In der vorliegenden Masterarbeit werden die Zusammenhänge und die Auswirkungen der Windstromeinspeisung in der Nordsee-Region auf den grenzüberschreitenden Day-Ahead Stromhandel untersucht. Dabei umfasst die im Rahmen dieser Arbeit betrachtete Nordsee-Region die Länder Belgien, Deutschland, Frankreich, Niederlande, Großbritannien, Irland, Norwegen und Schweden. Auf Basis realer Zeitreihen aus dem Jahr 2012 werden anhand von Korrelationsanalysen die Zusammenhänge zwischen der Windstromeinspeisung und den grenzüberschreitenden Austauschfahrplänen (CBS), den maximal handelbaren Übertragungskapazitäten (NTC) und den Börsenstrompreisen untersucht.
Weiterhin wird ein vereinfachtes Strommarktmodell erstellt, um Stromhandelstendenzen für das Szenariojahr 2020 unter der Berücksichtigung eines zunehmenden Windenergieausbaus abschätzen zu können. Auf Basis der Szenariorechnungen wird anhand der Austauschfahrpläne und gemittelter Grenzauslastungen gezeigt, wie sich der grenzüberschreitende Stromhandel im Jahr 2020 darstellen könnte und welche Veränderungen sich zum Referenzjahr 2012 einstellen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung der Arbeit
1.2 Stand der Forschung und Abgrenzung zu anderen Arbeiten
1.3 Aufbau der Arbeit
2 Datenerhebung und -aufbereitung
3 Grundlagen des europäischen Stromhandels
3.1 Struktur des europäischen Verbundnetzes unter dem Dach der ENTSO-E
3.2 Meilensteine und Status quo des europäischen Strombinnenmarkts
3.3 Strommärkte und deren Marktkopplung
3.4 Strompreisbildung und der Merit-Order-Effekt
3.5 Physikalische Flüsse und handelbare Übertragungskapazitäten
4 Die Nordsee-Region
4.1 Geografische Übersicht
4.2 Charakteristika der Lastgänge
4.3 Charakteristika der Strommärkte und der Börsenstrompreise
4.4 Windenergieausbau
4.4.1 Status quo 2012
4.4.2 Ausbauszenarien für 2020
4.5 Netzinfrastruktur
4.5.1 Übertragungskapazitäten Stand 2012
4.5.2 Geplanter Netzausbau bis 2020
5 Grenzüberschreitender Stromhandel in der Nordseeregion im Jahr 2012
5.1 Auslastung der Interkonnektoren
5.2 Zusammenhang zwischen der Grenzauslastung und der Börsenstrompreise
5.3 Korrelationsanalyse zwischen den prognostizierten Windeinspeisungen und ausgewählten Größen
5.3.1 Zusammenhang zwischen der Windeinspeisung und CBS
5.3.2 Zusammenhang zwischen der Windeinspeisung und NTC
5.3.3 Zusammenhang zwischen der Windeinspeisung und Strompreisen
5.4 Zwischenfazit
6 Abbildung des Strommarktes in einem Optimierungsmodell
6.1 Einführung in die Optimierung und allgemeine mathematische Formulierung
6.2 Modellbeschreibung und -funktionsweise
6.3 Spezifische Formulierung des Strommarktmodells als quadratisches Problem
6.3.1 Erstellung und Implementierung der Kostenfunktion
6.3.2 Gleichungssystem zur Deckung der Last
6.3.3 Matrixstruktur des Optimierungsproblems
6.4 Annahmen und Vereinfachungen des formulierten Strommarktmodells
6.5 Verifizierung und Validierung des Strommarktmodells
6.5.1 Testmodell mit vier Beispielregionen
6.5.2 Validierung anhand historischer Daten für das Jahr 2012
7 Szenariorechnungen für das Jahr 2020
7.1 Modelleingangsdaten für die Szenariorechnungen
7.1.1 Kostenfunktionen der konventionellen Kraftwerke
7.1.2 Einspeisung der erneuerbaren Kraftwerke
7.1.3 Stromverbrauch und Lastgänge
7.1.4 Übertragungskapazitäten der Grenzkuppelstellen und Netzausbau
7.2 Auswertung der Modellergebnisse
7.2.1 Szenario EU2020 Wind
7.2.2 Szenario EU2020 W/N
8 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht die Auswirkungen der Windstromeinspeisung in der Nordsee-Region auf den grenzüberschreitenden Day-Ahead Stromhandel, um Zusammenhänge zwischen Windkraftausbau und Strommarktintegration zu bewerten und zukünftige Handelstendenzen für 2020 zu modellieren.
- Analyse der Windstromeinspeisung und deren Korrelation mit Strompreisen und Handelsfahrplänen.
- Untersuchung der Auslastung von grenzüberschreitenden Übertragungskapazitäten (Interkonnektoren).
- Entwicklung eines mathematischen Strommarktmodells auf Basis historischer Daten von 2012.
- Szenarioanalyse für das Jahr 2020 unter Berücksichtigung verschiedener Windenergieausbaustufen und Netzerweiterungen.
Auszug aus dem Buch
1.1 Zielsetzung der Arbeit
Ziel der Arbeit ist, es Zusammenhänge und Auswirkungen der Windstromeinspeisung auf den grenzüberschreitenden Handel an den Day-Ahead Strommärkten auf Basis realer Zeitreihen zu untersuchen und zu bewerten. Dabei sollen Aussagen über grundsätzliche Zusammenhänge getroffen werden und nicht nur einzelne Zeitpunkte betrachtet werden. Des Weiteren soll mit Hilfe eines Strommarktmodells die Entwicklung der grenzüberschreitenden Stromhandelstendenzen für verschiedene Szenarien im Jahr 2020, mit einem weiteren Windenergieausbau in Europa berechnet und mit dem Referenzjahr 2012 verglichen werden. Die Arbeit beinhaltet die Entwicklung und Modellbildung des verwendeten Strommarktmodells und dessen Validierung.
Zur Erreichung der Ziele sind folgende Fragestellungen für die untersuchte Nordsee-Region zu beantworten:
• Welche Effekte können beim Stromhandel auftreten, wenn es an den Grenzkuppelstellen zu Netzengpässen kommt?
• Besteht eine Abhängigkeit zwischen den grenzüberschreitenden Fahrplänen (CBS), den maximal handelbaren Übertragungskapazitäten (NTC) und den Day-Ahead Börsenstrompreisen gegenüber der prognostizierten Windstromeinspeisung?
• Wie könnte sich der grenzüberschreitende Stromhandel und die Auslastungen an den Grenzkuppelstellen unter Berücksichtigung eines zunehmenden Windenergieausbaus im Jahr 2020 entwickeln?
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung definiert die Zielsetzung der Arbeit sowie den wissenschaftlichen Kontext unter Berücksichtigung der europäischen Energieziele und Herausforderungen durch volatile Windstromeinspeisung.
2 Datenerhebung und -aufbereitung: Dieses Kapitel beschreibt die Quellen und die methodische Konsistenzprüfung der für die Analyse notwendigen Zeitreihendaten von Übertragungsnetzbetreibern und Strombörsen.
3 Grundlagen des europäischen Stromhandels: Hier werden die Struktur des ENTSO-E Verbundnetzes, Marktkopplungsverfahren, die Bedeutung des Merit-Order-Effekts sowie die Begriffe NTC und CBS erläutert.
4 Die Nordsee-Region: Dieses Kapitel liefert eine detaillierte Charakterisierung der untersuchten Strommärkte, Lastgänge und des Windenergieausbaus in der Nordsee-Region für das Jahr 2012 sowie Ausblicksszenarien für 2020.
5 Grenzüberschreitender Stromhandel in der Nordseeregion im Jahr 2012: Analyse der realen Handelsdaten von 2012, insbesondere der Auslastung von Interkonnektoren und Korrelationen zwischen Windeinspeisung, NTC und Börsenstrompreisen.
6 Abbildung des Strommarktes in einem Optimierungsmodell: Beschreibung des entwickelten mathematischen Optimierungsmodells zur Simulation des Stromhandels, inklusive der mathematischen Formulierung, der Annahmen und der Validierung.
7 Szenariorechnungen für das Jahr 2020: Anwendung des Modells auf zwei Szenarien (EU2020 Wind sowie EU2020 W/N) zur Prognose der Auswirkungen des Windenergieausbaus und des Netzausbaus auf den europäischen Stromhandel.
8 Zusammenfassung und Ausblick: Abschließende Synthese der Ergebnisse aus den Datenanalysen und Modellrechnungen sowie Vorschläge für zukünftige Forschungsschwerpunkte.
Schlüsselwörter
Windenergieausbau, Marktintegration von Windenergie, Strommarktkopplung, grenzüberschreitender Stromhandel, Merit-Order-Effekt, Residuallast, NTC, Interkonnektoren, Day-Ahead Strommarkt, Strommarktmodell, Optimierung, Netzengpässe, EU-Energiepolitik, Versorgungssicherheit, Energiebilanz
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit?
Die Arbeit untersucht, wie der zunehmende Ausbau der Windenergie in der Nordsee-Region den grenzüberschreitenden Stromhandel beeinflusst und welche Auswirkungen dies auf die Strommärkte und Netzstrukturen hat.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Arbeit?
Zu den Kerngebieten zählen die Marktintegration erneuerbarer Energien, die Funktionsweise von Strommärkten und deren Kopplung, die physikalischen Grenzen der Übertragungsnetze sowie die Modellierung von Stromhandelstendenzen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist es, Zusammenhänge zwischen der Windstromeinspeisung und dem grenzüberschreitenden Stromhandel zu quantifizieren und mittels eines Optimierungsmodells Prognosen für das Jahr 2020 zu erstellen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt korrelative Analysen realer Daten aus dem Jahr 2012 sowie ein quadratisches Optimierungsmodell zur Simulation von Stromhandelstendenzen.
Welche Inhalte umfasst der Hauptteil?
Der Hauptteil behandelt die energiewirtschaftlichen Grundlagen, die Analyse historischer Daten aus 2012, die methodische Entwicklung eines Strommarktmodells und die Durchführung von Szenariorechnungen für das Jahr 2020.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Untersuchung?
Wesentliche Begriffe sind Windenergieausbau, Strommarktkopplung, Merit-Order-Effekt, NTC, Interkonnektoren und grenzüberschreitender Stromhandel.
Was ist unter dem "Merit-Order-Effekt" im Kontext der Arbeit zu verstehen?
Es handelt sich um einen Preissenkungseffekt am Strommarkt, der dadurch entsteht, dass Anlagen mit geringen Grenzkosten (wie Windkraft) teurere konventionelle Kraftwerke im Gebotsverfahren verdrängen.
Warum wird Dänemark für die Analyse unterteilt?
Dänemark ist energetisch in zwei synchron getrennte Netzgebiete (West und Ost) gegliedert, die unterschiedlichen synchronen Regionen der ENTSO-E angehören, weshalb sie im Stromhandel als getrennte Marktregionen betrachtet werden.
Was zeigt das entwickelte Optimierungsmodell für das Jahr 2020?
Die Szenariorechnungen zeigen, wie sich ein weiterer Windenergieausbau und ein zusätzlicher Netzausbau auf das Handelsvolumen und die Auslastung der grenzüberschreitenden Verbindungen auswirken.
- Quote paper
- Timo Jurado Ramírez (Author), 2013, Auswirkungen des Windenergieausbaus in der Nordsee-Region auf den grenzüberschreitenden Stromhandel, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/287583
