Leveraging the Economic, Ecological, and Societal Impact of Information Systems for Electricity Systems in Transition

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Wagon, Felix:
Leveraging the Economic, Ecological, and Societal Impact of Information Systems for Electricity Systems in Transition.
Bayreuth , 2024 . - V, 94 S.
( Dissertation, 2024 , Universität Bayreuth, Rechts- und Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät)

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Abstract

The global impact of climate change puts human health and life at considerable risk. To mitigate adverse climate change effects, we must urgently take drastic actions to reduce harmful greenhouse gas emissions. Electricity systems can significantly contribute to global climate change mitigation efforts as they represent the primary source of greenhouse gas emissions on a global scale. While renewable electricity generation can effectively reduce greenhouse gas emissions, transitioning electricity systems towards sustainability is fraught with challenges. Such challenges are rooted in the intermittent and decentralized nature of renewable electricity generation, which disrupts the conventional operation of electricity systems that build on electricity generation based on fossil fuels. Further, sector coupling and electrification initiatives induce additional electricity demand and change the geographical and temporal requirements for electricity transmission. Against that background, information systems emerge as a key enabler to navigate associated complexities. This cumulative doctoral thesis takes an integrated perspective on the economic, ecological, and societal contribution of information systems in electricity system transitions towards sustainability. In doing so, this doctoral thesis provides insights into the positive impacts of information systems at the intersection of electricity supply, demand, and market coordination. First, this doctoral thesis investigates how information systems can contribute to mitigating revenue prospect risks and public acceptance risks for investments in renewable electricity generation, thereby addressing the economic and societal challenges inherent in accelerating the expansion of renewable electricity generation. Second, this doctoral thesis highlights how information systems support consumers' active participation in electricity systems and help incite demand-side flexibility. The research results of this doctoral thesis contribute to mitigating economic risks associated with consumers’ active market participation. Third, this doctoral thesis provides insights into critical advancements in electricity market coordination mechanisms required to improve cost efficiency and reduce greenhouse gas emissions in electricity systems while considering public acceptance as a critical factor. Through its comprehensive investigations on the role of information systems at the nexus of electricity supply, electricity, and market coordination, this doctoral thesis contributes valuable insights to address the urgent threats posed by anthropogenic climate change.

Abstract in weiterer Sprache

Die globalen Auswirkungen des Klimawandels stellen ein erhebliches Risiko für die Gesundheit und das Leben gegenwärtiger sowie zukünftiger Generationen dar. Um den negativen Auswirkungen des Klimawandels entgegenzuwirken, müssen dringend wirksame Maßnahmen zur Reduzierung klimaschädlicher Treibhausgasemissionen ergriffen werden. Stromsysteme können hierbei einen wesentlichen Beitrag zu den weltweiten Bemühungen um die Eindämmung des Klimawandels leisten, da diese einen wesentlichen Beitrag zur Verursachung globaler Treibhausgasemissionen darstellen. Die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erlaubt vor diesem Hintergrund zwar einerseits die Reduktion entstehender Treibhausgasemissionen in Stromsystemen, jedoch sind andererseits damit verbundene Transitionen von Stromsystemen mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Diese Herausforderungen liegen in der volatilen, witterungsabhängigen und dezentralen Eigenschaft der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien begründet, die den konventionellen Betrieb von Stromsystemen auf der Grundlage fossiler Brennstoffe entscheidend verändert. Darüber hinaus führen eine zunehmende Sektorenkopplung und Elektrifizierung zu gesteigerten Strombedarfen und verändern die geografischen und zeitlichen Anforderungen an die Stromversorgung. Vor diesem Hintergrund können Informationssysteme einen zentralen Beitrag zur Bewältigung der damit verbundenen Komplexitäten und Herausforderungen leisten. Diese kumulative Dissertation nimmt eine integrierte Perspektive auf den ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Beitrag von Informationssystemen im Rahmen der Transition von Stromsystemen vor dem Ziel einer weitreichenden Dekarbonisierung ein. Dabei liefert diese Dissertation Einblicke in die positiven Auswirkungen von Informationssystemen an der Schnittstelle von Stromangebot, -nachfrage und deren marktlicher Koordination. Zunächst wird im Rahmen dieser Dissertation untersucht, wie Informationssysteme dazu beitragen können, Risiken im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit sowie öffentliche Akzeptanz von Investitionen in die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien zu mindern und damit die wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen zu bewältigen, die mit einem beschleunigten Ausbau der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien verbunden sind. Darauf aufbauend zeigt diese Dissertation auf, wie Informationssysteme die aktive Partizipation von Verbrauchern in Stromsystemen unterstützen und dazu beitragen, Energieflexibilität auf der Nachfrageseite zu fördern. Die damit verbundenen Forschungsergebnisse tragen gleichzeitig dazu bei, wirtschaftliche Risiken, die mit der aktiven Marktteilnahme von Verbrauchern verbunden sein können, wirksam zu adressieren. Abschließend bietet diese Dissertation Einblicke in maßgebliche Entwicklungen und Gestaltungsmöglichkeiten marktlicher Koordinationsmechanismen auf Strommärkten, die zur Verbesserung der Kosteneffizienz und zur Verringerung der Treibhausgasemissionen in Stromsystemen erforderlich sind. Durch die umfassende Untersuchung der Rolle von Informationssystemen an der Schnittstelle von Stromangebot, -nachfrage und deren marktlicher Koordination leistet diese Dissertation einen wichtigen Beitrag zur Begrenzung der negativen Auswirkungen des Klimawandel.