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Markt- und Stromsystem

Markt- und Stromsystem

Ziel dieses Arbeitsgebiets ist es, das aktuelle Strommarktdesign an ein stark volatiles Stromangebot anzupassen, die Vermarktung von Flexibilitäten weiterzuentwickeln und ein Marktdesign 2030 – 2050 zu entwerfen. Dabei sollen die relevanten Teilaspekte und Zusammenhänge im Stromsystem mithilfe von transdisziplinären Diskurs und unter Einbezug von regulatorischen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.

FIM/FIT
Zusammenhänge und Teilaspekte bei der Untersuchung des Energiesystems

Durch einen stetig ansteigenden Anteil erneuerbarer Energien im Zuge der Energiewende gerät das aktuelle Strommarktdesign – welches in Zeiten vorwiegend konventioneller Großkraftwerke gestaltet wurde – zunehmend an seine Grenzen. Dies zeigt sich zum Beispiel am Einspeisemanagement, bei welchem ein beträchtlicher Anteil erneuerbarer Stromproduktion auf Grund von Leitungsengpässen nicht genutzt werden kann. In drei Teilprojekten werden Antworten auf diese Situation erarbeitet.

Das erste Teilprojekt hat zum Ziel, eine Kopernikus-übergreifende Definition und Beschreibung eines Zielbilds der Energiewende mit entsprechenden Szenarien zu erarbeiten. Im Rahmen einer Kopernikus-Arbeitsgruppe zu regulatorischen Rahmenbedingungen werden gemeinsame Handlungsempfehlungen an die Politik gesammelt, diskutiert und entsprechend kommuniziert. Ein transdisziplinärer Diskurs unter Wissenschaftlern sowie Unternehmen unterschiedlicher Branchen ist dabei unerlässlich.

Das zweite Teilprojekt widmet sich der evolutionären Weiterentwicklung des bestehenden Markt- und Stromsystems. Hierbei steht die Frage im Vordergrund, durch welche Anpassungen des bestehenden Systems eine Hebung des technischen Nachfrageflexibilitätspotenzials industrieller Verbraucher verstärkt erreicht werden kann. Der Fokus liegt dabei unter anderem auf der Entwicklung von Werkzeugen für die Bewertung von Möglichkeiten zur Vermarktung von Nachfrageflexibilität. Zudem erfolgt die (Weiter-)Entwicklung lokaler Vermarktungsmöglichkeiten für industrielle Nachfrageflexibilität sowie eine Analyse und Bewertung des Rechtsrahmens für eine entsprechende Vermarktung. Schließlich werden Versicherungsprodukte für Flexibilitätsanbieter zur Absicherung gegen Risiken, welche mit der Flexibilitätsbereitstellung einhergehen, erarbeitet.

Das dritte Teilprojekt arbeitet komplementär zum zweiten Teilprojekt und beschäftigt sich mit einer fundamentalen Neugestaltung des Marktdesigns 2030 – 2050. Unter Berücksichtigung des Zielbilds und der Szenarien aus dem ersten Teilprojekt werden grundlegende Marktdesigns unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile für das zukünftige deutsche Energiesystem erarbeitet und analysiert. Zudem erfolgt eine Bewertung der Marktdesigns hinsichtlich ihrer Eignung für die verbesserte Hebung des technischen Nachfrageflexibilitätspotenzials. Hierbei werden auch Möglichkeiten durch potentiell disruptive Technologien, wie beispielsweise die Blockchain-Technologie und künstliche Intelligenz, miteinbezogen. Durch die Beschreibung von Transformationspfaden zur Erreichung eines zukünftigen Zielmarktdesigns 2030 – 2050 wird das dritte Teilprojekt abgerundet.

FIM/FIT
Notwendigkeit für eine tiefgreifende Reformierung der Energiemärkte zur Erreichung der Energiewendeziele

Ergebnisse

Es wurde ein Positionspapier mit politischen Handlungsempfehlungen in Abstimmung mit den Kopernikus-Schwesterprojekten hinsichtlich notwendiger regulatorischer Änderungen erarbeitet und an die Politik kommuniziert, welche zentrale Hindernisse für Unternehmen bei der Flexibilitätsvermarktung beseitigen sollen.

Um das Flexibilitätspotenzial der Industrie nutzen zu können, sind regulatorische Änderungen unumgänglich. So wird die Bereitstellung von Energieflexibilität durch die aktuelle Gesetzgebung in vielen Fällen eher bestraft als belohnt.

Die erarbeiteten politischen Handlungsempfehlungen führen notwendige Änderungsbedarfe durch den Gesetzgeber auf. Dazu unterbreiteten wir konkrete Vorschläge, an welchen Stellen regulatorische Änderungen durch welchen Adressaten vorgenommen werden sollten. Die aktuelle Netzentgeltregelung sollte beispielsweise dahingehend geändert werden, dass mögliche Spitzenlasten, die durch die Bereitstellung von Flexibilität auftreten können, keine Erhöhung der Netzentgelte für flexible Verbraucher zur Folge haben. Ein weiteres Beispiel für Handlungsempfehlungen betrifft den Nachweis von kontinuierlicher Steigerung der Energieeffizienz. Dabei sollten die möglichen Wechselwirkungen zwischen Energieeffizienz und Energieflexibilität beispielsweise bei Energieaudits berücksichtigt werden, sodass flexible Unternehmen nicht bestraft werden.

Damit es den Unternehmen möglich wird, Nachfrageflexibilität bestmöglich zu vermarkten, wurde ein Flexibilitätseinsatzplanungstool entwickelt, welches einen energiekostenminimalen Einsatz von Nachfrageflexibilität an unterschiedlichen Märkten ermöglicht.

Unternehmen stehen bei der Vermarktung von Nachfrageflexibilität vor einem komplexen Entscheidungsproblem. Bei einer Vielzahl an Märkten und Produkten verbunden mit Preisunsicherheiten ist es nahezu unmöglich, ohne ein entsprechendes Entscheidungsunterstützungssystem gute und schnelle Aussagen über die Profitabilität von Flexibilitätsmaßnahmen zu treffen.

Das Flexibilitätseinsatzplanungstool, welches über die Marktplattform zur Verfügung gestellt wird, hilft Unternehmen dabei, den für sie besten Zeitpunkt für den Einsatz ihrer Flexibilität zu finden und somit die wirtschaftlichen Ertragsmöglichkeiten zu erhöhen. Dazu wird mithilfe eines Optimierungsmodelles der Flexibilitätseinsatz auf die schwankenden Strompreise an den Spotmärkten ausgerichtet. Dies hilft den Unternehmen insbesondere dabei, Aussagen zu treffen, welche Investitionen in Flexibilität langfristig rentabel sind. Die Grundlage hierfür bildet die Modellierung der Flexibilität im Energieflexibilitätsdatenmodell.

Bei der Entwicklung des Flexibilitätseinsatzplanungstools fand ein enger Austausch mit dem Arbeitsgebiet Informations- und Kommunikationstechnik statt.

Als weiteres Werkzeug wurde ein Rahmenwerk für Geschäftsmodelle entwickelt, welches alle notwendigen Voraussetzungen und Bestandteile der Flexibilitätsvermarktung systematisch aufgezeigt. Dieses Rahmenwerk soll Unternehmen dabei unterstützen, Projekte zur energetischen Flexibilisierung der Produktion zu planen.

Das entwickelte Rahmenwerk soll Unternehmen bei der Planung und Einführung von Prozessen zur Vermarktung von Nachfrageflexibilität unterstützen. Dazu werden neun Dimensionen (siehe Abbildung) und deren Ausprägungen eines generischen Geschäftsmodells für Nachfrageflexibilität aufgezeigt, wodurch Transparenz hinsichtlich der notwendigen Aktivitäten und Ressourcen für die Befähigung sowie die Umsetzung von Nachfrageflexibilität geschaffen werden.

Die Ergebnisse wurden mithilfe des etablierten Business Model Canvas erarbeitet. Dadurch werden Unternehmen, die sich bislang noch nicht mit Nachfrageflexibilität auseinandersetzen, bei einer entsprechenden Einführung unterstützt und somit werden Einstiegsbarrieren insgesamt reduziert. Alle Details zum Vorgehen und zu den Ergebnissen sind im veröffentlichen Artikel unter folgendem Link abrufbar.

Die bestehenden Strommärkte müssen kontinuierlich weiterentwickelt und auf ihre Eignung für das zukünftige Energiesystem hin überprüft werden. Dazu wurden im ersten Schritt neuartige Produkte für den Stromhandel konzipiert, die eine verbesserte Bereitstellung von Flexibilität an den Strommärkten ermöglichen und den Handel an den Strommärkten somit insgesamt effizienter gestalten.

An der Strombörse EPEX Spot werden Produkte bislang nur anhand der elektrischen Arbeit angeboten und bepreist. Bei zunehmendem Anteil an erneuerbaren Energien – insbesondere von Photovoltaik – im Stromsystem, führt diese Handhabung zu zunehmenden Herausforderungen. Dies wird beispielsweise an den stärkeren Netzfrequenzausschlägen zu Stundenwechseln oder an großen Preisschwankungen innerhalb einer Stunde im Intraday-Handel sichtbar.

Daher wurden in diesem Arbeitsgebiet Vorschläge erarbeitet, wie die gehandelten Produkte an der Strombörse an die neuen Anforderungen angepasst werden können. Dies geht bis zur Definition von eigenen Handelsprofilen, die entsprechend ansteigende oder abfallende Leistungsrampen (etwa von Photovoltaikanlagen) abbilden können.