The economics of financing and integrating renewable energies
| dc.contributor.advisor | Neuhoff, Karsten | |
| dc.contributor.author | May, Nils Günter | |
| dc.contributor.grantor | Technische Universität Berlin | en |
| dc.contributor.referee | Neuhoff, Karsten | |
| dc.contributor.referee | Wüstenhagen, Rolf | |
| dc.date.accepted | 2018-04-30 | |
| dc.date.accessioned | 2018-08-07T14:17:11Z | |
| dc.date.available | 2018-08-07T14:17:11Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.description.abstract | This dissertation comprises three chapters on the economics of financing and integrating renewable energies and on designing associated support policies. The transition toward carbon-neutral economies requires large-scale investments into renewable energy. The integration of these intermittent renewable energies poses new challenges to power systems designed around dispatchable thermal power plants. As, for example, more and more wind power is generated in high wind, it is increasingly important to provide incentives that encourage project developers to choose alternative wind power technologies that supply power also under mediocre wind conditions. Another challenge are the investments' financing costs, as they, to a large extent, define overall investment costs and are affected by the design of support policies. The question arises which policies lead to higher financing costs. Further, in order to facilitate large investment volumes, it is crucial to design policies such that they constitute credible commitments on the basis of which investments can be made. Chapter 1 analyzes the integration of wind power into energy systems with increasing shares of renewable energies. In energy systems with large shares of variable renewable energies, electricity generation is lower during unfavorable weather conditions. System-friendly wind turbines rectify this by producing a larger share of their electricity at low wind speeds. The chapter analyzes to what extent the benefits of system-friendly wind turbines out-weigh their additional costs and how to incentivize investments into them. A wind power investment model for Germany shows that system-friendly wind turbines indeed deliver benefits for the energy system that overcompensate for their cost premium. Sliding feed-in premia incentivize their deployment only where investors bear significant price risks and possess sufficient foresight. Alternatively, a new production value-based benchmark triggers investors to install turbines that meet the requirements of power systems with increasing shares of variable renewable energies, without inducing additional investment risks. Chapter 2 provides novel evidence that some support policies lead to higher financing and overall deployment costs than others. Power systems with increasing shares of wind and solar power generation have higher capital and lower operational costs than power systems based on fossil fuels. This increases the importance of the cost of financing for total system cost. We quantify how renewable policy design can influence the cost of financing by addressing regulatory risk and facilitating hedging. First, we use interview data on wind power financing costs from the EU and derive effects on project developers' financing costs. Second, we model how long-term contracts signed between project developers and energy suppliers impact financing costs in the context of green certificate schemes. The costs of renewable energies increase by about 30 percent in comparison to policies that provide implicit long-term contracts between project developers and electricity consumers. Chapter 3 shows that time-inconsistency issues can arise for renewable energy investments, deterring investments, and how these issues can be addressed by policy-makers. Investments into renewable energies are commonly enabled by support policies. Yet, governments can have incentives -- and the ability -- to deviate from previously-announced support once investments are made, which can deter investments. In the first step, we analyze a renewable energy regulation game and apply a model of time-inconsistency to renewable energy policies. Based on the model, we derive under what conditions governments have incentives to deviate from their commitments, analyzing the potentially mitigating effects of various policy designs and targets. In the second step, we provide a numerical example of our theoretical model and explain why Spain conducted retrospective changes in 2010-2013 whereas Germany stuck to its commitments. The model suggests that, on the one hand, the extra costs of renewable energies were considerably lower in Spain due to the higher wholesale electricity price, rendering compliance more attractive in Spain. However, on the other hand, this is outweighed by the dirtier German conventional power plant fleet and especially by the larger myopia of the Spanish regulator, caused by high discounting during the financial crisis of future benefits of sustained renewable energy deployment. | en |
| dc.description.abstract | Diese Dissertation umfasst drei Kapitel über die volkswirtschaftlichen Effekte der Finanzierung und Integration erneuerbarer Energien und das Design entsprechender Förderinstrumente. Die Umstellung hin zu einer CO2-neutralen Wirtschaft bedingt groß angelegte Investitionen in erneuerbare Energien. Die Integration wetterabhängiger erneuerbarer Energien stellt neue Herausforderungen dar für Energiesysteme, die für regelbare thermische Kraftwerke ausgelegt wurden. Beispielsweise wird bei starkem Wind mehr und mehr Windenergie erzeugt. Deshalb ist es zunehmend wichtig, Anreize zu schaffen, die Projektentwickler dazu ermutigen, alternative Windkrafttechnologien zu wählen, welche Strom auch unter mittelmäßigen Windbedingungen liefern. Eine weitere Herausforderung sind die Finanzierungskosten der Investitionen, da sie die Gesamtinvestitionskosten weitgehend bestimmen und von der Gestaltung der Förderpolitik beeinflusst werden. Es stellt sich die Frage, welche Politikinstrumente mit höheren Finanzierungskosten einhergehen. Außerdem ist es, um große Investitionsvolumina zu ermöglichen, essentiell, Politikinstrumente so zu gestalten, dass sie glaubwürdige Zusagen darstellen, auf deren Grundlage Investitionen getätigt werden können. Kapitel 1 analysiert die Integration von Windenergie in Energiesysteme mit steigenden Anteilen erneuerbarer Energien. In solchen Energiesystemen ist die Stromerzeugung bei ungünstigen Wetterbedingungen geringer. Systemfreundliche Windenergieanlagen korrigieren dies, indem sie einen größeren Anteil ihres Stroms bereits bei niedrigen Windgeschwindigkeiten produzieren. In diesem Beitrag wird analysiert, inwieweit die Vorteile systemfreundlicher Windenergieanlagen ihre zusätzlichen Kosten übersteigen und wie man Anreize für Investitionen in solche Anlagen geben kann. Ein Windkraft-Investitionsmodell für Deutschland zeigt, dass systemfreundliche Windenergieanlagen tatsächlich Vorteile für das Energiesystem bieten, die ihre zusätzlichen Kosten überkompensieren. Gleitende Marktprämien bieten nur dann einen Anreiz für solche Anlagen, wenn Investoren ein erhebliches Preisrisiko tragen und ausreichend vorausschauend sind. Alternativ veranlasst ein neues Referenzwertmodell Investoren dazu, Anlagen zu installieren, die die Anforderungen von Energiesystemen mit steigenden Anteilen erneuerbarer Energien erfüllen, ohne dass Investoren dadurch zusätzliche Risiken entstehen. Kapitel 2 liefert neue Belege dafür, dass einige Förderinstrumente zu höheren Finanzierungs- und Gesamtkosten der erneuerbaren Energien führen als andere. Energiesysteme mit steigenden Anteilen an Wind- und Solarenergie haben höhere Kapitalkosten und geringere Betriebskosten als Energiesysteme auf Basis fossiler Brennstoffe. Dies erhöht die Bedeutung der Finanzierungskosten für die Gesamtsystemkosten. Wir quantifizieren, wie Förderinstrumente die Finanzierungskosten beeinflussen können, indem sie regulatorische Risiken adressieren und Absicherungen ermöglichen. Zum einen verwenden wir Befragungsdaten zu den Finanzierungskosten für Windenergie aus der EU und ermitteln daraus die Auswirkungen von Förderinstrumenten auf die Finanzierungskosten der Projektentwickler. Zum anderen modellieren wir, wie langfristige Verträge zwischen Projektentwicklern und Energieversorgungsunternehmen die Finanzierungskosten bei grünen Zertifikatehandeln beeinflussen. Die Kosten für erneuerbare Energien steigen um etwa 30 Prozent im Vergleich zu Förderinstrumenten, welche implizite Langzeitverträge zwischen Projektentwicklern und Stromverbrauchern darstellen. Kapitel 3 zeigt einerseits, dass Probleme zeitlicher Inkonsistenzen bei Investitionen in erneuerbare Energien auftreten können, wodurch Investitionen verhindert werden, und andererseits, wie diese Probleme von politischen Entscheidungsträgern angegangen werden können. Investitionen in erneuerbare Energien werden üblicherweise durch Förderinstrumente unterstützt. Regierungen können jedoch Anreize und die Möglichkeit haben, von zuvor angekündigten Vergütungszahlungen abzuweichen, sobald Investitionen getätigt wurden, was Investoren abschrecken kann. Im ersten Schritt analysieren wir ein Regulierungsspiel von Investitionen in erneuerbare Energien und wenden ein Modell der zeitlichen Inkonsistenz auf die Förderung erneuerbarer Energien an. Auf der Grundlage des Modells leiten wir ab, unter welchen Bedingungen Regierungen Anreize haben, von ihren Verpflichtungen abzuweichen, und analysieren die potenziell mildernden Auswirkungen verschiedener Förderinstrumente und von erneuerbare-Energien-Zielen. Im zweiten Schritt geben wir ein numerisches Beispiel für unser theoretisches Modell und erklären, warum Spanien 2010-2013 retrospektive Änderungen seiner Förderung durchführte, während Deutschland seinen Verpflichtungen nachkam. Die Modellergebnisse deuten darauf hin, dass die zusätzlichen Kosten für erneuerbare Energien in Spanien aufgrund des höheren Großhandelsstrompreises deutlich niedriger waren als in Deutschland, was eigentlich die Erfüllung der Verpflichtungen in Spanien attraktiver machte. Jedoch wird dies durch die schmutzigere deutsche konventionelle Kraftwerksflotte und insbesondere durch die Kurzsichtigkeit der spanischen Regulierer mehr als aufgewogen, welche in der Finanzkrise dem zukünftigen Nutzen erneuerbarer Energien durch hohe Diskontierung wenig Wert beimaßen. | de |
| dc.identifier.uri | https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/8088 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-7249 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.relation.haspart | 10.1016/j.eneco.2017.05.017 | |
| dc.rights.uri | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/ | en |
| dc.subject.ddc | 330 Wirtschaft | de |
| dc.subject.other | renewable energy policies | en |
| dc.subject.other | time-inconsistency | en |
| dc.subject.other | financing RES | en |
| dc.subject.other | integrating RES | en |
| dc.subject.other | system-friendly Wind Power | en |
| dc.subject.other | PPAs | en |
| dc.subject.other | Erneuerbare-Energien-Politiken | de |
| dc.subject.other | zeitliche Inkonsistenz | de |
| dc.subject.other | Finanzierung erneuerbarer Energien | de |
| dc.subject.other | systemfreundliche Windkraftanlagen | de |
| dc.subject.other | Langzeitverträge | de |
| dc.title | The economics of financing and integrating renewable energies | en |
| dc.title.translated | Die Ökonomie der Finanzierung und Integration erneuerbarer Energien | de |
| dc.type | Doctoral Thesis | en |
| dc.type.version | acceptedVersion | en |
| tub.accessrights.dnb | free | en |
| tub.affiliation | Fak. 7 Wirtschaft und Management::Inst. Volkswirtschaftslehre und Wirtschaftsrecht (IVWR) | de |
| tub.affiliation.faculty | Fak. 7 Wirtschaft und Management | de |
| tub.affiliation.institute | Inst. Volkswirtschaftslehre und Wirtschaftsrecht (IVWR) | de |
| tub.publisher.universityorinstitution | Technische Universität Berlin | en |