Energienetze der Zukunft

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1 Energienetze der Zukunft 15. Fachkongress Zukunftsenergien E-World Essen, 8. Februar 2011 Lehrstuhl für Energiewirtschaft Universität Duisburg-Essen

2 Erfolgsgeschichte Erneuerbare Energien Wasserkraft Biomasse * Windenergie Photovoltaik EEG: Januar EEG: April 2000 EEG: August 2004 [GWh] Novelle BauGB: November StromEinspG: Januar März * feste und flüssige Biomasse, Biogas, Deponie- und Klärgas, biogener Anteil des Abfalls; Strom aus Geothermie aufgrund geringer Strommengen nicht dargestellt; StromEinspG: Stromeinspeisungsgesetz; BauGB: Baugesetzbuch; EEG: Erneuerbare-Energien-Gesetz; Quelle: BMU-KI III 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Bild: BMU / Christoph Edelhoff; Stand: September 2010; Angaben vorläufig Quelle: BMU 2010

3 Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten

4 Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten

5 Systemintegrationskosten für Windenergie in Europa mio EUR BE LC BE HC OPT LC OPT HC Case 5

6 Systemintegrationskosten für Windenergie pro MWh Europa EUR/MWh BE LC BE HC OPT LC OPT HC Case 6

7 Erforderliche Reservekapazitäten und fluktuierende Erneuerbare Gesamt Erforderliche Kapazitäten zur kurzfristigen Anpassung Nur Windprognosefehler Nur konventionelle Abweichungen Installierte Leistung fluktuierende Erneuerbare 7

8 Engpassmanagement Beseitigung aller Engpässe ökonomisches Optimum Abwägen zwischen Kosten zusätzlicher Leitungen & Nutzen in Form von zusätzlich transportierter (erneuerbarer) Energie Darüber hinaus Probleme mit der Akzeptanz Effiziente Maßnahmen des Engpassmanagement erforderlich 8

9 Netzknoten und Windeinspeisung im Jahr 2020 Quelle: IWES, dena II Studie

10 Veränderung der Residuallast Dauerlinie Dauerlinie Quelle: eigene Berechnungen 10

11 25000 Veränderung der Gradienten der Residuallast Gradienten 2020 Gradienten Quelle: eigene Berechnungen 11

12 Herausforderungen für Energienetze Netzbetrieb Fluktuationen Erneuerbarer Energien Reservevorhaltung Engpassmanagement Stabilität und Systemdienstleistungen Netzinvestitionen Technologien Kosten & Nutzen Rolle von Unsicherheit Akzeptanz Wechselwirkung Netze und Märkte Marktdesign Dezentralisierung vs. Zentralisierung von Verantwortlichkeiten

13 Transformation der Energiewirtschaft und Investitionen heute Lehrstuhl für Energiewirtschaft % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Anteil Kapitalwert Betriebszeitraum Übrige Zeit 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Kapazitäten Annahmen: stationäre Zeitreihen, Lebensdauer 40 J, Kapitalkosten 9 % Übrige Inbetriebnahmen

14 Inkompatible Perspektiven? Politische Perspektive: Zielszenario klar, Negation von Unsicherheit Betriebswirtschaftliche Perspektive: Ausgangssituation klar, Extrapolation von Unsicherheit

15 Staats- oder Marktversagen? Nicht ohne weiteres entscheidbar Ziel weitgehend CO 2 freie Energieversorgung 2050 in Deutschland (fast) Konsens Dennoch offene Fragen, z. B.: Relative Bedeutung Energieeffizienz im Verhältnis zu Erneuerbaren? Zukunft des Wärme- und Gasabsatzes und der entsprechenden Netze? Bedeutung von Wasserstoff, Brennstoffzellen? Vorsichtige Bewirtschaftung knapper (finanzieller) Ressourcen Fokus auf eindeutig vorteilhafte Investitionen z. B. Netzverdichtung, nicht aber unbedingt Neubau von Wärmenetzen Sorgfältige Prüfung von staatlichen Eingriffen in den Markt

16 Grundsatzfrage Marktdesign Verbesserte dezentrale Koordination von Angebot und Nachfrage? Oder Verbesserte zentrale Koordination von Angebot und Nachfrage?

17 Modell A: Weitestgehende dezentrale Verantwortung Alle Einspeiser und Nachfrager werden mit ihrem realen Verbrauch/Einspeisung einem Bilanzkreis zugeordnet Bilanzkreise werden auf Ebene der Verteilnetze /Verteilnetzbetreiber geführt Verteilnetzbetreiber übernehmen Netzmanagementaufgaben Netzengpassmanagement Systemdienstleistungen Lokale Energiemärkte koordinieren Angebot und Nachfrage regional Vgl. E-Energy Pilotprojekte

18 Vorteile Modell A (dezentrale Koordination): Adäquate Zuordnung von Verantwortung für Systemungleichgewichte Anreize zur optimalen Informationsnutzung auf dezentraler Ebene Optimaler Umgang mit Netzengpässen auf dezentraler Ebene Umfassender, verzerrungsfreier Wettbewerb zwischen allen Anbietern

19 Modell Z: Bestmögliche zentrale Koordination Umsetzung des amerikanischen Modells eines Independent System Operator: Systemoperator betreibt zugleich Marktplatz und Netz und führt Kraftwerksdispatch durch Nutzt sämtliche verfügbare Information um Ressourcen bestmöglich einzusetzen (Erzeugungs-, Netz-, Speicher- und ggf. nachfrageseitige Ressourcen Idealerweise europaweite Koordination Kraftwerksbetreiber stellen nur Angebote ein

20 Vorteile Modell Z: Bestmögliche Nutzung verfügbarer Informationen Umfassende Nutzung von Synergien im Marktportfolio Vereinheitlichte Verantwortung Optimaler zentraler Umgang mit Netzengpässen Kein Gegeneinanderagieren unterschiedlicher Akteure

21 Gibt es gute Kompromisse? Beide Reinformen der Marktorganisation sind auf absehbare Zeit nicht durchsetzbar Zwischen Modell A und Modell Z sind viele Zwischenformen vorstellbar Bei Mischformen: Gefahr inkonsistenter Regelsetzung Bsp.: Nicht-Messung der Photovoltaik-Einspeisung Notwendigkeit sauber definierter Schnittstellen

22 Fazit: Netze stehen vor großen Herausforderungen Netze sind zentrale Plattform für: Integration erneuerbarer Energien Energietransport von Anbietern zu den Nachfragern Fundament der Märkte Flexibilisierung des Betriebs Investitionen in effiziente, intelligente Netze Verbesserte Integration von Netzbetrieb und Marktgeschehen 22