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Integratives Strommarktmodell 6.7.2016

Forscher des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln untersuchen die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Speichertechnologien und konventionellen Kraftwerken.
© EWI

Energiespeicher im Stromsystem analysieren

Wissenschaftler entwickelten ein integratives Strommarktmodell und analysierten dabei, wie das optimale Zusammenspiel aus Speichern, Netzen und Stromerzeugung im europäischen Stromsystem aussieht. Das Modell identifiziert ein Stromsystem, das bei minimalen Kosten ein effizientes Zusammenwirken aller genannten Komponenten möglich macht.

Projektstatus Projekt abgeschlossen
Projektlaufzeit August 2013 bis Dezember 2015

Die Minderung von klimaschädlichen Emissionen, die Steigerung der Energieeffizienz und der Ausbau erneuerbarer Energien sind neben einer sicheren und bezahlbaren Energieversorgung zentrale Ziele der europäischen und deutschen Energie- und Klimapolitik. Die Stromerzeugung hat dabei besondere politische Rückendeckung. Diese politischen Ziele haben gravierende Auswirkungen auf die Entwicklung des Strommarkts und verändern dessen Struktur grundlegend. Besonders die Zusammensetzung des Energiemix ist maßgeblichen Veränderungen unterworfen. Durch die unstete Einspeisung erneuerbarer Energien steigt der Bedarf an flexiblen Technologien (zu denen auch Speicher zählen), die auf diese Schwankungen schnell reagieren können, um im Ernstfall die Stromversorgung zu sichern. Speicher können aufgrund ihrer technischen Eigenschaften einen wesentlichen Beitrag zur Absicherung der Erneuerbaren leisten, ihre Rolle im Stromsystem ist aber noch nicht ausreichend erforscht, um ihr volles Potenzial abschätzen zu können.

Um die zukünftige Rolle von Energiespeichern für die Stromversorgung in Europa ökonomisch bewerten zu können, analysiert das Energiewirtschaftliches Institut an der Universität zu Köln (EWI) in diesem Projekt eine vergleichende Wirtschaftlichkeit. Der Fokus liegt dabei auf den Wechselwirkungen und Konkurrenzbeziehungen zwischen verschiedenen Speichertechnologien und konventionellen Kraftwerken. Diese werden zusätzlich im technischen und ökonomischen Zusammenspiel mit den Stromnetzen untersucht. Aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften ist die  ökonomische Bewertung von Speichern sehr anspruchsvoll.

Die verschiedenen Teilprojekte des Projektes werden den Stand der aktuellen Forschung vorantreiben und das Verständnis für das Zusammenspiel von Energiespeichern mit dem gesamten Stromsystem fördern. Der Schwerpunkt liegt auf der Rolle aktueller und zukünftiger Speichertechnologien sowie deren Funktion und Bedeutung im Zusammenhang  mit anderen Teilen des Energieversorgungssystems (z. B. konventionellen Kraftwerken, erneuerbaren Energien und Übertragungsnetzen). Diese umfassende Vorgehensweise zeichnet das Projekt gegenüber bisherigen Forschungsvorhaben aus.

Die gewonnenen Erkenntnisse  der Teilprojekte werden in einem integrativen Strommarktmodell zusammengeführt. Es wird dabei analysiert, wie das optimale Zusammenspiel aus Speichern, Netzen und Stromerzeugung im europäischen Stromsystem gestaltet werden kann. Das so entwickelte Modell des Strommarktes ermöglicht es dann ein Stromsystem zu bestimmen, das bei minimalen Kosten ein effizientes Zusammenwirken aller genannten Komponenten ermöglicht.

Teilprojekte

Teilprojekt 1
Berücksichtigung von Unsicherheiten bei der Modellierung von Strommärkten: Ziel dieses Teilprojekts ist es, ein Verständnis der Einflüsse von Unsicherheiten auf den Strommarkt zu schaffen. Insbesondere durch den ansteigenden Ausbau von erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie spielen Prognoseunsicherheiten über die Erzeugung in Strommärkten eine wesentliche Rolle. Im Rahmen der Bearbeitung wurde ein Fokus auf die Analyse der Auswirkungen von Prognoseunsicherheiten auf den Handel in kurzfristigen Strommärkten (Day-ahead- und Intraday-Markt) gelegt.

Teilprojekt 2
Investitionsverhalten von Speicherbetreibern – Agentenbasierte Modellierung des Energiesystems: Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Auswirkungen unterschiedlicher Markt- und Informationsstrukturen auf das Bieterverhalten von Erzeugern und Speicherbetreibern am Day-Ahead und Regelenergiemarkt zu analysieren. Ein genaues Verständnis dieser Märkte und der Verdienstmöglichkeiten von Teilnehmern auf diesen ist Grundvoraussetzung für ein Verständnis des Investitionsverhaltens von Speicherbetreibern. Fokus der Untersuchung bildet die Untersuchung von verschiedenen Informationsbereitstellungen an die Teilnehmer in Uniform Pricing (UP) und Discriminatory Pricing (DP) Auktionen. Diese sind die am häufigsten verwendeten Auktionstypen auf Day-Ahead und Regelenergiemärkten. Die gewonnenen Ergebnisse wurden auf Basis von ökonomischen Kriterien wie Wohlfahrt, Preisen und Erzeugungsmengen in den Märkten beurteilt.

Teilprojekt 3
Die Rolle von Speichern in Übertragungsnetzen: Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Wechselwirkung von Übertragungsnetz und Erzeugungskapazitäten (u.a. Speichern) zu analysieren. Fokus der Untersuchung bildet die Optimierung von Allokation und Einsatz von Erzeugungs-, Netz- und Speicherkapazitäten. Hierbei gilt es, den kostenoptimalen Zubau der entsprechenden Kapazitäten zu bestimmen. Die gewonnenen Ergebnisse werden auf Basis von technischen, ökonomischen und ökologischen (CO2) Kriterien beurteilt.

Teilprojekt 4
Integrationsteil: Ziel dieses Teilprojekts ist die Integration der Erkenntnisse aus den Teilarbeitspaketen in eine Gesamtsystemanalyse. Dieser Ansatz erlaubt es, das optimale Zusammenspiel aus Speichern, Netzen und Erzeugung im europäischen Verbundsystem zu untersuchen. So liegt ein Fokus auf der Analyse der Rolle, von Speicherkraftwerken bei der Integration fluktuierender erneuerbarer Energien und der darauf basierenden optimalen Netzinfrastruktur. Durch die Verknüpfung der generierten Ergebnisse der vorangegangenen Arbeitspakete können weitere Erkenntnisse gewonnen werden und Wechselwirkungen sowie mögliche Probleme einer integrierten Betrachtung identifiziert werden. Hierbei entsteht ein klarer Mehrwert gegenüber einer losgelösten Betrachtung der verschiedenen Teilprojekte.

Veröffentlichungen und Konferenzteilnahmen

Innerhalb des Forschungsprojekts wurden Erkenntnisse in wissenschaftlichen Papieren und durch Konferenzbeiträgen der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Aus dem Projekt resultierten insgesamt vier Veröffentlichungen:

Zusätzlich wurden die Erkenntnisse auf renommierten energiewirtschaftlichen Fachkonferenzen vorgestellt. Hierzu gehören unter anderem:

  • EASAC Electricity Storage Study - 2nd project Meeting, Juni 2015, Cologne: Congestion management in power systems – Long term modeling framework and large scale application. Joachim Bertsch, Simeon Hagspiel, Lisa Just.
  • 2. Wissenschaftsdialog der Bundesnetzagentur, September 2014, Bonn: Coordination between electricity generation and transmission – modeling framework and large scale application. Joachim Bertsch, Simeon Hagspiel, Lisa Just.
  • 14th IAEE European Conference, Rom, October 2014: The Up- and Downside of Hiding Information - Zonal vs Nodal Pricing in Electricity. Joachim Bertsch.
  • 14th IAEE European conference 2014, Rom: Coordination between electricity generation and transmission – modeling framework and large scale application. Joachim Bertsch, Simeon Hagspiel, Lisa Just.
  • IAEE / YEEES European PhD-students Day 2014, Rom: Coordination between electricity generation and transmission – modeling framework and large scale application. Joachim Bertsch, Simeon Hagspiel, Lisa Just.
  • 39th IAEE International conference 2016, Bergen: How to Sell Renewable Electricity - Interactions of the Intraday and Day-Ahead Market Under Uncertainty. Andreas Knaut, Frank Obermüller. Winner of the IAEE Best Student Paper Award.
Gefördert durch die Bundesregierung aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Termine

24. Januar 2018
6. Batterieforum Deutschland

13. März 2018
Energy Storage Europe 2018

13. März 2018
Energiespeicher & Wärmepumpentechnologie

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Infobox

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.