Die Auswirkungen von virtuellen Kraftwerken auf die Merit Order unter besonderer Berücksichtigung der Vermarktung von Strom aus erneuerbaren Energien

Bachelorarbeit von Simon Heiming

Einleitung:

Aus nahezu unerschöpflichen regenerativen Quellen wertvolle Energie zu gewinnen, übt sowohl auf ökologische wie ökonomische Überlegungen eine Faszination aus. § 1 des Erneuerbaren-Energie-Gesetz (EEG) beschreibt ökologische Ziele, welche durch eine ökonomische Förderung auf Grundlage dieser gesetzlichen Vorgabe erreicht werden sollen. Das Ziel dieser Förderung besteht ferner darin, diese Energien an den Markt heranzuführen, damit sie sich dort langfristig etablieren. Sie sollen in der Lage sein, sich ökonomisch konkurrenzfähig neben anderen Energieformen am Markt zu behaupten, ohne auf weitere unterstützende Förderungsinstrumente angewiesen zu sein. Dieses Ziel konnte bis zum heutigen Zeitpunkt bereits für einige der geförderten Energien erreicht werden, jedoch fehlte es durch das EEG an entsprechenden Anreizen zur Entwicklung von weiteren geeigneten Strukturen der Vermarktung.

An diese Stelle knüpft der Forschungsinhalt der vorliegenden Arbeit an. Hierbei steht das Konzept des Virtuellen Kraftwerks im Mittelpunkt, das als mögliche Struktur der zukünftigen Vermarktung in erster Linie nach ökonomischen Gesichtspunkten untersucht wird. Diese ökonomischen Gesichtspunkte bilden den Grundstein anfänglicher Teilnahmebereitschaft und einer davon ausgehenden möglichen Verbreitung dieser Technologie.

Die Idee des Virtuellen Kraftwerks entstammt ursprünglich der Findung einer geeigneten Vernetzung neu entstandener dezentraler Strukturen in der Stromerzeugung. Ein Wandel von Strukturen ist nicht selten ein Folgeeffekt wichtiger Ereignisse, wie es auch in Deutschland in den letzten Jahren zu beobachten war. Zu Beginn der vorliegenden Arbeit wird dieser Wandel untersucht, um das Konstrukt der aus diesem Umfeld stammenden Virtuellen Kraftwerke besser einordnen zu können.

Diese Technologie der Virtuellen Kraftwerke ist recht unbekannt und neuartig, eine Verbreitung innerhalb dezentraler Strukturen fand bisher nicht statt. Um der Frage nachzugehen, ob in Zukunft Änderungen zu erwarten sind, ist eine ökonomische Untersuchung auf dem deutschen Strommarkt angebracht. Hierfür ist es unabdingbar, den Handelsraum Virtueller Kraftwerke einzugrenzen und mit den marktwirtschaftlichen Interdependenzen an der Börse zu verknüpfen. Die recht vielfältigen Handelsmöglichkeiten an dieser Börse machen es notwendig, die Auswahl der Vermarktungsform nach Eignung und Konkurrenzfähigkeit zu unterscheiden.

Das Thema dieser Arbeit lässt vermuten, dass die Interaktion Virtueller Kraftwerke das Marktgeschehen beeinflusst. Die Untersuchung solcher möglichen Effekte ist angebracht, denn eventuell ändern sich neben der Teilnehmerstruktur auch Marktergebnisse wie Preise oder Handelsmengen. Eine solche Untersuchung muss derzeit noch unter der Annahme erfolgen, dass eine fiktive Menge an Virtuellen Kraftwerken am Marktgeschehen teilnimmt. In der deutschen Stromwirtschaft kann bisher nicht auf reale Situationen zurückgegriffen werden. Jedoch ist es in Ansätzen möglich, die Relevanz einer solchen Annahme zu spezifizieren. Durch eine ökonomische Untersuchung der Handelsmöglichkeiten an der Börse und einen sich daran anschließenden Vergleich zu anderen „Vermarktungsformen“ wird das Potential ermittelt. Damit werden die per Annahme ermittelten Auswirkungen am Strommarkt mit „Leben gefüllt“.

Diese Untersuchung stützt sich hauptsächlich auf Daten und Rahmenbedingungen aktueller Gültigkeit. Eine Relevanzbeurteilung bezieht sich auf die derzeitige Lage und lässt Ausblicke auf die zukünftige Entwicklung zu.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 3.1, Teilnahme als direkter Anbieter: Derzeit existieren für Virtuelle Kraftwerke drei verschiedene Märkte, um am Energiehandel als direkter Anbieter teilnehmen zu können. Es wird zwischen dem Angebot von Strom auf dem Regelenergiemarkt, dem Spotmarkt und dem Terminmarkt unterschieden.

Der Regelenergiemarkt ist ein Handelsumfeld, auf dem ein Übertragungsnetzbetreiber(ÜNB) als verantwortlicher Akteur Regelenergie zur Sicherung seiner Regelzone beschafft. Er sorgt unter Zuhilfenahme dieser Systemleistung für den Ausgleich von Über- und Unterspeisung in den Bilanzkreisen, die in seinem Netzgebiet liegen. Dabei ergibt sich die gesamte Menge der nötigen Regelenergie durch die Verrechnung aller Bilanzkreise in seiner Regelzone. In Deutschland schreiben die ÜNB Regelenergie in Form von Primärregelung, Sekundärregelung und Minutenreserve aus, die als zu bedienende Märkte für Stromproduzenten in Frage kommen. Diese drei Formen der Regelenergie unterscheiden sich hauptsächlich nach Rüstzeit, Einsatzzeitpunkt und Einsatzdauer. Die Primärregelung dient dem sofortigen Ausgleich und muss innerhalb von null bis 30 Sekunden einsatzbereit sein und liefert in einem Zeitfenster von 15 Minuten Regelenergie. Die Sekundärregelung bedient das gleiche Zeitfenster, allerdings wird eine volle Einsatzbereitschaft erst nach 5 Minuten verlangt. Den Zeitbereich nach den 15 Minuten regelt die Minutenreserve, welche maximal 60 Minuten eingesetzt wird.

Da die ÜNB für die Stabilität der Stromversorgung in ihrer Regelzone verantwortlich sind, muss für sie gewährleistet sein, dass die anbietenden Energieerzeuger zuverlässig ihren Strom bereitstellen. Bevor ein Virtuelles Kraftwerk Regelenergie liefern darf, wird es in einem so genannten Präqualifikationsverfahren auf Anforderungen nach dem Transmission Code 2003 geprüft. Für Virtuelle Kraftwerke kommt dadurch vor allem der Minutenmarkt in Frage. Die Leistung wird in diesem Fall immer am vorherigen Tag des möglichen Einsatzzeitraumes ausgeschrieben und ermöglicht eine variable Anpassung des Leistungsangebotes an z.B. saisonale- oder tageszeitliche Schwankungen. Die seitens der ÜNB nachgefragte Mindestkapazität von 15 MW jeder Ausschreibung für die Minutenreserve ist von kleinen Kraftwerken wie beispielsweise den KWK-Anlagen nicht zu erfüllen. Durch den Verbund in einem Virtuellen Kraftwerk erreichen sie durchaus die nötige Größe und können ebenfalls um die Ausschreibungen konkurrieren. Die Anforderung einer halbjährlichen Leistungsvorhaltung von 95% für die Sekundärregelung und 100 % bei der Primärregelung stellt eine für virtuelle Kraftwerke schwer zu nehmende Hürde da. Ein Einsatz in diesen Bereichen ist bisher nicht praktikabel.

Der Spotmarkt bildet neben dem langfristigen Terminmarkt den zentralen Kern der European Energy Exchange AG (EEX), welche 2001 aus der Fusion der deutschen Strombörsen in Leipzig (LPX) und Frankfurt (EEX) hervorgegangen ist. Die Bedeutung der Börse, speziell des Spotmarktes fußt auf der zeitweiligen Volatilität von Nachfrage und Angebot. Der Spotmarkt besitzt die Eigenschaft, Markträumung effizient, schnell, transparent und unter relativ geringen Transaktionskosten im Sinne einer effizienten Allokation zu ermöglichen.

Dieser Spotmarkt ist ein Stromangebotsmarkt für Virtuelle Kraftwerke, welcher als kurzfristiger Handelsbereich neben dem Regelenergiemarkt für den elektrischen Strom in Frage kommt. Der Hauptbereich des Spotmarktes wird Day-Ahead-Markt genannt, welcher in zwei Teilbereiche untergliedert werden kann. Im fortlaufenden Handel werden Verkauf-Order bei Vorhandensein einer passenden Kauf-Order sofort ausgeführt und der Vertragsschluss jederzeit möglich gemacht. Handelsgegenstand sind hauptsächlich Baseload- und Peakload-Kontrakte, die Lieferlängen von 12 sowie 24 Stunden zu je 1 MW die Stunde festlegen. Die physische Erfüllung erfolgt an dem darauf folgenden Tag nach Vertragsabschluss. Im Gegensatz dazu konzentriert der Auktionshandel am Markt vorhandene Liquidität und die damit einhergehenden Verkauf- und Kauf-Order für einen bestimmten Tag auf den Ausführungszeitpunkt um 12 Uhr mittags des jeweiligen Vortages. Gebotsgegenstand sind einzelne Stundenkontrakte mit je 0,1 MW Leistung. Dieser Kontrakt kann über den Liefertag, die Lieferstunde und den Lieferort eindeutig zugeordnet werden. Die punktuelle Konzentration durch Bündelung aller Verkauf- und Kauf-Order jeder Stunde erhöht das Handelsvolumen und ermöglicht eine effiziente Preisbildung am Markt.

Obwohl nur ungefähr 15 % des in Deutschland verbrauchten Stroms am Day-Ahead-Markt gehandelt wird, wird das über den Tag gemittelte Auktionsergebnis, der Physical-Electricity-Index (Phelix), als Referenzwert des Strompreises klassifiziert. Grund ist die gute Eignung dieser Institution, die realen Bedürfnisse und die Wertschätzung des Stromes abzubilden und monetär zu erfassen. Neben dem Day-Ahead-Markt existiert der Intra-Day-Markt als Bestandteil des Spotmarktes. Er dient jedoch an der Börse nicht primär dem wettbewerblichen Handel, sondern vorwiegend dem kurzfristigen Ausgleich von Fahrplanänderungen und Produktionsabweichungen.

Virtuellen Kraftwerken wird durch die Marktform des Day-Ahead-Marktes die Möglichkeit eröffnet, die oben angesprochene Volatilität ökonomisch zu verwerten. Diese Volatilität entsteht hauptsächlich dadurch, dass auf dem Day-Ahead-Markt Mengen gehandelt werden, deren Beschaffung oder Verkauf auf dem Terminmarkt nicht möglich war. Es entstehen unregelmäßige Schübe, die in dem Schnittpunkt von der Nachfrage- und Angebotsfunktion zu stark nach oben abweichenden Preisen führen können (Preis-Spikes). Beispielsweise benötigen tageszeitlich bedingte Lastschwankungen einen kurzfristigen Handel, auf dem zusätzliche Nachfrage per Zukauf bedient werden kann. Auch lösen bestimmte Witterungsverhältnisse Nachfrageschübe der Stromanbieter aus, da diese vertraglich an die Lieferung von ausreichend Strom an stärker nachfragende Endverbraucher gebunden sind. Weiterhin könnte ein ausfallendes Kraftwerk zu einer Verknappung des Angebots führen.

Um Preis-Spikes ökonomisch verwerten zu können, ist eine hohe Variabilität als Stromproduzent notwendig. Virtuelle Kraftwerke sind durch die intelligente Vernetzung ihrer Komponenten so ausgelegt, dass sie in Zeiten hoher Nachfrage zusätzlich Strom unter Einbeziehung ihrer Speicher einspeisen können und in Zeiten niedriger Nachfrage Speicherkapazität auffüllen. Hierfür eignen sich vorzugsweise große Speicherformen wie Pumpspeicherkraftwerke und Druckluftspeicher, die bei Volllast ca. 4 Stunden Strom liefern können. Durch dieses Peak-Shaving werden die Nachfragespitzen am Markt bedient und ökonomisch verwertet. Darüber hinaus ist eine gute Prognose der Witterungsverhältnisse des nächsten Tages nötig, damit die mögliche Menge des zu verkaufenden Stromes ausreichend abgeschätzt werden kann, um nicht unnötig teure Energie am Intra-Day-Markt nachordern zu müssen.

In der unten aufgeführter Grafik ist der volatile Verlauf der Durchschnittspreise des Spotmarktes 2006 innerhalb eines Tages stündlich in Euro/ Megawattstunde (€/ MWh) abzulesen. Es ist deutlich zu erkennen, dass die stärkere Lastnachfrage gegen Mittag und Abend zu erhöhten Preisen an der Börse führt...