On the implementation and stability of renewable energy communities

Abstract

Wie von der europäischen Kommission gefordert, bedarf der Ausbau und die Integration von dezentralen erneuerbaren Energieträgern unter anderem die Einführung von Energiegemeinschaften. Energiegemeinschaften stellen einen freiwilligen Zusammenschluss von räumlich lokalen Verbrauchern und Erzeugern dar, welche in der Lage sind die Wirtschaftlichkeit von erneuerbarer Erzeugung zu steigern und das Interesse der Mitglieder besser abzubilden. Das Ziel dieser Dissertation ist die umfassende Analyse dieser Energiegmeinschaften. Hierzu geben drei wissenschaftliche Ansätze Einblicke in (i) die Wertschöpfung von Energiegemeinschaften, (ii) die Funktionsweise von möglichen Verrechnungsalgorithmen und (iii) die Sicherstellung einer stabilen Gemeinschaft. Für die Modellierung der Energiegemeinschaften werden Methoden aus der Optimierung und Spieltheorie genutzt. Durch die methodische Beiträge und quantitativen Fallbeispiele kann diese Arbeit zeigen, dass Energiegemeinschaften, unter den richtigen Rahmenbedingungen, in der Lage sind Kosten und Emissionen zu reduzieren, während es effiziente Verteilungsund Abrechungsalgorithmen ermöglichen, den Verbrauchernutzen und die Stabilität der Energiegemeinschaft zu steigern. Die drei Ansätze untersuchen unterschiedliche Ausprägungen von Energiegemeinschaften und erörtern die Konsequenzen für Akteure innerhalb und außerhalb der Energiegemeinschaft. Abschließend ermöglicht eine kritische Reflektion zukünftige Forschungsrichtungen für Energiegemeinschaften zu identifizieren.

As requested by the European Commission,the development and integration of decentralized renewable energy sources require, among other things, the introduction of energy communities. Energy communities are a voluntary group of local consumers and generators. They are capable of increasing the economics of renewable generation as well as appropriately reflecting the interests of their members. This thesis aims to give a comprehensive analysis of energy communities. Therefore, three scientific approaches provide insights into (i) the value creation of energy communities, (ii) the functionality of allocation algorithms and (iii) safeguarding a stable community. This work's modeling approaches use methods from optimization and game theory. Methodical contributions and quantitative case studies demonstrate that energy communities reduce costs and emissions, if the frameworks are designed appropriately. Additionally, efficient distribution and clearing algorithms increase the participants' utility the energy communities' stability. The three approaches investigate different case studies and discuss the implications for actors within and outside the energy community. Finally, a critical reflection allows identifying future directions of research for energy communities.