Die Energiebranche ist derzeit gezeichnet von wechselnden ökonomischen und
rechtlichen Rahmenbedingungen sowie einer Verringerung der Auslastung
konventioneller Kraftwerke. In dieser Arbeit wird untersucht, ob das aktuelle
Strommarktdesign unter Berücksichtigung des zunehmenden Ausbaus erneuerbarer
Energien in der Lage ist, ein sicheres und nachhaltiges deutsches Kraftwerksportfolio zu
gewährleisten. Aus diesem Grund wird die Leistungsentwicklung des deutschen
Kraftwerksparks mit besonderer Berücksichtigung fossiler Technologien bis 2020 mithilfe
eines Modells prognostiziert, das Optionsbewertung und fixe Kosten von Anlagen
zusammenführt. Darauf aufbauend wird die Versorgungssicherheit Deutschlands auf Basis
einer Monte-Carlo-Simulation für die berechneten Szenarios ermittelt. Die Ergebnisse
zeigen, dass Neuinvestitionen in konventionelle Erzeugungskapazitäten sich nur in
Einzelfällen lohnen. Insgesamt sinken die konventionelle Kraftwerksleistung und – trotz
des massiven Ausbaus regenerativer Erzeugungstechnologien – das Niveau der
Versorgungssicherheit.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Rahmenbedingungen
1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit
2 Grundlagen des aktuellen Strommarktdesigns
2.1 Liberalisierung der Energiewirtschaft
2.2 Veränderte Wettbewerbsbedingungen
2.3 Marktdesign und Investitionen in Theorie und Praxis
2.3.1 Der energy-only Markt
2.3.2 Mögliche Gründe für Marktversagen
3 Modellierung der Leistungsentwicklung
3.1 Analyse und Modellbildung
3.1.1 Eingrenzung des Betrachtungsbereichs
3.1.2 Einflussgrößen auf die Wirtschaftlichkeit
3.2 Methodik und Verfahren
3.2.1 Bewertungsmethode
3.2.2 Mechanismus zur Leistungsentwicklung
3.2.3 Akteurverhalten
3.2.4 Clustering des Kraftwerksparks
4 Modellierung der Versorgungssicherheit
4.1 Grundlagen der Versorgungssicherheit
4.1.1 Begriffsklärung
4.1.2 Verantwortlichkeit für Versorgungssicherheit
4.2 Messung von Versorgungssicherheit
4.2.1 Kriterien zur Untersuchung der Versorgungssicherheit
4.2.2 Verfahrensarten zur Untersuchung der Versorgungssicherheit
4.3 Analyse und Modellbildung
4.3.1 Nachfrage
4.3.2 Konventionelle Kraftwerke
4.3.3 Windkraft
4.3.4 Photovoltaik
4.3.5 Wasserkraft, Biomasse, Geothermie
4.3.6 Systemdienstleistungen
4.3.7 Demand Side Management
4.3.8 Internationaler Stromhandel
4.4 Methodik und Implementierung
4.4.1 Zusätzliche Annahmen
4.4.2 Mathematische Darstellung der Modellierung
4.4.3 Technische Implementierung und Zufallsgeneratoren
5 Untersuchungen
5.1 Szenarios
5.2 Datenmodell
5.3 Ex-post Betrachtung – 2010 (Backtesting)
5.3.1 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.3.2 Versorgungssicherheit
5.3.3 Bewertung der Ergebnisse
5.4 Ex-ante Betrachtung – 2015 bis 2020
5.4.1 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
5.4.2 Versorgungssicherheit
5.4.3 Bewertung der Ergebnisse
5.5 Sensitivitätsuntersuchungen
5.5.1 Einfluss des Winddargebots
5.5.2 Einfluss der Stromnachfrage
5.5.3 Gesonderte Berücksichtigung von Systemdienstleistungen
5.5.3 Einfluss des Untersuchungszeitpunktes
6 Zusammenfassung und Ausblick
10 Anhang
A. Höchstlasten in Deutschland nach Datum und Uhrzeit
B. Unterscheidung der Arbeitsnichtverfügbarkeiten von Steinkohlekraftwerken in Deutschland
C. Personalbedarf in Kraftwerken
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht, ob das aktuelle deutsche Strommarktdesign unter Berücksichtigung des zunehmenden Ausbaus erneuerbarer Energien in der Lage ist, ein sicheres und nachhaltiges Kraftwerksportfolio zu gewährleisten. Dabei liegt der Fokus auf der Leistungsentwicklung konventioneller Kraftwerke sowie der Messung der Versorgungssicherheit mittels einer Monte-Carlo-Simulation bis zum Jahr 2020.
- Marktdesign und Investitionsanreize in liberalisierten Strommärkten
- Modellierung der Leistungsentwicklung des Kraftwerksparks
- Analyse der Versorgungssicherheit und deren Messmethoden
- Einfluss von erneuerbaren Energien (Wind, PV) auf den konventionellen Sektor
- Durchführung von Szenarioanalysen und Sensitivitätsuntersuchungen
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Bewertungsmethode
Typischerweise werden Investitionen mittels Kapitalwertmethode bewertet. Dabei werden Zahlungsströme von Ausgaben und Einnahmen für die jeweiligen Jahre zu einem Deckungsbeitrag zusammengefasst und mit einem kalkulatorischen Zinssatz diskontiert. In den letzten Jahren, insbesondere im Zuge der Liberalisierung der Strommärkte, entwickelte sich eine neue Sichtweise auf die Gewinnerwartung von Kraftwerken. Diese greift die Mechanismen des börslichen Stromhandels auf und basiert auf der Optionstheorie, um der unsicheren Entwicklung der Commodity-Preise Rechnung zu tragen. Im Folgenden wird eine Einführung in die Grundlagen der Optionsbewertung gegeben. Für eine ausführlichere Darstellung sei an dieser Stelle auf Standardwerke und weiterführende Literatur verwiesen: [38-40].
Eine Option stellt ein bedingtes Termingeschäft dar. Dabei sichert sich der Käufer durch Zahlung einer Optionsprämie an den Verkäufer das Recht, zu einem bestimmten Termin ein Gut (Underlying) zu einem festgelegten Basispreis (Strike) zu handeln. Zielt dieses Geschäft auf den Kauf ab, spricht man von einer Call-Option, im Falle eines Verkaufs handelt es sich um eine Put-Option. Der Wert einer Option bestimmt sich über die Differenz des aktuellen Kurses zum Basispreis.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung des Wandels in der Energiewirtschaft und der Fragestellung hinsichtlich der Versorgungssicherheit unter Berücksichtigung erneuerbarer Energien.
2 Grundlagen des aktuellen Strommarktdesigns: Erläuterung der Marktmechanismen im liberalisierten Strommarkt, der Bedeutung der Merit-Order sowie möglicher Ursachen für Marktversagen.
3 Modellierung der Leistungsentwicklung: Beschreibung der methodischen Herangehensweise zur Prognose der Kapazitätsentwicklung konventioneller Kraftwerke unter Verwendung eines Realoptionsmodells.
4 Modellierung der Versorgungssicherheit: Untersuchung der Grundlagen und Messmethoden der Versorgungssicherheit sowie Darstellung des Simulationsmodells unter Einbeziehung volatiler Einspeisung.
5 Untersuchungen: Anwendung der entwickelten Modelle auf verschiedene Szenarien (2010, 2015, 2020) und Durchführung von Sensitivitätsanalysen zur Überprüfung der Robustheit der Ergebnisse.
6 Zusammenfassung und Ausblick: Fazit der Arbeit bezüglich der Leistungsfähigkeit des Strommarktdesigns und Empfehlungen für weiterführende Forschungsansätze.
Schlüsselwörter
Strommarktdesign, Versorgungssicherheit, Erneuerbare Energien, Merit-Order, Kraftwerksportfolio, Realoptionsmodell, Monte-Carlo-Simulation, Energiewirtschaft, Kapazitätsmarkt, Residuallast, Investitionsanreize, Stromnachfrage, Windenergie, Photovoltaik, Systemdienstleistungen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit untersucht die Auswirkungen des massiven Ausbaus erneuerbarer Energien auf die Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit konventioneller Kraftwerksportfolios in Deutschland bis 2020.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind das energy-only Marktdesign, die Modellierung von Kraftwerksinvestitionen mittels Optionsbewertung, die Messung der Versorgungssicherheit sowie die Auswirkungen der Energiewende.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Beantwortung der Frage, ob der aktuelle liberalisierte Strommarkt ausreicht, um bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien weiterhin Anreize für eine sichere Stromversorgung zu schaffen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor verwendet eine Kombination aus einer Realoptionsbewertung zur Ermittlung des Kraftwerkseinsatzes und einer Monte-Carlo-Simulation zur Messung der Versorgungssicherheit (generation adequacy).
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Fundierung des Strommarktes, die Entwicklung eines Simulationsmodells zur Leistungsentwicklung und Versorgungssicherheit sowie die anschließende empirische Untersuchung verschiedener Zukunftsszenarien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Fachbegriffe sind Merit-Order, Residuallast, energy-only Markt, Realoptionsansatz, Versorgungssicherheit, generation adequacy und Monte-Carlo-Simulation.
Welches Fazit zieht der Autor zur Versorgungssicherheit 2015b?
In diesem Szenario zeigt sich, dass ein hoher Anteil fluktuierender Energien bei einem stark reduzierten konventionellen Kraftwerkspark das Sicherheitsniveau kritisch senkt, was eine verlässliche Deckung der Jahreshöchstlast erschwert.
Warum ist Photovoltaik für die Versorgungssicherheit in dieser Arbeit weniger relevant?
Da die Jahreshöchstlast in Deutschland vornehmlich an dunklen Winterabenden auftritt, leistet die Photovoltaik zu diesen kritischen Zeiten keinen relevanten Beitrag zur Stromerzeugung.
- Quote paper
- Dipl. Wirt.-Ing. David Willemsen (Author), 2011, Auswirkungen des Ausbaus erneuerbarer Energien auf konventionelle Kraftwerksportfolios, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/181077
