Herarchsche Optmerung für en zonenübergrefendes orretves Netzengpass-Management von der Faultät für Eletrotechn der Unverstät Dortmund genehmgte Dssertaton zur Erlangung des aademschen Grades Dotor der Ingeneurwssenschaften von Jörg Brosda Dortmund 004 Tag der mündlchen Prüfung: 9. Jul 004 Hauptreferent: Korreferent: Prof. Dr.-Ing. E. Handschn Prof. rer. nat. R. Schultz
De vorlegende Dssertaton st m Eletronschen Doumenten- Retreval- und Archverungssystem der Unverstät Dortmund (Eldorado) veröffentlcht. Wetere Eemplare n gedructer oder eletronscher Form önnen über de folgende Internet-Adresse bezogen werden: http://eldorado.un-dortmund.de/.
Dansagung De vorlegende Arbet entstand während mener Tätget als wssenschaftlcher Angestellter am Lehrstuhl für Energesysteme und Energewrtschaft. Prof. Dr.-Ing. E. Handschn dem Lehrstuhlnhaber glt men besonderer Dan für de wohlwollende Betreuung mener Arbet sowe de vertrauensvolle sehr gute Zusammenarbet. Er räumte mr mmer genügend Freraum für mene Arbet en und ermöglchte es mr nsbesondere nternatonale Erfahrungen be Konferenzen und Forschungsaufenthalten zu sammeln. Herrn Prof. rer. nat. R. Schultz möchte ch für de freundlche Übernahme des Korreferats und de Hlfestellung bzgl. der mathematschen Probleme des Verfahrens sowe für de vele mr gewdmete Zet danen. Herrn Dr. rer. nat. habl. J. Flege möchte ch für sene stetge und unermüdlche mathematsche Hlfe sowohl be der Entstehung der Dplomarbet von Herrn Dpl.-Ing. Vennemann als auch be menen Problemstellungen danen. Herrn Prof. Dr.-Ing. Rodrgo Palma Behne möchte ch für sene anregenden Beträge während senes Forschungsaufenthaltes am Lehrstuhl n der letzten Phase mener Dssertaton danen de gerade bzgl. des lberalserten Martes und der Anwendung der Optmerung mr wertvolle Hlfestellung gegeben haben. Insbesondere auch menem Kollegenres menen Studenten sowe menen studentschen Hlfsräften gehört men besonderer Dan für de entstandenen anregenden Dsussonen de onrete Hlfestellung sowe den ollegalen Umgang mtenander. Frau Dpl.-Ing. Andrea Altmann möchte ch als menem wchtgsten Gegenpart n fachlchen Ausenandersetzungen für de unermüdlchen häufg bs n de Nacht andauernden Dsussonen über men Promotonsthema den daraus entstandenen Anregungen und schleßlch und letztendlch für de wchtgen Beträge be der Ausformulerung des Manusrptes danen. Vor allem auch dafür dass se mmer für mch da war gebührt hr Dan. Paula Ida Altmann möchte ch für de Auflocerung der Atmosphäre und das unermüdlche Bestreben de Aufmersamet auf sch zu lenen sowe de velen am Laptop gemensam verbrachten Mnuten danen. Zum Schluss möchte ch menen Eltern enen großen Dan dafür aussprechen dass se mr ermöglcht haben desen Weg zu gehen sowe mch n menen freen Entschedungen unterstützt haben. En großer Dan gebührt hnen ncht zuletzt für de Unterstützung n der Endphase der Ausarbetung der Dssertaton.
Inhaltsverzechns V Inhaltsverzechns Enletung.... Hntergründe und Zelsetzung.... Strutur der Arbet... Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements.... Defnton und Klassfzerung Netzengpass..... Defnton..... Zetlche Klassfzerung der Netzengpassbehebung.....3 Örtlche Klassfzerung der Netzengpässe.....4 Klassfzerung hnschtlch der Netzengpasshäufget.... Grundsätzlche Struturen der lberalserten Eletrztätsversorgung..... Martateure..... Martmodelle m Kontet der Netzengpass-Management-Systeme.....3 Verhältnsse n der EU und m Martmodell Deutschland....3 Resulterender Handlungsbedarf... 3 Formulerung des mathematschen und physalschen Systemmodells... 3. Kurzüberblc über das Verfahren... 3. Enordnung n Bezug zu anderen Verfahrensansätzen... 3.3 Mathematscher Hntergrund des Verfahrens... 3.4 Eletrotechnsche Umsetzung der mathematschen Theore... 3.4. Verfahrensablauf... 3.4. Zelfunton - Angebote der Kraftwere... 3.4.3 Kopplung... 3.4.4 Modfatonen zur Verbesserung der Konvergenzegenschaften... 3.4.5 Nebenbedngungen... 3.5 Integraton von lestungsfluss- und spannungsregelnden Betrebsmtteln...
VI Inhaltsverzechns 3.5. Motvaton... 3.5. Modellerung... 3.6 Informatonstechnsche Umsetzung des Verfahrens... 4 Abrechnungsmodell... 4. Rahmenbedngungen... 4. Modellerung... 4.3 Fnanzerungsmöglcheten von netzapaztätserweternden Maßnahmen... 5 Verfaton des Optmerungsmodells... 5. Valderung des Optmerungsverfahrens und Darstellung der grundlegendenegenschaften... 5. Illustraton der prnzpell unversellen Anwendbaret des Verfahrens und Verbesserung der Konvergenzegenschaften... 5.3 Durchführen ener KEM und Abrechnungsmodell... 6 Zusammenfassung und Ausblc... Lteraturverzechns... Anhang A - Herarchsche Optmerung für dre und mehr Zonen... Anhang B - Senstvtätsfatoren... Anhang C - Fnanzerung apaztätserweternder Maßnahmen... Anhang D - Netzdaten 5 notges Netz... Anhang E - Erweterte Netzdaten IEEE RTS 96 -Netz... Abürzungen... Verwese auf das World Wde Web... Formelzechen...
Enletung Enletung. Hntergründe und Zelsetzung Be der von der EU geforderten Bldung enes lberalserten europäschen Strommartes rstallsert sch zunehmend heraus dass wenn jeder Martateur ndvduell versucht enen optmalen Gewnn zu erwrtschaften de lberalserten Martstruturen ncht automatsch zu enem volswrtschaftlchen Optmum führen. Des ann zum enen auf de spezfschen Besonderheten des Strommartes zurücgeführt werden. Zu desen Besonderheten zählen u. a. de Unmöglchet das Produt Strom m wesentlchen Umfang zu spechern und de daraus resulterende Notwendget de Erzeugung zu jedem Zetpunt glech der Nachfrage zuzüglch aller Verluste zu halten sowe de Notwendget der Beretstellung von Blndlestung. Zum anderen snd de m blateral-orenterten Mart sehr star engeschränten Zugrffsmöglcheten enes Netzbetrebers auf den Kraftwerspar z.b. für ene Verlustoptmerung für das Nchterrechen des volswrtschaftlchen Optmums verantwortlch. Zusätzlch st der Energeaustausch zwschen den lberalserten Ländern ebenso we nnerhalb Deutschlands nfolge der Lberalserung gestegen. Dadurch resulteren nsbesondere m Höchstspannungsnetz auf den Kuppelletungen de früher nur für Ausglechsleferungen zwschen den Regelzonen vorgesehen waren de Gefahr enes Netzengpasses (NE) sowe höhere Verluste nnerhalb des Transportnetzes. Daher onzentrert sch dese Arbet hauptsächlch auf ene Betrachtung des Transportnetzes welches als enzge Netzebene Verbndungen zwschen den Regelzonen bestzt. Aufgrund der zentralen Lage des deutschen Energeübertragungssystems (EÜS) nnerhalb Europas wrd de Bedeutung von NE durch ene m Wesentlchen presbedngte Erzeugungsverlagerung und durch den nfolge der Lberalserung weträumgeren Handel [] zunehmen. De neuen durch de Lberalserung entstandenen Rahmenbedngungen stellen daher erweterte Anforderungen an de Netzbetrebsführung eletrscher EÜS. De für ene zuverlässge Energeversorgung bestehende Forderung nach enem (n-)-scheren Netzbetreb stellt wesentlche Enschränungen der Übertragungsapaztät dar. De Durchführung enes rechnergestützten Netzengpass-Managements (NEM) st somt langfrstg unabdngbar. En omplees Netzengpass-Management-System (NEMS) st mt nahezu allen (wrtschaftlchen) Vorgängen n deregulerten Energemärten vernüpft und ann nur n Verbndung mt anderen Prozessen der Strommärte bewertet werden. Es hängt zu enem hohen Grad von der zugrundelegenden Wrtschaftsstrutur m betrachteten Strommart ab. Bsherge Verfahren
Enletung des NEM tragen den unterschedlchen und ompleen Anforderungen zu weng Rechnung. Se berücschtgen we z.b. de Auton telwese ncht de Verhältnsse m realen Netz d.h. es werden ncht de realen physalschen Grenzen berücschtgt sondern de Grenzen werden nur abgeschätzt und stmmen somt häufg ncht mt der Realtät überen. Andere Verfahren snd sehr omple we bespelswese das Verfahren der notenspezfschen Prese das der Handel aufgrund der Ungewssheten bzgl. der Knotenprese und der Undurchschtget des Verfahrens n engen Ländern ncht azeptert. In deser Arbet wrd en neues Verfahren entwcelt das de realen Verhältnsse m Netz berücschtgt und mt enem enfachen transparenten und verursachergerechten Abrechnungsmodell ombnert wrd das enen möglchst freen und faren Handel zulässt und n unterschedlchen Martstruturen engesetzt werden ann. De bsher entwcelten ncht de ompleen Verhältnsse m realen Netz berücschtgenden Verfahren zur Lösung von NE-Stuatonen baseren entweder auf ener Puntnetzbetrachtung oder auf enem Glechstrom-Lastfluß-Modell. Dese Verenfachungen önnen zu Stuatonen führen n denen ene nachträglche ostenntensve Enspeseverlagerung vorgenommen werden muss. Des gescheht zwar zur Zet nur puntuell m Netz es steht aber zu erwarten dass m Zuge des Kostendrucs auf de Übertragungsnetzbetreber (ÜNB) zuünftg Ersatznvesttonen für das Netz aufgeschoben werden und sch somt de Netzauslastung und damt de Notwendget von Enspeseverlagerungen vergrößern. Auch wenn n Zuunft durch verstärte Martöffnung - de enzelnen Märte nnerhalb der EU snd zur Zet unterschedlch wet geöffnet - de Volatltät der Märte zunmmt besteht ene erhöhte NE-Gefahr. Bld. zegt de heute n Europa bestehenden NE. Es st offenschtlch dass durch de Wettbewerbsverzerrungen nfolge der NE der Mart ncht deal arbeten ann. In deser Arbet werden de damt verbundenen Probleme dentfzert und m Snne enes volswrtschaftlchen Optmums gelöst. Außerdem ann be den bestehenden Martstruturen m Netz und mt NEM-Verfahren ohne Berücschtgung der technschen Rahmenbedngungen ene zuverlässge Verlustoptmerung mehr durchgeführt werden da der ÜNB nur sehr engeschränt über Zugrff auf den Kraftwerspar der Erzeugungsgesellschaften verfügt. Daher wrd mehr eletrsche Energe als nötg erzeugt was sowohl volswrtschaftlch ncht snnvoll als auch m Hnblc auf de Problemat des CO -Ausstoßes unsnng st.
Enletung 3 Bld.: NE-Stuatonen n der EU [] Somt ann als Fazt festgehalten werden dass solange de technschen Rahmenbedngungen ncht weder stärer berücschtgt werden der Kunde zwar ostengünstger Energe vom Erzeuger bezehen ann das Netznutzungsentgelt aber tendenzell stegen wrd und de Ersparnsse de den Kunden durch de Lberalserung entstanden snd zumndest geschmälert wenn ncht gar n Zuunft aufgehoben werden. Der her verfolgte Ansatz der Sequentellen Quadratschen Programmerung (SQP) erfüllt de Forderungen nach ener stäreren Berücschtgung der technschen Rahmenbedngungen. Er löst den NE auf Bass der eaten Netzglechungen und Restrtonen nnerhalb ener Regelzone. Der optmale Lestungsfluss (Optmal Power Flow: OPF) unter der Berücschtgung von Wr- und Blndlestungsflüssen (AC-OPF) wrd mt Hlfe der SQP gelöst de ene lestungsstare Methode zur Lösung des her gegebenen nchtlnearen Optmerungsproblems mt nchtlnearen Glechhets- (P-Q- Lastflussglechungen) und Unglechhetsnebenbedngungen darstellt. Unglechhetsnebenbedngungen we mamale Lestungsflüsse auf Letungen oder Transformatoren garanteren dass de berechnete Lösung auch physalsch durchführbar st. Es wrd ene onvee stücwese lneare Zelfunton benutzt welche de Angebote der KW-Betreber abbldet um de m ersten Schrtt vom ÜNB zu zahlenden NE-Kosten zu mnmeren. Da NE zumest zwschen den Regelzonen oder durch de Querflüsse verursacht n der Nähe der Kuppelstellen auftreten und de Netzdaten des Gesamtnetzes ncht verfügbar snd wrd n desem Kontet erstmalg der Ansatz der herarchschen Optmerung baserend auf den ncht-
4 Enletung lnearen Lastflussglechungen unter Verwendung der SQP angewandt. Unter dem Begrff herarchsche Optmerung snd n desem Fall parallele Optmerungen des Lastflusses n den enzelnen Regelzonen zu verstehen de an zentraler Stelle bezüglch der atuellen Werte der Kuppelletungen automatsch oordnert werden. De herarchsche Optmerung mt unterlagerter nchtlnearer Suboptmerung gewährlestet somt den Datenschutz der enzelnen ÜNB und errecht dennoch das volswrtschaftlch snnvolle globale Optmum. Auf Lestungseletron baserende Übertragungselemente führen auf das Konzept der Fleble AC Transmsson Systems (FACTS) de ene ontnuerlche und schnelle Steuerung der Lestungsflüsse und Knotenspannungen an den Anschlusspunten erlauben. Dese Egenschaften der FACTS-Betrebsmttel ermöglchen dem ÜNB durch ene atve Beenflussung der Lestungsflüsse de optmale Ausnutzung bestehender Netzressourcen ohne dass ene ostenntensve Umvertelung der Enspeselestungen der Kraftwere (KW) mt entsprechenden höheren Erzeugungsosten vorzunehmen st. De dem ÜNB für dese netzapaztätserweternde Maßnahme entstehenden Kosten önnen den reduzerten Erzeugungsosten gegenübergestellt werden um so de Investtonsrentabltät der Maßnahme zu schern. De Problemat der Kostenübernahme für de NE-Besetgung st ene der zentralen bem NEM entstehenden Fragen. Daher wrd n deser Arbet en möglchst verursachergerechtes Abrechnungsmodell entwcelt das zusätzlch um ene Komponente für de verursachergerechte Fnanzerung des Enbaus von netzapaztätserweternden Maßnahmen ergänzt wrd. Somt stellt das her entwcelte Verfahren der herarchschen Optmerung mt der SQP als Suboptmerung sowe enem auch den Netzausbau berücschtgenden verursachergerechten Abrechnungsmodell erstmalg ene geschlossene sowohl technsch als auch volswrtschaftlch betrachtet optmale Lösung der NE dar. Es wrd n deser Arbet ncht eplzt von der Ausprägung enes enzelnen Martes z.b. der deutschen Eletrztätsmartstrutur ausgegangen sondern es werden de Grundmodelle der Märte abstrahert. Da das her neu entwcelte Verfahren gerade grenzüberschretend snnvoll ensetzbar st wäre en solches länderspezfsches Vorgehen ncht snnvoll. Es wrd aber m Verlauf der Arbet häufger bespelhaft auf den deutschen Mart Bezug genommen da deser - aufgrund des Vorhandensens mehrerer ÜNB und der gerngen Datenverfügbaret enzelner Marttelnehmer - ene der schwergsten Martstruturen für en auf ener Netzzustandsoptmerung baserendes NEM darstellt. So wrd be der Entwclung des Abrechnungsmodells eemplarsch de Integraton n den deutschen Mart dargestellt.
Enletung 5. Strutur der Arbet Im Anschluss an de Enletung werden n Kaptel de Energeversorgungssysteme hnschtlch des NEM untersucht. Dabe werden nach der Vorstellung der benutzten Defnton und der Klassfzerung von NE de bestehenden NEMS urz dargestellt. Es werden de Martstruturen - nsbesondere n Deutschland - sowe de Martateure mt Fous auf blateralorenterte Märte m Kontet der NEMS betrachtet. Zum Schluss des Kaptels werden de resulterenden Anforderungen für en zu entwcelndes verbessertes NEMS aufgezegt. In Kaptel 3 wrd das Verfahren der herarchschen Optmerung nach enem Kurzüberblc detallert nl. der mathematschen Hntergründe und der technschen Modellerung vorgestellt. Des Weteren werden lestungsflussregelnde Betrebsmttel (LFRB) n hrer möglchen Rolle bzgl. des NEM m lberalserten Strommart analysert und n de Optmerung ntegrert. Darauf folgt n Kaptel 4 de Vorstellung enes Abrechnungsmodells das de dem ÜNB durch de Optmerung entstehenden Kosten möglchst verursachergerecht auf de Netznutzer umlegt. De Frage der Übernahme der Kosten für den Netzausbau nsbesondere de Berücschtgung netzapaztätserweternder Maßnahmen erhält n lberalserten Strommärten ene neue Brsanz. Ergänzend zum Abrechnungsmodell wrd en Verfahren vorgestellt das de Kosten von netzapaztätserweternden Maßnahmen auf deren Nutzneßer umlegt. Außerdem werden Möglcheten für de Fnanzerung deser Maßnahmen mt berets bestehenden NEMS vorgestellt. Ene wrtschaftlche und technsche Bewertung des her entwcelten NEMS wrd anhand eemplarscher Smulatonsszenaren n Kaptel 5 durchgeführt. Kaptel 6 lefert ene abschleßende Zusammenfassung der Ergebnsse deser Arbet sowe enen Ausblc.
6 Enletung
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 7 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass- Managements Zur Förderung des Wettbewerbs n den Strommärten st en breter Zugang zu den Erzeuger und Verbraucher verbndenden Stromnetzen unabdngbar. Des führt nsbesondere zwschen den enzelnen Regelzonen des Übertragungsnetzes zu großen Lestungsflüssen d.h. es önnen NE auftreten denen mt geegneten NEMS begegnet werden muss. Im Folgenden wrd ene systematsche Analyse der Eletrztätsversorgungsstruturen hnschtlch der bestehenden und des n deser Arbet entwcelten NEMS vorgenommen. Herzu wrd zunächst ene Enordnung n unterschedlche Typen von NE vorgestellt. De Ausprägung der NEMS sowe der Pressysteme für de Übertragungsosten hängen von der Ausprägung des lberalserten Strommartes ab [3][4]. Daher werden Grundstruturen der lberalserten Strommärte und unterschedlche bestehende NEMS sowe de damt vernüpfte Problemat der Datenverfügbaret dargestellt. Am Ende deses Kaptels werden de Rahmenbedngungen an en neues NEMS festgelegt.. Defnton und Klassfzerung Netzengpass.. Defnton In Kaptel 3.3. Paragraph () des TransmssonCode 003 st defnert: "En Engpass besteht wenn durch den vorhandenen Lastfluss m betrachteten Netz das betreblche (n-)-krterum ncht engehalten werden ann." In Kaptel 3.3. Paragraph () heßt es weter: "En Engpass defnert sch auch wenn der ÜNB de begründete Erwartung hat dass be der Azeptanz aller angemeldeter bzw. prognostzerter Fahrpläne das betreblche (n-)-krterum ncht engehalten werden ann." Da de (n-)-scherhet bzgl. der Stabltätsanforderungen und der mamal zulässgen Netzurzschlusslestungen ene untergeordnete Rolle spelt und allerhöchstens puntuell n vermaschten Netzen Probleme auftreten werden dese beden Aspete der (n-)-scherhet nur nsofern berücschtgt dass nach ener Netzzustandsoptmerung überprüft werden muss ob de Grenzen noch engehalten werden. Sollte des ncht der Fall sen so müssen m Anschluss an de Optmerung gezelt Abhlfemaßnahmen getroffen werden. Wenn n deser Arbet von enem NE gesprochen wrd st damt de Nchtenhaltung bzgl. des drtten Aspets des (n-)-krterums d.h. de Grenzwertverletzung des Spannungsbandes und/oder der Strombelastungen der Betrebsmttel auch unter Berücschtgung des potenzel-
8 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements len Ausfalls enes Betrebsmttels gement. In dem her erstmalg verfolgten NEM-Ansatz baserend auf ener Optmerung mt den vollständgen Lastflussglechungen ann auch das Spannungsband berücschtgt werden. Des st be den n der Pras bsher angewandten auf dem lnearserten Lastfluss baserenden oder sogar auf ener Puntnetzbetrachtung baserenden Methoden ncht möglch... Zetlche Klassfzerung der Netzengpassbehebung Durch de verschedenen Ausprägungen des Eletrztätsmartes haben sch unterschedlche Lösungen für das NEM herausgebldet. Im Folgenden wrd urz auf de Klassfzerung unterschedlcher Verfahren hnschtlch hrer Wrungswese und zetlchen Enordnung eemplarsch am Bespel des blateral-orenterten Martes engegangen. In desem Zusammenhang werden de unterschedlchen Planungshorzonte aufgezegt n denen das her entwcelte Verfahren engesetzt werden ann. Prnzpell lassen sch alle Aufgaben des ÜNB zur Führung enes eletrschen Netzes m Verbundbetreb anhand der zetlchen Anforderungen grupperen. Zu den wet vorausschauenden Aufgaben des ÜNB sog. längerfrstgen Planungen gehört de Ausbauplanung. Am wchtgsten und n desem Zetraum sedelt sch auch das her entwcelte Optmerungsverfahren an st de Netzführung bzw. Netzplanung für den atuellen und den darauf folgenden Tag. In der letzen Phase der zetlchen Abfolge der Abrechnungsphase fndet ene Blanzerung und Auswertung der tatsächlch stattgefundenen Lastflüsse und falls des möglch st ene Berechnung und Zuwesung der Kosten der NE-Behebung durch den ÜNB statt. In deser Phase arbetet das entwcelte Abrechnungsmodell und bldet m Zusammenhang mt der herarchschen Optmerung das neue NEMS. De NEM-Maßnahmen lassen sch n präventve orretve und reagerende NEM- Maßnahmen entelen. Präventve Maßnahmen zelen darauf ab de Bldung von Enspeseund Lastmustern zu unterdrücen de tendenzell zu NE führen önnten. Zu den langfrstgen präventven Maßnahmen gehört z.b. de Netzausbauplanung oder das Verfahren der notenspezfschen Prese. Se ageren präventv m Hnblc auf de langfrstg zu erwartenden Verlagerungen von Enspesungen und großen Lasten. Kurzfrstge präventve Maßnahmen snd solche de n der Regel enen Tag vor Abwclung der atuellen Fahrpläne - bs zu dem Zetpunt an dem Enspesemuster und Lastprognosen dem ÜNB beannt snd - getätgt werden. Dazu zählen z.b. das Maret-Splttng und das derzet n Deutschland pratzerte Verfahren der Auton.
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 9 Präventve Maßnahmen setzen m Allgemenen voraus dass de ÜNB schon vor Beanntwerden der Fahrpläne das Wssen bestzen wo m Netz NE zu erwarten snd. Das Erfahrungswssen der ÜNB st dabe für de Prognose rtscher Netzstuatonen unentbehrlch. Zuünftg st jedoch ene wetere Fleblserung des Martes und de Auflösung langfrstger Vertragsbndungen zu erwarten sodass das vorhandene Erfahrungswssen hnschtlch Prognosegenauget an Bedeutung verlert und mt wachsenden Schwergeten be der Umsetzung präventver Maßnahmen zu rechnen st. Zunehmend wchtg werden daher Verfahren des orretven NEM de nach Beanntwerden der Erzeugerfahrpläne und der prognostzerten Lastverläufe (n Deutschland um 4:30h am Vortag des atuellen Lastflusses) umgesetzt werden önnen. Der ÜNB verfügt herbe zunächst über de quas-ostenlosen Möglcheten der Topologeänderung und der Transformatorstufung bzw. falls vorhanden auch über den Ensatz der FACTS-Geräte um den Lastfluss zu steuern. Sollten dese Maßnahmen ncht ausrechen önnen zusätzlch de hm über blaterale Verträge zur Verfügung stehenden KW genutzt werden. Des önnen KW zur Wr- und Blndlestungsenspesung oder für de Beretstellung von Energe für den Verlustausglech sowe von Energe für den Ausglech des Blanzfehlers sen. Des Weteren önnen Angebote m Mnutenreserve- bzw. Balancemart falls solche urzfrstgen Märte m Netzberech des Betrebers esteren genutzt werden. De Lestungen zur Beretstellung der Mnutenreserve werden schon set längerem täglch n Deutschland ausgeschreben [5][6][7]. Auf Grundlage der vorlegenden Angebote erfolgt m her entwcelten Ansatz über das Verfahren der herarchschen Optmerung ene optmale mt dem Verbund oordnerte Auswahl der Verträge/Angebote sowe en optmaler Ensatz der Netzbetrebsmttel für den Folgetag. Des ann auch Systemplanung Heute für Morgen genannt werden [8]. Treten am Tag des atuellen Lastflusses bedngt durch Störungen oder graverende Fahrplanabwechungen z.b. von der Prognose abwechende Bedarfsanforderung der Kunden NE auf so werden reagerende Maßnahmen durchgeführt. Der ÜNB hat n desem Zetberech we vor der Deregulerung des Strommartes alle Netzsteuerungsmöglcheten zur Behebung des NE. Nach Beendgung der unmttelbar auf den NE reagerenden Maßnahmen önnen ggf. erneut orretve NEM-Maßnahmen zur Bestmmung enes optmalen Betrebszustandes für n der Zuunft legende Zetschrtte durchgeführt werden. Dadurch ann das Optmerungspotenzal unter geänderten Rahmenbedngungen weder genutzt werden. In desem Zusammenhang wrd nach Möglchet der Verursacher dentfzert der de Kosten für de NE- Maßnahmen zu tragen hat. Man ann des auch Systemensatz Heute für Heute oder Onl-
0 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements ne open loop -Ensatz nennen [8]. De Optmerung erfordert allerdngs ene hohe Anforderung an de Rechenzet des Verfahrens wenn de herarchsche Optmerung sehr zetnah zur Bestmmung des optmalen NE-freen Betrebspuntes engesetzt werden soll. De zetlche Enordnung der Maßnahmen st n Bld. veranschaulcht. Notwendge Reatonszet Präventves NEM Korretves NEM Reagerendes NEM Zet 00:00 Uhr Tag (X-) 00:00 Uhr Tag X 00:00 Uhr Enpesemuster und Lastprognose beannt Bld.: NEM-Klassfzerung..3 Örtlche Klassfzerung der Netzengpässe..3. Klassfzerung hnschtlch Zonen Grundsätzlch ann zwschen zonennternen und zonenübergrefenden NE unterscheden werden. In den bestehenden NEMS werden mest nur zonenübergrefende NE behandelt. Be zonennternen NE wrd davon ausgegangen dass der jewelge ÜNB de NE selbständg lösen ann. Alternatv ann n desem Fall de Regelzone so untertelt werden dass der NE zwschen zwe neuen Zonen legt. Bzgl. der Netzzustandoptmerung snd bede Arten von NE zonenntern und zonenübergrefend glech zu behandeln. Es st an deser Stelle anzumeren dass be zonenübergrefenden Handelstransatonen n vermaschten Netzen auch nterne physalsche NE das Resultat sen önnen. Analog ann auch ene Handelstransaton de ausschleßlch nnerhalb ener Regelzone erfolgt enen NE zwschen den Regelzonen hervorrufen. Insofern macht de Entelung n nterne und eterne NE hauptsächlch hnschtlch der unterschedlchen Datenverfügbaret zur NE-Behebung sowe n wrtschaftlchen Betrachtungen Snn...3. Klassfzerung hnschtlch Netzebenen We berets erläutert treten NE zur Zet n Europa hauptsächlch n der Transportnetzebene zumest auf den Kuppelletungen zwschen den Regelzonen auf. Grund für deses Phänomen
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements st dass vor der Deregulerung jeder ÜNB nach UCTE-Regeln n sener Regelzone de Summe der Lestungen aller Erzeugungsenheten näherungswese glech der Decung der Last n jeder Regelzone halten musste und daher de Kuppelletungen der Transportnetze nur für den relatv gerngen Erzeugungs- Belastungs- und Störungsausglech dmensonert snd. Es ann davon ausgegangen werden dass sch aufgrund der Deregulerung de Lastzentren ncht verschoben haben und sch n Zuunft nur sehr langfrstg aufgrund bespelswese des Struturwandels n der Großndustre verscheben werden. Insofern snd de durch de Deregulerung verursachten Lastflussschwanungen mt der sch ändernden erzeugten Lestung der engesetzten Erzeugungsenheten zu begründen. Dese Erzeugungsenheten werden je nach Nachfrage engesetzt. Herfür st nsbesondere der Stromhandel an den sch n Europa und weltwet gebldeten Spotmärten verantwortlch. Es st aufgrund der Erfahrung mt ener relatv etablerten Spotmart-Börse we der Nordpool an der ca. 0-30 % [9] des gesamten Stromes gehandelt wrd zu erwarten dass das Handelsvolumen an den anderen europäschen Börsen n den nächsten Jahren noch star anstegen wrd (sehe Tabelle.). Dadurch bedngt wächst be weter fortschretender Lberalserung de Wahrschenlchet ständg großräumg wechselnder Lastflüsse und damt des Auftretens von NE m Transportnetz. Dese NE nnerhalb ener Netzebene önnen auch "horzontale" NE genannt werden. Werden Szenaren mt zuünftg massver dezentraler Enspesung Realtät so entstehen zunehmend NE zwschen den Netzebenen und zwar vor allem zwschen der Neder- und Mttelspannungsebene. De NE-Gefahr st be enem statonswese gespesten Nederspannungsnetz höher als be enem vermaschten Nederspannungsnetz [0]. Be deser NE-Art st zu erwarten dass se unter Annahme der bestehenden Netzstrutur ncht we de "horzontalen" NE zu Starlastzeten auftreten sondern flutuerend eher zu Schwachlastzeten wenn de dezentralen Anlagen n de höheren Netzebenen zurücspesen. Insbesondere wenn wärmegeführte Brennstoffzellen be denen de Stromerzeugung als Nebenprodut anfällt m Wnter n hohem Maße engesetzt werden oder wenn es n Starwndzeten zu hoher Wndenergeenspesung n den unteren Netzebenen ommt wächst de NE-Gefahr. Dese Art von NE ann auch "vertale" NE genannt werden. In Bld. snd de beden Arten von NE und de jewelgen Rahmenbedngungen verdeutlcht.
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements Netzzone Netzzone A Netzzone Netzzone B 0 V 600-000 MVA 380 V Horzontale NE 0 V 600-000 MVA 380 V 300 MVA 300 MVA 300 MVA 300 MVA 0 V 0 V 0 V 0 V 0 0 V 04 V 0 0 V Vertale NE 0 0 V 40 MVA 00-600 VA 0 0 V 0 0 V 04 V 0 0 V Vertale NE 0 0 V 40 MVA 00-600 VA 0 0 V Bld.: Netzengpass hnschtlch Netzebenen (Deutsche Netzstrutur) Im her vorgestellten Ansatz der Netzzustandsoptmerung wrd m Wesentlchen de Transportnetzebene betrachtet. Nur auf deser Ebene esteren de Verbndungen zwschen unterschedlchen Regelzonen. De unterlagerten Netzebenen ener Regelzone önnen sowet de Netzdaten beannt snd berücschtgt werden. Es st mt desem Ansatz auch möglch de enzelnen Netzebenen vonenander getrennt zu optmeren. Herbe önnten de Anschlüsse be den Transformatoren zwschen den Netzebenen als "Quas"-Kuppellletungen aufgefasst werden. Damt st deses Verfahren auch be vertalen NE und massver dezentraler Enspesung ensetzbar...4 Klassfzerung hnschtlch der Netzengpasshäufget Hnschtlch der Häufget von NE ann ene smple Klassfzerung n sporadsch häufg und permanent auftretende NE durchgeführt werden. Be permanent auftretenden NE st es snnvoll langfrstg enen Netzausbau durchzuführen. Dabe sollte ene Fnanzerungsmöglchet des Ausbaus auf Bass des NE-Verursacherprnzps gefunden werden. Deses Fnanzerungsonzept ann auch n bestehende NEMS engebettet werden (s. Kaptel 4). Snnvoll st es bs zur Fertgstellung der Netzausbaumaßnahmen enen auf ener Optmerung baserenden Redspatch durchzuführen um ene möglcht ostengünstge Lösung für alle Betelgten zu fnden. Be nur sporadsch auftretenden NE rechen bestehende Verfahren (z.b. Auton)
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 3 durchaus aus de nur gelegentlch durch enen Redspatch unterstützt werden. In desem Fall legt häufg physalsch noch en NE vor sondern es besteht nur de Gefahr enes NE. Es wrd prophylatsch en NEMS we z.b. de Auton durchgeführt. De Gruppe der häufg auftretenden NE legt zwschen desen beden Etremfällen. Her muss genau untersucht werden ob auf Dauer en Netzausbau snnvoll st oder ob es ausrecht dauerhaft enen ostenoptmalen Redspatch durchzuführen.. Grundsätzlche Struturen der lberalserten Eletrztätsversorgung Durch de Entflechtung des vertal ntegrerten Energemartes ommt es zu ener Trennung n Erzeugungs- und Übertragungsgesellschaften sowe zur Neugründung von Handelsgesellschaften. Während be den Übertragungsgesellschaften aufgrund hres natürlchen Monopols ene Regulerung erforderlch st se aber dennoch als wrtschaftlch egenständge Marttelnehmer [] auftreten önnen Erzeugungs- oder auch rene Handelsgesellschaften n lberalserten Strommärten hren Gewnn mameren. Des führt für den ÜNB zu graverenden Änderungen [][3][4][5]. Es hat zur Folge dass de bsherge Optmerungspras (Mnmerung der Erzeugungsosten und der Netzverluste unter der Berücschtgung der Netzscherhet) n enem entflochtenen Strommart geändert werden muss. Der ÜNB ennt de Kosten oder de Prese der Angebote der enzelnen KW von unterschedlchen Stromerzeugern ncht mehr. Es st auch ene Selbstverständlchet mehr dass er dese KW zur Betrebsführung des Netzes ensetzen ann [6][7]. Auf der anderen Sete muss der KW-Betreber sene Enspesungen dem ÜNB zur Genehmgung vorlegen. Er ennt ncht den atuellen Betrebszustand des Netzes und ennt weder de auftretenden Netzverluste noch de genauen Netzrestrtonen. Da de Martstruturen sch zurzet ständg weterentwceln wrd auf den jetzgen Stand und de absehbaren zuünftgen Tendenzen des Martgeschehens engegangen de m Kontet der NE-Themat relevant snd... Martateure Es gbt ver grundsätzlche Martateure: Den Kunden den Händler den Erzeuger und den Netzbetreber (her nur Betrachtung des ÜNB). Neben desen ver grundsätzlchen Martateuren gbt es je nach Martstrutur zusätzlche Martateure we z. B. den Regulator der n den mesten Märten vorhanden st und ene neutrale Martaufscht darstellt oder den Blanzresverantwortlchen BKV der quas das Bndegled zwschen dem ÜNB der technsch
4 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements den Betreb regelt und dem Stromhandel darstellt. Häufg wrd de Funton des BKV vom Händler zusätzlch ausgeübt. Des muss aber ncht so sen. An deser Stelle werden nur de grundsätzlchen Martateure bespelhaft für blateral-orenterte Märte n Bezug auf das NEM vorgestellt. De mesten Aussagen lassen sch lecht auf poolbaserte Märte übertragen. Der Kunde möchte be enem defnerten Standard möglchst günstg scher und bedarfsgerecht Energe bezehen. In der her gewählten verenfachten Betrachtungswese gbt es für den Kunden nur Kosten für das Produt an sch (Energeosten) und Kosten für de Leferung des Produtes (Netznutzungsosten). Alle anderen Kosten snd n desen beden Komponenten enthalten. Insofern st de NE-Komponente n den Leferungsosten engeschlossen. De genaue Zusammensetzung der enzelnen Posten für de Kosten der Netznutzung und hre Berechnung snd je nach Ausprägung des Martes unterschedlch. So st martabhängg ob de Netznutzungsgebühr Komponenten benhaltet de transatonsabhängg oder -unabhängg snd. Ebenso entschedet de Martform darüber we de Kostenwälzung durchgeführt wrd. Bem blateralen Handel zahlt der Kunde über enen Händler jedoch nur enen enzgen ausgehandelten Pres der bede Komponenten benhaltet. Es ann aber vorommen dass große Kunden ene egene Handelsabtelung bestzen und dret mt den Erzeugen verhandeln oder am Spotmart enaufen und daher bede Komponenten getrennt zahlen müssen. De Erzeuger snd ausschleßlch daran nteressert hre Gewnne zu mameren wobe der optmerte Ensatz hres Kraftwerspars unter anderen Randbedngungen erfolgt we vor der Lberalserung. Se veraufen n erster Lne hre Energe an de Händler oder handeln auch selbst dret am Spotmart. Des Weteren treten de Erzeugungsgesellschaften auch als Energeleferanten für Systemdenstlestungen gegenüber dem ÜNB auf [8]. Im Falle ener NE-Besetgung auf Bass ener Optmerung müssen de Enspesungen der Erzeuger verändert werden. Dese Abwechung von hren ursprünglchen Fahrplänen müssen de Erzeugungsgesellschaften vom ÜNB bezahlt beommen. De Optmerung der KW-Betreber st damt von ener renen Kostenbetrachtung zu ener gewnnmamerenden Betrachtung übergegangen. In desem Zusammenhang soll nochmals erwähnt werden dass de Erzeugungsgesellschaften be hrer Optmerung ncht mehr das Netz als Randbedngung berücschtgen önnen. Der ÜNB st aufgrund der Entflechtung en egenständger Unternehmensberech [8]. Er st für de Betrebsführung des Netzes verantwortlch das als Handelsplattform zur Verfügung gestellt wrd. Der ÜNB st der enzge Marttelnehmer der aufgrund sener Stellung als natürlcher Monopolst regulert st. Des glt selbst n Deutschland obwohl en egenständger Regulator her erst engeführt wrd da z.b. das Verglechsmartprnzp estert und das Kar-
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 5 tellamt telwese de Regulatorfuntonen übernmmt. Alle Kosten de dem ÜNB entstehen muss er an de anderen Marttelnehmer weterrechen. Da er de Systemverantwortung trägt st er neben der Frequenzhaltung dem Verlustausglech und den sonstgen Denstlestungen auch für de Besetgung der NE verantwortlch [9][0]. Auch de für de NE-Besetgung entstehenden Kosten müssen auf de Marttelnehmer umvertelt werden. Der ÜNB wrd angehalten de Kosten für de Beretstellung des Netzes gerng zu halten. In desem Zusammenhang ergbt sch de grundlegende Frage der Art der Umvertelung der Kosten. Herbe esteren prnzpell zwe Möglcheten: Zum enen soldarsert auf alle Marttelnehmer oder zum anderen möglchst verursachergerecht. Ene vertefende Betrachtungswese herzu und en verursachergerechter Ansatz m Rahmen des her entwcelten Verfahrens snd n Kaptel 4 zu fnden. Maßgeblch neu als Martateure snd de renen Handelsunternehmen für das Produt Strom []. Se önnen ncht nur am dreten Termn- und Spotmart arbeten sondern treten zumest be blateralen Verträgen als Verbndungsgled zwschen Kunde und Erzeuger auf. Im Wesentlchen agert der Händler an Spot- und Termnmärten sowohl als Käufer als auch als Veräufer und übernmmt enen Großtel des Rsomanagements. De Händler snd dejengen Martateure mt dem größten Interesse an der Etablerung enes möglchst unengeschränten Martes. Insofern stellen se an den ÜNB de Forderung en martonformes NEMS zu entwceln d.h. der Mart soll durch en Verfahren möglchst ncht behndert werden und de ÜNB sollten alle relevanten Martdaten offen legen. Des gescheht bsher häufg ncht []. Bld.3 verdeutlcht das Zusammenspel aller Martelnehmer für enen blateral-orenterten Mart. En sehr wchtger Punt aller NEMS st dass letztendlch de Kosten für de Besetgung enes NE am Ende mmer der Kunde trägt. Alle anderen Marttelnehmer rechen hre entstehenden Kosten an den Kunden weter. Wenn zunächst der Erzeuger de Kosten zur Besetgung von NE tragen muss wrd er dese Kosten n sene zuünftgen Energeprese enrechnen. Trägt der Händler de Kosten wrd er dese auf sene Komplettangebote am Mart aufschlagen. Auch wenn der ÜNB de Kosten zunächst trägt wrd er se weterrechen. Es ann je nachdem welcher Marttelnehmer zuerst de Kosten trägt zu unterschedlchen Auswrungen auf den Wettbewerb ommen. Wenn de Erzeuger als erstes de Kosten zur NE-Besetgung verursachergerecht tragen ann es den zusätzlchen Effet geben dass langfrstg de Erzeuger de star an der Entstehung von NE betelgt snd hren Kraftwerspar umbauen oder beret snd sch an den Kosten für ene Netzverstärung zu betelgen.
6 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements Physalsch blateraler Vertrag Börsenbaserter Spotmart Kunde Netznutzungsvertrag; Netzanschlussvertrag Vertrag über Systemdenstlestungen Händler Phys. b. Vertrag Rsomanagement Termnmart Mög. Enauf z.b Verlustdecung ÜNB Händler Händler Kraftwer Kraftwer Netznutzungsvertrag Kunde Vollvertrag (Netznutzung + Phys. b.) Phys. b. Vertrag Kunde Netznutzungsvertrag Bld.3: Zusammenspel der Marttelnehmer n enem blateral-orenterten Mart En weterer Aspet des neuen Martsystems st es dass enersets proftorenterte Martelnehmer wrtschaftlch gesehen mtenander onurreren während se technsch gesehen mtenander bzw. zumndest mt dem ÜNB arbeten müssen. Aus desem Grund önnen Konflte entstehen und es muss daher m Berech des NEM darauf geachtet werden dass ene Manpulaton möglch st... Martmodelle m Kontet der Netzengpass-Management-Systeme... Pool baserendes Grundmartmodell Bem Grundprnzp des lassschen Pool-Modells werden alle Angebote der Erzeuger und alle Nachfragen der Kunden an enen Martverwalter wetergeletet der ene Auton durchführt. Der Martverwalter arbetet eng mt dem maßgeblch für den Netzbetreb verantwortlchen Independent System Operator (ISO) zusammen. Das Pool-Modell st durch de Beachtung der spezellen Charatersta des Netzes m Handelsprozess motvert [3]. So werden de Angebote m NE-Fall zumest mt ener vom Netznutzungsgrad abhänggen Komponente modfzert. Anschleßend wrd mt den modfzerten Angeboten ene Auton durchgeführt. We und ob de Angebote modfzert werden müssen oordnert der ISO. Herbe wrd häufg auf en lnearsertes Lastflussmodell und/oder ene Optmerung zurücgegrffen. Das Konzept der notenspezfschen Prese wrd dabe oft genutzt um de vom Netznutzungsgrad abhäng-
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 7 ge Komponente zu berücschtgen und somt NE-Probleme zu lösen. De notenspezfschen Prese wurden von Schweppe et al. [3] vorgeschlagen und von Hogan [4] weterentwcelt. De Auftelung der Verantwortung und Aufgabengebete zwschen dem ISO und Martverwalter ann von System zu System unterschedlch sen [5]. Be enem lassschen Pool- Modell muss de gesamte eletrsche Energe physalsch über den Pool abgewcelt werden. Häufg snd jedoch für das Rso-Management (her Hedgng ) auf enem Termnmart fnanzelle blaterale Verträge [5] zugelassen. Des Weteren wrd häufg en börsenbaserter Spotmart be dem nur en Puntnetz betrachtet wrd als Sonderform des Pool-Modells lassfzert. Deser Klassfzerung wrd m Weteren ncht gefolgt da her en Poolmodell sowohl durch de verpflchtende Pooltelnahme als auch durch de Engrffsmöglchet des ISO geennzechnet sen soll. En börsenbaserter physalscher Handel trtt zumest nur n Kombnaton mt enem lassschen blateralen Modell auf und wrd somt her als Erweterung des blateralen Models um ene nchtverpflchtende Handelsplattform von standardserten physalschen Verträgen verstanden be der ene Engrffsmöglchet des ISO (m blateralen Modell TSO) gegeben st. Da n desem Marmodell der ISO Zugrff auf alle Daten hat lässt sch ene NE-Optmerung wesentlch enfacher als bem blateralen Martmodell baserend auf dem n deser Arbet entwcelten Verfahren grenzüberschretend durchführen. Es werden alle KW betelgt und ncht we m blateralen Modell nur KW de auch Angebote abgeben. Deshalb wrd m Folgenden und spezell n den Smulatonsbespelen mmer vom bzgl. der NE-Behandlung schwergeren blateralen Mart ausgegangen. Sollte deses Verfahren n mehreren Ländern angewandt werden und enge der betelgten Märte snd m Pool organsert so stellt des für das Verfahren eher ene Erlechterung dar.... Das blaterale Grundmartmodell Das blaterale Modell st durch das Prnzp motvert dass en möglchst freer Mart mt guter Konurrenzstuaton der beste Weg st enen effzenten Eletrztätsmart zu schaffen [3] [6]. Auch hat n enem blateral-orenterten Mart sowohl der Kunde als auch der Erzeuger de größtmöglche Frehet. In den physalsch-blateralen Verträgen [5] handeln allen de beden Vertragspartner enen Energelefervertrag aus. Der ÜNB hat m blateralen Modell nur sehr engeschränt Zugrff auf de Erzeugungsenheten und de Verträge. Er darf de Verträge nur m gestörten Betreb verändern. Des führt n desem Modell zu zwe Hauptproblemen: Erstens we funtonert der Mart möglchst optmal wenn NE vorhanden snd und zwetens we werden Verluste behandelt. Zur Behandlung deser beden Punte gbt es unter-
8 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements schedlche Lösungsansätze de alle zu enem volswrtschaftlch optmalen Punt führen wel das Netz gar ncht oder nur unzurechend berücschtgt wrd. In deser Arbet wrd en Verfahren entwcelt das de Berücschtgung des Netzes n den Mttelpunt rüct und zu enem volswrtschaftlchen Optmum führt ohne dass dabe der Handelsablauf und der Frehetsgrad für de Netznutzer engeschränt werden muss. Sehr häufg st das blaterale Modell mt enem urzfrstgen börsenbaserten Spotmart ombnert der ncht mt dem auf enem Pool baserenden Spotmart zu verwechseln st. Hauptuntersched der beden Märte st aus Schtwese des NEM dass m Pool-Modell alle Energeleferungen über den Pool gehandelt werden müssen während m blateralen Modell nur en Tel der Energe über enen börsenbaserten Spotmart gehandelt wrd. Außerdem hat m Pool-Modell der ISO/ÜNB dret Zugrff auf de Angebote aller KW-Betreber. Desen Zugrff hat der ÜNB m blateralen Modell ncht. Tabelle. zegt den prozentualen Antel der Energe der an ausgewählten Börsen am 30.04.00 gehandelt wurde. Tabelle.: Antel des börsenbaserter Handel n blateral-orenterten Märten [9] Börse (Gründungsjahr) Spothandelsvolumen Land Durchschnttlcher jährlcher Verbrauch n 000 Börsenhandel n % des jährlchen Verbrauchs EXAA (00).4 MWh Österrech 38.904 MWh % Powernet (00) 0.583 MWh Franrech.69.863 MWh % APX (999) 35.47 MWh Nederlande 96.7 MWh 8 % LPX & EEX (000) 87.39 MWh Deutschland.353.45 MWh 6 % Nordpool (993) 5.906 MWh (NORDEL).073.973 MWh 4 % Herbe st auffällg dass be der am längsten etablerten Börse der Nordpool der Börsenhandel enen deutlch größeren Antel bestzt als be allen anderen Börsen. Darauf baserend ann de Prognose gestellt werden dass be den anderen Börsen der Antel des Börsenhandels am gesamten Handelsvolumen langfrstg ca. 0-30 % betragen wrd. Dese Prognose wrd durch de Entwclung an LPX & EEX gestützt an denen der Antel des Börsenhandels m Jahr 003 berets 0 % betrug [7]. Ene solche Entwclung hat jedoch unmttelbare Auswrungen auf de NEM-Maßnahmen n blateralen Märten. Da de mesten bestehenden Verfahren neffetv werden wel nur der blaterale Antel des Stromhandels m Rahmen des NEM erfasst wrd besteht Bedarf dese Verfahren zu modfzeren oder neue zu entwceln. Auch wrd mt wachsendem Martantel des Spotmarts de Prognose von NE n vorausschauenden NEMS schwerger. Daher wrd en orretves NEMS zunehmend an Bedeutung gewnnen.
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements 9 Außerdem st de früher zentrale Aufgabe des ÜNB de Netzverluste zu mnmeren be enem blateral-orenterten Mart n den Hntergrund gerüct. Da der ÜNB de Verluste durch Enauf m Rahmen von blateralen Verträgen mt Erzeugungsenheten ausglecht und er ene m Wesentlchen feststehende Enspesestuaton vorgegeben hat ann er nur noch bedngt ene Verlustmnmerung mt den hm berets vertraglch verpflchteten KW durchführen. Durch dese vorgegebene Enspesestuaton und de sch presbedngt enstellenden Enspeseverlagerungen de zu enem weträumgeren Energetransport führen werden de Verluste m Netz langfrstg anstegen. Anderersets st der ÜNB angehalten ene möglchst preswerte Netznutzung zu gewährlesten sodass es dennoch snnvoll st ene Verlustoptmerung durchzuführen. Be dem her entwcelten Verfahren wrd neben der prmären Aufgabe der NE-Besetgung ene ntegrerte Verlustmnmerung durchgeführt de zusätzlch de Kosten der NE-Besetgung reduzert und den Betrebspunt weder näher zum volswrtschaftlch optmalen Punt zurücführt. Des bedeutet dass durch de Verlustmnmerung und de ostenoptmale NE-Besetgung de Netznutzungsosten für alle gernger snd. Zusätzlch führt de Verlustmnmerung zu ener Reduton der benötgten Stromerzeugung und damt zu ener reduzerten CO - Emsson....3 Bsherge Pras der Netzengpassbehandlung De bsher angewandten Verfahren der NE-Behandlung auf de m weteren Verlauf der Arbet Bezug genommen wrd werden m Folgenden erläutert. Enge Verfahren werden nur urz angesprochen und es wrd für wetergehende Informatonen auf de nachfolgenden Lteraturangaben verwesen. Generell st besonders [0] hervorzuheben n dem grundsätzlch das Konzept der notenspezfschen Prese das Maret-Splttng das Countertrade und de transatonsbaserte US-Methode verglchen werden. Verwesen werden soll auch auf unterschedlche ausschleßlch über das Internet abrufbare Doumente des Verbandes der Europäschen Netzbetreber ETSO nsbesondere auf enen Verglech unterschedlcher NEMS [8]. Außerdem wrd dort das oordnerte Benutzen des Maret-Splttngs [9] und de oordnerte Auton [30][3][3] vorgeschlagen. Bede Verfahren arbeten auf der Bass von Vertelungsfatoren damt de verblebenden Kapaztäten besser genutzt werden önnen. Dabe wrd auch en Kapaztätsauftelungsmodell vorgeschlagen n dem enzelne Kapaztäts- Schchten den langfrstgen Verträgen (größtentels aus der Zet vor der Lberalserung) der eplzten Auton und der letzen Schcht dem Maret-Splttng zugewesen werden [33][34]. Da dese Verfahrensansätze bsher ncht n der Pras angewandt und nur nnerhalb
0 Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements der ETSO star dsutert werden snd se ncht Gegenstand deser Arbet. Auch das bem Pool-Modell angewandte Verfahren der notenspezfschen Prese wrd her ncht näher betrachtet da es ausführlch n [35] untersucht wurde. Ebenso wrd de mplzte Auton da se anders als de eplzte Auton auf dem Spotmart basert und n ener Varante zwschen den Grenzen Spanens und Portugals angewandt wrd her ncht näher vorgestellt. In blateral-orenterten Märten baseren de mesten der bsher angewandten Verfahren auf ener Puntnetzbetrachtung und vernachlässgen de realen Verhältnsse m Netz. Herbe wrd ene Zonenentelung so vorgenommen dass der NE bzw. n desem Falle der geplante wrtschaftlche Austausch der de möglche Kapaztät überstegt mmer zwschen den Zonen legt. Mt auf ener Puntnetzbetrachtung baserenden Verfahren önnen sehr gut Lösungen n schwach vermaschten Netzen oder auch für puntuell auftretende NE n star vermaschten Netzen erzelt werden. Enen globalen oder zumndest oordnerten Ansatz we er her verfolgt wrd stellen se jedoch ncht dar. In Bld.4 st ene reale Netzstuaton we se nnerhalb der UCTE am 9.06.00 aufgetreten st dargestellt. Dabe wrd zwschen dem realen physalschen Austausch und dem vertraglchen bzw. wrtschaftlchen Austausch unterscheden. Es st zu erennen dass dese beden Flüsse telwese deutlch vonenander abwechen. Des llustrert anschaulch dass Maßnahmen de nur de wrtschaftlche Sete betrachten n enem vermaschten Netz ncht zum gewünschten Erfolg führen. NL 75 676 499 Vertraglcher Weg Physalscher Fluss Dfferenz 47 439 B 486 D Jewels n [MW] 0 507 486 099 F 753 95 CH Bld.4: Physalscher Fluss versus wrtschaftlche Wege []
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements De beden nachfolgenden Verfahren stellen de enfachsten auf wrtschaftlchen Methoden baserenden NEM-Verfahren dar. Bem Verfahren frst-come-frst-serve werden de Kapaztätsreserverungen solange angenommen bs de gesamte Letungsapaztät ausgeschöpft st. Bem Pro-Rata-Verfahren werden zunächst alle Anfragen gesammelt und anschleßend antelg bedent. Allerdngs beten bede Verfahren auch Möglcheten zur Manpulaton wenn schon zu früh oder zu vele Kapaztäten reservert werden. Des st be der eplzten Auton besser geregelt. Je nachdem we vel Wert der Reserverung der Kapaztät zugemessen wrd werden Angebote abgegeben [36]. Dann werden de Angebote der Größe nach gesetzt und solange bedent bs de gesamte zur Verfügung stehende Netzapaztät vergeben st. Be der Auton erwrtschaftet der Autonator Erträge de den Netznutzern abzüglch aller NE-Kosten und evtl. noch notwendger Redspatch-Kosten zurücgegeben werden müssen. Es gbt häufg ene jährlche und ene monatlche Auton zur Reserverung von Kapaztäten sowe ene täglche Auton be der de reserverten Kapaztäten de ncht genutzt wurden (Use t or lose-t-prnzp) und de noch freen Kapaztäten autonert werden. Bld.5 verdeutlcht das Verfahren der Auton. Pres NE-Gebühr Kapaztätreserverungsangebote von Händlern P mazone A -B Lestung Bld.5: Eplzte Auton Als Vortele der Auton wären zu nennen dass das Verfahren sehr enfach zu mplementeren transparent und dsrmnerungsfre st. Der Hauptnachtel st neben der schon erwähnten nur puntuellen Lösung dass je freer der Mart sch entwcelt de Bestmmung der verfügbaren Netzapaztät m Voraus mmer schwerger wrd. Des Weteren besteht de Gefahr dass en Redspatch n vermaschten Netzen durchgeführt werden muss da der physalsche Lastfluss von den be der Auton zwschen den enzelnen Zonen ausgehandelten Fahrplänen abwecht. Um zu vermeden dass selbst n den etremsten Fällen en Redspatch nötg st müsste de Grenze der übertragbaren Lestung P mazone A - B für de Auton sehr len gewählt werden. Des st jedoch unöonomsch da möglcherwese free Kapaztäten ungenutzt bleben. In Kaptel..3. st für Deutschland der zetlche Verlauf des Martgeschehens mt der Auton beschreben.
Analyse der Eletrztätsversorgung hnschtlch des Netzengpass-Managements Das Maret-Splttng en Verfahren das hauptsächlch m Nordpool n Norwegen Anwendung fndet st en börsenbasertes Verfahren. Für de enzelnen Zonen wrd zunächst en ndvdueller gebetsnterner Martpres ermttelt (s. Bld.6) der von Zone zu Zone erheblch vareren ann. Durch das Enbrngen presunabhängger Angebote n en Gebet mt Lestungsdefzt (Verscheben der Angebotsurve für dese Zone nach rechts) sowe das glechzetge Enbrngen der presunabhänggen Nachfragen n ene Zone mt Lestungsüberschuss (Verscheben der Nachfrageurve für dese Zone nach rechts) werden de Martprese der enzelnen Zonen zu enem Martpres (Maret Clearng Prce MCP G ) für den gesamten Spot- Mart angepasst. Kann der Martpres ener Zone ncht an den gesamten Martpres angepasst werden so würde be ener weteren Erhöhung des Energeaustausches zwschen den Zonen en NE vorlegen. Um des zu verhndern glt n desem Fall für jede Zone en egener Martpres. Deses Verfahren ann nur dann effetv arbeten wenn m NE-Fall de physalsch-blateralen Verträge auch über den Spot-Mart gehandelt werden (Norwegen). Es werden postve langfrstge Investtonssgnale gesetzt. Darüber hnaus st deses Verfahren bedngt verursachergerecht da nur de betroffenen Gebete enen erhöhten Pres zahlen müssen. Pres K B K B Angebot (Zone B) P B P B MCP G Nachfrage (Zone B) Lestung Pres Nachfrage (Zone A) K A K A P A P A Angebot (Zone A) MCP G Lestung Pres K G Angebot (Alle Zonen) P G MCP G Nachfrage (Alle Zonen) Lestung P maab Bld.6: Bestmmung des Martpreses bem Maret Splttng (NE-Gefahr) Das Verfahren des Countertrade fndet am Ausglechsmart zwschen den Grenzen Schweden/Fnnland Anwendung. Es basert auf dem Kauf und Verauf von Energe am Ausglechsmart zur unmttelbaren Behebung der NE. Der Mart wrd wederum n geografsche Zonen engetelt sodass der NE zwschen den Zonen legt. Gebote an den Ausglechsmart werden nach Abschluss des Spot-Martes abgegeben. De Angebote m ersten Quadranten geben an we vel der ÜNB enem Erzeuger zur Erhöhung der Lestung zu zahlen hat während de Angebote m drtten Quadranten angeben welchen Betrag der ÜNB von den Erzeugern für de Senung der Lestung beommt. Zur Behebung enes NE versucht der ÜNB nach dem Prnzp der gerngsten Kosten Energe n der Defztzone anzuaufen und glechzetg Energe n der Überschusszone zu veraufen.