of this dissertation focuses on economic challenges arising from the integration of electricity systems across borders. As electricity is a grid-bound commodity, aligning incentives of transmission system operators in network management can yield substantial efficiency gains. To this end, game-theoretic and simulation models are employed. Finally, a theoretical multistage equilibrium model explores the optimal expansion of the transmission network to mitigate market power. It shows that the integration across borders can foster competition and welfare if incentives of strategic generators are correctly taken into account.
Zwei Entwicklungen auf europäischen Elektrizitätsmärkten sind von besonderer Bedeutung: Der großflächige Ausbau erneuerbarer Energien und eine immer engere Verflechtung über Grenzen hinweg. Beide Entwicklungen bergen große Wohlfahrtspotenziale, ziehen aber auch Herausforderungen für Fragen der Integration nach sich. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zum ökonomischen Verständnis dieser doppelten Integrationsaufgabe. Hierzu wendet sie empirische, theoretische und numerische Ansätze an. Der erste Teil dieser Dissertation analysiert ökonomische Herausforderungen der Integration erneuerbarer Energien in das Stromsystem, sowohl qualitativ als auch quantitativ. Nach einer Synthese von Erkenntnissen zu Windkraft und Externalitäten aus verschiedenen Strängen der Literatur liefert eine ökonometrische Analyse vertiefte Ergebnisse zu externen Effekten von Windkraftanlagen. Die Befunde zeigen, dass Windkraftanlagen zu Externalitäten führen, und dass die Variabilität der Windstromeinspeisung eine Herausforderung für das Stromsystem darstellen kann. Zugleich sind die vermiedenen externen Kosten aus konventioneller Stromerzeugung sowohl deutlich höher als auch räumlich und zeitlich weitreichender. Für eine tiefergehende Analyse von Auswirkungen innerhalb des Stromsystems wird ein neues Open-Source-Modell entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass Energiespeicher und andere Flexibilitätsoptionen fluktuierende Erzeugung aus erneuerbaren Quellen wirksam ergänzen können. Der zweite Teil dieser Dissertation analysiert ökonomische Herausforderungen der grenzüberschreitenden Integration von Strommärkten. Da Elektrizität ein netzgebundenes Gut ist, kann die Harmonisierung von Anreizen von Übertragungsnetzbetreibern beim Netzmanagement deutliche Effizienzgewinne bewirken, wie in spieltheoretischen und Simulationsmodellen gezeigt wird. Schließlich wird ein theoretisches, mehrstufiges Gleichgewichtsmodell entwickelt, um optimalen Netzausbau zur Eindämmung von Marktmacht zu bewerten. Es zeigt sich, dass grenzüberschreitende Integration Wettbewerb undWohlfahrt fördern kann, falls Anreize strategischer Erzeuger angemessen berücksichtigt werden.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5807
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5412
Exam Date: 21-Apr-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 28-Jul-2016
DDC Class: DDC::300 Sozialwissenschaften::330 Wirtschaft::333 Boden- und Energiewirtschaft
Subject(s): energy economics
renewable electricity
non-market valuation
simulation models
EPEC
Energiewirtschaft
erneuerbare Energien
außermarktliche Bewertung
Simulationsmodelle
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