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1 Seminar zur Energiewirtschaft: Ausgewählte Fragen der Energie- und Umweltökonomik Vladimir Udalov

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Seminar zur Energiewirtschaft:

Ausgewählte Fragen der Energie- und

Umweltökonomik

Vladimir Udalov

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2

- Time: Mo, 10-12

- Room: M.16.11

- Contact:

Email: [email protected]

Phone: 0202/439-3176

Room: M.12.12

Office hours: Thursday, 15-16

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3

- Economic activity takes place within, and is part of, the system which

is the earth and its atmosphere.

- This system is called “the natural environment”.

The Natural Environment

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The Natural Environment

Environment

Recycling

Energy

Waste /

Pollution

Consumption

individuals

Production

firms

Capital

stock

Natural

Resources

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- The outer heavy black lined box represents the environment, which is

a thermodynamically closed system.

- The environment receives inputs of solar radiation. Some of that

radiation is absorbed and drives environmental processes. Some is

reflected back into space.

- Within the environment there is an economic activity involving

production and consumption.

The Natural Environment

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- Using labor, energy and capital stock firms produce products which

are sold to the consumers.

- Not all of production is consumed. Some of the output from

production is added to the capital stock.

- Many of the activities involved in production and consumption give

rise to waste products to be discharged into the natural environment.

The Natural Environment

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The Natural Environment

Environment

Recycling

Energy

Waste /

Pollution

Consumption

individuals

Production

firms

Capital

stock

Natural

Resources

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The Energy Chain

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The Energy Chain

- The energy which humans use comes from primary energy sources.

These are the energy sources which occur in the nature.

- In most cases, these primary energy sources cannot be used directly.

They are therefore for the most part converted into secondary energy

sources.

- The secondary energy sources are transported to the “consumers”,

who use them. In energy statistics, they are then described as end-

energy energy.

- The consumers ultimately need useful energy in the form of space

heat, hot water, light, sound, etc. This energy is called useful energy.

- Warm rooms, hot water, lighting rooms, etc. determine the energy

services.

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Exercise

- One person needs 2000 kcal per day and produces 1 kWh per day.

- Primary energy consumption in Germany is 13757 PJ (2013).

- 1KJ = 0,2366 cal = 0,000278 kWh.

- Calculate the primary energy consumption (in kWh) per person per

day in Germany in 2013.

Kilo- K 10^3 thousand

Mega- M 10^6 million

Giga- G 10^9 billion

Tera- T 10^12 trillion

Petra- P 10^15 quadrillion

Exa- E 10^18 quintillion

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Primary Energy

Primary

Energy

Secondary

Energy

Useful

Energy

Useable

Energy

Energy

Services

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Renewable vs. Non-Renewable Sources

- Natural resources are of several types. One distinguishing

characteristic is whether the resource exists as a stock or a flow.

- The difference lies in whether the level of current use affects future

availability.

- In the case of flow resources there is no link between current use and

future availability (example: solar radiation, wave and wind power).

- Stock resources are defined by the fact that the level of current use

does affect future availability.

- Non-renewable resources are minerals, including the fossil fuels.

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Reserves vs. Resources

- Reserves refer to an estimate of the amount of fossil fuels that can

technically and economically be expected to be produced from a

geological formation.

- Resources refer to an estimate of the amounts of fossil fuels that are

believed to be physically contained in the source rock.

- Static lifetime is the reserves-to-production ratio (RPR or R/P) and is

the remaining amount of a non-renewable resource, expressed in

time.

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Static Lifetime

207 19864 110 62

14251264

756675

157

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Hard coal Brown coal Natural gas Uranium Crude oil

Static Lifetime of Resources (in years, 2008)

Reserves Resorces

Source: Statista

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Availability of Primary Energy

Source: BP

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The Strategic Ellipse

Strategic ellipse: with about

70% of world oil reserves

and about 65% of world

natural gas reserves.

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Global Primary Energy Supply by Source

Source: iea

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Consumption per capita by Region (2012)

Source: BP Statistical Review of World Energy

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Energy and Economic Development

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The Natural Environment

Environment

Recycling

Energy

Waste /

Pollution

Consumption

individuals

Production

firms

Capital

stock

Natural

Resources

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Environmental pollution

- Emissions from fossil fuel and biomass burning account for most

energy-related air pollution in most parts of the world.

- Energy-related emissions are released through the entire spectrum of

energy activities, from upstream emissions during fossil fuel

extraction and production to end-use emissions from fossil fuels

burned for transport, heating, cooking and the like.

Primary

Energy

Secondary

Energy

End-

Energy

Useful

Energy

Energy

Services

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Energy–related environmental pollution

- Carbon dioxide is a colourless gas formed during the combustion of

any material containing carbon.

- Burning releases CO2 into the atmosphere.

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CO2 emissions by fuel (2010)

Key point: Combustion

of coal has driven the

growth in global

emissions in recent

years. Although there

was a decline in 2009

due to the financial

crisis, this anomaly was

short term and the trend

has returned to its

previous trajectory.

Source: iea

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CO2 emissions by sector (2010)

Key point: The

combined share of

electricity and heat

generation and

transport represented

nearly two thirds

of global emissions in

2010.

Source: iea

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Top 10 emitting countries in 2010

Key point: The top 10

emitting countries

account for

nearly two-thirds of the

world CO2 emissions.

Source: iea

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CO2 per capita per country

Source: iea

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CO2 emissions per GDP by region (2010)

Key point: Emission

intensities in economic

terms vary greatly

around the world

Source: iea

Emission Intensity

tracks how many

kilograms of CO₂ are

emitted for each unit

of GDP produced

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Global Carbon Dioxide Emissions

Source: Global Carbon Project (2013)

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CO2 emission and its consequences

- Carbon dioxide is a ‘greenhouse gas,’ and is one of the primary

causes of human-induced climate change.

- With higher CO2 concentrations come expectations of a stronger

greenhouse effect and therefore warmer global temperatures:

The greenhouse effect is the warming of the earth’s atmosphere

caused by a build-up of carbon dioxide and other greenhouse or

trace gases that act like a pane of glass in a greenhouse, allowing

sunlight to pass through and heat the earth but preventing a

counterbalancing loss of heat radiation.

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The Greenhouse Effect and Global Warming

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Global Warming

Source: Natioanal Climatic Data Center

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Global Warming

- Although there is a considerable year-to-year variability in annual-

mean global temperature, an upward trend can be clearly seen.

- Firstly over the period from about 1920-1940, with little change or a

small cooling from 1940-1975, followed by a sustainable rise over the

last three decades since then.

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Global Warming

Source: IPCC

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Consequences of the Global Warming

Source: IPCC

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Consequences of the Global Warming

- “The benefit of strong, early action on climate change outweight the

costs”

- “The costs of stabilising the climate are significant but manageable;

delay would be dangerous and much more costly”

(Lord Nicolas Stern, 2006)

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Consequences of the Global Warming

- “During the twentieth century we were largely on a comfortable, and a

fairly predictable energy path of a mature, fossil fueled civilization

- Things are different now. The world’s energy use is at the epochal

crossroads

- The new century cannot be an energetic replica of the old one and

reshaping the old practices and putting in place new energy

foundations is bound to redefine our connection to the universe ”

(Smil, 2003)

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Conclusion

- Energy is essential either for production or consumption.

- Today’s energy system is basically based on fossil fuels.

- Divergent geographical location between production and

consumption of fossil fuels.

- Increase in CO2 emissions due to combustion of fossil fuels.

- The significant and continuous increase in CO2 emissions causes

global warming which poses the risk of rapid, drastic changes in

human and natural systems.

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Topics

Production Transport MarketEnergy

Use

Industry

Households

Transportation

Topics:

• Hotelling

• Peak Oil

Topics:

• Natural

Monopoly

• Hold Up

problem

Topics:

• Merit Order

• Electricity

Prices

Topics:

• Pollution

• Negative

Externality

• Policy

Instruments

Topics:

• Environmental

concern

• Green Behavior

• Pro-

environmental

motivations

Non-

renewable

resources

Renewable

resources

Topics:

• Support

Schemes

Topics:

• Green Growth

• Energy Efficiency

• Rebound Effect

• Environmental Kuznets Curve

Topics:

• RE and Electricity prices