An approach to Energy Planning in Germany - Energy Transition towards a low-carbon economy: Analysis and application of Modern Portfolio Theory to the German Electricity Mix

Abstract

[Abstract]: The targets of this Final Degree Thesis are to explain the current situation of the German Energy Sector, its evolution over time, to compare its features with the European Union Energy Sector, and finally, to forecast how it will be in future years according to a Markowitz optimization portfolio model. The study contextualizes the current characteristics of the German Energy sector, such as: composition of its energy mixes (both primary energy mix and electricity mix), energy demand, German energy consumers, infrastructure and pollution, always comparing these variables with the European Union´s Energy Sector. In order to understand the behavior of the previous variables over time, the regulation framework at both a national level and a European level is developed. So as to highlight how these guidelines and some other relevant events, such as the current SARS-CoV-2 outbreak, will define the German Energy Transition. Using Modern Portfolio Theory and applying the appropriate restrictions, a forecast of the electricity mix composition for the years 2030, 2040 and 2050 and the implications that it has in terms of power prices, pollution and health was made: by 2030, 65% of the electricity produced in the country will be generated by RES and Biofuels, by 2040, 65%-82%, and by 2050 this proportion will reach 80%-90%. Also, Conventional Energy Sources are expected to be less important as time passes. In contrast, all Green Energy Sources will be improved drastically, being way more competitive in terms of production costs than Fossil Fuel Sources, indeed, Onshore Wind will become the single largest energy source, generating 31%-65% of power in the country, followed by Solar (13%-28%).

[Resumen]: Este Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivos definir la situación actual del sector energético alemán, su evolución a lo largo del tiempo, comparar sus características con el sector energético de la Unión Europea y estimar cómo será el sector energético nacional en las próximas décadas, de acuerdo con el Modelo de optimización de carteras de Markowitz. El estudio contextualiza las características actuales del Sector Energético Alemán, tales como: composición de sus mixes energéticos (tanto mix de energía primaria como mix eléctrico), demanda energética, consumidores energéticos alemanes, infraestructura y contaminación, comparando siempre estas variables con el Sector Energético de la Unión Europea. Para comprender el comportamiento de las variables anteriormente mencionadas a lo largo del tiempo, se desarrolló el marco regulatorio a nivel nacional y europeo, destacando como estas directrices y otros eventos relevantes, como el actual brote de SARS-CoV-2, definirán la Transición Energética Alemana. Mediante el uso de la Teoría Moderna de Cartera y aplicando las restricciones apropiadas, se pronosticó la composición del mix eléctrico alemán para los años 2030, 2040 y 2050, y las implicaciones que esto tiene en términos de precios de la electricidad, contaminación y salud: en 2030, el 65% de la electricidad producida en el país será generada por fuentes de energía renovables y biocombustibles, para 2040, el 65%-82%, y para 2050 esta proporción alcanzará el 80%-90%. Además, se espera que las fuentes de energía convencionales sean menos importantes a medida que pase el tiempo. Por el contrario, las energías verdes se verán mejoradas drásticamente, siendo más competitivas en términos de costo de producción que las fósiles, de hecho, la eólica se convertirá en la mayor fuente eléctrica, generando el 31%-65% de la electricidad, seguida por la Solar (13%-28%).