IER. Environmental External Costs from Power Generation by Renewable Energies. Diplomarbeit. Martin Braun. Band 401. Universität Stuttgart
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1 Universität Stuttgart IER Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung Diplomarbeit Environmental External Costs from Power Generation by Renewable Energies Martin Braun. Band 401
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3 Environmental External Costs from Power Generation by Renewable Energies Diplomarbeit angefertigt von cand. BWL techn. Martin Braun Karl-Klingler Str Waiblingen Matr. Nr.: Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. R. Friedrich, Dipl.-Ing. P. Preiss, IER Prof. Dr. H. Majer, IVR Studienrichtung: Wahlpflichtfächer: Technisches Schwerpunktfach: Technisch orientierte Betriebswirtschaftslehre Energiewirtschaft; Planung; Marketing, insbes. Investitionsgütermarketing Elektrotechnik Beginn der Arbeit: 16. April 2004 Ende der Arbeit: 16. Juli 2004 Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Stuttgart Prof. Dr.-Ing. A. Voß Abteilung Technikfolgenabschätzung und Umwelt (TFU) Prof. Dr.-Ing. habil. R. Friedrich
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5 Index of Contents I Index of Contents Index of Contents... I List of Figures...V List of Tables...XIII List of Abbreviations... XVII Nomenclature...XXIII Abstract... XXVII 1 Introduction External costs in environmental economics Methodology for the estimation of external costs Uncertainties Uncertainty in emission levels Uncertainty in meteorological conditions, concentration and deposition Uncertainty in response of the receptors Uncertainty in valuing the costs and benefits of the physical impacts Considered Impact Pathways Emissions Emission reactions Exposure-response functions Impacts Monetary evaluation methods Global warming Global warming in the past The global energy balance Global warming in the future Estimation of the damage costs of global warming The stabilization of global warming Estimation of the avoidance costs of global warming Global Warming Potential...46
6 II Index of Contents 5 Life Cycle Analysis Photovoltaic systems Technology Market development LCA results in ECLIPSE Emissions of PV systems Wind Turbine Systems Technology Market development LCA results in ECLIPSE Emissions of wind turbine systems Fuel cell (FC) systems Technology Market development LCA results in ECLIPSE Emissions of fuel cell systems Bio-fuelled CHP systems Technology Market development LCA results in ECLIPSE Emissions of bio-fuelled systems Biomass systems Technology Market developments LCA results in ECLIPSE Emissions of biomass systems Water power plants Technology Market development LCA results Emissions of water power plants Solar thermal power plants Technology Market development LCA results Emissions of solar thermal power plants Geothermal power plants Technology
7 Index of Contents III Market development LCA results Emissions of geothermal power plants Fossil power plants ExternE plants BMWA plants FfE plants Gas-fired CHP plants Comparison of the different technologies Environmental external costs Internal costs Backup costs Calculation of external backup costs Fluctuation characteristics from wind turbines Fluctuation characteristics from PV Backup with coal power plants Backup with gas-fired CHP Backup with biomass power plants Backup with fuel cells Backup with wind turbines External backup costs Calculation of internal backup costs Calculation of total backup costs Comparison of the social costs of power generation Conclusions Annotations Exchange rates Conversion factors Bibliography...241
8 IV Index of Contents
9 246 Bibliography /Horlacher 2003/ Horlacher, H.-B.: Globale Potenziale der Wasserkraft. Externe Expertise für das WBGU-Hauptgutachten 2003 Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit. Berlin, Heidelberg /IEA 2003/ International Energy Agency (IEA): Renewables Information. Online Database /IEA-PVPS 2001/ IEA-PVPS: Potential for Building Integrated Photovoltaics. Report IEA-PVPS T7-4 (Summary) /IEA-PVPS 2002/ IEA-PVPS: Basics of PV. Internet Publication /IEA-PVPS 2003/ IEA-PVPS: TRENDS IN PHOTOVOLTAIC APPLICATIONS Survey report of selected IEA countries between 1992 and Internet publication /IISI 2000/ International Iron and Steel Institute (IISI): Life cycle Inventory. Internet publication /IPCC 2001a/ Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge /IPCC 2001b/ Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2001: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Cambridge /IPCC 2001c/ Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2001: Mitigation. Cambridge /IPCC 2001d/ Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2001: Synthesis Report. Cambridge
10 Bibliography 247 /ISET 2004/ Institut für Solare Energieversorgungstechnik (ISET): Renewable Energy Information System on Internet. Internet publication /Ito et al. 2004/ Ito, M., Kato, K., Komoto, K., Kichima, T., Sugihara, H., Kurokawa, K.: An Analysis of Variation of Very Large-Scale PV (VLS-PV) Systems in the World Deserts. Internet publication /Kaltschmitt et al. 2003/ Kaltschmitt, M., Merten, D., Fröhlich, N., Nill, M.: Energiegewinnung aus Biomasse. Externe Expertise für das WBGU-Hauptgutachten 2003 Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit. Berlin, Heidelberg /Karkakoussis et al. 2000/ Karakoussis, V., Leach, M., van der Vorst, R., Hart, D., Lane, J., Pearson, P., Kilner, J.: Environmental Emissions of SOFC and SPFC System Manufacture and Disposal. Internet publication /KEMA 1999/ KEMA: LCA of different thermal conversion technologies. Phase 2: data collection. KEMA Report Nr KPS/MEC , 1999 /Krewitt et al. 2004/ Krewitt, W., Pehnt, M., Fischedick, M.,Temming, H. (Ed.): Brennstoffzellen in der Kraft-Wärme-Kopplung Ökobilanzen, Szenarien, Marktpotenziale. Berlin 2004 /Ledjeff-Hey et al. 2001/ Ledjeff-Hey, K., Mahlendorf, F.,Roes, J.: Brennstoffzellen Entwicklung, Technologie, Anwendung. C.F. Müller. Heidelberg 2001 /Luterbacher et al. 2004/ Luterbacher, J., Dietrich, D., Xoplaki, E., Grosjean, M., Wanner, H.: European Seasonal and Annual Temperature Variability, Trends and Extremes Since In: Science, Vol 303, Issue 5663, p , /Lux 1999/ Lux, R.: Auswirkungen fluktuierender Einspeisung auf die Stromerzeugung konventioneller Kraftwerkssysteme. IER, Universität Stuttgart. Forschungsbericht Band /Lux et al. 1999/ Lux, R. Sontow, J., Voß, A., Kaltschmitt, M.: Windstrom im Kraftwerksverbund. In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen, Issue 8, 1999
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12 Bibliography 249 /PHOTON 2004/ PHOTON Spezial: Netzgekoppelte Solarstromanlagen /Pick et al. 1998/ Pick, E., Wagner, H.-J., Bunk, O.: Kumulierter Energieaufwand von Windkraftanlagen. In: BWK, Vol. 50, Issue 11/12, 1998 /Rohrig et al. 2003/ Ensslin, C., Ernst, B., Rohrig, K., Schlögl, F.: Online-monitoring and prediction of wind power in German transmission system operation centres. ISET Kassel. Internet publication /Schmela 2004/ Schmela, M.: Sharp und der Rest der Welt. In: Photon Das Solarstrom- Magazin, Issue 4, 2004 /Statistisches Bundesamt Deutschland 2004/ Statistisches Bundesamt Deutschland: Ausgewählte lange Reihen zu den Volkswirtschaftlichen Gesamtrechnungen ab Statistisches Bundesamt. Fachserie 18, Reihe S.21. Online publication /Swanson 2004/ Swanson R.M.: A Vision for Crystalline Silicon Solar Cells. Sunpower white paper. Internet publication /Setterwall et al. 2003/ Setterwall, C., Münter, M., Sarközi, P., Bodlund, B.: ECLIPSE Bio-fuelled Combined Heat and Power Systems. Internet publication /Setterwall et al. 2004/ Setterwall, C., Münter, M., Sarközi, P., Bodlund, B.: ECLIPSE Methodological guidelines. Internet publication /Slootweg; de Vries 2003/ Slootweg, H., de Vries, E.: Inside Wind turbines Fixed vs. variable speed. Renewable Energy World. Vol. 6, Issue 1, /Tol 2003/ Tol, R.S.J.: The Marginal Costs of Carbon Dioxide Emissions: An Assessment of the Uncertainties. Working Paper FNU-19. Internet Publication
13 250 Bibliography /Tol; Heinzow 2003/ Tol, R.S.J., Heinzow, T.: Estimates of the external and sustainability costs of climate change. Working Paper FNU-32. Internet Publication /Triacom 2004/ Triacom: Historical exchange rates- USD. Internet publication /United Nations 1992/ United Nations (UN): United Nations Framework Convention on Climate Change. United Nations /UNDP 2000/ United Nations Development Programme (UNDP): World Energy Assessment energy and the challenge of sustainability. New York /U.S. Department of Energy 2004/ U.S. Department of Energy: How Wind Turbines Work. Internet publication /U.S. Department of Labor 2004/ U.S. Department of Labor: Consumer Price Index ftp://ftp.bls.gov/pub/special.requests/cpi/cpiai.txt /Viebahn; Krewitt 2003/ Viebahn, P., Krewitt, W.: ECLIPSE Fuel Cell (FC) Systems. Internet publication /VIK 1999/ Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft (VIK): Brennstoffzellen. VIK-Berichte Nr Essen 1999 /Voß 2003/ Voß, A.: Energiesysteme I. Vorlesungsmanuskript. Stuttgart /WBGU 1998/ Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung globale Umweltveränderungen (WBGU): Welt im Wandel Strategien zur Bewältigung globaler Umweltrisiken (Jahresgutachten). Berlin
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