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Main Title: Effiziente Integration erneuerbarer Energien in den deutschen Elektrizitätsmarkt
Translated Title: Efficient Integration of Renewable Energies in the German Electricity Market
Author(s): Nabe, Christian A.
Advisor(s): Winje, Dietmar
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VII - Wirtschaft und Management
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Im Rahmen der Liberalisierung der Elektrizitätswirtschaft wird eine zunehmende Durchführung von Koordinationsaufgaben des Elektrizitätsversorgungssystems durch Märkte und Marktpreise angestrebt. In dieser Arbeit wird untersucht, wie Strommärkte gestaltet sein müssen, um eine effizienten Durchführung von Koordinationsaufgaben, die durch die Integration von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien in das System entstehen, zu gewährleisten. Die ermittelten Gestaltungsrichtlinien werden an der gegenwärtigen deutschen Marktgestaltung gespiegelt, um Handlungsempfehlungen abzuleiten. Zur Untersuchung wird der industrieökonomische Strukur-Verhalten-Ergebnis Ansatz angewendet, nach dem die Marktergebnisse unterschiedlicher Regulierungen von Marktstrukturen und Marktverhalten verglichen werden, um daraus Rückschlüsse auf die Effizienz der Regulierungsform abzuleiten. Die Integration von erneuerbaren Energien führt zu keinen grundsätzlich neuen Koordinationsaufgaben, sondern erschwert die in jedem Elektrizitätsversorgungssystem bestehenden. Im kurzfristigen Zeitbereich handelt es sich vor allem um die Bereitstellung und den Einsatz von Reserveleistung. Im langfristigen Zeitbereich betrifft dies die Abstimmung des Kraftwerksparks hinsichtlich der Verhältnisse von Investitions- zu Betriebskosten der einzelnen Kraftwerke und seiner Flexibilitätsstruktur auf die Charakteristika der erneuerbaren Energien. Die kurzfristigen Koordinationsaufgaben mit dem Netz bestehen aus erhöhten Anforderungen an das Netzengpassmanagement zur Erzielung eines kostenoptimalen Redispatchs. Langfristig muss zwischen den Kosten des Netzausbaus und des dauerhaften Engpassmanagements abgewogen werden. Bei der Durchführung der von erneuerbaren Energien beeinflussten Koordinationsaufgaben sind im kurzfristigen Zeitbereich zentrale und integrierte Marktarchitekturen den dezentraleren Architekturen überlegen: Die Erhöhung von kurzfristigen Koordinationsanforderungen erneuerbaren Energien durch die Inflexibilitäten von Erzeugern und Verbrauchern bedeutet eine erhöhte Informationsdichte, die bei der Koordination berücksichtigt werden muss. Werden diese Informationen in einem Markt zentralisiert, kann eine erhöhte produktive Effizienz des Kraftwerkseinsatzes erzielt werden. In Deutschland werden die gestiegenen Koordinationsaufgaben durch die Integration von Windgeneratoren geprägt. Die bestehende Marktarchitektur weist bei der Koordination im kurzfristigen Zeitbereich Ineffizienzen auf. Diese zeigen sich bei einer Analyse der Durchführungsregeln des Regelenergiemarktes sowie der dort erzielten Marktergebnisse in Form von deutlichen Abweichungen von wettbewerblichen Preisen. Die indirekte Integration von erneuerbaren Energien in den Strommarkt führt zu zusätzlichen Transaktionskosten durch Profiltransformationen. Die im Jahr 2004 erfolgte Novelle des Erneuerbare Energien Gesetzes, das die Marktintegration definiert, enthält Maßnahmen zur Verminderung dieser Ineffizienzen, jedoch wird am Prinzip der indirekten Integration festgehalten. Auf Basis der Analyseergebnisse werden Veränderungen der Regulierung der Marktstruktur vorgeschlagen. Eckpunkte sind die die Einführung einer Direktvermarktung sowie die Zentralisierung und Integration von kurzfristigen Koordinierungsaufgaben in einer Institution. Der Aufgabenbereich dieser Institution umfasst die Abwicklung des day-ahead-, intraday- und Regelenergiemarktes sowie des Netzengpassmanagements. Weiterer Forschungsbedarf besteht in der Quantifizierung von Effizienzgewinnen durch die vorgeschlagenen Maßnahmen sowie zur Analyse der Auswirkungen auf die Strompreisstruktur.
Liberalisation of the electricity sector aims to carry out coordination tasks within the system by markets and market prices. This study examines how markets need to be designed to carry out coordination tasks caused by integration of renewable energies in an efficient way. This question is applied to the German electricity system and recommendations are derived from identified deficits. The examination uses the structure-conduct-performance approach of industrial organisation economics. Integration of renewable energies does not result in entirely new coordination tasks but complicates those that exist in any electricity supply system. Within the short-term coordination tasks provision and operation of reserve capacity is affected by renewable energies. Long-term coordination means that the relation between fixed and variable costs of generators as well as generator flexibility has to be adjusted to the characteristics of renewable energies. The relevant short-term coordination task with the network is congestion management. In the long run costs of grid expansion and permanent congestion management have to be balanced. For the execution of short-run coordination tasks integrated and centralised market architectures are superior to decentralised architectures. The increase of short-term coordination tasks due to renewable energies caused by inflexibilities of consumers and conventional generators results in more information that has to be considered. By centralising that information in one market, an increase in productive efficiency can be obtained. In Germany the increased coordination tasks are determined by the integration of wind generators into the electricity system. The present German market architecture results in inefficiencies in short-term coordination. This is demonstrated by an analysis of procedural rules and prices of the ancillary service markets. They demonstrate that market performance is low and significant deviations from competitive prices can be found. The indirect integration of renewable energies in the market results in additional transaction costs due to additional load profile transformations. The revision of the German electricity feed-in law of 2004 includes measures to reduce these inefficiencies, but the principle of indirect integration is maintained. Based on the results of the analysis, adaptations of the market structure are proposed: A direct commercialisation of electricity on the market by owners of renewable energy systems as well as a centralisation and integration of short-term coordination tasks in one institution. The main tasks of this organisation include the execution of the day-ahead, intra-day and ancillary service market as well as the network congestion management. Further research is necessary to quantify achievable efficiency gains by the proposed measures as well as the effects on the structure of electricity prices.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-12484
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1622
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1325
Exam Date: 7-Mar-2006
Issue Date: 20-Mar-2006
Date Available: 20-Mar-2006
DDC Class: 330 Wirtschaft
Subject(s): Elektrizitätsmarkt
Erneuerbare Energien
Marktgestaltung
Electricity markets
Market design
Renewable Energies
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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