Accelerating Sustainability in Electricity Systems through Digitalization : Coping with Complexity in Times of Transition

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Halbrügge, Stephanie:
Accelerating Sustainability in Electricity Systems through Digitalization : Coping with Complexity in Times of Transition.
Bayreuth , 2023 . - VI, 78 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

To pursue urgently needed efforts in addressing ongoing climate change, many countries worldwide have been focusing on the decarbonization of electricity systems, which plays a crucial role in decarbonizing energy systems in general due to a large amount of carbon emissions. However, only recently have voices in research and society called for an acceleration of existing sustainability efforts. To enable such an acceleration of sustainability in electricity systems, various trends have emerged that show potential to address challenges associated with this ongoing transformation. The European Union is focusing on two trends: coupling and digitalizing electricity systems. These trends could move electricity systems toward greater sustainability and increase their efficiency. Yet, they also alter these systems and bring new dependencies, increased interconnectedness, and ultimately new emerging complexities and threats. This is particularly relevant, as electricity systems are critical to society’s continued prosperity. It is therefore essential to become aware of potential threats, systemic risks, and the resulting cascading effects of evolving electricity systems and to address these threats with appropriate mitigation strategies. This thesis presents the most recent insights from Datenfelder EPub Bayreuth research and practice on trends within electricity systems that are evolving to become cleaner, smarter, and more efficient in relation to existing and emerging threats that affect the stability and reliability of electricity systems. In particular, this thesis addresses the potential of sector coupling and cross-border coupling in accelerating sustainability in electricity systems before analyzing the resulting dependencies and complexities within the systems. Thereafter, the thesis elaborates on the role of Green Information Systems and digital technologies in transforming electricity systems toward sustainability and discusses potential dependencies and complexities arising from the digitalization of electricity systems. Subsequently, it describes how trends such as coupling and digitalizing electricity systems might lead to emerging systemic risks and resulting cascading effects. Finally, the thesis reflects on economic and information system-based strategies for mitigating emerging threats associated with ongoing transformations. Overall, this thesis is a cumulative work embedding six research papers. It contextualizes the research papers’ contributions by revealing the most recent insights to researchers and practitioners. To summarize, the thesis reflects on trends and emerging threats within electricity systems that are transforming toward sustainability and contributes to a better understanding of the resultant complexities and the need for strategies to mitigate threats associated with ongoing transformations within electricity systems.

Abstract in weiterer Sprache

Um die dringend notwendigen Anstrengungen zur Eindämmung des Klimawandels zu verfolgen, haben sich viele Länder weltweit auf die Dekarbonisierung der Stromsysteme fokussiert, welche aufgrund der großen Menge an CO2-Emissionen eine entscheidende Rolle bei der Dekarbonisierung der Energiesysteme im Allgemeinen spielt. Doch erst in jüngster Zeit werden in Forschung und Gesellschaft Stimmen laut, die eine Beschleunigung der bisherigen Bemühungen um Nachhaltigkeit fordern. Um eine solche Beschleunigung von Nachhaltigkeit in Stromsystemen zu ermöglichen, haben sich verschiedene Trends herauskristallisiert, die das Potenzial haben, die mit der laufenden Transformation verbundenen Herausforderungen anzugehen. Die Europäische Union konzentriert sich dabei auf zwei Trends: die Kopplung und die Digitalisierung der Stromsysteme. Diese Trends könnten die Stromsysteme nachhaltiger machen und ihre Effizienz erhöhen. Sie verändern diese Systeme jedoch auch und bringen neue Abhängigkeiten, eine stärkere Vernetzung und letztlich neue Komplexitäten und Bedrohungen mit sich. Dies ist besonders wichtig, da Stromsysteme für den bestehenden Wohlstand der Gesellschaft von entscheidender Bedeutung sind. Daher ist es wichtig, sich potenziellen Bedrohungen, systemischen Risiken und den daraus resultierenden Kaskadeneffekten der sich entwickelnden Stromsysteme bewusst zu werden und diesen Bedrohungen mit geeigneten Strategien zur Mitigation zu begegnen. In dieser Arbeit werden die neuesten Erkenntnisse aus Forschung und Praxis zu Trends in Stromsystemen, die sich weiterentwickeln, um sauberer, intelligenter und effizienter zu werden, vorgestellt, und im Zusammenhang mit bestehenden und neu entstehenden Bedrohungen, die die Stabilität und Zuverlässigkeit von Stromsystemen beeinträchtigen eingeordnet. Diese Arbeit befasst sich insbesondere mit dem Potenzial der Sektorkopplung und der grenzübergreifenden Kopplung zur Beschleunigung der Nachhaltigkeit in Stromsystemen, bevor die daraus resultierenden Abhängigkeiten und Komplexitäten innerhalb der Systeme analysiert werden. Anschließend wird die Rolle von 'Green Information Systems' und digitalen Technologien bei der Transformation von Stromsystemen in Richtung Nachhaltigkeit erläutert und es werden mögliche Abhängigkeiten und Komplexitäten diskutiert, die sich aus der Digitalisierung von Stromsystemen ergeben. Danach wird beschrieben, wie Trends wie z.B. die Kopplung und die Digitalisierung von Stromsystemen zu neuen systemischen Risiken und daraus resultierenden Kaskadeneffekten führen können. Abschließend werden ökonomische und informationssystemgestützte Strategien zur Abschwächung neuer Bedrohungen im Zusammenhang mit den laufenden Transformationen erörtert. Insgesamt handelt es sich bei dieser Arbeit um eine kumulative Dissertation, in die sechs Forschungsarbeiten eingebettet sind. Sie kontextualisiert die Beiträge der Forschungsarbeiten, indem sie die neuesten Erkenntnisse für Forscher und Praktiker aufzeigt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Dissertation Trends und aufkommende Bedrohungen innerhalb von Stromsystemen, die sich in Richtung Nachhaltigkeit wandeln, reflektiert und zu einem besseren Verständnis der sich daraus ergebenden Komplexität und der Notwendigkeit von Strategien zur Mitigation von Bedrohungen beiträgt, die mit den laufenden Transformationen innerhalb von Stromsystemen verbunden sind.