Die Reaktion des Energiemarkts auf Veränderte Rahmenbedingungen

Die Reaktion des Energiemarkts auf veränderte Rahmenbedingungen

Henning Schneider
Friday, February 24, 2017

Eine Analyse, wie der Energiemarkt auf ein verändertes Umfeld reagiert

Analyse der Reaktion des Strommarkts auf veränderte Rahmenbedingungen

Nach der Vorstellung des Das Energiemarktmodell gehört der folgende Artikel zur Reihe der Die Komplexität von Energiemarkt meistern und analysiert mit Hilfe von Szenarien die Reaktionen des Strommarktes auf veränderte Rahmenbedingungen. Auch in der Realität ist der Strommarkt einem stetigen Wandel unterworfen. Die Rahmenbedingungen werden einerseits durch regulatorische Eingriffe (z.B. im kürzere Abstände für die Novellierungen des EEG) andererseits durch den technischen Fortschritt (z.B. der flächenmäßige Einsatz von Smart Metern) verändert. Die Auswirkungen einer höheren Wettbewerbsintensität, durch neue Akteure auf dem Strommarkt, werden in einem späteren Beitrag im Rahmen der Geschäftsmodelle näher betrachtet.

Zur strukturierten Analyse der Reaktionen des Strommarkts werden zunächst die wichtigsten Faktoren des Strommarkts identifiziert, kategorisiert und darauf aufbauend Szenarien für unterschiedliche Rahmenbedingungen definiert (inspiriert durch Shell Scenarios).

Die Faktoren können in 3 Gruppen eingeteilt werden:

Unwichtige Faktoren
Diese Faktoren haben geringe Auswirkung auf andere Elemente des Modells und müssen daher nicht näher analysiert werden.
Vorherbestimmte Faktoren
Diese Faktoren haben große Auswirkung auf andere Elemente des Modells sind aber in Ihrer späteren Ausprägung gut prognostizierbar.
Schlüssel Faktoren
Schlüssel Faktoren haben sowohl eine große Auswirkung auf andere Elemente des Modells, zeichnen sich aber gleichzeitig durch eine hohe Unsicherheit bezüglich ihrer zukünftigen Ausprägung aus.

Unimportant Factors Energy Image Blog Post

Eine Analyse aller sechs Faktoren würden den Rahmen dieses Beitrags sprengen, daher konzentriert sich der Beitrag auf zwei Faktoren. Diese werden später auch zur Veranschaulichung der Szenarioplanung genutzt:

Kosten konventionelle Energie - Schlüssel Faktor
Zielvorgabe für Anteil erneuerbarer Energie - vorherbestimmter Faktor

Die Kosten für konventionelle Kraftwerkskapazitäten haben direkten Einfluss auf die erzielbaren Margen, zeichnen sich aber auch durch eine hohe Unsicherheit aus, da die Kosten teilweise schwer prognostizierbar sind. Beispielsweise werden die Brennstoffkosten für konventionelle Kraftwerke maßgeblich durch den Markt bestimmt (über die Börse gehandelt) und unterliegen daher einer schwer prognostizierbaren Volatilität.

Die politische Zielvorgabe für den Anteil erneuerbarer Energie und die damit verbundene staatliche Förderung ist zumindest auf dem deutschen Strommarkt ein wichtiger Bestandteil der erzielbaren Margen für erneuerbare Energien. Die Zielvorgabe ist aber auch ein vorherbestimmter Faktor. Z.B. werden über das Energieziel 2050 Zielmarken für den Anteil erneuerbarer Energien für die Zukunft festgeschrieben. In der späteren Analyse wird sich zeigen, dass die Szenarioplanung auch für vorherbestimmte Faktoren aufschlussreich ist. Dies gilt insbesondere für den internationalen Vergleich von Strommärkten und die Analyse unterschiedlicher Förderregime, die maßgeblich von der Zielvorgabe abhängig sind.

Basisszenario

Bevor die Analyse mit Hilfe von Szenarien durchgeführt wird, macht es Sinn im Rahmen des Basisszenarios die vorgestellten Zusammenhänge des Kausalschleifendiagramms darzustellen und grafisch zu erklären.

Supply and Demand in the Basic Scenario Graph

Im oberen Diagramm ist der Verlauf für das Angebot und die Nachfrage des Basisszenarios abgebildet. Die beiden Kurven sind relativ stabil und verdeutlichen das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage. Die geringe Volatilität wird durch die schwankende Stromproduktion der erneuerbaren Erzeugungskapazitäten verursacht, da diese dargebotsabhängig ist. Dies bedeutet, dass die reale Produktion erneuerbarer Erzeugungskapazitäten vom Dargebot von Wind und Sonne abhängig ist. Z.B. hat eine Windturbine in Deutschland nur einen Jahresnutzungsgrad von ca. 20%, eine Photovoltaikanlage von nur ca. 15%.

In der Realität muss für die Zeiten, in denen Angebot und Nachfrage nicht ausgeglichen sind, Regelenergie eingesetzt werden. Beispielsweise übersteigt zu Beginn der Simulation das Angebot (Stromeinspeisung) die Nachfrage (Stromentnahme), es liegt daher ein Leistungsüberschuss im Netz vor. In diesem Fall benötigt der Netzbetreiber negative Regelenergie, welche kurzfristig dem Netz Strom entzieht, um das Netz wieder ins Gleichgewicht zu bringen.

Im nächsten Diagramm werden die Marktkapazitäten der jeweiligen Erzeugungsform im Zeitverlauf dargestellt. Es fällt auf, dass die konventionellen Kapazitäten insgesamt abgebaut und erneuerbare Kapazitäten aufgebaut werden. Das Verhältnis zwischen erneuerbarer und konventioneller Energie verschiebt sich also zu Gunsten der erneuerbaren Energie.

Entscheidend für den Auf- und Abbau von Kapazitäten sind wie bereits erwähnt die erzielbaren Margen der einzelnen Erzeugungsformen. Eine genauere Analyse der erzielbaren Margen ist daher wichtig. Das nächste Diagramm zeigt die Margen für erneuerbare und konventionelle Energie und zeigt auch den Strompreis auf dem simulierten Strommarkt.

Achievable Margins and Electricity Price Graph

Wie erwartet, unterscheiden sich die erzielbaren Margen nach Art der Energieerzeugung. Während mit erneuerbaren Energien im gesamten Simulationszeitraum positive Margen erzielt werden sind die Margen für die konventionelle Stromerzeugung nur bei hohen Strompreisen im positiven Bereich. Hier sieht man die Gründe für die abnehmende konventionelle Kapazität und die steigende erneuerbare Kapazität des Basisszenarios.

Die höhere Marge für erneuerbare Energien resultiert aus der staatlichen Förderung die im Modell durch den Abstand zwischen dem realen Anteil erneuerbarer Energie und dem politischen Ziel abgeleitet wird. Die Subvention ist daher neben dem erzielbaren Strompreis (Börsenpreis) eine weitere Erlösquelle und führt zu positiven Margen. Im Simulationszeitraum steigt der Anteil der erneuerbaren Energien stetig an und spiegelt das politische Ziel der Simulation wieder (20% reale Stromproduktion aus erneuerbaren Energien).

Analyse der Szenarien

Die Erkenntnisse aus dem Basisszenario sollen im Folgenden genutzt werden um die Reaktionen des Strommarkts auf sich ändernde Rahmenbedingungen analysieren zu können. Hierzu werden Szenarien eingesetzt, in denen die beiden vorgestellten Faktoren (Kosten für konventionelle Energie und politische Zielvorgabe) variiert werden. Anschließend werden die resultierenden Ergebnisse für Strompreise, Marktkapazitäten und das Verhältnis von Angebot und Nachfrage näher erläutert.

Aus den zwei untersuchten Faktoren können vier Szenarien gebildet werden. Die Szenarien werden nicht nur zur Erklärung der Zusammenhänge auf dem Energiemarkt genutzt, sondern auch für die spätere Analyse zukünftiger Geschäftsmodelle eingesetzt. Geschäftsmodelle, die bei verschiedenen Szenarien funktionieren bzw. robust gegen veränderte Rahmenbedingungen sind sollten bevorzugt umgesetzt werden und verringern das Risiko von Fehlinvestitionen und -entscheidungen.

Die 4 Szenarien haben die folgenden Eigenschaften:

Teure Energie
Hohe Kosten für konventionelle Erzeugungskapazitäten und ein niedriges staatliches Ziel für den Anteil erneuerbarer Energie
Konventionelle Energie
Niedrige Kosten für konventionelle Erzeugungskapazitäten und ein niedriges staatliches Ziel für den Anteil erneuerbarer Energien
Erneuerbare Energie
Hohe Kosten für konventionelle Erzeugungskapazitäten und ein hohes staatliches Ziel für den Anteil erneuerbarer Energie
Billige Energie
Niedrige Kosten für konventionelle Erzeugungskapazitäten und ein hohes staatliches Ziel für den Anteil erneuerbarer Energie

Vergleich der Szenarien erneuerbare und konventionelle Energie

Für den Vergleich der beiden Szenarien Erneuerbare und Konventionelle Energie werden nachfolgend die Diagramme für die erzielbaren Margen und die resultierenden Strompreise analysiert.

Im Szenario Erneuerbare Energie sind die erzielbaren Margen für erneuerbare Energie im gesamten Simulationszeitraum im positiven Bereich. Die Margen für konventionelle Energie sind auf Grund der niedrigen Strompreise im Zeitraum negativ. Konventionelle Kapazitäten sollten daher abgebaut, während erneuerbare Kapazitäten aufgebaut werden sollten.

Für das Szenario Konventionelle Energie sind die Margen für konventionelle Energie höher als für erneuerbare Energie. Bei höheren Preisen werden positive Margen erzielt. Der Abbau der erzielbaren Margen zu Beginn der Simulation sind zum einen durch einen Abbau der staatlichen Förderung (niedrige Zielvorgabe) für erneuerbare und zum anderen durch die zunächst sinkenden Preisen zu erklären.

Vergleich der Szenarien billige und teure Energie

Für die Szenarien Billige und Teure Energie ist eine genauere Betrachtung der Marktkapazitäten sowie das Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage bedeutend.

Im Szenario Billige Energie sind tendenziell steigende Marktkapazitäten zu beobachten. Durch die niedrigen Strompreise und die nicht vorhandene staatliche Förderung für konventionelle Energie steigen die konventionellen Marktkapazitäten nicht weiter an.

Im Szenario Teure Energie kann man sinkende Marktkapazitäten beobachten. Erst zum Ende der Simulation steigen die Marktkapazitäten für erneuerbare Energie wieder an. Die konventionellen Marktkapazitäten sind auf niedrigem Niveau. Auf Grund von Must-run-Kapazitäten sinken die konventionellen Kapazitäten nicht weiter ab. Diese sind notwendig, um Systemdienstleistungen für den sicheren Betrieb des Stromnetzes (zur Spannungs- und Frequenzhaltung oder die Bereitstellung von Blindleistung) zu gewährleisten.

Das Szenario Billige Energie ist durch Überkapazitäten gekennzeichnet. Das Angebot übersteigt im gesamten Simulationszeitraum die Nachfrage. Der Strompreis auf dem Energiemarkt sinkt.

Das Diagramm zeigt das im Szenario Teure Energie sowohl das Angebot als auch die Nachfrage sinken. Für einen langen Zeitraum übersteigt das Angebot die Nachfrage und sorgt damit für steigende Preise. Zum Ende der Simulation hat der simulierte Energiemarkt ein neues Gleichgewicht gefunden.

Zusammenfassung der Erkenntnisse aus dem Energiemarktmodell:

Die untersuchten Faktoren (Kosten konventionelle Energie und Staatliche Zielvorgabe) haben wie erwartetet einen großen Einfluss auf den Strommarkt
Höhere Preise reizen über positive Margen einen Kapazitätszubau an
Sind Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt in Balance, sind auch die Strompreise stabil
Die erzielbaren Margen sind die entscheidende Triebfeder für die Stromproduzenten
Um Marktversagen (Überangebot, zu geringer Zubau erneuerbare Energien) zu verhindern, muss die staatliche Förderung fortlaufend an das aktuelle Marktgeschehen angepasst werden (kurze Regulierungszyklen sind das Resultat)
Die vorherrschenden Marktbedingungen und das Verhältnis zwischen den Marktkapazitäten bestimmen die erzielbaren Margen und damit die Geschäftsmodelle
Das eigene Portfolio und insbesondere das Verhältnis zwischen konventioneller und erneuerbarer Kapazität ist für erfolgreiche Geschäftsmodelle entscheidend
Heute und wahrscheinlich auch in Zukunft müssen Geschäftsmodelle der Akteure des Strommarkts auch bei niedrigen Strompreisen funktionieren
Konventionelle Energieträger werden langfristig für die Stabilität auf dem Strommarkt benötigt (Stromproduktion aus erneuerbaren Energieträgern ist vom Dargebot von Wind und Sonne abhängig, Must-run-Kapazitäten)
Ein höherer Anteil von erneuerbaren Energien am Erzeugungsmix senkt tendenziell die Strompreise (Merit Order Effekt)