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Three essays on gas market liberalization
Full text linkUm die Auswirkung der Liberalisierung der EU-Erdgasmärkte auf die Macht der Marktteilnehmer zu studieren, entwickeln wir ein disaggregiertes Modell der eurasischen Erdgasversorgung. Wir modellieren die Abhängigkeiten zwischen den Spielern als kooperatives Spiel und berücksichtigen verschiedene Lösungen: den Shapley-Wert, den Nukleolus und den Kern. Im Kapitel 1 untersuchen wir die regionalen Auswirkungen der Liberalisierung des Zugangs zu den Übertragungsnetzen, sowie die Anreize für Fusionen und Kartelle. Im Kapitel 2 untersuchen wir die Auswirkung der Liberalisierung auf die Machtbalance zwischen den lokalen Champions, den Kunden und den Produzenten außerhalb EU. Wir unterscheiden zwischen zwei Schritten der Reform: 1.die Öffnung des Zugangs zu den Übertragungsnetzen und 2.die Öffnung des Zugangs zu den Vertriebssystemen. Für den Shapley-Wert finden wir geringe und heterogene Effekte des ersten Schritts. Die Auswirkungen des zweiten Schritts sind viel größer und ergeben ein klares Muster: alle lokalen Champions verlieren, während alle Kunden und alle externen Produzenten gewinnen. Da ein Drittel der Verluste der Champions innerhalb EU zu den Spielern im Ausland abfließt, können die aktuellen Reformen die Dominanz der bereits starken externen Produzenten verbessern. Wenn wir den Nukleolus heranziehen, profitieren die Produzenten außerhalb EU von der vollen Liberalisierung hingegen nicht. Im Kapitel 3 untersuchen wir die Beziehungen zwischen Shapley-Wert, Nukleolus und Kern. Für unser Modell ist der Shapley-Wert nie im Kern. Um ein Maß der Instabilität von Auszahlungen, die nicht im Kern liegen, zu erhalten, schlagen wir eine Erweiterung des starken epsilon-Kerns vor und betrachten 3 Metriken. Wir finden, daß die Liberalisierung die Instabilität des Shapley-Werts erhöht. Wir zeigen, daß die Liberalisierung den Kern komprimiert. Die Auswirkung auf den Nukleolus korrespondiert jedoch nicht immer mit der Verschiebung von Minimal- und Maximalwerten der Spieler im Kern.To study the impact of the liberalization of EU natural gas markets on the power of market players we develop a disaggregated model of the Eurasian natural gas supply system. We model interdependenices among the players as a cooperative game for which we consider various solutions: the Shapley value, the nucleolus and the core. In the first paper we study regional impact of liberalization of access to transmission networks, incentives for mergers and cartels. In the second paper we study the impact of liberalization on the balance of power between ''local champions'', customers, and outside producers, such as Russian Gazprom. We distinguish between two steps of the reform: 1. opening access to transit pipes and 2. opening access to distribution systems, hence customers. Using the Shapley value, we find a modest and rather heterogeneous impact from the first step. The impact of the second step is much larger and yields a clear pattern: all local champions lose, while all customers and all outside producers gain. As one third of the losses of champions within EU leaks to players abroad, current reforms might enhance the dominance of already powerful outside producers. When we apply the nucleolus, in contrast, full liberalization does not benefit outside producers at all. In the third paper we focus on the relation of the Shapley value and the nucleolus to the core. For our model the Shapley value is never in the core. To evaluate the degree of instability of a payoff allocation which is not in the core, we propose an extension of the strong epsilon-core and consider three metrics. We find that liberalization increases the degree of instability of the Shapley value for all metrics. We show that liberalization compresses the core, but not always the nucleolus corresponds well to the shifts in the minimal and maximal values of players in the core
Unternehmensstrategien und Verbraucherverhalten unter marktbasierter Nachhaltigkeitspolitik
No full textThis dissertation studies different approaches to sustainability regulation. The author evaluates the effectiveness of several policy measures in achieving their objective and discusses potential unintended side-effects. Both depend on strategic firm behavior and consumer sensitivity.
Chapter II considers the impact of fuel taxes on the fuel efficiency of new automobiles. The results rely on exhaustive consumer-level data of French automobile purchases; the author estimates the parameters of automobile demand using a nested logit model accounting for heterogeneity of consumer groups. The estimated parameters are used to predict the impact of two hypothetical changes in fuel taxes. The results show that new vehicle purchases react very little to changes in fuel tax and the impact of the examined fuel tax policies is economically small.
Chapter III studies the strategic interactions between two sustainability labels competing for firms to offer their products: it shows why the industry has an interest to introduce its own label. The results rely on a model of oligopolistic firms offering several horizontally (between firms) and vertically (between label qualities) differentiated products. These firms interact with two labeling organizations that pursue different objectives: a for-profit label and an industry standard maximizing joint firm profit. The results show that the industry benefits from introducing an industry standard that reduces competition by segmenting the market; by contrast, a social planner maximizes consumer welfare and total social welfare by maximizing the number of labeled goods. Horizontal differentiation plays a key role for the final market outcome.
Chapter IV measures the magnitude of fixed transaction costs in European emissions trading. Transaction costs are defined in a broad sense as monetary and non-monetary frictions from certificate trading of firms. The results rely on plant-level administrative data from European emissions trading; the author estimates the distribution of fixed transaction costs arising from the use of ``normal'' European certificates, on the one hand, and international offset certificates, on the other hand. The results show that for most firms, the bulk of transaction costs stems from market participation in general rather than from the use of international certificates. The magnitude of transaction costs is such that a fifth of all firms does not participate in profitable offset trading.
Chapter V studies whether European emissions trading has led to a displacement of European carbon emissions to other parts of the world (``carbon leakage''), both via relocation and via loss of market shares to foreign competitors. A literature survey reveals different approaches to identify carbon leakage empirically. This chapter's results rely on a combination of sector-level trade data and plant-level data from European emissions trading; using various ways of defining both outcome and stringency of environmental policy, the author finds no evidence of carbon leakage.Diese Dissertation untersucht unterschiedliche Ansätze zur Nachhaltigkeitsregulierung. Die Autorin bewertet die Wirksamkeit von Politikmaßnahmen sowie potenzielle unbeabsichtigte Nebenwirkungen. Beide hängen vom strategischen Verhalten von Unternehmen sowie der Sensitivität der Verbraucher ab.
Kapitel II betrachtet die Auswirkung von Treibstoffsteuern auf die Kraftstoffeffizienz von neuen Automobilen. Die Ergebnisse beruhen auf Verbraucherdaten über französischen Automobilkäufe; die Autorin schätzt die Parameter der Automobilnachfrage mit einem Nested Logit Modell, das die Heterogenität von Verbrauchergruppen berücksichtigt. Die geschätzten Parameter werden verwendet, um die Auswirkung von zwei hypothetischen Änderungen der Treibstoffsteuer zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen, dass neue Fahrzeugkäufe sehr wenig auf Änderungen der Treibstoffsteuer reagieren und die Auswirkungen der untersuchten Steuerreformen wirtschaftlich vernachlässigbar sind.
Kapitel III untersucht die strategischen Interaktionen zwischen zwei Nachhaltigkeitslabels im Kaffeemarkt: es zeigt, warum die Röstereibranche ein Interesse daran hat, ihr eigenes Label einzuführen. Die Ergebnisse beruhen auf einem Modell mit Firmen im Oligopol, die mehrere horizontal (zwischen Firmen) und vertikal (zwischen Labelqualitäten) differenzierte Produkte anbieten. Diese Unternehmen interagieren mit zwei Labelorganisationen, die unterschiedliche Ziele verfolgen: ein profitorientierter Lizensierer und ein Industriestandard, der den gemeinsamen Unternehmensgewinn maximiert. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Industriestandard immer versucht, den Wettbewerb durch Segmentierung des Marktes zu reduzieren. Im Gegensatz dazu maximiert ein sozialer Planer die gesamtgesellschaftliche Wohlfahrt durch die Maximierung der Zahl der gelabelten Produkte. Die horizontale Differenzierung spielt eine entscheidende Rolle für das Marktergebnis.
Kapitel IV misst Transaktionskosten im europäischen Emissionshandel. Transaktionskosten werden hier im weiten Sinne als monetäre und nicht monetäre Aufwände von Firmen im Zertifikatshandel definiert. Die Ergebnisse beruhen auf administrativen Daten des europäischen Emissionshandels; die Autorin schätzt die Verteilung der fixen Transaktionskosten, die sich aus der Verwendung von "normalen" europäischen Zertifikaten einerseits und internationalen Offsetzertifikaten andererseits ergeben. Die Ergebnisse zeigen, dass für die meisten Unternehmen der Großteil der Transaktionskosten von der Marktbeteiligung im Allgemeinen und nicht von der Verwendung internationaler Offsetzertifikate stammt. Die Größenordnung der Transaktionskosten ist so, dass ein Fünftel aller Firmen nicht am gewinnbringenden Offsethandel teilnimmt.
Kapitel V untersucht, ob der europäische Emissionshandel zu einer Verschiebung der europäischen CO2-Emissionen in andere Teile der Welt geführt hat ("carbon leakage"), sowohl durch Verlagerung der Produktion als auch durch Verlust von Marktanteilen an ausländische Wettbewerber. Eine Literaturrecherche zeigt verschiedene Ansätze zur Identifizierung von carbon leakage in den Daten. Die Ergebnisse dieses Kapitels beruhen auf einer Kombination von Handelsdaten und Daten aus dem europäischen Emissionshandel; mit verschiedenen Definitionen der Ergebnisvariablen sowie der Emissionskosten, findet die Autorin keine Hinweise auf carbon leakage
strategic investments in the natural gas network
Full text linkDie Dissertation besteht aus drei unabhängigen Essays zur Anwendung der kooperativen Spieltheorie auf den internationalen Erdgashandel. Das internationale Erdgasnetz wird von einem stilisierten quantitativen Modell dargestellt, welches aus den wichtigsten Produzenten, Verbrauchern, Pipelines und LNG-Terminals besteht. Die Koalitionsfunktion berücksichtigt wesentliche Merkmale des internationalen Gashandels und schildert die Abhängigkeiten zwischen den Akteuren. Das Spiel wird mit dem Shapley-Wert und dem Nukleolus gelöst, welche alternative Indizes für die Darstellung der Machtstruktur sind. Kapitel 1 versucht die Interessen der Spieler in drei Pipeline-Projekte, d.h. Nord Stream, South Stream und Nabucco, zu rationalisieren. Das Kapitel ordnet die Investitionen in die neuen Pipelines ihren Auswirkungen auf die Verhandlungsmacht der Akteure zu und zieht dabei Rückschlüsse auf die Aussagekraft der Lösungskonzepte. Der Shapley-Wert rechtfertigt die jüngsten Investitionen in die Pipelines als rationale Versuche, die Machtstruktur zu verändern. Im Gegensatz zum Shapley-Wert kann der Nukleolus die empirischen Beobachtungen nicht nachbilden. Kapitel 2 studiert Pipeline-Projekte im zentralasiatischen Raum. Die Ergebnisse erklären die Unterstützung der zentralasiatischen Länder für eine nach China verlaufende Pipeline statt einem nach Europa führenden Projekt, und zeigen, dass die Konkurrenz zwischen China und Europa für das zentralasiatische Erdgas vernachlässigbar ist. Kapitel 3 untersucht die bedeutendsten Entwicklungen in Angebot und Nachfrage im globalen LNG-Markt sowie deren Einfluss auf die Machtstruktur im eurasischen Erdgashandel. Die Entwicklungen kommen den europäischen Verbrauchern deutlich zugute, aber scheitern dabei, die Macht der etablierten Anbieter um Europa, beispielsweise Russlands, einzudämmen.The dissertation contains three independent essays on the application of cooperative game theory on the international natural gas trade. The international natural gas network is represented by a stylized disaggregated quantitative model consisting of its major producers, customers, trunk-pipelines and LNG terminals. The value function considers essential characteristics of the international gas trade and characterizes the interdependencies between the major actors. The game is solved with the Shapley value and the nucleolus as alternative indexes for capturing the power of different players. Chapter 1 aims to rationalize players'' interest in the three pipeline projects, i.e., Nord Stream, South Stream, and Nabucco. The chapter relates the investments into the new pipelines to their impact on the power structure and thereby makes conclusions about the explanatory power of the solution concepts. While the Shapley value can explain the recent investments in the new pipelines as a rational attempt to alter the power structure in the network, the nucleolus, in contrast, fails to replicate the empirical evidence. Chapter 2 studies pipeline options of the Central Asian countries aimed at diversifying their transit routes and export markets. The results explain the Central Asian countries'' endorsement for an eastbound pipeline to China rather than a Europe-bound option, and show negligible demand competition between China and Europe for Central Asian supplies. Chapter 3 investigates major supply and demand developments in the global LNG market as well as their impact on the power structure in the Eurasian natural gas trade. The developments benefit European consumers significantly, but barely curtail the power of the established suppliers in close proximity to Europe, such as Russia
development of a framework for integrating transport and logistics
No full textGedruckt erschienen im Universitätsverlag der TU Berlin unter ISBN 978-3-7983-2816-7 (ISSN 1865-3170)Die Dissertation setzt an zentralen praktischen Herausforderungen in der schnelldrehenden Konsumgüterindustrie an: Insbesondere an kundennahen Distributionsstufen muss der Nachfrage nach hohen Lieferfrequenzen, einem breiten Sortiment und hoher Verfügbarkeit mit zuverlässigen kurzen Lieferzeiten bei in Teilen schwer prognostizierbarer Nachfrage sowie aus Kosten- und Platzgründen durch innovative Logistikkonzepte begegnet werden. Darüber hinaus steht die Reduzierung des Verkehrsaufkommens für die Nachfrageversorgung nicht nur aus ökonomischen, aber auch aus ökologischen Gründen im Fokus, um kundenorientiert und wettbewerbsfähig agieren zu können. Neben den Zielen Verfügbarkeit, Durchsatzsteigerung und Kostenersparnis stehen daher die Assetauslastung sowie die Nutzung von effizienten Transportkonzepten in Abhängigkeit der Logistikstrategie im Fokus. Insgesamt werden 23 Lösungskonzepte aus sechs Gestaltungsebenen hinsichtlich ihres Beitrages zur Integration von Transport und Logistik aufgezeigt:
- Stärkung der unternehmensübergreifenden Kooperationen, um physische und informatorische Schnittstellen zu verbessern.
- Schaffung einer prozessorientierten internen Organisation, in der Zieldivergenzen einzelner Teilfunktionen durch ein übergeordnetes Ziel sowie Informationstransparenz aufgehoben werden.
- Ausgestaltung von Tarifen und Verträgen mit ausgewählten Logistikdienstleistern im Sinne einer integrierten Transportplanung innerhalb des kooperierenden Netzwerkes.
- Einsatz von Technologien, die sowohl als Treiber für die interne und externe Integration als auch als Enabler für dessen Gestaltung betrachtet werden. Dabei stehen die Harmonisierung unterschiedlicher Informationstechnologien sowie integrative IT-Plattformen im Vordergrund.
- Förderung der Kunden- und Prozessorientierung der Transportdienstleister, um einerseits den Kundenauftrag durch innovative Ansätze effizienter erfüllen zu können sowie innerhalb des Transportnetzwerkes eine Integration unterschiedlicher Akteure zu fördern.
- Schaffung von Schnittstellen zu verkehrspolitischen Entscheidungen, welche in Form von Regularien und Infrastrukturinvestitionen die Rahmenbedingungen für die Gestaltung von Logistik- und Transportnetzwerken bilden.
Die Implementierung der Lösungskonzepte unter Berücksichtigung der Umsetzbarkeit und Relevanz für die Praxis wird unter Zuhilfenahme des Prozessreferenzmodells SCOR am Beispiel einer 3-stufigen Distributionsstruktur der Konsumgüterindustrie dargestellt. Die aggregierten Ergebnisse fließen in einen akteursübergreifenden Gestaltungsansatz, dessen Anwendung in einer Effizienzsteigerung logistischer Aktivitäten in der schnelldrehenden Konsumgüterindustrie durch verbessertes Transportmanagement resultiert sowie durch die Systematisierung der Lösungsansätze einen neuartigen wissenschaftlichen Beitrag leistet.The dissertation is based on practical challenges in the fast moving consumer goods industry: Especially customer-oriented distribution levels show a massive demand for high delivery frequencies and high availability of a wide range of products which results in an increased need for innovative logistics concepts. A total of 23 solutions from six design levels are presented in terms of their contribution to the integration of transport and logistics. These include strengthening inter-enterprise cooperation, creating a process-oriented internal organization, design of contracts within integrated transport planning, the use of technology, the promotion of customer and process orientation of transport service providers and the creation of interfaces to governmental policy making.
The implementation of the solutions is taking into account the feasibility and practical relevance and is illustrated with the aid of the SCOR process reference model. The aggregated results are integrated into a cross-stakeholder frame work, which application leads to an increase in efficiency of logistics activities and provides a systematization of solutions as a novel scientific contribution
Better health and ambient assisted living (AAL) from a global, regional and local economic perspective
Full text linkAssisting technologies aim to provide more support in the meeting of one's daily needs and the preservation of one's autonomy and quality of life. Continual developments in medicine, medical equipment, nursing and medical care are assumed to lead to new types of care being created. A high degree of social and economic relevance has been attributed to assisting technologies, as well as information and communication systems, by scientists and politicians alike, particularly in connection with the development, promotion and organization of so-called senior-friendly environments and with ambient assisted living (AAL). Here the focus is especially upon the aged of the future, their specific demands and resources, which these technologies should be able to serve while adhering to their individual requirements. These new technologies can also be extremely relevant to people surrounding the elderly. They can make a considerable difference to the way in which people are able to live together for example by assisting the nursing care provided by close relatives and they may represent new opportunities to the providers of outpatient and inpatient nursing and medical care. -- Assistierende Technologien sollen der besseren Unterstützung bei der Deckung von Bedürfnissen des täglichen Lebens und zur Erhaltung von Selbständigkeit und Lebensqualität dienen. Es ist davon auszugehen, dass durch die kontinuierliche Entwicklung in der Medizin, der Medizintechnik sowie assistierender Technologien in der medizinischen und pflegerischen Versorgung neue Versorgungsmöglichkeiten geschaffen werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Entwicklung, der Förderung und der Ausgestaltung sogenannter altersgerechter Lebenswelten bzw. eines ambient assisted living (AAL) wird den unterstützenden Technologien und Informations- und Kommunikationstechniken von wissenschaftlicher und politischer Seite eine hohe gesellschaftliche und wirtschaftliche Relevanz zugewiesen. Im Fokus stehen dabei vor allem die zukünftigen Älteren und ihre spezifischen Bedarfe und Ressourcen, die diese Technologien ihren individuellen Bedürfnissen entsprechend nutzen können sollen. Derartige Techniken können aber auch für Personen aus dem sozialen Umfeld der Älteren von hoher Relevanz sein. So können diese die Gestaltung des Zusammenlebens erheblich ändern - beispielsweise durch die Unterstützung bei der pflegerischen Versorgung durch Angehörige - und beispielsweise den Anbietern im Bereich der gesundheitlichen und pflegerischen ambulanten und stationären Versorgung neue Möglichkeiten der Versorgung bieten.
analyses from a new institutional economics perspective
No full textDiese Arbeit setzt sich mit Organisationsmodellen bei Hochbauvorhaben auseinander. Hochbauvorhaben in Deutschland stellen einen bedeutenden Ausgabenposten öffentlicher Haushalte dar. Immer wieder stehen daher Probleme bei solchen Projekten insbesondere im Hinblick auf Kosten- und Terminüberschreitungen im Fokus der Öffentlichkeit.
In der Arbeit erfolgt eine grundsätzliche Untersuchung von Organisationsmodellen im privaten und öffentlichen Hochbau in Deutschland und deren Eignung bzw. Konsistenz in Abhängigkeit von den mit dem Hochbauprojekt vorliegenden Transaktions-, Markt- und Akteurscharakteristika sowie bei dem institutionellen Rahmen und im Kontext von Opportunismus, Abhängigkeitskonstellationen und Informationsasymmetrien zwischen Wirtschaftsubjekten. Des Weiteren wird auf die Besonderheiten des öffentlichen Hochbaus eingegangen, woraus Empfehlungen zur Eignung von Organisationsmodellen in diesem Bereich abgeleitet werden. Im Fokus steht dabei insbesondere der frühe Einbezug bauausführender Unternehmen in die Planung.
Die Analyse der Organisationsmodelle im privaten und öffentlichen Hochbau in Deutschland zeigt, dass die Ausgestaltung des Organisationsmodells in einem komplexen System zahlreicher Einflussfaktoren mit unterschiedlichen Interdependenzen erfolgt, was die Ableitung allgemeingültiger Empfehlungen erschwert. Vor dem Hintergrund dieser Komplexität lässt sich feststellen, dass die Ausgestaltung von Organisationsmodellen bei öffentlichen Bauherren, aufgrund der Besonderheiten der öffentlichen Hand, unter anderen Einflussfaktoren als bei privaten Bauherren erfolgt und somit einer gesonderten Analyse bedarf. Dabei ist hervorzuheben, dass Erkenntnisse zu Organisationsmodellen aus dem privaten Hochbausektor nicht direkt auf den öffentlichen Bauherrn übertragbar sind, sondern dass eine gesonderte Prüfung im öffentlichen Kontext unabdingbar ist.
In der Arbeit konnte eine ausgeprägte Vorteilhaftigkeit des Rückgriffs auf ein Standardorganisationsmodell oder zumindest eine begrenzte Anzahl davon im öffentlichen Hochbau abgeleitet werden. Aufgrund der Heterogenität des Projektportfolios, der eingeschränkten Möglichkeiten zur Reduktion von Abhängigkeiten von einzelnen Auftragnehmern, der aktuellen Marktcharakteristika und des institutionellen Rahmens in Deutschland sowie der großen Bedeutung der Nachvollziehbarkeit für außenstehende Dritte wird die Anwendung desintegrierter Organisationsmodelle, die mit einer vertraglichen Trennung zwischen Planung und Bauausführung einhergehen, als Standardmodell Im öffentlichen Hochbau positiv bewertet. Dieses Modell setzt ausreichende interne Ressourcen für eine effiziente Steuerung und Koordination voraus. Dabei besteht die Notwendigkeit, eine langfristige Perspektive auf die Ausgestaltung von Organisationsmodellen im öffentlichen Hochbau zu entwickeln, in der die Sicherstellung notwendiger interner Ressourcen, unter Berücksichtigung langfristiger Pfadabhängigkeiten, zur Gewährleistung der dauerhaften Konsistenz von Standardorganisationsmodellen im Mittelpunkt steht.This Ph.D. thesis evaluates different organizational models in the structural engineering sector. Investments in this sector represent a significant part of public spending. The frequent budget overruns in such projects has led to an increased public interest into the matter of organizational models used in the structural engineering sector.
This thesis conducts analyses of organizational models in both the public and the private sectors. At the core of the analyses stands the question; how suitable organizational models can be identified based on the prevailing characteristics of transactions, actors, markets and institutional frameworks within the German construction sector. Further the special characteristics of public clients are taken into account and recommendations for the application of organizational models derived. A special focus is thereby given to design and build models with a prime contractor.
The analysis of organizational models shows that the client's design decision takes place within a complex system of diverse and yet interdependent parameters. Due to the high complexity and multiple interdependencies of these characteristics, it is difficult to derive any general recommendations for the use of organizational models. Given this complexity, it can be concluded that the design decision at public clients is taken place at other conditions than at private clients, and therefore requires a tailored analysis, in which results from the private sector cannot be applied to the public structural engineering sector without special and careful considerations.
This thesis concludes that the use of one or a limited number of standardized organizational models is beneficial for clients in the public structural engineering sector. The advantages arise from the opportunities presented by standardized organizational models to compose and preserve internal resources for efficient project implementation as well as to increase third party observability and transparency. Based on the generally large heterogeneity of the public clients’ project portfolio, their limited opportunities to reduce the dependence on the contractor during the construction stage, the importance of third party observability as well as the current characteristics of the market and the institutional framework in Germany, the use of single tender contracting or design and build, which does not integrate the design stage, as a standardized model can be considered beneficial for German public clients. As these organizational models require adequate internal resources for their efficient execution, the long-term consistency of standardized organizational models in the public sector will need to assure sufficient internal resources to secure efficient construction management and coordination
Die Organisation von netzunabhängiger Elektrifizierung: eine institutionsökonomische Analyse der Rolle von Solar Home Systemen (Photovoltaikanlagen) für die Realisierung universeller Stromversorgung
No full textIn recent years, decentralized renewable energy systems and innovative financing and delivery models have significantly improved the potential for achieving universal access to electricity. Solar home systems (SHSs) play a critical role in this progress. This dissertation investigates the role of SHSs in meeting Sustainable Development Goal No. 7. It applies an institutional economic analysis to discuss organizational models of the public and private role in providing electricity infrastructure through SHSs.
The dissertation comprises three parts:
Part 1, Chapter 1, synthesizes the dissertation, introducing the research context, discussing preliminary observations, and summarizing frameworks, methods, and key findings. The following two parts contain the five publications which constitute my cumulative dissertation.
Part 2 starts with Chapter 2, which examines electrification methods in East Africa, addressing the limitations of centralized power supply, regulatory frameworks, affordability, and misaligned incentives. The chapter emphasizes the importance of SHSs in East Africa and demonstrates how they can complement conventional grid expansion under certain conditions. The difficulty is to achieve a balance between public and private provision. Chapter 3 delves into the socio-political factors of electricity access through SHS provision in Tanzania. A new Political Economy framework is proposed. Findings indicate the central role of the private sector, highlight the predominance of public-private delivery models, and underscore local community mobilization as key socio-political driver.
Part 3 contains Chapters 4 to 6. Chapter 4 analyses the economic and technical implications of the replacement of diesel generators with SHSs in Nigeria. Critical factors to be considered are household electricity consumption, the external costs of fossil fuels (e.g., Social Cost of Carbon), and innovative energy-as-a-service financing schemes. The findings suggest that SHSs can be competitive in terms of the Levelized Cost of Electricity, particularly for lower electricity consumption cases.
Chapters 5 and 6 explore institutional-economic lessons from large-scale SHS deployment in Bangladesh and Kenya, comparing top-down and bottom-up electrification approaches. An understanding of SHS delivery models and valuation methods is developed.
The analysis reveals the development of a sophisticated top-down public-private partnership model in Bangladesh, which has led to accessible financing, affordable SHS prices, and the building of a strong local solar industry. The effectiveness of the provision model stems from the smart division of production, distribution, and finance.
When contrasting Kenya and Bangladesh, two synergistic approaches highlight that innovation activities bolster a strong SHS supply side. The results demonstrate that sustained high levels of resource mobilization and entrepreneurial activities, as well as concurrent business model innovation, may serve as appropriate indicators. Furthermore, a supply-side ontology for SHS value categories is developed, introducing critical value categories for electricity access, socio-economic, and socio-political perspectives, while reviewing the most relevant economic analyses.
In conclusion, SHSs can assume a critical role in achieving universal access to electricity, especially when considering institutional-economic aspects on the supply side. The Organizational Model Framework facilitates mapping SHS provision models including necessary interfaces and coordination needs. By considering the different phases and interdependencies of models in Bangladesh and Kenya, as well as combining the evaluation criteria costs and financing, volume and innovation activities, this approach provides valuable insights into the effectiveness of different institutional mechanisms and their impact on the coordination and provision of SHS infrastructure.
In summary, this work aligns with current research, highlighting the importance of a nuanced perspective on the electricity access debate and various electrification methods. Although my empirical findings may have certain limitations and require further assessment and verification, it is worth emphasizing that SHSs can serve as cost-effective, flexible, and prompt solution. Above all, a smart configuration of hybrid public-private models is critical for a strong supply side and effective large-scale SHS provision.
Moreover, during the ongoing energy transition, electricity provision should be viewed as a continuum, and SHSs, whether deployed as grid-like or interim solutions, depending on the specific system configuration, have a justified role to play. This dissertation contributes to a fast, sustainable, and equitable transition to universal access to electricity by 2030, highlighting the importance of SHSs as a critical alternative for off-grid electrification.In den letzten Jahren haben dezentrale erneuerbare Energiesysteme und innovative Finanzierungs- sowie Bereitstellungsmodelle das Potenzial für einen universellen Zugang zu Elektrizität erheblich verbessert. Solar Home Systems (SHS) spielen bei dieser Entwicklung eine entscheidende Rolle. In dieser Dissertation wird die Rolle von SHS bei der Erreichung des Ziels Nr. 7 für nachhaltige Entwicklung untersucht. Eine institutionenökonomische Analyse wird angewendet, um sowohl die Rolle der öffentlichen als auch der privaten Organisationsmodelle bei der Bereitstellung von Strom durch SHSs zu diskutieren.
Die Dissertation besteht aus drei Teilen:
Teil 1, Kapitel 1, fasst die Dissertation zusammen, führt in den Forschungskontext ein, erörtert erste Beobachtungen und fasst Rahmenbedingungen, Methoden sowie Schlüsselergebnisse zusammen. Die beiden folgenden Teile enthalten die fünf Veröffentlichungen dieser kumulativen Dissertation, die jeweils ein eigenständiges Kapitel darstellen.
Teil 2 beginnt mit Kapitel 2, welches die Elektrifizierungsansätze in Ostafrika untersucht. Dabei werden die Grenzen der zentralisierten Stromversorgung, die rechtlichen Rahmenbedingungen, die Kosten sowie die Anreizmodelle thematisiert. Das Kapitel unterstreicht die Bedeutung von SHS als Energiequelle in Ostafrika und zeigt, wie sie unter bestimmten Bedingungen den konventionellen Netzausbau ergänzen können. Die Schwierigkeit besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen öffentlicher und privater Bereitstellung zu erreichen. Kapitel 3 befasst sich mit den sozio-politischen Faktoren des Stromzugangs durch SHS in Tansania. Es wird ein neuer politökonomischer Rahmen vorgeschlagen und die Ergebnisse zeigen, dass der Privatsektor eine zentrale Rolle spielt, dass öffentlich-private Bereitstellungsmodelle dominieren. Sie unterstreichen außerdem, dass die Mobilisierung der lokalen Stakeholder als zentraler soziopolitische Faktor für den Erfolg bei der Bereitstellung von SHS verantwortlich ist.
Teil 3 umfasst die Kapitel 4 bis 6. Kapitel 4 analysiert die wirtschaftlichen und technischen Auswirkungen des Ersatzes von Dieselgeneratoren durch SHS in Nigeria. Kritische Faktoren, die dabei zu berücksichtigen sind, sind der Stromverbrauch der Haushalte, die externen Kosten fossiler Brennstoffe (z. B. die sozialen Kosten von CO2) sowie innovative Finanzierungsmodelle für Strom als Energiedienstleistung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass SHS im Hinblick auf die Stromgestehungskosten wettbewerbsfähig sein können, insbesondere bei geringem Stromverbrauch.
In den Kapiteln 5 und 6 werden die institutionsökonomischen Lehren aus der groß angelegten Einführung von SHS in Bangladesch und Kenia untersucht. Dabei werden Top-Down- und Bottom-Up-Ansätze verglichen. Es wird ein Verständnis für SHS-Bereitstellungsmodelle und Bewertungsmethoden entwickelt. Die Analyse zeigt die Entwicklung eines ausgeklügelten Top-Down-Modells in Bangladesch. Eine öffentlich-private Partnerschaft hat Finanzierungsmöglichkeiten geschaffen, die Preise der SHS reduziert, und den Aufbau einer robusten lokalen Solarindustrie unterstützt. Die Wirksamkeit des Versorgungsmodells beruht auf der intelligenten Aufteilung von Produktion, Vertrieb und Finanzierung.
Beim Vergleich von Kenia und Bangladesch zeigen zwei komplementäre Ansätze, dass gezielte Innovationsaktivitäten zu einem soliden SHS-Angebot führen können. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass es dafür ein anhaltend hohes Maß an Ressourcenmobilisierung und unternehmerischen Aktivitäten braucht, sowie es gleichzeitige zur Anwendung von innovativen Geschäftsmodellen kommen muss.
Schließlich sollte die Frage nach Stromzugang in Zeiten der Energiewende als Kontinuum betrachtet werden. SHS, ob sie nun als äquivalente Netzlösung oder als Zwischenlösungen eingesetzt werden, haben je nach der spezifischen Systemkonfiguration eine berechtigte Rolle zu spielen. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zu einem schnellen, nachhaltigen und gerechten Übergang zu einem universellen Zugang zu Elektrizität bis 2030, indem sie die Bedeutung von SHS als entscheidende Alternative für die netzunabhängige Elektrifizierung hervorhebt
empirische, numerische und theoretische Perspektiven auf die Integration erneuerbarer Energien und die Integration über Grenzen hinweg
No full textTwo 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
Provisioning of public charging infrastructure for E-cars taking into account ideal-typical charging needs
No full textDie Bundesregierung verfolgt das Ziel, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu bringen. Für diese großflächige Einführung von Elektromobilität ist neben elektrischen Fahrzeugen, die mittlerweile auf dem Markt verfügbar sind, auch (private und öffentlich zugängliche) Ladeinfrastruktur notwendig. Seit einigen Jahren arbeiten Privatwirtschaft, öffentliche Hand und Wissenschaft daran, die Herausforderung der Bereitstellung der „richtigen“ Ladeinfrastruktur zu lösen.
In der vorliegenden Arbeit erfolgt eine institutionenökonomische Untersuchung der Fragen, die sich im Kontext der Bereitstellung von öffentlich zugänglicher und privater Ladeinfrastruktur stellen. Soweit möglich werden Handlungsempfehlungen an die öffentliche Hand zu Anpassungen des institutionellen Rahmens abgeleitet, die eine aus gesamtwirtschaftlicher Perspektive effiziente Bereitstellung von Ladeinfrastruktur fördern.
Zunächst werden drei aus Nutzersicht idealtypische Ladebedarfe hergeleitet, die unterschiedliche Anforderungen an Angebotskonzepte zur Deckung der Ladebedarfe stellen und anhand derer die Analyse der Bereitstellungsfragen erfolgt:
• Ein flächendeckendes Angebot von Schnellladeinfrastruktur ist notwendig, um Nutzern von Elektrofahrzeugen Mobilitätsoptionen zu eröffnen.
• Eine verlässliche Lademöglichkeit am regelmäßigen Parkort jedes Nutzers ist essenziell, um „Alltagsmobilität“ zu ermöglichen.
• Möglichkeiten zur Zwischendurchladung können das Ladeinfrastruktursystem an unregelmäßigen Parkorten ergänzen.
Die Bereitstellung eines Schnellladenetzwerkes durch einen zentralen Akteur mit öffentlichem Zielsystem erscheint vorteilhaft gegenüber einer wettbewerblichen Bereitstellung. Im Gegensatz dazu ist die Herausforderung bei der Bereitstellung von Möglichkeiten zur regelmäßigen Ladung die Koordination mit dem Parkraum, so dass die Bereitstellung von Ladeinfrastruktur durch die (dezentralen) Stellplatzbereitsteller erfolgen sollte. Im öffentlichen Raum sind die Gemeinden gefordert, über die Ausgestaltung differenzierter Nutzungsregeln zuverlässige Ladeangebote für „Laternenparker“ zu entwickeln. Im privaten Bereich erscheint es zielführend, Nutzern ein Anrecht auf Ladeinfrastrukturbereitstellung gegenüber Stellplatzinhabern zu gewähren. Die Bereitstellung von Ladeinfrastruktur zur Zwischendurchladung an unregelmäßigen Parkorten ist von niedrigerer Bedeutung für das gesamte Elektromobilitätssystem. Darüber hinaus haben Stellplatzbereitsteller an den Parkorten grundsätzlich wirksame Anreize, effizient Ladeinfrastrukturangebote zur Zwischendurchladung bereitzustellen.
Die öffentliche Hand kann die Komplexität und Kosten in den drei Bereichen durch die Einführung von technischen Standards sowie Regeln zu Betrieb und Strombelieferung von Ladeinfrastruktur reduzieren. Bei einer finanziellen Förderung der Ladeinfrastrukturbereitstellung durch die öffentliche Hand sind Nachfrageverschiebungen aufgrund von Substitutionsbeziehungen zwischen verschiedenen Ladeangeboten zu berücksichtigen.The German federal government has committed to quantitative targets regarding the e-mobility market development by 2020. The provision of (private and publicly accessible) charging infrastructure is seen as one of the main challenges to achieve these targets.
This dissertation identifies and examines questions that arise in the context of providing charging infrastructure from the perspective of institutional economics. As far as possible policy recommendations for an efficient provision of charging infrastructure are derived.
In the first step the dissertation identifies three ideal types of charging needs from a customer’s perspective:
• A nation-wide fast charging network is required to provide comprehensive mobility options for users.
• Users need a reliable charging facility at their regular parking spot to be able to cover their every day mobility needs.
• Charging facilities at occasional parking spots can selectively further enhance the charging infrastructure system.
The analyses show that the provision of a fast charging network should be coordinated centrally. In contrast it should be the parking spot providers to decide upon charging facility installation for regular use on their premises. Local authorities will need to develop differentiated rules for usage and allocation of charging facilities on public parking space to guarantee the required level of reliability for users. Users that regularly use private parking spots should be entitled to demand the installation of charging facilities of their landlords or employers. Charging infrastructure at occasional parking spots is of less priority for the overall e mobility system and parking spot providers have incentives to provide an adequate level of charging infrastructure.
It is shown that the public authorities can clearly reduce the costs of providing charging infrastructure by enforcing technical standards as well as establishing rules on how charging infrastructure is provided with electricity. In case the public authorities subsidize the provision of charging infrastructure it should take into account substitution effects between the demand for different types of charging infrastructure
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