Water-Energy-Nexus in the Ecological Transition

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Nexus Framework and Governance: Economic Evaluations for Investment Projects in the Water and Energy Sectors

   1. Frontmatter

   2. Investments in the Water and Energy Sectors. Cost–Benefit Analysis and Multi-criteria Assessments to Support the Decision-Making Processes

      Antonio Nesticò

      Das Kapitel geht auf die komplizierten Interdependenzen zwischen Wasser- und Energiesektoren ein und betont die Notwendigkeit einer integrierten Planung von Infrastruktursystemen. Es führt Kosten-Nutzen-Analysen (CBA) und multikriterielle Entscheidungsfindungsmethoden (MCDM) als wesentliche Instrumente zur Bewertung von Investitionen in diesen Sektoren ein. Der Text untersucht kritisch die Herausforderungen bei der Abschätzung externer Umweltfaktoren, der Bewertung von Investitionsrisiken und der Festlegung angemessener Diskontsätze in CBAs. Es untersucht auch die Komplexität der Definition von Kriterien, Teilkriterien und Indikatoren für den MCDM und die Auswahl geeigneter multikriterieller Techniken. Durch den Vergleich dieser Methoden bietet das Kapitel eine nuancierte Perspektive auf ihre Stärken und Grenzen und liefert wertvolle Erkenntnisse für Entscheidungsträger, die eine nachhaltige Entwicklung im Wasser- und Energiesektor fördern wollen.

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   3. Sustainability and Energy Efficiency in Twentieth-Century Italian Built Heritage

      Laura Gabrielli, Aurora Greta Ruggeri

      Das Kapitel befasst sich mit dem kritischen Zustand der durch den italienischen Krieg verwundeten Häuser des 20. Jahrhunderts, die heute unzureichend genutzt oder halb aufgegeben sind. Sie konzentriert sich auf das Cuneo War Wounded House als Fallstudie, um ein replizierbares Modell zur Beurteilung der wirtschaftlichen Machbarkeit einer Restaurierung vorzuschlagen. Die Studie schlägt vor, das Gebäude in eine Musikschule umzuwandeln und Energieeffizienzmaßnahmen zu integrieren, um die Betriebskosten zu senken. Fünf Szenarien zur energetischen Sanierung werden anhand des Lebenszykluskostenansatzes analysiert, um das vorteilhafteste Szenario sowohl für die Energieeffizienz als auch für die wirtschaftliche Nachhaltigkeit zu identifizieren. Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Integration von Sanierung, städtischer Stimulation und wirtschaftlicher Analyse, um das städtische Erbe zu bewahren und profitabel zu machen. Das vorgeschlagene Modell ist für ähnliche Architekturen replizierbar und unterstützt Entscheidungsprozesse im Bereich des Denkmalschutzes.

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   4. Long-Term Effects Evaluation for Investments in the Energy and Water Sectors

      Gabriella Maselli, Antonio Nesticò

      Das Kapitel geht auf die Vernetzung der Wasser- und Energiesektoren ein und betont die Notwendigkeit langfristiger Folgenabschätzungen bei Investitionsprojekten. Herkömmliche Diskontierungsmethoden werden für ihre Unzulänglichkeit bei der Bewertung von Kosten und Nutzen zwischen den Generationen kritisiert. Die Autoren stellen ein Modell vor, das sowohl ökonomische als auch ökologische Abzinsungsraten schätzt und dabei Umweltqualitätsindizes einbezieht, um die Genauigkeit zu erhöhen. Die Neuheit des Modells liegt in seinem zweifachen Ansatz, den Diskontsatz zu senken, der zukünftigen Umweltauswirkungen mehr Gewicht verleiht. Empirische Ergebnisse für Italien zeigen die Effektivität des Modells, entfernten Cashflows einen angemessenen Wert zuzuweisen, und unterstreichen seine Relevanz für eine nachhaltige Entscheidungsfindung im Wasserenergiesektor.

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   5. Economic Sustainability of Direct Energy Efficiency Investments for Gas and Energy Distributors to Comply with the PAEE (Italian National Plan for Energy Efficiency)

      Luigi Nicodemo

      In diesem Kapitel wird die wirtschaftliche Nachhaltigkeit direkter Investitionen in Energieeffizienz für Gas- und Energieversorger untersucht, die darauf abzielen, den italienischen Nationalen Plan für Energieeffizienz (PAEE) einzuhalten. Es stellt das Konzept der Energieeffizienzzertifikate (Energy Efficiency Certificates, TEE) vor und untersucht das Potenzial, TEE durch Investitionen in den Wasserverteilungssektor zu erzeugen. Die Studie vergleicht die Kosten von TEE in einem virtuellen Markt mit den finanziellen Gewinnen aus Direktinvestitionen in Energieeffizienzprojekte. Es bewertet den Kapitalwert (NPV) und die interne Rendite (IRR) für verschiedene Anlageszenarien unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit von Endverbraucherprojekten, der Bequemlichkeit von TEE-Käufern und der direkten Beteiligung von Investoren. Die Ergebnisse unterstreichen die Bequemlichkeit von Direktinvestitionen für Endverbraucher und die Bedeutung der Risikoteilung, um die Nachhaltigkeit von Projekten zu gewährleisten. Das Kapitel schließt mit der Betonung der langfristigen Vorteile von Direktinvestitionen und der Notwendigkeit robuster Risikomanagementmodelle im sich entwickelnden TEE-Markt.

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   6. Technical–economic Analysis of Novel Generation Aquaponic System for a Sustainable Development

      Domenico Giaquinto, Gabriella Maselli, Antonio Nesticò, Tiziano Zarra, Shadi Wajih Hasan, Vincenzo Belgiorno, Vincenzo Naddeo

      Das Kapitel geht dem wachsenden Interesse an Aquaponik als nachhaltiger und profitabler Methode der Nahrungsmittelproduktion nach. Er führt die Prinzipien der Aquaponik ein, die Hydrokultur und Aquakultur zu einem Ökosystem mit geschlossenem Kreislauf verbinden. Die Studie stellt ein experimentelles aquaponisches System vor, das Investitionskosten, Einnahmen und Managementkosten analysiert. Die Ergebnisse deuten auf eine kurze Renditezeit von etwa 3,5 Jahren hin, wobei die Anlagen erheblich zum Umsatz beitragen. Die Diskussion unterstreicht die Bedeutung der Marktnachfrage und das Potenzial zur Steigerung der Rentabilität durch Anpassung der Anbauflächen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der strategischen Bedeutung der Auswahl der richtigen Fische und Pflanzen auf der Grundlage lokaler Marktanforderungen zur Gewinnmaximierung.

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   7. Cost Control in the Construction of Water Distribution and Collection Networks: Verification of a Multivariate Model Through Application to Case Studies

      Enrico Gargione

      Das Kapitel vertieft die Bedeutung der Kostenkontrolle beim Bau von Wasserverteilungs- und -sammelnetzen und betont den durch das Galli-Gesetz in Italien eingeführten Regulierungsrahmen. Es stellt ein von der Universität Salerno entwickeltes statistisches Modell vor, das darauf abzielt, die Angemessenheit der von privaten Betreibern beschlossenen Kosten zu überprüfen. Das Modell basiert auf einem Datensatz von Urbanisierungsprojekten und umfasst Kostenfunktionen für verschiedene Arten von Netzwerken. Das Kapitel stellt eine erste Überprüfung der Zuverlässigkeit des Modells anhand von Fallstudien in der Region Kampanien dar und hebt die Genauigkeit des Modells bei der Kostenschätzung und sein Potenzial zur Verbesserung der öffentlichen Kontrolle über private Betreiber hervor. Er weist jedoch auch auf die Notwendigkeit einer Neukalibrierung hin, wenn das Modell auf verschiedene städtische Kontexte angewendet wird.

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   8. How Can We Use the Water Cost Instrument in a Scarcity Scenario for the Power Sector in Brazil?

      Tarcisio Castro, Eveline Vasquez-Arroyo, Gerd Angelkorte, Rafael Kelman, Sergio Leitão

      Dieses Kapitel vertieft das kritische Thema der Wasserknappheit im brasilianischen Energiesektor und betont die Notwendigkeit eines effizienten Wassermanagements, um Milliardenverluste zu verhindern. Es werden zwei neue Methoden zur Bewertung des Wasserverbrauchs eingeführt: die Schaffung eines Wassermarktes auf der Grundlage von Opportunitätskosten und die Einführung einer Wasserabgabe für die thermoelektrische Erzeugung. Die Studie konzentriert sich auf das Becken von São Francisco, eine entscheidende Wasserscheide in Brasiliens semi-arider Region, und unterstreicht die Bedeutung der Integration von Wasserressourcenmanagementsystemen, um Wasserstreitigkeiten zu entschärfen und eine nachhaltige Energieproduktion sicherzustellen. Das Kapitel bietet eine umfassende Analyse der Opportunitätskosten von Bewässerungswasser und des Einflusses von Wassergebühren auf die Betriebskosten von Kraftwerken und bietet wertvolle Einsichten in das Management von Wasserressourcen in Mangelszenarien.

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   9. The Reorganization of Tariff Classes in the Integrated Water Service. An Optimizing Model for Define the Tariff Classes in Compliance with TICSI

      Maria Macchiaroli, Luigi Dolores, Vincenzo Pellecchia

      Das Kapitel vertieft sich in die historischen Herausforderungen des italienischen Wasserdienstleistungssektors und beleuchtet die regulatorischen Bemühungen von ARERA, die Wassertarifklassen durch das TICSI zu homogenisieren. Es führt ein innovatives Optimierungsmodell zur Definition von Tarifklassen ein, das die Einhaltung von TICSI-Beschränkungen sicherstellt und die Auswirkungen auf die Nutzer minimiert. Das Modell berücksichtigt Variablen wie Zollüberschüsse und die Auswirkungen der festen Quote auf die Einnahmen, wobei Progressivität und Einnahmenbeschränkungen respektiert werden. Das Kapitel analysiert auch die Auswirkungen der Reform auf inländische Nutzer, vergleicht verschiedene Szenarien und zeigt die Effektivität des Modells bei der Ausgewogenheit widersprüchlicher Ziele und der Umsetzung europäischer Richtlinien auf.

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   10. An Economic Model for Urban Watershed Forestry Investments

       Maria Rosaria Guarini, Pierluigi Morano, Francesco Sica

       Das Kapitel stellt ein Wirtschaftsmodell für Investitionen in städtische Wassereinzugsgebiete vor und unterstreicht die Notwendigkeit einer nachhaltigen Stadtentwicklung angesichts des Klimawandels und der Erschöpfung der Ressourcen. Sie vertieft die Ziele nachhaltiger Entwicklung der Vereinten Nationen, insbesondere das Ziel 6 für sauberes Wasser und Abwasserentsorgung, und die Rolle der städtischen Forstwirtschaft bei der Erreichung dieser Ziele. Kernstück des Kapitels ist ein Analysealgorithmus, der die Auswahl von Gebieten unterstützt, die sich am besten für forstwirtschaftliche Interventionen in städtischen Wassereinzugsgebieten eignen, und dabei mathematische und logische Werkzeuge aus der operativen Forschung verwendet. Dieser Algorithmus bewertet Bereiche auf der Grundlage wirtschaftlicher, ökologischer und sozialer Ziele mit dem Ziel, den Gesamtwert des Ökosystems zu maximieren. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Bedeutung der Integration von Wasser- und Energiebereichen für eine nachhaltige Stadtentwicklung und skizziert mögliche zukünftige Arbeiten bei der Kontextualisierung des Modells mit verschiedenen städtischen Realitäten.

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   11. Financial Risk Analysis for Water and Energy Projects

       Gabriella Maselli, Vincenzo Naddeo, Antonio Nesticò

       Das Kapitel geht der kritischen Analyse finanzieller Risiken im Zusammenhang mit Wasser- und Energieprojekten nach und unterstreicht die Anfälligkeit dieser Sektoren für den Klimawandel und die Notwendigkeit nachhaltiger Planung. Es führt das Prinzip As Low As Reasonably Practicable (ALARP) ein, um akzeptable und erträgliche finanzielle Risikoschwellen festzulegen, wobei das Preismodell für Kapitalanlagen (Capital Asset Pricing Model, CAPM) und statistische Methoden herangezogen werden. Die Studie konzentriert sich auf die italienischen Wasser- und Energiesektoren und stellt spezifische Schwellenwerte für Investitionsentscheidungen zur Verfügung. Die Methodik wird durch eine Fallstudie validiert, die ihre Effektivität bei der rationaleren und transparenteren Bewertung von Investitionsrisiken demonstriert. Dieser Ansatz bietet eine einzigartige Perspektive des Finanzrisikomanagements und verbessert den Entscheidungsprozess im Wasser- und Energiesektor.

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   12. Measures to Face Population Decline of Small Villages: Sustainable and Integrated Energy Strategies for the Internal Areas

       Francesco Calabrò, Domenico Enrico Massimo, Mariangela Musolino

       Das Kapitel geht dem kritischen Problem des Bevölkerungsrückgangs in kleinen Dörfern nach und betont die Bedeutung nachhaltiger und integrierter Energiestrategien zur Bewältigung dieser Herausforderung. Er diskutiert den Zusammenhang zwischen Wasser und Energie und die Rolle erneuerbarer Energien bei der Eindämmung des Klimawandels, wobei der ökologische Fußabdruck erneuerbarer Energiequellen hervorgehoben wird. Die Autoren stellen eine für kalabrische Gemeinden entwickelte nachhaltige und integrierte Energiestrategie (Sustainable and Integrated Energy Strategy, SESI) vor, die sowohl Energiesparmaßnahmen als auch lokale Produktion aus erneuerbaren Quellen umfasst. Das SESI zielt darauf ab, die Entvölkerung zu bekämpfen, indem es günstige Bedingungen für den Aufenthalt in kleinen Gemeinden schafft. Darüber hinaus untersucht das Kapitel das Potenzial der Korklieferkette als Baustein für die CO2-Abscheidung und -Speicherung sowie für die Verringerung der CO2-Produktion durch verbessertes thermisches Verhalten von Gebäuden. Die Forschung bietet einen ganzheitlichen Ansatz für nachhaltige Entwicklung, der verschiedene Maßnahmen und Technologien integriert, um die komplexen Probleme der Entvölkerung und des Klimawandels anzugehen.

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   13. Risk Analysis for the Integrated Water Service Manager in the Selection of Investments—The ALARP Applied to the Program of Interventions

       Maria Macchiaroli, Luigi Dolores, Gianluigi De Mare

       Das Kapitel vertieft sich in die kritische Frage des Wasserressourcenmanagements und betont die Notwendigkeit einer effektiven Risikoanalyse bei Investitionsentscheidungen. Es wird ein Modell eingeführt, das das ALARP-Prinzip mit der Analyse finanzieller Risiken verbindet, das zum ersten Mal im integrierten Wasserdienstleistungssektor angewendet wird. Das Modell unterstützt Manager dabei, Projektrisiken zu bewerten und fundierte Entscheidungen zu treffen, um die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken. Die Anwendung dieses Modells auf eine Fallstudie, die den Bau einer neuen Kläranlage beinhaltet, zeigt seinen praktischen Wert. Durch Monte-Carlo-Simulation und Sensitivitätsanalyse identifiziert das Modell kritische Variablen und definiert Risikoschwellen, was die Entscheidungsträger zu akzeptablen und effizienten Investitionsprojekten führt. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung des Potenzials der ALARP-Logik bei der Investitionsbewertung und der Sicherstellung eines ausgewogenen Ansatzes zwischen Risiken, Kosten und Nutzen.

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   14. The Investment in Sponsorship for the Managers of the Integrated Urban Water Service: A Model to Promote the Rational Use of Water Resources and Improve the Perception of the Service for Users

       Emilio Coppola

       Das Kapitel befasst sich mit dem kritischen Problem der Wasserverschwendung in Italien und hebt die Rolle der IUWM-Manager bei der Förderung einer rationellen Wassernutzung durch Sponsoring hervor. Es wird ein modifiziertes statisches Analysemodell eingeführt, das auf früheren Sponsorenstudien beruht, um die optimale Summe für Investitionen in Sponsoring zu schätzen. Das Modell, das auf einen Fall in der Region Kampanien angewendet wird, zielt darauf ab, die Zufriedenheit der Nutzer zu maximieren, indem virtuelle Gewinne als Stellvertreter für eine positive Nutzerwahrnehmung gesponserter Initiativen betrachtet werden. Das Kapitel bietet Einblicke, wie IUWM-Manager ihren Ruf verbessern und die Wahrnehmung von Dienstleistungen durch strategische Investitionen verbessern können.

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