Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet

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Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                          Hydro Fleet

Pumpspeicherkraftwerke –
Sicht eines Investors und Betreibers
Michaela Harasta, E.ON Global Unit Generation
Tagung „Unkonventionelle Pumpspeicher“
Goslar, 22. November 2013
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                                                       Hydro Fleet

E.ON ist Betreiber eines europaweiten
Wasserkraftportfolios mit ca. 6.000 MW Leistung
                              E.ON Generation                              E.ON Intl. Energy

     Steam               CCGT               Nuclear            Hydro      Türkei3         Brasilien

Anzahl betriebener Kraftwerke                                       209         9
Leistung (installierte Nettoleistung)1                        5,409 MW    584 MW
                                                                                                               Schweden
Jährliche Nettoerzeugung1, 2                                  15.5 TWh    1.5 TWh                              1,775 MW (7.9 TWh)

                                                                                                          Sundsvall

                                                                                                       Malmö

      Dingolfing - Germany                      Ramsele- Sweden                                                Deutschland
                                                                                                               2,411 MW (5.7 TWh)

                                                                                                      Landshut
                                                                                    Santander
                                                                                                                  Istanbul
                                                                                                       Terni

            Cotilia - Italy                        Silvón - Spain                                                                     Türkei
                                                                                                                             584 MW (1.5 TWh)
1) Incl. Strombezugsverträge                                              Spanien               Italien
2) Jährliche Erzeugung exklusive Pumpspeichererzeugung                    692 MW (0.6 TWh)      531 MW (1.3 TWh)
3) Status Januar 2013; 0,8 GW im Bau, 0,8 GW in Entwicklung

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Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                             Hydro Fleet

Inhalt

    1. Komplexe Erlösstruktur - komplexe Bewertung

    2. Derzeitige wirtschaftliche Herausforderungen
        1. Strommarkt (peak-shaving)
        2. Regulatorisches Umfeld (Netznutzungsentgelte, Anreize für Speichernutzung?)
        3. Neues Markt Design (Auswirkung auf Investitionsentscheidung)

    3. Innovationspotential

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Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                                  Hydro Fleet

Pumpspeicher stellen ein äußerst vielfältiges Produkt-
spektrum zur Verfügung – kompakt in einer Anlage
    bereits heute                                                              Rolle in Zukunft
                                           Strommarkt: day-ahead,
                                           intra-day

                                           Alle Reservemarktprodukte (+/-) :
                                           Primär-, Sekundär- und
                                           Tertiärregelung

      nuclear

     hard coal
                      gas

                 hydro storage
                                  spot
                                 market

                                 reserve
                                 market
                                           Portfolioeffekt: indirekte
                                           Erlöse durch hydro-thermische
                                           Synergien im Portfolio
                                                                           +   Systemrelevante Integration der
                                                                               erneuerbaren Energien durch
                                                                               Bereitstellung von
                                           Bilanzkreismanagement:
                                                                                Flexibilität
                                           Ausgleichsenergie, Ramping-
                                           Kapazität                            Speicherkapazität
                                                                                Steuerbare Erzeugung
                                           Weitere Systemdienstleistungen:
                                           Blindleistung,
                                           Schwarzstartfähigkeit…

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Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                                                                                                                                             Hydro Fleet

Die komplexe Erlösstruktur erfordert für Investitions-
entscheidungen komplexe Bewertungsmethoden

                                                                                                                                                                                Detaillierte Betrachtung der Märkte für
                                                                                                                       0

    Markets for scheduled energy

     Spot- and Future market
         Purchase and Sale of electrical energy
                                                                              price
                                                                                                                                                                                 Fahrplanenergie und Reserveprodukte
                                                            Sale
         Spot market: hourly products
         Future market: variable product
          definitions
         Modelling by price-demand-function,
                                                                             prohibitive price

                                                                                   Purchase
                                                                                                                                                                                Berücksichtigung von hydraulischen und
          aggregated for total market
                                                           Emax,sale                     Emax,pur
                                                                                                      Traded
                                                                                                      energy                                                                     sonstigen technischen Restriktionen
                                                                                                                                                            3

                                                                                                                                                                                Gesamthafter Portfolioansatz
    Reserve Markets (I)
                Reserve provision by hydraulic power plants
     Reserve procurement by transmission grid operator
                         Pumped-storage
            For power plant operators: only sale of reserve
                                               plant         capacityin scheduled energy and positive minute
                                                      participation
        
        
        
            Various productreserve
            Minimum offer volumes
            Activation time
                                     market
                            definitions
                                                                 topology                  hydraulic model                                                                      Optimierung zwischen Fahrplanenergie-
                     reserve energy availability, e.g.                                 V              V
                                                                                                                                                                                 und Reservemarkt innerhalb des Portfolios
                                                                                                              1start                     1end
                                                                                                                                                     ...
                     100 MW · 4 h = 400 MWh
                                                                   Upper basin

                                                                                                                                                                                 mit Zielfunktion „Erlösmaximierung“
                                                                                                                   QTu,EE QPu,EE
                     max. generation limit,
                     e.g. elec.energy: 80 MW,              turbine                 pump              QTu,RE                                QPu,RE
                     reserve: 100 MW

                     reserve: consideration of requested
                     reserve energy, e.g. with calling
                     probability
                                             Methodology
                                                                Lower basin
                                                                                          V2start              V2end
                                                                                                                         ...

                                                                                                                       time                         5
                                                                                                                                                                                Ergebnis: optimierter Fahrplan des
                     prA = 0,2:
                                               Two-stage method as mixed whole-number
                     0,2 · 100 MW · 1 h = 20 MWh
                     elec.energy:              power generation and trading planning
                                                                                          QTu,FE + QTu,RL  QTu,max

                                                                                          Vmin  c  PRL  tmin
                                                                                                                   quadratic problem for
                                                                                                                                                                                 Portfolios
                     80 MW · 1 h = 80 MWh
                                                  Objective
                                                     Determination of the maximum contribution    = prA of
                                                                                          QTu,RAmargin    QaTu,RL
                                                                                                              generation pool consisting of thermal
                                                     and hydro power plants under consideration of spot and reserve markets                                                     Ableitbar: Deckungsbeitrag des PSW und
                                                                                Input data: generation, trading, load, reserve, control data

                                                                                                              Decomposition
                                                                                                                                                                                 Portfolioeffekt (Synergien im Portfolio)
                                                                             Lagrange Relaxation Co-ordination of energy and reserve balance

                                               1st stage     thermal units (DP):         hydro units (SLP):                     reserve market QP:         spot market LP:
                                                            parameters, e.g.:            parameters, e.g.:                       parameters, e.g.:         parameters, e.g.:
                                                            - min/max capacity           - max capacity                     - capacity & energy prices     - market prices
                                                            - efficiencies
                                                            - min/ up- and down-times
                                                            - cost components
                                                                                         - efficiencies
                                                                                         - storage volumes
                                                                                         - grid tariffs
                                                                                                                             - max salable capacities
                                                                                                                           - hourly request of energy
                                                                                                                                                           -market volumes
                                                                                                                                                                                 Der Bewertungsansatz berücksichtigt drei
                                              2nd stage
                                                                                   Hydro-thermal power dispatch (close-ended solution)
                                                                                                          QP
                                                                                                                                                                                 wichtige Erlöskomponenten:
                                                                                        results evaluation: dispatch, contribution margin
                                                                                                                                                                                 Fahrplanenergie, Reserve und Portfolioeffekt

5
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                             Hydro Fleet

Inhalt

    1. Komplexe Erlösstruktur - komplexe Bewertung

    2. Derzeitige wirtschaftliche Herausforderungen
        1. Strommarkt (peak-shaving)
        2. Regulatorisches Umfeld (Netznutzungsentgelte, Anreize für Speichernutzung?)
        3. Neues Markt Design (Auswirkung auf Investitionsentscheidung)

    3. Innovationspotential

6
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                   Hydro Fleet

“Peak shaving” durch die Einspeisung subventionierter
EE nimmt der konventionellen Erzeugung die Profitabilität

    Insbesondere die Einspeisung aus Solaranlagen führt zu signifikanten Veränderungen der
    Residuallastkurve. Die flexiblen Spitzenlast-Kraftwerke – auch Pumpspeicher – leiden darunter!

7
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                                                             Hydro Fleet

Der Veredlungsbetrieb liefert heute kaum mehr
auskömmliche Erlöse für Pumpspeicherwerke

                                                                                                              Erzielbare Veredlungserlöse
                                                                                                               (zunächst ohne
                                                                                                               Berücksichtigung von
                                                                                                               Netznutzungsentgelten)
                                                                                                               simuliert für ein generisches
                                                                                                               PSW
                                                                                                              Erlöse sind seit 2008 um ca.
                                                                                                               50% gesunken und eine
                                                                                                               Besserung ist derzeit nicht in
                                                                                                               Sicht

     Alternative Produkte zur Veredlung werden kaum vergütet, so dass der Reservemarkt heute
     der einzig alternative Marktplatz für PSW ist  vermehrter Regelbetrieb.

8   * Exemplarisches Beispiel, Netzentgelttarife abhängig von Spannungsebene, Regelzone und Anzahl Pumpstunden
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                                                            Hydro Fleet

Zusätzlich belasten Netznutzungsentgelte für Pumpstrom
die Bestandsanlagen signifikant – Beispiel

                                                                                                            Beispiel: Generisches PSW auf
                                                                                                             Hochspannungsebene (110 kV)
                                                                                                             mit < 2500 h *
                               5 – 10%
                                                                                                            Reduktion des Deckungsbeitrags
                                                                                                             um weitere ca. 50% durch zwei
                                                                     40%
                                                                                                             Effekte:
             100%                                 ~90%                                                        Geringere Anzahl an
                                                                                       ~50%                    Volllaststunden durch
                                                                                                               variablen Arbeitspreis
                                                                                                              Netznutzungsentgelte mit
                              geringere

                                                                                          DB mit NNE
                                                                       NNE
              DB ohne

                                                 geringeren
                                Effekt
               NNE

                                                   DB mit

                                                                                                               Arbeits- und Leistungspreis
                                 Vlh

                                                     Vlh

        Die Netznutzungsentgelte stellen für die Bestandsanlagen eine Belastung dar, die bei den
        geringen Peak-Offpeak-Spreads nur noch schwer zu tragen ist.

9   * Exemplarisches Beispiel, Netzentgelttarife abhängig von Spannungsebene, ÜNB und Anzahl Pumpstunden
Pumpspeicherkraftwerke - Sicht eines Investors und Betreibers - Global Unit Generation Hydro Fleet
Global Unit Generation                                                                   Hydro Fleet

Das aktuelle Vergütungssystem bietet keine Anreize zur
Nutzung von Energiespeichern
         Netzbetreiber               Feste Vergütung für              Erneuerbare Energien
                                       Erneuerbare Energien, egal
                                       ob Energie zum Einspeise-
                                       zeitpunkt benötigt wird
                                     Re-dispatch günstigere
                                       Möglichkeit bei Netzeng-
                                       pässen (Abregeln bedeutet
                                       aber auch Energieverlust!)
                                     Keine Verpflichtung für EE-
                                       Betreiber zur steuerbaren
                                       Systemaußengrenze

     Zur volkswirtschaftlich effizienten Umsetzung der Energiewende muss ein regulatorischer
     Rahmen geschaffen werden, der die Nutzung von Energiespeichern belohnt.

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Global Unit Generation                                    Hydro Fleet

E.ON hat mit der RWTH Aachen die Auswirkung einer
Änderung des Marktdesigns auf PSWs untersucht
                           Methodik
                            Simulation von Preissignalen für
                             Fahrplanenergie und Reservemarktprodukte
                             mit europäischen und deutschen Marktmodell
                            Ermittlung zukünftig im System notwendiger
                             Reservemengen
                            Simulation von zwei Jahren: 2022, 2032,
                             deutscher Kraftwerkspark gemäß NEP 2012,
                             Szenario B
                            Betrachtung von zwei möglichen Szenarien:
                             Strategische Reserve und Kapazitäts-
                             mechanismus
                            Optimierter Fahrplan für eine Pumpspeicher-
                             Bestandsanlage innerhalb des E.ON-
                             Portfolios simuliert
                            Berechnung des erzielbaren Deckungs-
                             beitrags pro Jahr und Szenario

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Global Unit Generation                                                           Hydro Fleet

Die erwartete und notwendige Änderung des
Marktdesigns führt zu hoher Investitionsunsicherheit
Strategische Reserve (SR)                        Zu erwartender Deckungsbeitrag*
  Strompreis abgeleitet von einem impliziten
   Einpreisen der Fixkosten in den Bietpreis
  Anlagen, die ihre Fixkosten nicht decken,
   wandern in die Strategische Reserve
   kleinerer Erzeugungspark im Markt mit
   Knappheitssignalen und höheren Strom- und
   Reservemarktpreisen

 Kapazitätsmechanismus (KM)
  Alle Kraftwerke partizipieren am Strommarkt
                                                  Deckungsbeitrag schwankt stark mit
  Damit kann es zu Überkapazitäten ohne           gewähltem Marktdesign
   Knappheitssignalen kommen  geringere          Hohe Abhängigkeit von schwer
   Strompreise und Reservemarktpreise              vorhersehbaren Reservemärkten
  Fixe Kapazitätsprämie ableitbar vom            Unwägbarkeiten bei fixer Kapazitätsprämie
   “missing money” von Neubauten

     * ohne fixer Kapazitätsprämie
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Global Unit Generation                                                              Hydro Fleet

Inhalt

     1. Komplexe Erlösstruktur - komplexe Bewertung

     2. Derzeitige wirtschaftliche Herausforderungen
         1. Strommarkt (peak-shaving)
         2. Regulatorisches Umfeld (Netznutzungsentgelte, Anreize für Speichernutzung?)
         3. Neues Markt Design (Auswirkung auf Investitionsentscheidung)

     3. Innovationspotential

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Global Unit Generation                                                            Hydro Fleet

Die Pumpspeichertechnologie bietet ein vielfältiges
Innovationspotential, das es auszuschöpfen gilt

                                   Forschungsaktivitäten mit E.ON-Beteiligung:

          Jenseits der heute       Hydraulische Massenspeicher   Energieverbund mit Norwegen
     etablierten und weitgehend
             ausgereiften
           konventionellen
     Pumpspeichertechnologie
      gibt es zahlreiche weitere
              innovative
          Anwendungsfälle!
                                   Untertage-PSW                    Energiemembrane-UPSW

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            Die Pumpspeichertechnologie ist in verschiedenen
            Anwendungsfällen auf allen Systemebenen einsetzbar
                                                                                        Maßstab (Leistung und Speichervolumen)

                                       klein                                   mittel                        groß
                                       klein
                 dezentral

                              z.B. HGS u. EM-UPSW          zentral
                              Unabhängig von Topologie                Bereich der konventionellen
Einsetzbarkeit

                                                                                                      Im Energieverbund mit
                              Gut koppelbar mit                        und Untertage-PSW mit         Norwegen wäre sogar
                               Windfarmen, Solarparks                   klassischem Tagesspeicher     großtechnisches,
                              Auch kleine konventionelle              Ausreichend Standorte für     saisonales Speichern
                               PSW denkbar                              konv. PSW vorhanden!          möglich

                      Bei Ausschöpfung des Innovationspotentials bietet die Pumpspeichertechnologie
                      Lösungen im großen wie im kleinen Maßstab, für zentralen sowie dezentralen Einsatz.

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Zum effizienten Einsatz von Energiespeichern im Sinne
der Energiewende sind Veränderungen notwendig

         Die Pumpspeichertechnologie ist einerseits ausgereift für sofortigen Einsatz zur Unterstützung der
     1   Energiewende, bietet gleichzeitig aber auch vielfältiges Innovationspotential, das es auszuschöpfen gilt.

         Vergütungskonzepte müssen angepasst werden, um die Basis für profitablen Betrieb der Bestands-
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         anlagen und Investitionen zu bilden. Alle bereitgestellten Produkte und Services sollten fair vergütet werden.

         Energiespeicher müssen Bestandteil des Marktes sein, wo sie im Wettbewerb um die Bereitstellung
     3   (neuer) Produkte und Dienstleistungen konkurrieren. Die Regulierung muss limitiert werden!

         Energiespeicher sollten von Belastungen in Zusammenhang mit Endverbrauch befreit werden, da
     4   sie die Stromerzeugung zukünftig steuerbar machen – ein wertvoller Dienst zur Versorgungssicherheit!

         Energiespeicher bilden zukünftig ein “viertes Element” im System neben Verbrauchern, Erzeugern und
     5   Netzen. Sie brauchen daher auch ihren eigenen regulatorischen Rahmen.

         Es muss ein Anreiz zur Nutzung von Energiespeichern gegeben werden. Dies erfordert ein Ändern
     6   der Regeln für Erneuerbare Energien hin zu mehr Integration in bestehende Märkte und Mechanismen.

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Global Unit Generation                            Hydro Fleet

 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
 Kontakt:   Michaela Harasta
            Asset Strategy and Governance Hydro
            Global Unit Generation
            michaela.harasta@eon.com

            E.ON Kraftwerke GmbH
            Luitpoldstraße 27
            84034 Landshut
            www.eon.com
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