KONZEPT ZUR BESTIMMUNG DES MARKTPOTENZIALS VON FLEXIBILITÄTSOPTIONEN IM STROMMARKT

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1 KONZEPT ZUR BESTIMMUNG DES MARKTPOTENZIALS VON FLEXIBILITÄTSOPTIONEN IM STROMMARKT 13. Symposium Energieinnovation Graz, 14. Februar 214 Hendrik Kondziella Prof. Dr. Thomas Bruckner

2 AGENDA KONZEPT ZUR BESTIMMUNG DES MARKTPOTENZIALS VON FLEXIBILITÄTSOPTIONEN IM STROMMARKT 1. Motivation 2. Stand der Forschung 1. Bewertungsschema 2. Methoden (Status quo) 3. Bewertung 3. Modellkonzept zum Marktpotenzial 4. Fazit

3 MOTIVATION INDIKATOREN FÜR ERHÖHTE ANFORDERUNGEN AN DIE SYSTEMFLEXIBILITÄT (NACHFRAGESEITE) Negative Residuallast n Mittlerer EEÜberschuss: 15 GW in 72 h/a (11 TWh) n Einsatzoptionen: n EE-Einspeisemanagement n Power-to-Gas n Netzausbau (Deutschland, Europa) EE-Einspeisung und Stromnachfrage GW 12 Wind+PV+Must_run Electricity demand (net) 1 8 Positive Residuallast 6 n Mittlere Stromnachfrage: 3 GW in 33 h/a 4 n Einsatzoptionen: n Gasturbinen 2 n KWK-Anlagen Stunden des Jahres 23 Flexible Technologien im Strommarkt n Technologien mit täglichem Einsatzprofil n Ausgleich von stündlichen Fluktuationen n Pumpspeicher, Druckluftspeicher, Batterien Quelle: Kruhl und Doll (211) VGB-Kongress Kraftwerke 211, eigene Darstellung nach Leitstudie 21

4 MOTIVATION FLEXIBILITÄTSOPTIONEN (ANGEBOTSSEITE) Funktionale Speicher Neue Lasten Netz-ausbau Flexible Erzeugung (Ausgleich der räumlichen Variabilität) Stromspeicher Quelle: BET (213): Möglichkeiten zum Ausgleich fluktuierender Einspeisungen aus erneuerbaren Energien. Einteilung nach Schill (213)

5 FORSCHUNGSFRAGEN Marktakteure können Flexibilität im Energiesystem anbieten. Investitionsentscheidungen müssen sich gegenüber folgenden Fragestellungen rechtfertigen: n Wie hoch ist der Bedarf an Flexibilität für das Stromversorgungssystem? n Welches Potenzial ergibt sich für bestimmte Technologien? n Wie gestaltet sich der zeitliche Verlauf des Flexibilitätsbedarfs? n Kann das derzeitige Marktdesign einen bedarfsadäquaten Ausbau der flexiblen Kapazität gewährleisten?

6 STAND DER FORSCHUNG BEWERTUNGSSCHEMA Bewertungskriterien Hauptannahmen n Kategorisierung von Potenzialen n Technisch, Ökonomisch, Markt n Speicher vs. Flexibilität n Kurzfristig, Saisonal Markt Ökonomisch n Zeitliche Abgrenzung n 215, 22, 25 Technisch n Räumliche Abgrenzung n Deutschland, Europa, USA Politische Umsetzung/Einflüsse Regulatorische Beschränkungen Resonanz bei Investoren Wettbewerb mit anderen Technologien Technologie-/Brennstoffkosten Wettbewerb mit konkurrierenden Technologien (auf Vollkostenbasis) System-/Topografische Grenzen Umwandlungseffizienz Technologische Restriktionen Theoretisch Physikalische Grenzen Energieinhalt einer Ressource Potenzial Quelle: Eigene Darstellung nach National Renewable Energy Laboratory

7 STAND DER FORSCHUNG (METHODIK) TECHNISCHES POTENZIAL Leistung [GWh/h] 8 Deskriptive Statistik der Residuallast n Maximum 7 6 n Positive Flexibilität (Entladen) 5 4 n Minimum 3 2 n Negative Flexibilität (Laden) Electricity demand (net) n Negative Werte n (max.) Speicherkapazität Wind+PV+must_run Electricity demand (net) Wind+PV+must_run Quelle: Eigene Analysen nach Leitstudie Leistung [GWh/h] Leistung [GWh/h] Max Mittel Min

8 STAND DER FORSCHUNG (METHODIK) ÖKONOMISCHES POTENZIAL (MODELLSCHEMA) Kraftwerkspark (ex ante) Flex-Optionen Residuallast Kostenminimierung (Gesamtsystem) Kapazitätsplanung Ökonomisches Potenzial (Flex) - Vermeidung von variablen Kosten der thermischen Kraftwerke Einsatzoptimierung Kraftwerkspark + Flex-Optionen (ex post)

9 STAND DER FORSCHUNG (METHODIK) MARKTPOTENZIAL (MODELLSCHEMA) Kraftwerkspark Residuallast (ex ante) Strommarktmodell (Spot, Regelleistung) Marktpreise Gewinnmaximierung PumpMarktpotenzial (Flex) - Interne Verzinsung je Technologie speicher (AA)CAES Batterie

10 STAND DER FORSCHUNG (METHODIK) KLASSIFIKATION UND BEWERTUNG Stärken Schwächen Technisches Zeitlich hoch aufgelöste Simulationen Keine Rückkopplung zum thermischen Kraftwerkspark Potenzial Regionale Wetterdaten Unvollständige Technologiebeschreibung Vergleichbarkeit der Ergebnisse Ökonomisches Potenzial MarktPotenzial Vergleichbarkeit von Systemkosten Simultane Kapazitäts- und Einsatzplanung von Kraftwerken und Speichern Verwendung von historischen und modellierten Marktpreisen Modelle für deutschen und europäischen Strommarkt (Spot) Fokus auf nationalem Strommarkt Wirtschaftlichkeit von flexiblen Technologien bestimmt durch Vergleich zu konv. Kraftwerken Flex-Optionen als Preisnehmer betrachtet Keine Konsistenz zwischen Spotund Regelleistungsmarkt

11 MODELLKONZEPT MARKTPOTENZIAL VON FLEXIBLEN TECHNOLOGIEN Nachfrage (Bedarf) Angebot n (Vollständige) Aggregation von Erlösoptionen n (Vollständige) Integration von flexiblen Technologien Grenzkosten Grenzertrag PRL P2G Gleichgewicht = Marktpotenzial Batterie SRL MRL Spot P2H DSM PSW Abregeln Nachfrage/ Flex-Bedarf Angebot/ Flex-Optionen

12 MODELLKONZEPT ZUM MARKTPOTENZIAL NACHFRAGESEITE HERAUSFORDERUNGEN Bedarf an Reserveleistung sinkt trotz höherem EE-Anteil (empirisch) Spotmarkt mengenmäßig größter Markt (Nachfrage-Spread) Regelleistungsbedarf und Spotmarkt (Diff. Peak-/Baseload) - MW Positive und Negative Reserve PRL SRL MRL Spot Quelle: Eigene Berechnungen

13 MODELLKONZEPT ZUM MARKTPOTENZIAL ANGEBOTSSEITE HERAUSFORDERUNGEN Spotmarkt: Sinkende Preisdifferenzen trotz höherem EE-Anteil (empirisch) Spotmarkt Base-Preis [ /MWh] Peak/Off-Peak-Spread [ /MWh] Quelle: EEX, Eigene Berechnungen

14 FAZIT Flexibilitätsbedarf im Energiesystem der Zukunft n Steigende räumliche und zeitliche Abweichungen zwischen Angebot und Nachfrage: Voraussetzung für technisches Potenzial n Offen: Sind bestimmte Technologien im Energiesystem zwingend erforderlich (z. B. Speicher zur Netzstabilität)? Investitionsanreize für Marktakteure n Quantifizierung des Marktpotenzials durch n Aggregation von Erlösen (integrierte Modellierung) n Integration der relevanten Technologien n Berücksichtigung von Konkurrenzeffekten auf Preise und Wettbewerb

15 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! Hendrik Kondziella Wissenschaftlicher Mitarbeiter Energieökonomik und Nachhaltigkeitsmanagement Telefon: Fraunhofer MOEZ Neumarkt Leipzig GERMANY

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