Technische Universität Berlin. Regelenergiepreisprognosen und Einfluss der Marktteilnahme von Windenergie- und PV-Anlagen

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1 Technische Universität Berlin Regelenergiepreisprognosen und Einfluss der Marktteilnahme von Windenergie- und PV-Anlagen (Vorstellung vorläufiger Ergebnisse) Strommarkttreffen: Berlin - 2. Oktober 215 Dipl.-Ing. Sebastian Spieker, M.Sc. Jakob Kopiske FG und Umweltschutz Prof. G. Tsatsaronis TU Berlin und

2 Inhalt 2 Modellüberblick Ergebnisse Modellvalidierung: 214 Regelenergiepreisprognosen: 235 Fazit IET TU Berlin 2. Oktober 215

3 3 MODELLÜBERBLICK IET TU Berlin 2. Oktober 215

4 Modellbeschreibung 4 Kriterium Modelltyp Sektoren Märkte Technologien Auflösung Modell-Fokus Region benötigte Rechenzeit Einsatz Fundamentalmodell Bestimmung des kostenoptimalen Kraftwerkseinsatzes (MILP / CPLEX / GAMS) Strom und Fernwärme Spotmarkt (Day-Ahead) Regelleistungsmärkte (PRL, SRL, MR) thermische und hydraulische Kraftwerke, erneuerbare Energien, KWK, P2H, Elektromobilität, Lastmanagement stündlich (rollierender Zeithorizont) blockscharf (>75 MW) Preisprognosen für den Spot- und Regelenergiemarkt Kraftwerkstechnik Deutschland n bis Tage IET TU Berlin 2. Oktober 215

5 Modellstruktur 5 IET TU Berlin 2. Oktober 215

6 Modellierung - Kraftwerkstechnik 6 Thermische Kraftwerke Kraftwerksbetrieb Mindestlast Wirkungsgrad mit Teillastverhalten Laständerungsgeschwindigkeit KWK-Restriktionen P,Q-Diagramm Anfahrkosten Primär- und Sekundärbrennstoffbedarf Lebensdauerverzehr Berücksichtigung der Stillstandszeit (Auskühldauer) Pumpspeicherwerke Speicherkapazität Verhältnis Pump- zu Turbinenleistung Regelfähigkeit (hydraulischer Kurzschluss, ) IET TU Berlin 2. Oktober 215

7 Wärmemarkt 7 34 Fernwärmenetze (ohne hydraulische Restriktionen) Wärmelastprofile als Funktion der Temperatur (15 Klimazonen) Wärmeerzeugung Heizkraftwerke Heißwassererzeuger (Gas) Power-to-Heat Elektroheizer Großwärmepumpen IET TU Berlin 2. Oktober 215

8 Modellierung Regelenergie 8 Regelleistungsvorhaltung (kein Abruf, Ausnahme PRL) Technik Randbedingungen der Regelleistungsbereitstellung Lastgradienten Kapazitätsrestriktionen (Speicher) KWK-Anlagen (Wärmerestriktionen, P,Q- Diagramm) Anfahrzeiten Markt Marktteilnahme (insb. kleiner Kraftwerksbetreiber) Anlagenpoolung (RL- Vorhaltezeitraum/ Produktlänge, symmetrische / getrennte PRL-Vorhaltung) IET TU Berlin 2. Oktober 215

9 Marktpreise 9 Die Marktpreisbestimmung erfolgt modellendogen und berücksichtigt u.a.: Anfahrkosten vermiedene Anfahrkosten Einfluss des Teillastverhaltens auf die Stromerzeugungskosten Opportunitätskosten aus anderen Märkten (Strom, Regelenergie, Wärme) IET TU Berlin 2. Oktober 215

10 1 ERGEBNISSE VALIDIERUNG: 214 IET TU Berlin 2. Oktober 215

11 Stromerzeugung (Kurzjahr 214 = 4 Wochen) Winter Frühling Sommer Herbst Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

12 Strompreise (Kurzjahr 214 = 4 Wochen) Winter Frühling Sommer Herbst Day Ahead (EEX) Modell Strompreis [ /MWh] IET TU Berlin 2. Oktober 215

13 Preisdauerlinie IET TU Berlin 2. Oktober 215

14 Regelleistungsvorhaltung (Kurzjahr 214) Regelleistung 1 8 Regelleistungsbereitstellung [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Biomasse [MW] PV [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] GT ges [MW] KKW [MW] Gud ges [MW] SK ges [MW] BK ges [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] IET TU Berlin 2. Oktober 215

15 Regelenergie: Leistungspreise (4-Monatsjahr 214) 15 Preise [ /MW h] real Modell real Modell PRL 17,1 18,7 2, 13,4 SRL pos. 7,2 9,7 7,7 5,7 neg. 12,2 1,2 4,8 5,1 MR pos.,7 1,1,5,1 neg. 5,6 4,2 2,9 2,1 IET TU Berlin 2. Oktober 215

16 pos. SRL: Leistungspreise (Kurzjahr 214) pos. SRL (historisch) pos. SRL (Modell) 2 pos. SRL - Leistungspreise [ /MW h] IET TU Berlin 2. Oktober 215

17 neg. SRL: Leistungspreise (Kurzjahr 214) neg. SRL (historisch) neg. SRL (Modell) Leistungspreis - neg. SRL [ /MW h] IET TU Berlin 2. Oktober 215

18 18 ERGEBNISSE REGELENERGIEPREISPROGNOSE: KURZJAHR 235 IET TU Berlin 2. Oktober 215

19 Stromerzeugung 235 ohne RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

20 Strompreise 235 ohne RL-Marktteilnahme EE Day Ahead Strompreis (EEX) Strompreis Fundamentalmodell 14 Strompreis [ /MWh] IET TU Berlin 2. Oktober 215

21 Regelleistungsvorhaltung 235 ohne RL-Marktteilnahme EE Regelleistung 1 8 Regelleistungsbereitstellung [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Biomasse [MW] PV [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] GT ges [MW] KKW [MW] Gud ges [MW] SK ges [MW] BK ges [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] IET TU Berlin 2. Oktober 215

22 Regelleistungsvorhaltung 235 mit RL-Marktteilnahme EE Regelleistung 1 8 Regelleistungsbereitstellung [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Biomasse [MW] PV [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] GT ges [MW] KKW [MW] Gud ges [MW] SK ges [MW] BK ges [MW] sonstige Anbieter ges [MW] Wind ges [MW] PSW ges [MW] Öl ges [MW] IET TU Berlin 2. Oktober 215

23 Vorhaltung pos. Regelleistung % 4% 35% ohne EE mit EE 3% 25% 2% 15% 1% 5% % BK SK GUD GT OEL KKW PS Wind On Wind Off PV IET TU Berlin 2. Oktober 215

24 Vorhaltung neg. Regelleistung % 4% 35% ohne EE mit EE 3% 25% 2% 15% 1% 5% % BK SK GUD GT OEL KKW PS Wind On Wind Off PV IET TU Berlin 2. Oktober 215

25 Stromerzeugung 235 ohne RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

26 Stromerzeugung 235 mit RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

27 Stromerzeugung 235 mit RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

28 Stromerzeugung 235 mit RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] PSW: Entladen [MW] PV Abregelung [MW] Wind Off Abregelung [MW] Wind On Abregelung [MW] PV nach Abregelung [MW] Wind Off nach Abregelung [MW] Wind On nach Abregelung [MW] BioM[MW] Öl [MW] GT [MW] GuD [MW] SK [MW] BK [MW] KKW [MW] LW [MW] Abf [MW] DR [MW] EMOB: NB [MW] EMOB: PB [MW] P2H [MW] PSW: Laden [MW] Netzentnahme inkl. Import/Export [MW] PSW [MW] PSW Speicherbeladung skaliert -2 IET TU Berlin 2. Oktober 215

29 Regelleistungspreise Preise [ /MW*h] ohne EE 235 mit EE historisch Modell Modell Modell PRL 2, 13,4 8,1 7,3 SRL MR pos. 7,7 5,7 4,7 4,4 neg. 4,8 5,1 1,2,1 pos.,5,1 1, 1, neg. 2,9 2,1,7,1 IET TU Berlin 2. Oktober 215

30 Leistungspreis neg. SRL ohne RL-Marktteilnahme EE mit RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] Leistung [MW] neg. SRL (historisch) neg. SRL (Modell) 3 25 neg. SRL (historisch) neg. SRL (Modell) Leistungspreis - neg. SRL [ /MW h] Leistungspreis - neg. SRL [ /MW h] IET TU Berlin 2. Oktober 215

31 Leistungspreis pos. SRL ohne RL-Marktteilnahme EE mit RL-Marktteilnahme EE Leistung [MW] Leistung [MW] pos. SRL (historisch) 6 pos. SRL (historisch) pos. SRL (Modell) pos. SRL (Modell) 5 5 Leistungspreis - pos. SRL [ /MW h] Leistungspreis - pos. SRL [ /MW h] IET TU Berlin 2. Oktober 215

32 Elektromobilität & Demand Response Preise [ /MW*h] 235 mit Elektromobilität & Demand Response ohne RL- Markteilnahme EE mit RL- Markteilnahme EE PRL 2,9 2,9 SRL MR pos. 2,7 2,7 neg.,1,1 pos.,9,9 neg.,1,1 IET TU Berlin 2. Oktober 215

33 Fazit 33 Preise für negative Regelleistung sinken weiter. Preise für positive Regelleistung sind deutlich stabiler. (Preisspitzen durch Knappheitspreise im Spotmarkt.) Ursächlich für sinkende Regelenergiepreise ist u.a. die zunehmende Flexibilität des thermischen Kraftwerkparks (Zubau Gaskraftwerke, Stilllegung Kernkraftwerke und ältere Kohlekraftwerke). Insbesondere auf dem Markt für neg. Regelleistung konkurrieren zukünftig viele verschiedene Flexibilitätsoptionen (flexible thermische Kraftwerke, Speicher, P2H, Windenergie- und PV-Anlagen, Elektromobilität, Lastmanagement, ). Teilnahme von Windenergie- und PV-Anlagen am Regelleistungsmarkt: Vor allem durch die Marktteilnahme von Windenergieanlagen können die Kosten/ Preise für negative Regelleistung in n mit niedriger Residuallast verringert werden. Pumpspeicher stellen weniger Regelleistung bereit und können verstärkt als Energiespeicher eingesetzt werden, wodurch die Abregelung von EE-Anlagen reduziert aber auch die Stromerzeugung aus Kohlekraftwerken erhöht wird. IET TU Berlin 2. Oktober 215

34 34 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Sebastian Spieker M.Sc. Jakob Kopiske Fachgebiet und Umweltschutz Technische Universität Berlin Marchstraße 18, 1587 Berlin Tel.: ++49 () Fax: ++49 () IET TU Berlin 2. Oktober 215

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