WORKING PAPER. Regulierung des Netzmonopolisten. durch. Verbot von Peak-load Pricing? von. Jens Korunig

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1 Reglierng es Netzmonopolisten rch WORKING AER Verbot von eak-loa ricing? von Jens Kornig University of Lünebrg Working aper Series in Economics No. 36 December ISSN

2 Reglierng es Netzmonopolisten rch Verbot von eak-loa ricing? Jens Kornig Universität Lünebrg Stan: 9. Dezember 006 Jens Kornig. Lehrsthl für Wirtschaftspolitik, Institt für Volkswirtschaftslehre. Universität Lünebrg.

3 Zsammenfassng Spitzenlastpreisbilng bei natürlichen Monopolen wre bisher nr mit einer roktionsstfe n konstanten Drchschnittskosten nterscht. Elektrischer Strom nterliegt jeoch einem mehrstfigen roktionsprozeß, bei em ie Stfe es Stromtransports sinkene Drchschnittskosten afweist. Ein privater, vertikal separierter Stromnetzbetreiber wir gewinnmaximale Spitzenlastpreise nehmen n afgrn seiner Monopolstellng einen hohen Wohlfahrtsverlst verrsachen. Das apier nterscht in einem zweistfigen Moell mit sinkenen Drchschnittskosten af er Transportstfe, wie sich as Verbot für en Netzmonopolisten, verschieene reise z nehmen, aswirkt. In er beschriebenen Sitation erhöht as Verbot, verschieene reise z nehmen, ie Wohlfahrt, wenn er Monopolist weiterhin beie Märkte (eak n Off-eak) beient. Die nterschte Reglierngsregel nr ein reis erlabt hat en Vorteil er einfachen Anwenng n Überwachng; sie ist somit praxistaglich n sehr kostengünstig. Abstract eak-loa pricing of natral monopolies was analyze ntil now as a one-step proction process with constant average costs. However, electric crrent nerlies a mlti-stepproction process with ecreasing average costs for power transmission. A private, vertically separate network operator will charge profit maximizing peak-loa prices an will case a high welfare loss e to its monopolistic position. The paper examines in a two-stage moel with ecresaing average cost on the transmission stage, which conseqences there are of prohibiting the monopolist to take ifferent prices. Here, this interiction enhances welfare, if the monopolist contines to serve cstomers on both markets (peak an off-peak). The analyze reglation rle only one price is easy to apply an to spervise; as a conseqence it is practicable an cost-effective.

4 Einleitng Spitzenlastpreisbilng (eak-loa ricing) kommt immer ann in Frage, wenn ie Nachfrage nach nicht lagerbaren Gütern oer Dienstleistngen perioischen Schwankngen nterliegt. Diese Sitation ist sowohl im Stromsektor/aneren netzgebnenen Instrien als ach in verschieenen Dienstleistngsbranchen (z.b. Flghäfen oer Hotels) gegeben. Die mikroökonomische Analyse er Spitzenlastpreisbilng zeigt einerseits einetig, aß bei langfristig konstanten Grenzkosten n amit wettbewerblicher Anbieterstrktr er Übergang von einem einheitlichen reis af iese Form er reisifferenzierng 3. Graes z einer Wohlfahrtsverbesserng führt. Anererseits ist allgemein bekannt, aß Monopolisten größere Monopolgewinne erzielen können, wenn sie ifferenzierte reise setzen. Im Zge er Liberalisierng er Strommärkte ist es möglich geworen, ie verschieenen Stfen er Strominstrie, vereinfachen ie Erzegngs- n ie Transportstfe, ökonomisch voneinaner z trennen. Diese olitik er vertikalen Separierng verfolgt ach ie EU bei ihrer Schaffng eines eropaweiten Strommarktes (vgl. Richtlinie 003/54/EG es Eropäischen arlaments n es Rates, 003). Im Bereich er Stromerzegng ist ohne gesamtwirtschaftliche Kostennachteile eine Vielzahl von Anbietern möglich n somit Wettbewerb realisierbar, wenn ie Anbieter von Strom einen iskriminierngsfreien Zgang zm Stromtransportsektor haben. Der Stromtransport hingegen ist afgrn sinkener Drchschnittskosten ein natürliches Monopol, af as ie Erzeger nabingbar angewiesen sin. Das natürliche Monopol es Stromtransports mß also weiterhin in seinem reissetzngsverhalten regliert weren. Hier zeigen sowohl ie ökonomische Reglierngstheorie als ach ie Reglierngspraxis (vgl. z. B. Borrmann/Finsinger 999, Fritsch/Wein/Ewers 005, Laffont/Tirole 993 n Knieps 005) einetig, aß es in aller Regel nicht gelingen wir, eine Reglierng einzführen, ie z wohlfahrtsoptimalen reisen führen n amit ach Monopolrenten vollstänig asschließen würe. Da bei einer Liberalisierng es Strommarktes ie Transportstfe weiterhin ein (natürliches) Monopol arstellt n wohlfahrtsoptimale Spitzenlastpreise rch Reglierng vermtlich nicht generiert weren können, könnte eine einfache Reglierngsregel wie folgt assehen: Der Monopolist er Transportstfe wir in seinem reissetzngsverhalten grnsätzlich nicht regliert, arf jeoch nr einheitliche reise setzen n mß amit af Spitzenlastpreisbilng verzichten. Eine solche Secon-best-Reglierng wäre ann gerechtfertigt, wenn er Wohlfahrtsverlst afgrn es Verzichts af Spitzenlastpreisbilng geringer wäre als er Wohlfahrtsverlst im Falle einer nreglierten reissetzng eines 3

5 vollstänig separierten (natürlichen) Monopolisten af er Transportstfe. Die Beantwortng ieser Frage wir erschwert, weil im liberalisierten Strommarkt ein zweistfiger roktionsprozeß mit einer wettbewerblichen Erzegngsstfe n einer als natürliches Monopol anzsehener Transportstfe vorliegt. Die allgemeine Beingng für as Vorliegen eines natürlichen Monopols ist eine sbaitive Kostenfnktion, was geringere Kosten bei Bereitstellng eines Transportnetzes rch einen Anbieter als rch mehrere beetet. Vereinfachen weren hier langfristig sinkene Drchschnittskosten nterstellt, was af jeen Fall Sbaitivität impliziert (vgl. Fritsch/Wein/Ewers 005, S. 88). In iesem apier wir aher ein zweistfiges eak-loa-ricing-moell mit sinkenen Drchschnittskosten af er Transportstfe n em Verbot er Spitzenlastpreisbilng vorgestellt. Nach er Erweiterng er traitionellen Moelle er Spitzenlastpreisbilng m ie Elemente Zweistfigkeit n langfristig sinkene Drchschnittskosten wir sich zeigen, aß eak-loa ricing af er Transportebene z einer Wohlfahrtsverbesserng führen kann. Im folgenen Abschnitt weren ie ökonomischen Eigenschaften er Stromwirtschaft inklsive es Spitzenlastproblems isktiert n abei af ie Möglichkeiten zr vertikalen Separierng eingegangen. Ferner wir ein Überblick über ie Literatr z en Themen Spitzenlastpreisbilng n Reglierng gegeben. Im ritten Abschnitt wir as zweistfige eak-loa-ricing-moell entwickelt. Asgehen von einem Moell mit konstanter Nachfrage weren nacheinaner schwankene Nachfrage, gewinnmaximierenes Verhalten es Monopolisten n ie Reglierngsmaßnahme eingeführt, m ie jeweiligen Aswirkngen af ie ökonomischen Ergebnisse z erkennen. Im vierten n letzten Abschnitt weren ie Ergebnisse interpretiert n Schlßfolgerngen gezogen. Stromwirtschaft n Spitzenlastpreisbilng In er Einleitng wre afgezeigt, aß eine Trennng verschieener roktionsstfen es Stromsektors ökonomisch möglich n politisch gewollt ist. Deshalb soll im ritten Abschnitt ein zweistfiges Moell es Stromsektors mit Spitzenlastpreisbilng entwickelt weren, in em ie Reglierng es natürlichen Monopols Stromtransport nterscht weren kann. Die afür notwenigen theoretischen Grnlagen weren in iesem Abschnitt erörtert. Znächst wir ein krzer Überblick über en Stromsektor gegeben n ie ökonomischen Eigenschaften er Stfen Erzegng n Transport weren as en technischen Charakteristika begrünet. Es folgt ie Begrünng für ie vertikale Separierng er beien Stfen. Im Anschlß wir af as Spitzenlastproblem eingegangen n ein Überblick über ie 4

6 Literatr zm Thema Spitzenlastpreisbilng n Reglierng gegeben. Zm Schlß es Abschnittes wir ie Reglierngsmaßnahme motiviert. Erzegng Übertragngsnetz Verbnnternehmen monopolistischer Bottleneck Systemsteerng Verteilnetze regionale n kommnale Versorger Versorgng/Verkaf Messng/Erfassng Abb..: Strktr es etschen Elektrizitätssektors. (elle: In Anlehnng an Brnekreeft/Keller 003, S. 48.) In er Stromwirtschaft lassen sich sechs Wertschöpfngsstfen nterscheien (s. Abb..): Erzegng, Übertragngsnetz, Systemsteerng, Verteilng, Versorgng/Verkaf n Messng/Erfassng. Die erste Stfe er Strominstrie bilet ie Erzegng. Hier wir as verschieenen rimärenergieträgern (Fossile Brennstoffe, Kernenergie, Erneerbare Energien wie Sonnen-, Win- n Wasserkraft) elektrische Energie erzegt. Der Strom wir in Erzegngseinheiten von einigen Kilowatt (kw) in kleinen Solaranlagen bis hin z einem Gigawatt (GW) in großen thermischen Kraftwerken proziert. Die Elektrizität mß über Übertragngs- n Verteilnetze zm Verbracher transportiert weren. Der Zweck er Übertragngsnetze (Höchstspannngsnetze mit 0kV n 380kV) ist hierbei er Transport es Stroms über große Entfernngen n ie Schaffng eines Stromverbnsystems. Die regionalen n lokalen Verteilnetze, mit Hoch-, Mittel- n Nieerspannng (0-0,4kV) betrieben, ienen hingegen er Versorgng er Verbracher. Kleinere Kraftwerke (bis 50MW) speisen irekt in as Verteilnetz ein (s. Habrich 996, S. 38-4). Übertragng n Verteilng übernehmen gemeinsam en Transport es Stroms vom Kraftwerk zm Enverbracher, sie weren eshalb im weiteren als eine Transportstfe behanelt. Zr Afrechterhaltng eines Stromversorgngssystems müssen Einspeisng n Abnahme z jeem Zeitpnkt ientisch sein. Der stänige Asgleich zwischen eingespeister n entnommener Energie ist ie zentrale Afgabe er Systemsteerng. Sie fällt nr einmal pro 5

7 Netzgebiet an n ist somit ein natürliches Monopol. Die Systemsteerng ist technisch eng an en Transport es Stroms gebnen (s. Growitsch/Wein 004, S. 3), sie soll eshalb nicht weiter separat betrachtet weren. Die Bereiche Versorgng/Verkaf n Messng/Erfassng sin mehr ökonomisch enn technisch notwenig. Sie spielen als Wertschöpfngsstfen eine ntergeornete Rolle n sollen im weiteren Verlaf vernachlässigt weren. Die Segmente Erzegng n Transport hingegen stellen beetene Wertschöpfngsstfen ar n zeichnen sich rch spezifische Unterschiee hinsichtlich ihrer technischen Eigenschaften as. Beie Segmente weren eshalb im Anschlß genaer betrachtet. Die minimal effiziente Betriebsgröße einiger Kraftwerke im Vergleich z einzelnen Verbrachern ist sehr hoch (ca. 800 MW für ein größeres Dampftrbinenkraftwerk, s. Kmkar 000, S. ). Hierin kann ein Iniz für ein natürliches Monopol in er Stromerzegng vorliegen. Wir z.b. ein Kraftwerk für einen speziellen Zweck errichtet wir (z.b. Stromversorgng einer abgelegenen Region wie einer kleinen Insel) n weist amit eine hohe Beziehngsspezifität af, liegt vermtlich ein natürliches Monopol in er Stromerzegng vor, a für en genannten Zweck ein Kraftwerk genügen könnte. Von ieser speziellen Sitation soll im folgenen jeoch abgesehen weren, a sie eine Asnahme arstellt. Im Vergleich z einem Gesamtmarkt von er Größe Detschlans ist ie erforerliche Anlagengröße klein (ie in Detschlan 996 installierten Stromerzegngskapazitäten betrgen GW, vgl. Kmkar 000, S. 8 n S. ). As em oben angeführten Beispiel wir jeoch etlich, aß ein Stromtransport z verschieenen Verbrachern z akzeptablen reisen möglich sein mß, amit as einzelnen Kraftwerken ein Gesamtmarkt entstehen kann n nicht viele regionale Erzegngs- n Verbrachs- Inseln vorliegen. Nr ann haben ie Nachfrager eine Aswahl zwischen verschieenen Anbietern n es kann ein Wettbewerb zwischen en Erzegern entstehen. Wenn also wie in Detschlan ie relevante Nachfrage groß im Vergleich z en wirtschaftlich betreibbaren Erzegngseinheiten ist, ann gibt es keine Argmente für as Vorhanensein eines natürlichen Monopols in er Stromerzegng. Eine Reglierng er Stromerzegng in Detschlan erweist sich as en genannten Grünen als nnötig. Die erzegte elektrische Energie mß leitngsgebnen an en Ort es Verbrachs beförert weren. Für en Stromtransport sin elektrische Energieversorgngsnetze notwenig. Die Netze weren nach ihren primären Fnktionen Übertragng (Höchstspannngsnetze) n Verteilng (Hoch-, Mittel- n Nieerspannngsnetze) nterschieen, sollen jeoch gemeinsam betrachtet weren. Bei er Analyse er Netze fallen mehrere Größenvorteile af: 6

8 Die Kosten er Stromübertragng sin haptsächlich von er Stromstärke abhängig: Zm einen steigen ie Energieverlste es Stromtransports in einer gegebenen Leitng qaratisch mit em Stromflß an. Kann er Stromflß, er zr Übertragng einer gegebenen Leistng notwenig ist, z.b. halbiert weren, sinken ie Übertragngsverlste af ein Viertel. Zm aneren steigt mit sinkenem Stromflß ie übertragbare Leistng einer Leitng qaratisch an, a rch ie physikalischen Eigenschaften es Leitermaterials er Höhe es Stromflsses in einer Leitng Grenzen gesetzt sin. Je höher wieerm ie Übertragngsleistng einer Leitng, esto geringer ist ie Anzahl er für en Transport einer gegebenen Leistng benötigten Trassen. Folglich senkt eine Verringerng es Stromflsses af zweifache Weise rch Senkng er Leitngsverlste n Erhöhng er übertragbaren Leistng ie Kosten es Stromtransports. Allerings mß zr Senkng er stromflßbeingten Verlste ie Spannng erhöht weren, a bei gegebener Transportleistng er Stromflß mgekehrt proportional zr Spannng ist (Mirow 993, S. 0). Die Kosten es Leitngsbas wachsen ngefähr linear mit er Höhe er Spannng (vgl. Draso et al. 998, S. 33 n Oeing/Oswal 004, S. 57) n amit in einem weitas geringeren Maße als ie Kosten, ie rch eine höhere Stromstärke entstehen. Elektrische Energie sollte also möglichst nter hohen Spannngen n geringen Stromstärken übertragen weren. Mit er Anzahl er Verbracher, ie an ein Netz angeschlossen sin, glättet sich afgrn von Drchmischngseffekten ie Nachfrage nach Strom. Der Drchmischngseffekt entsteht arch, aß einzelne Nachfragen zfallsbehaftet n nicht perfekt positiv miteinaner korreliert sin. Darch sinkt ie Differenz zwischen maximal benötigter n rchschnittlich gentzter Transportkapazität es Netzes n ementsprechen ach ie Netzkosten pro transportierter Einheit Strom (Draso et al. 998, S. 34). Drch ie geographische Nähe mehrerer Verbracher innerhalb eines gegebenen Gebietes (Abnehmerichte) sinken ie Kosten es Anschlsses es einzelnen Verbrachers, weil alle Verbracher mit einer gemeinsamen Haptleitng versorgt weren können. Die Kosten einer gemeinsamen Leitng sin abei geringer als ie kmlierten Kosten einzelner Leitngen. Dieser Dichtevorteil verschafft en Verteilngsnetzen einen Charakter (bestäniger) natürlicher Monopole (Draso et al. 998, S. 36). Obige Argmente sprechen afür, aß im Bereich es Stromtransports sinkene Drchschnittskosten gegeben sin. Mehrere Netze parallel afzbaen würe z 7

9 Kostenplikationen n amit volkswirtschaftlichen Ineffizienzen führen (vgl. Growitsch/Wein 004, S. 3). Es ist ach nicht anznehmen, aß sich iese Eigenschaft bei Asweitng er Nachfrage verlieren wir. Der Stromtransportsektor stellt somit ein natürliches Monopol ar (vgl. Draso et al. 998, S. 37) n ist gleichzeitig ein monopolistischer Bottleneck, a ie Vorstfe Stromerzegng af en Stromtransport angewiesen ist. Es könnte ines sein, aß er Stromtransport ein bestreitbarer Markt ist (vgl. Bamol/anzar/Willig 988, S. 5-7 n Borrmann/Finsinger 999, S ). Die Bestreitbarkeit ist jeoch für en Fall er Stromversorgngsnetze as zwei Grünen einetig abzlehnen: Erstens sin ie Netzeinrichtngen (Maste, Leitngen, etc.) nicht für alternative Zwecke verwenbar, sie stellen also versnkene Kosten ar. Zweitens bearf er Afba eines Stromversorgngsnetzes mehrerer Jahre, amit benötigt er Markteintritt in iesen Sektor erheblich länger als ie Änerng er reise für ie Netzntzng. Zwei er rei Beingngen es Konzepts bestreitbarer Märkte sin hier nicht erfüllt, emzfolge ist eine Disziplinierng es Monopolisten rch potentielle Konkrrenz nicht gegeben (vgl. Growitsch/ Wein 004, S. 3). Ein nreglierter Monopolist als Netzbetreiber wir Monopolpreise nehmen n amit einen volkswirtschaftlichen Wohlfahrtsverlst verrsachen. Eine Reglierng es natürlichen Monopols Stromtransport ist eswegen notwenig. Dabei stellt sich ie Frage, welcher Reglierngsmaßnahmenmix in er raxis ie besten Ergebnisse afweist. Die Frage nach er Art er Reglierng soll weiter nten behanelt weren; znächst sollen ie möglichen wirtschaftspolitischen Konseqenzen as en nterschielichen Eigenschaften er Stfen Erzegng n Transport erörtert weren. Afgrn er technischen Gegebenheiten ist af er Erzegngsebene ein fnktionierener Wettbewerb rchas möglich, währen ie Transportebene ein reglierngsbeürftiges natürliches Monopol arstellt (vgl. Krse 997, S. 53). Es eröffnet sich eshalb ie Frage, ob es nicht empfehlenswerter ist, ie beien Ebenen ökonomisch voneinaner z trennen. Die EU hält eine minestens gesellschaftsrechtliche Separierng (Legal Unbnling) für notwenig, m einen fnktionierenen Wettbewerb af em Strommarkt (insbesonere er Erzegngsebene) z erreichen n schreibt iese in ihrer Richtlinie 003/54/EG für alle Mitgliesstaaten verbinlich vor. Nr rch eine strikte Trennng er Entscheingsbefgnisse über Erzegng n Transport sieht sie ie Unabhängigkeit er Übertragngs- n Verteilernetzbetreiber gewährleistet, ie einen nichtiskriminierenen n transparenten Netzzgang z angemessenen reisen bewirken soll (vgl. Richtlinie 003/54/EG es Eropäischen arlaments n es Rates 003). Aßer em Argment es nichtiskriminierenen Netzzgangs, welches ie ökonomische Literatr teilt (vgl. z.b. Mler.a. 005), sprechen weitere Grüne für eine vertikale Separierng: 8

10 Vertikale Integration kann er Asntzng von Marktnvollkommenheiten ienen: Herrscht af einer er beien Stfen ein Monopol vor, wir er Monopolist als ominantes Unternehmen er Wettbewerbsstfe ie aneren iskriminieren n seine Marktmacht ach af iese Stfe asehnen können (Leverage-Effekt, vgl. Krse 997, S. 47f). In einem Moell mit vollkommenem Wettbewerb af er einen n monopolistischem Bottleneck af er aneren Stfe fällt er Monopolgewinn vollstänig em Bottleneck-Eigentümer z. Growitsch/Wein (005, S. 67f) zeigen, aß er integrierte Monopolist keinen Anreiz zr Diskriminierng af er wettbewerblichen Stfe hat, solange er en Monopolgewinn vollstänig abschöpfen kann. Wir sein Gewinn rch Reglierng gesenkt, steigt entsprechen sein Anreiz, iesen af er wettbewerblichen Stfe wieerzholen n amit sein Anreiz zr Diskriminierng. Vertikale Separierng nterbinet hier eine etwaige Diskriminierng von Stromerzegern rch en Netzbetreiber. Drch vertikale Separierng steigt ie Effizienz er Reglierng es monopolistischen Bottlenecks: Die Reglierngsbehöre erhält bessere Informationen über ie Kosten es Netzbetriebs, a es einem integrierten Unternehmen viel leichter fällt, relevante Informationen vor em Reglierer z verbergen; ie Kontrolle er Marktgegebenheiten ist so einfacher n effektiver. Gleichzeitig kann ie Reglierngsinstanz em Netznternehmen zielgerichtetere Anreize setzen, a zm einen ie Anreize sich nr noch af as Netz beziehen n zm aneren as Management sich ganz af as Netz konzentriert (s. Mler.a. 005, S ). Das integrierte Unternehmen hat zahlreiche Möglichkeiten er Diskriminierng, ie er Reglierer kam alle überwachen n nterbinen kann (s. Krse 997, S. 58). Neben en hier genannten Grünen für eine vertikale Separierng gibt es ach Gegenargmente. Genannt weren v.a. proktionstechnische n transaktionskostenbezogene Verbnvorteile. roktionstechnische Verbnvorteile bewirken, aß bei vertikaler Integration af minestens einer Fertigngsstfe weniger Inpts für ie Herstellng eines gegebenen Otpts benötigt weren (s. erry 989, S. 87 n Shepher 004, S. 56). Newbery (999, S. 408) argmentiert jeoch, aß er Synergieeffekt zwischen Erzegng n Transport im Elektrizitätssektor nr gering ist n amit kein gewichtiger Grn gegen eine vertikale Separierng sei. Die Begrünng für transaktionskostenbezogene Verbnvorteile basiert af em Vorhanensein von Koorinierngserforernissen: Die Koorination er Stromerzegng n es Stromtransports sei so afwenig, aß ie Transaktionskosten viel höher seien, wenn ie 9

11 Abstimmng über en Markt anstatt innerhalb einer Unternehmng abliefe. Verschieene empirische Stien über ie US-amerikanische Elektrizitätswirtschaft (Kaserman/Mayo 99, Kwoka 00 n Lee 995) kommen iesbezüglich z em Schlß, aß in er Strominstrie signifikante vertikale Verbnvorteile vorhanen sin. Somit sprechen zwar technische Argmente für ie Beibehaltng eines integrierten Stromsektors; ie genannten Argmente müssen jeoch gegen ie Nachteile geringerer Wettbewerbsintensität abgewogen weren, ie ihrerseits z Ineffizienzen führt. Kwoka (00, S. 670) ist er Ansicht, aß eine vertikale Separierng es Stromsektors rchas in Betracht gezogen weren könne, wenn abei Instittionen geschaffen weren, welche ie Kostenvorteile er nternehmensinternen Koorination erhielten. Die gesellschaftsrechtliche Trennng er Erzegngs- n er Transportstfe sei lat Kwoka eine Instittion, welche iese Anforerng erfülle. Drch ie verbesserten Wettbewerbsbeingngen vertikaler Separierng könnten mehr Unternehmen af er Erzegngsebene in en Markt eintreten. Der steigene Konkrrenzrck führt einerseits krzfristig z sinkenen reisen; anererseits z vermehrten Anstrengngen seitens er Unternehmen, ie Kosten rch Erhöhng er roktionseffizienz z senken, wie Markiewicz/Rose/Wolfram (004) in einer U.S.-amerikanischen Stie empirisch nachweisen. Angesichts ieser Argmente n nter Berücksichtigng er politischen Vorgabe er EU zr Separierng sollte ein Strommarkt mit getrennter Erzegngs- n Transportstfe nterscht weren. Das im nächsten Abschnitt isktierte Moell bilet en Elektrizitätssektor eshalb in zwei Stfen ab. Der Einfachheit halber weren hierbei Übertragng n Verteilng z einer Stfe zsammengefaßt. Mit er vertikalen Separierng können ie Unternehmen beier Stfen ihre reise nabhängig voneinaner setzen. Für beie Bereiche Stromerzegng als ach -transport sin ie Beingngen für eine Anwenng von Spitzenlastpreisbilng erfüllt: Es sin aerhaft verfügbare Kapazitäten vorhanen, ie af eine perioisch schwankene Nachfrage treffen. Gleichzeitig kann elektrischer Strom n elektrische Transportleistng nr nter prohibitiv hohen Kosten gespeichert weren, weswegen er fast vollstänig zm Zeitpnkt es Gebrachs erzegt n ach transportiert weren mß. Unter solchen Beingngen bleibt ein Teil er Kapazitäten episoisch ngentzt. Damit ist eine Anwenng von Spitzenlastpreisbilng bei wettbewerblicher Anbieterstrktr volkswirtschaftlich sinnvoll (vgl. Steiner 957, Crew/Fernano/Kleinorfer 995). Da ie vertikal getrennten Bereiche ihre reise nabhängig 0

12 voneinaner setzen können, soll beien Stfen es Moells, welches in iesem apier vorgestellt wir, ie inepenente Spitzenlastpreisbilng möglich sein. Das Spitzenlastproblem wir in er Literatr n in er raxis seit längerem behanelt. Crew/Fernano/Kleinorfer (995) bieten einen Überblick über ie bis ahin erschienene Literatr zm Thema eak-loa ricing. Als erste haben Boitex (949/960) n Steiner (957) Spitzenlastpreisbilng moelliert. Die von ihnen entwickelten Moelle ienen bis hete als Basis für weitere Forschng. Crew/Kleinorfer (975) haben ie Aswirkngen es parallelen Einsatzes verschieener Stromerzegngstechnologien af eak- n Off-eak- reise nterscht. Kleinorfer/Fernano (993) haben, afbaen af Arbeiten von aneren (z. B. Brown/Johnson 969 n Chao 983), ein allgemeines Moell zr Analyse von Spitzenlastpreisbilng bei Angebots- n Nachfragensicherheit entwickelt, in essen Rahmen sie etailliert af ie rch Unsicherheit entstehenen Kosten eingehen. Währen in er Literatr bis Anfang er 90er Jahre wenige hänomene von vielen Atoren nterscht woren sin n so as Basismoell schrittweise erweitert wre, weren in er neeren Literatr sehr verschieene Aspekte, iese jeoch nr von einzelnen Atoren betrachtet. So moellieren Lecinq/Ilic (997) as Netz inklsive seiner rämlichen Asehnng, m eak-loa ricing für as Netz z nterschen, vernachlässigen jeoch Kapazitätskosten er Stromerzegng n Transportkosten es Stroms im Netz. Sie betonen zwar ie Wichtigkeit sinkener Drchschnittskosten für ihr Moell, bilen es ennoch mit konstanten Drchschnittskosten. illai (003) pläiert für eine Afteilng er Kapazitätskosten af ie verschieenen Nachfragen entsprechen ihrer relativen Inansprchnahme er vorhanenen Kapazität. Er folgt ebenfalls em traitionellen Ansatz mit konstanten Drchschnittskosten n einstfiger Moellierng es Stromsektors. Ksoll (003) nterscht Effekte vertikaler Trennng bei verschieenen reissystemen n Marktformen, thematisiert allerings Spitzenlastpreisbilng nicht. Ein Schwerpnkt in er neeren Literatr ist ie Betrachtng interepenenter Nachfragen,.h. ie Verlagerng er Nachfragen rch zeitlich ifferenzierte reisgestaltng. Horsley/Wrobel (00) betrachten kontinierliche reise n interepenente Nachfragen, bilen aber en Strommarkt weer zweistfig noch mit sinkenen Drchschnittskosten ab. Genaso verfährt Rocco (003), er Im Gegensatz zr Spitzenlastpreisbilng befassen sich ortsabhängige (Grenzkosten-) reise (Locational Marginal rices - LM) mit er Frage, wie innerhalb es Stromnetzes zeitliche n rämliche reisifferenzen Signale für optimale Entscheingen von Stromerzegern n Netzbetreibern geben können. Ortsabhängige Grenzkostenpreise ecken zwar lafene Kosten, iese betragen allerings schätzngsweise nr 0-30% er anfallenen Gesamtkosten. Offen bleibt, wie bei ieser reissetzng ie Übertragngskapazitäten refinanziert weren (s. Brnekreeft/Nehoff/Newbery 004 n Chao/eck 996).

13 ein Spiel moelliert, in em ie ntzenmaximierenen Inivien en Zeitpnkt ihrer Nachfrage in Abhängigkeit von en reisen treffen, ie wieerm von en Nachfrageentscheingen aller aneren Mitspieler abhängen. So verscht er, ie Höhe er Nachfrage z jeem Zeitpnkt enogen z erklären. Ein weiterer Schwerpnkt er neeren Literatr ist as Abrücken von er Annahme es wohlfahrtsmaximierenen integrierten Stromnternehmens n ie Unterschng er ann entstehenen robleme es Wohlfahrtsverlstes rch gewinnmaximierene reissetzng es Monopolisten. Wie oben gezeigt wre, bearf er Transportsektor als ein natürliches Monopol er Reglierng. Zm Thema Reglierng n eak-loa ricing nterscht Brnekreeft (000) rice-capping n eak-loa ricing. Bergstrom/MacKie-Mason (99) beschreiben as Verhalten eines Rate-of-Retrn (ROR) reglierten Monopolisten bei Einführng von eakloa ricing. Crew/Kleinorfer (98) betrachten ROR-Reglierng bei verschieenen Technologien n Spitzenlastpreisbilng. Kim (997) vergleicht ie Aswirkngen von ROR- n ROC- (Rate-on-cost-) Reglierng bei g leichzeitigem Vorhanensein eines - teiligen Tarifes n eak-loa ricing. Er stellt abei fest, aß ie Wohlfahrtsaswirkngen beier Reglierngsmechanismen nicht einetig sin. Alle in iesem Absatz zitierten apiere moellieren ie Netzsektoren allerings einstfig n mit konstanten Drchschnittskosten. Offen bleibt amit ie Frage, wie ein natürliches Monopol mit sinkenen Drchschnittskosten in einem zweistfigen Markt mit einer wettbewerblich organisierten Stfe regliert weren kann. Die wohlfahrtsoptimale Reglierngsmaßnahme besteht arin, em natürlichen Monopol (langfristige) Grenzkostenpreise vorzschreiben. Hierbei entstehen em Monopolisten Defizite, ie rch Sbventionen as allgemeinen Steereinnahmen asgeglichen weren müssen (s. Fritsch/Wein/Ewers 005, S. 9f). Bis af ie Kopfsteer führen jeoch alle Steern z Allokationsverzerrngen n minern amit ihrerseits ie Wohlfahrt. Eine Defizitsbventionierng gibt aßerem Anreiz zr ineffizienten roktion, a jees entstehene Defizit übernommen wir. Hinz kommt, aß in er raxis ie Grenzkosten es Transports nicht gena bestimmbar sin. Da as en genannten Grünen eine Grenzkostenpreis-Reglierng npraktikabel erscheint, ist eine Secon-best-Reglierng notwenig. Dabei sollte nicht nr as Kriterim er Wohlfahrtsmaximierng eine Rolle spielen, sonern ach ie raxistaglichkeit er Maßnahme. Bei er Aswahl er Instrmente sollten somit Kriterien wie Afwan er Implementierng n Überprüfbarkeit er Normen miteinbezogen weren. Wenn er Netzmonopolist z verschieenen Zeiten nterschieliche reise nimmt, betreibt er amit reisiskriminierng 3. Graes. Wie Scherer/Ross (990, S.

14 ) zeigen, sin bei reisiskriminierng 3. Graes ie Wohlfahrtseffekte neinetig, bzw. sinkt ie Wohlfahrt, wenn ach ohne reisiskriminierng alle Märkte beient weren. Eine Reglierngsmaßnahme könnte also sein, em Netzmonopolisten z verbieten, verschieene reise z nehmen. Im folgenen soll also nterscht weren, welche Wohlfahrtsaswirkngen es hat, wenn einem gewinnmaximierenen Netzmonopolisten ie Vorgabe gemacht wir, z jeer Zeit von allen Konsmenten enselben reis z nehmen. Diese Reglierngsmaßnahme soll im nächsten Abschnitt in einem zweistfigen Moell es Strommarkts mit Spitzenlastpreisbilng analysiert n af ihre Wohlfahrtsaswirkngen hin nterscht weren. 3 Das Moell Das hier vorgestellte Moell basiert af em von Boitex (949/960) n Steiner (957). Die Weiterentwicklng besteht in er Moellierng zweier separater Stfen für Stromerzegng n Stromtransport. Zsätzlich wir ie Transportebene mit sinkenen Drchschnittskosten argestellt. So soll as natürliche Monopol, welches ie Transportebene bilet, realitätsnah moelliert weren. Innerhalb ieses Moellrahmens weren vier Moelle vorgestellt, anhan erer zr Reglierngsmaßnahme hingeführt n iese af ihre Wohlfahrtsaswirkngen hin analysiert wir. Nach en Moellannahmen wir as Grnmoell mit einem wohlfahrtsmaximierenen Netznternehmen n konstanter Nachfrage argestellt. In einem nächsten Schritt wir ie perioisch schwankene Nachfrage n amit as eigentliche eak-loa-ricing-roblem eingeführt. Da in em Moell ie maximale Wohlfahrt entsteht, ient es als Referenzmoell für ie folgenen beien Moelle, in enen ie Annahme, aß er Netzbetreiber ie Wohlfahrt maximiert, afgehoben wir. Für as ritte n vierte Moell wir ie agegen Annahme getroffen, aß er Netzbetreiber seinen Gewinn maximiert. Währen er im ritten Moell in seinem Verhalten nicht eingeschränkt wir, nterliegt er im vierten er oben genannten Reglierngsmaßnahme, aß er nr einen einzigen reis setzen arf. 3. Moellannahmen Znächst weren ie Moellannahmen über Angebot n Nachfrage argelegt, ie für alle vier folgenen Moelle gelten. Es wir ein Zeitram T betrachtet, er in zwei gleich lange Teilperioen t =, nterteilt ist (as Moell läßt sich af n erioen erweitern, arch ergeben sich jeoch keine grnlegen neen Erkenntnisse). In einer er beien 3

15 Teilperioen herrsche eine starke (eak) Nachfrage, in er aneren eine schwache (Off-eak) Nachfrage. Beie Nachfragen seien linear n rch t = a t b t t mit als reis n als Menge gegeben. Die beien Nachfragen beeinflssen sich gegenseitig nicht,.h. es finet keine Verlagerng er Nachfrage von einer in ie anere erioe statt. Weiterhin sei ie schwache Nachfrage z jeem reis geringer als ie starke Nachfrage,.h. es gilt () > () für alle. Die Nachfragen sin eterministisch,.h. es kann gena ie Kapazität installiert weren, ie benötigt wir, m ie Nachfrage bei einem bestimmten reis z befrieigen. Der Zeitram T kann sich af einen Tag beziehen (Tag n Nacht) oer ach af jee anere beliebige erioenlänge (z.b. ein Jahr mit Winter n Sommer). Da as Moell mit nicht-konstanten Kostenfnktionen gebilet wir, ist eine allgemeine Lösng nicht bestimmbar. Für ie Lösng es Moells weren eswegen Fnktionen mit konkreten Werten bentzt. Die konkreten Nachfragefnktionen laten für ie eak-erioe = 00 n für ie Off-eak-erioe = 50. Den Strom erzegt as Upstream-Unternehmen US. Daz benötigt es eine Kapazität K (Kraftwerk) in er Größe er maximal nachgefragten Strommenge. Die Kapazität ist mit konstanten Grenzkosten k je Kapazitätseinheit herstellbar (konkreter Wert: 0) n steht einmal errichtet über ie Gesamtperioe T zr Verfügng, nabhängig avon, wieviel Strom tatsächlich proziert wir. Eine Einheit Strom in einer Teilperioe t z erzegen, kostet genügen Erzegngskapazität vorasgesetzt b (konkreter Wert:,5). Für alle hier nterschten Moelle wir ein Stromerzegngsnternehmen nterstellt, welches ein bestreitbares Monopol im Sinne von Bamol/anzar/Willig (988, S. 5-7) innehat (vgl. Abschnitt ). Der vom US erzegte Strom wir vom Downstream-Unternehmen DS, em Netzbetreiber, zm Verbracher übertragen. Wie in Abschnitt argmentiert, sinken ie Drchschnittskosten bei Erhöhng er Übertragngsleistng; amit sinken ach ie Grenzkosten. Die gleiche Kostenstrktr wir ach für ie Kosten es Stromtransports angenommen: Je größer ie z übertragene Strommenge, esto geringer ie Kosten pro transportierter Einheit. Zr Darstellng er Kostenverläfe wir eine logarithmische Kostenfnktion verwenet: TC ( ) = r ln( ) t t t Diese Fnktion wir sowohl für ie Kapazitätskosten als ach für ie Betriebskosten gentzt, für r n gelten jeweils anere Werte: Für ie Kapazitätskosten gelten hierbei ie 4

16 arameterwerte: r k = 0 n k = 4. Für ie Betriebskosten gelten ie arameterwerte r b = 30 n b =. Für en Netzoperator wir für ie ersten beien Moelle wohlfahrtsmaximierenes n für ie letzteren beien gewinnmaximierenes Verhalten angenommen. Erstens könnte as wohlfahrtsmaximierene Verhalten vorliegen, wenn er Netzbetrieb als öffentliches Unternehmen geführt wir. Zweitens wir bei wohlfahrtsmaximierenem Verhalten ie größte Wohlfahrt erreicht; as wohlfahrtsmaximale Ergebnis ient als Referenz für ie verschieenen Moelle mit gewinnmaximierenem Verhalten. Es wir angenommen, aß sich ie Kostensitation im Stromsektor rch ie vertikale Trennng nicht veränert,.h. aß ieselbe Menge Strom z enselben Kosten hergestellt n transportiert wir, nabhängig avon, ob ie beien Ebenen es Stromsektors vertikal integriert (ein Unternehmen) oer getrennt (zwei Unternehmen) sin. Unter en beschriebenen Annahmen soll ein vertikal separierter Strommarkt nter verschieenen Beingngen nterscht weren. Als einfachstes Moell wir znächst ie konstante Nachfrage n wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers betrachtet. 3. Konstante Nachfrage n wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers In iesem Abschnitt soll ie Grniee eines zweistfigen Strommarktmoells mit sinkenen Drchschnittskosten af er Netzebene afgezeigt weren. Daz wir znächst wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netznternehmens nterstellt n eine konstante Nachfrage D in Höhe er eak-nachfrage angenommen. 5

17 00 = ½k b = 7.5 = MC () = 4.0 =.5 50 D D = Π = 0 Π = CS = W = WL = 0 * ½k b MC () Abbilng 3.: Konstante Nachfrage n wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers In Abbilng 3. sin ½k b ie Grenzkosten es US-Unternehmens (Stromerzegng) in jeer erioe, entsprechen MC () ie sinkenen Grenzkosten es DS- Unternehmens (Stromtransport). D ist ie Nachfrage nach Strom. Die abgeleitete Nachfrage D gilt für as US-Unternehmen n stellt ie Nachfrage am Ort er Stromerzegng ar. Sie resltiert aras, aß von er Ennachfrage (am Ort es Stromverbrachs) er reis abgezogen wir, en as Transportnternehmen von en Verbrachern nimmt. Bei wohlfahrtsmaximierenem Verhalten entspricht ieser reis en (langfristigen) Grenzkosten es Stromtransports MC (). Bei geringen Mengen hat as DS hohe Grenzkosten es Transports; rch en hohen reis sinkt ie Nachfrage nach Strom stark ab. Bei konstanter Nachfrage D liegt ie wohlfahrtsoptimale Menge an Strom beim Schnittpnkt er abgeleiteten Nachfrage D n en Grenzkosten es US ½k b. Mathematisch betrachtet weren ie Moelle rückwärts gelöst: Znächst wir ie Optimierngsfnktion es DS afgestellt n ie reise, ie as US für en Strom nimmt, als Variablen eingesetzt. Man erhält ie abgeleitete Nachfrage D es US, af eren Basis as US seinerseits sein optimales Verhalten bestimmt. Für as erste Moell maximiert as DS ie Wohlfahrt, seine Wohlfahrtsfnktion sieht folgenermaßen as: 6

18 W = ZB TC (.) Die Zahlngsbereitschaft ZB ist ie Ennachfrage, ie Kosten TC setzen sich zsammen as enen es Stromtransports n er Smme, ie er Stromerzeger verlangt. Der Inex steht für en Netzbetreiber, as Downstream-Unternehmen (DS); ebenso steht er Inex für as Upstream-Unternehmen (US), en Stromerzeger. Die Wohlfahrt W wir über ie Gesamtperioe also über alle (hier: zwei) Teilperioen maximiert. W = ( x) x TC (.) 0 Drch Einsetzen er Werte für ie Nachfrage- n Kostenfnktion folgt W [ 00 x] x 80 ln( ) 6 0 = (.3) Nach Ableitng nach erhält man ie wohlfahrtsoptimale Menge in Abhängigkeit vom reis es US für Strom,. Afgelöst nach resltiert ie abgeleitete Nachfrage D (.4), af eren Grnlage as US seine optimale Menge berechnet. 90 = 97 (.4) Die abgeleitete Nachfrage ist ie Differenz zwischen er Nachfrage D n en Grenzkosten es Stromtransports MC (), a as in iesem Moell wohlfahrtsmaximierene Netznternehmen Grenzkostenpreise nimmt. Für kleine ergeben sich sehr hohe Werte für ie Grenzkosten es DS, so aß wie in Abb. 3. ersichtlich ie Zahlngsbereitschaft für Strom links eines Maximms von ca. = 5 rasch abfällt. Die abgeleitete Nachfrage ist Bestanteil er Wohlfahrtsfnktion W (.5) es US. W = ( x) x TC 0 0 [ 97 x 90 ( x) ] x [ k c c ] = (.5) Da im hier behanelten Grnmoell ie Nachfrage nicht schwankt, ist ie verkafte Menge in beien erioen (, ) ientisch n gleich er Kapazität 0, also gilt = = 0. Nach Ableiten n Umformen von (.5) geht als wohlfahrtsoptimale Menge = pro Teilperioe hervor. In Abbilng liegt am Schnittpnkt er Grenzkostenkrve es US (½k b ) mit er abgeleiteten Nachfrage D. Das US verlangt einen reis gemäß seinen Grenzkosten von = ½k b = 5.5 = 7.5. Der Netzbetreiber verlangt für en Transport einen reis von MC(88.49) = 4.0 (in Abbilng 3. ie Differenz von D n D an er Stelle ), so aß sich ein wohlfahrtsoptimaler Gesamtpreis von =.5 herleitet. Da afgrn er 7 0

19 sinkenen Grenzkosten ie Drchschnittskosten höher als ie Grenzkosten asfallen, erwirtschaftet as DS bei einem wohlfahrtsoptimalen reis einen Verlst. Die Werte sin: = k = MC =.5 = b = 7.5 ( ) = 4.0 Π Π = 0 = CS = W = WL = 0 Da im behanelten Moell eine konstante Nachfrage nach Strom angenommen wre, liegt hier noch kein eak-loa-ricing-roblem vor. Damit ist ie Unterscheing in Kapazitäts- n Betriebskosten irrelevant, a ie Nachfrage ie gesamten anfallenen Kosten tragen mß, nabhängig avon, z welchem Zeitpnkt sie anfallen. Dies änert sich im nächsten Moell, in welchem eine perioisch schwankene Nachfrage eingeführt wir. 3.3 Schwankene Nachfrage n wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers Für en verbleibenen Teil es Abschnitts 3 wir angenommen, aß ie Nachfrage perioisch schwankt: Gegeben sei eine Teilperioe t =, in er eine hohe Nachfrage herrscht n eine Teilperioe t =, in er eine nierige Nachfrage vorliegt. Das hier behanelte Moell stellt as Referenzmoell ar: Da beie Unternehmen im Ergebnis Grenzkostenpreise nehmen, wir ie maximale Wohlfahrt generiert. Drch Vergleich mit iesem Moell lassen sich somit ie wohlfahrtsökonomischen Aswirkngen bei alternativen Verhaltensannahmen n Einführng er Reglierngsmaßnahme angeben. 8

20 00 = k b =.5 = MC ( ) = 6.84 = = 9.34 = b =.5 = MC ( ) =.64 = = 4.4 D = = D D Π = 0 Π = CS = W = WL = 0 D k b b MC ( ) MC ( ) Abbilng 3.: Schwankene Nachfrage n wohlfahrtsmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers In iesem Moell gibt es nicht nr eine Nachfrage D wie im vorigen Moell, sonern zwei verschieen starke: Wie Abbilng 3. zeigt, ist D ie eak-nachfrage, ie ientisch mit D, aber nr ie halbe Zeit wirksam ist. In er aneren Hälfte er Zeit ist ie Off-eak- Nachfrage D wirksam. Off-eak kann z.b. ie Nacht sein, in er etlich weniger Strom nachgefragt wir als am Tag. Angesichts er etlichen Nachfragenterschiee ist es wohlfahrtsoptimal, aß ie eak-nachfrage D ie gesamten Kapazitätskosten sowohl es Transports als ach er Erzegng es Stroms trägt. Hierrch ergeben sich Unterschiee in en Grenzkosten, für en Transport mit MC ( ) n MC ( ) bezeichnet, für ie Erzegng entsprechen k b n b. As er Kalklation es DS resltieren wie schon im vorigen Moell ie abgeleiteten Nachfragen D n D, af eren Basis as US seine optimalen Mengen n reise herleitet. Ach in iesem Moell sinken ie Zahlngsbereitschaften für Strom (am Ort seiner Erzegng) bei geringen Mengen etlich ab, a ie Grenzkosten es Transports bei kleinen Mengen sehr hoch asfallen. Die optimalen Mengen in er eak- n er Off-eak-erioe liegen graphisch asgerückt an en Schnittpnkten er Grenzkostenkrven es US mit en abgeleiteten Nachfragen; ie reise lassen sich rch Afloten af ie entsprechenen Ennachfragen D n D ermitteln. Die Wohlfahrtsfnktion es DS für en Fall mit schwankener Nachfrage latet: 9

21 W [ K( TC ( ) TC ( ] = ZB ZB 0) ) = ( x ) x ( ) [0 ln( 0 ) ln( ) 4 0 x x 0 (.) 30 ln( ) 30 ln( ) ] Im aktellen n en folgenen Moellen ist angenommen, aß ie Nachfragen so nterschielich sin, aß nr ie eak-erioe kapazitätswirksam ist (Firm-eak-Fall): Selbst wenn D ie gesamten Kapazitätskosten trägt n D nr ie Betriebskosten, ist ie z iesem reis an D verkafte Menge trotzem kleiner als ie von D. Folglich mß ie Kapazität gena so gewählt weren, aß ie Menge hergestellt n übertragen weren kann. Für ie Afstellng er Wohlfahrtsfnktion kann also ie Kapazität 0 n ie Menge er eak- erioe gleichgesetzt weren. (.) latet ann folgenermaßen: W = ( x ) x ( ) [50 ln( ) 5 0 x x 0 (.) 30 ln( ) ] Nach Ableitng nach n erhält man ie wohlfahrtsoptimalen Mengen in Abhängigkeit vom jeweiligen reis es US, n. Afgelöst nach i sin iese ie abgeleiteten Nachfragen D n D, ie em US zr Herleitng seiner optimalen Mengen ienen. 50 = (.3) Nach Ableiten n Umformen folgt als wohlfahrtsoptimale Menge für ie Teilperioe = In gleicher Höhe ist ach ie Kapazität 0 z errichten. Für ie Teilperioe ist = Das US verlangt einen reis gemäß seiner Grenzkosten von = k b = 0.5 =.5 n = b =.5. Der Netzbetreiber nimmt für en Stromtransport einen reis von MC (80.66) = 4.0 (in er Zeichnng ie Differenz von D n D an er Stelle ), so 0 30 = (.4) Für kleine sin ie Grenzkosten es Stromtransports sehr hoch, ie Zahlngsbereitschaften für ie elektrische Energie fallen wie in Abbilng 3. ersichtlich links er Maxima von = 0 n = 0 stark ab. Die abgeleiteten Nachfragen (.3) n (.4) verwenet as US, m seine optimale Erzegngsmenge z bestimmen (Gleichng.5). Dabei lassen sich ach für as US Kapazitätskosten n Betriebskosten für ie Teilperioe zsammenfassen. W 0 0 = ( x ) x ( x ) x [( k b ) b ] (.5)

22 aß sich ein wohlfahrtsoptimaler Gesamtpreis von =.5 ableitet. Afgrn er sinkenen Grenzkosten liegen ie Drchschnittskosten über en Grenzkosten, as DS erwirtschaftet bei wohlfahrtsoptimalen reisen einen Verlst. Die Werte im Überblick laten = k = MC = b b = 9.34 = MC = 4.4 =.5 = = ( ) = 4.0 ( =.5 ) =.64 Π Π = 0 = CS = W = WL = 0 Ach in einem zweistfigem eak-loa-ricing-moell mit sinkenen Grenzkosten af er Transportstfe ergeben sich im Firm-eak-Fall ieselben Ergebnisse wie in einem einstfigen Moell mit konstanten Grenzkosten: Wohlfahrtsoptimal sin Grenzkostenpreise af jeem Markt, wobei ie kapazitätswirksame Nachfrage ie Grenzkosten er z errichtenen Kapazität trägt. Dies gilt nicht nr für en Gesamtpreis, sonern ach für ie einzelnen Stfen. Ach hier entsteht ein Defizitproblem bei em Unternehmen, welches sinkene Grenzkosten hat: Da ie Grenzkosten nter en Drchschnittskosten liegen, ecken Grenzkostenpreise ie entstehenen Kosten nicht vollstänig. Ein nreglierter Netzbetreiber wir sich jeoch kam wohlfahrtsmaximieren verhalten, v.a. nicht, wenn ein Defizit ie Folge ist. Wie jees anere Unternehmen wir er verschen, seine Gewinne z maximieren. Dieses Verhalten soll im nächsten Abschnitt nterscht weren. 3.4 Schwankene Nachfrage n gewinnmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers Das Netznternehmen wir verschen, seinen Gewinn z maximieren. Im folgenen Moell soll eshalb nterscht weren, was geschieht, wenn er monopolistische Netzbetreiber ohne jee Einschränkng sein Gewinnmaximierngskalkül verfolgt.

23 00 = k b =.5 = 48. = 60.6 = b =.5 = 4.89 = 7.39 D = =.6 50 D D Π = 0 Π = CS = W = 60.5 WL = D k b MC ( ) b MC ( ) Abbilng 3.3: Schwankene Nachfrage n gewinnmaximierenes Verhalten es Netzbetreibers Abbilng 3.3 zeigt ie Marktergebnisse nach er Verhaltensänerng es Netzbetreibers. Er verlangt höhere reise, arch sinken ie verkaften Mengen, was an en abgeleiteten Nachfragen D n D erkennbar ist: Sie sin immer noch ie Differenz zwischen er Nachfrage n en reisen, ie as DS jeweils für en Stromtransport verlangt; nr liegen iese reise in beien Teilperioen sehr viel höher, als noch im vorigen Moell (Abschnitt 3.3). Die optimalen reise es US sin wieerm k b in er eak- n b in er Off-eak-erioe. Es läßt sich bereits in er Grafik erkennen, aß rch ie geringeren Mengen n ie höheren reise ein Wohlfahrtsverlst im Vergleich zm vorigen Moell entsteht. Hier erwirtschaftet er Netzbetreiber allerings keinen Verlst mehr, sonern einen hohen Gewinn, er größer als ie Konsmentenrente ist. Die Schnittpnkte er abgeleiteten Nachfragen D n D mit en Grenzkostenkrven es US k b n b zeigen ie optimalen Mengen an. Die reise lassen sich rch Afloten af ie entsprechenen Ennachfragen D n D ermitteln. Das DS mß bei seiner Gewinnmaximierng neben seinen eigenen Kosten noch ie reise berücksichtigen, ie as US für en Strom verlangt. Π = TR TC = [ TC TC TC ] (3.) k b b

24 Im Firm-eak-Fall ist ie Kapazität mit er Nachfrage D ientisch, somit ist 0 =. Setzt man ie Kostenfnktion ein, folgt Π = 50ln( ) 5 30ln( ) ] (3.) [ (3.) wir nach n abgeleitet, m as Gewinnmaximm in Abhängigkeit von n z bestimmen. Es resltieren ie abgeleiteten Nachfragen für n, anhan erer as US seine optimalen Mengen n reise bestimmt. 50 = (3.3) = (3.4) Die abgeleiteten Nachfragefnktionen (3.3) n (3.4) bilen sich nicht mehr as er Differenz von Nachfrage n Grenzkosten es DS, wie es im vorigen Moell er Fall war, sonern as er Differenz von Grenzerlös n Grenzkosten es DS. Da er Grenzerlös es DS etlich schneller sinkt als ie jeweilige Nachfrage, sinken ach ie abgeleiteten Nachfragen D n D etlich schneller als im Vorgängermoell. Af Basis er abgeleiteten Nachfragefnktionen optimiert as US reise n Mengen. Wieerm gilt, aß ie Kapazität 0 mit er eak-nachfragemenge ientisch ist. W 0 0 = ( x ) x ( x ) x [( k b ) b ] (3.5) Drch Ableiten n Aflösen erhält man mit = n =.6 Mengen, ie nr knapp halb so groß sin wie im vorigen Moell. Das US verlangt ieselben reise wie im vorigen Moell = k b = 0.5 =.5 n = b =.5. Das DS nimmt hingegen etlich höhere Monopolpreise. Die Werte im Überblick laten = k = 48. = b b = 60.6 = 4.89 = 7.39 = =.5 =.6 =.5 Π Π = 0 = CS = W = 60.5 WL = Das Ergebnis ist, aß as gewinnmaximierene Verhalten es Netzbetreibers einen beetenen Wohlfahrtsverlst bewirkt. Hier tacht ie Frage af, wie eine solche Schlechterstellng er Allgemeinheit verhinert weren kann; also ie Frage nach einer 3

25 wirksamen n in er raxis anwenbaren Reglierngsmaßnahme. Die First-Best-Lösng wäre, en Monopolisten az z bringen, Grenzkostenpreise z nehmen. Um ieses Ziel z erreichen, gibt es aber keine in er raxis anwenbaren Maßnahmen. Im folgenen Abschnitt soll eswegen eine einfache n amit praxistagliche Reglierngsmaßnahme n af ihre Aswirkngen im Vergleich zm nreglierten Monopolisten hin nterscht weren. 3.5 Schwankene Nachfrage n nr ein reis erlabt In Abschnitt 3.4 wre gezeigt, aß rch as gewinnmaximierene Verhalten es Monopolisten ein massiver Wohlfahrtsverlst entsteht. In er Reglierngstheorie weren eshalb verschieene Maßnahmen nterscht n zm Teil ach angewant, ie bewirken sollen, aß er Monopolist nierige reise nimmt n so ie Wohlfahrt erhöht wir. Dabei ist z beachten, aß möglichst keine Fehlanreize gesetzt weren, ie wohlfahrtssenkene Aswirkngen haben. Gegenstan es Abschnitts ist eshalb eine sehr einfache Reglierngsregel: Unternehmen mit Marktmacht nehmen oft nterschieliche reise von verschieenen Nachfragergrppen. Sie verschen so, ihre Gewinne z maximieren, inem sie so einen noch größeren Anteil er Konsmentenrente abschöpfen. In solch einer Sitation kann es ie Wohlfahrt erhöhen, wenn es em Monopolisten verboten wir, mehr als einen reis z nehmen. Diese Regel hat en Vorteil, aß sie sehr einfach anzwenen n z überprüfen ist: Nicht nr er Monopolist kann sie leicht implementieren, ach er Konsment kann leicht ersehen, ob er Monopolist ie Regel einhält. Die Reglierngsbehöre mß im Gegensatz z aneren Regeln keine weiteren Daten kennen: Weer Nachfrage- noch Kostenfnktionen müssen in irgeneiner Form bekannt sein. Darch wir er Reglierngsafwan af ein Minimm gesenkt. Im folgenen wir nterscht, welche Aswirkngen ie Maßnahme af en Gewinn es Netzbetreibers sowie Mengen, reise n Konsmentenrente hat. 4

26 00 = k b =.5 = = 49.0 = b =.5 = = 49.0 = 6.79 = = D D Π = 0 Π = CS = W = WL = 0.4 D D MC () A MR Abbilng 3.4: Schwankene Nachfrage n nr ein reis erlabt Drch en Zwang, einen gemeinsamen reis z nehmen, gibt es as Sicht es Monopolisten (DS-Unternehmens) nicht mehr zwei inivielle Nachfragen D n D, sonern nr noch eine gemeinsame Nachfrage D (s. Abbilng 3.4). D hat einen Knick, a für reise 50 nr ie eak-nachfrage größer als Nll ist. Weren von er gemeinsamen Nachfrage D ie reise abgezogen, ie er Stromerzeger nimmt, resltiert ie abgeleitete Nachfrage D es DS-Monopolisten. An er Stelle, an er ie Off-eak-Nachfrage einsetzt ( = 47,5, = 40), steigt er Grenzerlös es DS sprnghaft an, eshalb hat ie Grenzerlöskrve es DS MR an jener Stelle einen Sprng. Die Grenzkostenkrve es DS MC hat einen Sprng an er gleichen Stelle ( = 40): Wenn ie Nachfrage in er Off-eak-erioe positiv aber noch klein ist, sin ie Grenzkosten es Stromtransports für iese erioe relativ hoch, soaß ie gesamten Grenzkosten es Stromtransports in em Moment, wo ie Off-eak- Nachfrage einsetzt, sprnghaft ansteigen. Drch ie nterschielichen Nachfragen in er eak- n er Off-eak-erioe hat er Monopolist zwei Optionen, seinen Gewinn (lokal) z maximieren: Entweer beient er nr ie eak-nachfrage z einem hohen reis n geringer Menge A oer er verkaft beien Nachfragen z einem nierigeren reis ie Gesamtmenge. Da er wie gezeigt wir bei 5

27 6 Versorgng beier Nachfragen en höheren Gewinn erzielt, wir er Netzbetreiber ie höhere Menge wählen. Der Stromerzeger befinet sich im Wettbewerb n kann eswegen keine reise oberhalb seiner Grenzkosten (MC = k b = 0,5 =,5; MC = b =,5) etablieren. Weren iese reise von en jeweiligen Nachfragen D n D abgezogen, resltieren ie abgeleiteten Nachfragen D n D : b a = b a = Die gemeinsame abgeleitete Nachfrage es DS () ist b a ) ( = für ) ( ) ( 0 b a a b b b b b b b a b a B A ) ( ) ( ) ( = = (4.) für ) ( ) ( ) ( ) ( b a b a b a a Nach Einsetzen er Zahlenwerte ergeben sich für ie Bereiche 40 n 40 zwei verschieene Nachfrage- n Kostenfnktionen. Beie Bereiche müssen eshalb einzeln betrachtet weren. Für 40 gilt folgene Gewinnfnktion: [ ] b b k TC TC TC TC = = Π ] ) 30 ln( ) 30 ln( 4 ) [0 ln( ) ( o = (4.) In (4.) läßt sich 0 = = ½ 0 n = ½ 0 ersetzen, so aß ie Gewinnfnktion nr noch von abhängig ist. 80] 9) 30ln(.5 ) [50 ln( ) (67.5 ) ( = Π (4.3) Drch Ableitng nach erhält man ein olynom ritten Graes, welches nr noch näherngsweise bestimmbar ist. Die einzige Lösng innerhalb es Definitionsbereiches (40 35) liegt bei = 6.79 (s. Abb. 3.4). Die gewinnmaximale Menge im oberen Teil er geknickten Nachfragekrve D ist A = Der mit em Verkaf er Menge A erzielbare Gewinn es Netzbetreibers liegt mit П = 43.3 etlich nter em Gewinn, en er bei =