Strommarktszenarien Produktinformation - Prognos AG
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Produktinformation Strommarktszenarien
Strommarktszenarien
Untersuchungsthemen (Beispiele)
Mögliche Untersuchungsfragen
Strommarktszenarien zeigen auf, wie sich das
Stromsystem in Zukunft unter bestimmten Rahmen- ▪ Brennstoffpreise und CO2-Preise
bedingungen entwickeln kann. Sie sind damit ein ▪ ETS und nationale Mindestpreise
wichtiges Analyseinstrument für die verschiedenen ▪ Corporate PPA
Akteure: Öffentliche Institutionen können anhand ▪ Marktdesign: Energy-Only-Markt versus
von Szenarien mögliche Zielabweichungen identifi- Kapazitätsmarkt
zieren und die Wirkungen von politischen Instru- ▪ Zuschnitt von Gebotszonen
menten abschätzen. Private Energieversorgungsun- ▪ Zukunft der Stromerzeugung aus Erdgas
ternehmen haben eine quantitative Basis zur Ablei- ▪ Beschleunigter Kohleausstieg
tung von Unternehmensstrategien und Bewertung ▪ Effekte von Wärmepumpen und
von Risiken. Elektromobilität
Die konkrete Ausgestaltung von Strommarktszena-
rien wird von der dahinterliegenden Fragestellung
Oft bietet es sich an, verschiedene Szenarien zu be-
bestimmt. Aktuell viel diskutierte Fragen sind u. a.:
rechnen, die ein breites Spektrum grundsätzlicher
▪ Auswirkung von dauerhaft niedrigen Entwicklungen analysieren und so einen möglichst
Brennstoffpreisen auf die Wirtschaftlich- großen Ergebnisraum abdecken. Soll hingegen die
keit von Kraftwerken in einem Energy- Stabilität eines Szenarios bewertet werden, können
Only-Markt auch Sensitivitäten berechnet werden, bei denen
▪ Bedeutung von Gas-Kraftwerken bei der die Inputdaten nur geringfügig von einem Leitszena-
Dekarbonisierung des Stromsystems rio abweichen (z. B. höhere oder niedrigere Brenn-
▪ Einfluss von CO2-Mindestpreisen auf die stoffpreise).
Großhandelsstrompreise
Wir unterstützen Sie gerne bei der Definition und
Auswahl der Szenarien und Sensitivitäten.
Da die Bandbreite der Untersuchungsfragen ange-
sichts der Komplexität der europäischen Energie-
wende sehr groß ist, wird bei Prognos jedes Strom-
marktszenario auf die spezifischen Fragestellungen Erfahrungen
der Kunden maßgeschneidert. Jedes Szenario wird
neu modelliert – im engen Austausch mit dem Auf-
Die Strommarktmodellierung der Prognos AG ruht
traggeber.
auf zwei starken Säulen: Modellierungskompetenz
Vor Beginn der Modellrechnungen empfehlen wir, und langjährige Erfahrung. Die Berechnung der
einen Prämissen-Workshop vor Ort durchzuführen. Strommarktszenarien erfolgt durch unser seit vielen
Hier wird die Fragestellung konkretisiert und die ak- Jahren bewährtes und ständig weiterentwickeltes
tuellen politischen und wirtschaftlichen Themen in Strommarktmodell inklusive der dazugehörigen Mo-
die Szenarien eingeordnet. Diskutiert und abge- delle im Bereich Makroökonomie, Energienachfrage
stimmt werden im Workshop auch die zentralen An- und erneuerbare Energien. Ebenso wichtig wie die
nahmen zu CO2- und Brennstoffpreisen, zum Strom- Modelle ist unser tiefgreifendes Verständnis der ak-
verbrauch sowie zum Ausbau der erneuerbaren tuellen und zukünftigen energiepolitischen Frage-
Energien. stellungen. Mit unserer langjährigen Erfahrung in
der Beratung von verschiedenen Akteuren – wie
Die Ergebnisse der Modellierung werden im Rah-
z. B. Ministerien, Verbände, Energieversorger und
men eines Ergebnisworkshops vorgestellt, ausge-
NGOs – können wir über die Szenarienprojekte hin-
wertet und mit Ihnen diskutiert. Im Anschluss erhal-
aus unterstützen.
ten Sie alle wesentlichen Ergebnisse als Daten im
Excelformat.
Abbildung 1 (Titelseite): Beispielhafte stündliche Darstellung
von Einspeisung erneuerbarer Energien, inflexiblen und flexiblen
Stromverbrauchern (z. B. flexible E-PKW) sowie Austausch mit
dem Ausland in einem Stromsystem mit hohen Anteilen erneuerba-
ren Energien.
Modellierung der stündlichen Lastkurven
Prognos-Modellfamilie
der inflexiblen Stromverbraucher
Die Modellierung erfolgt mit dem Prognos-Strom-
marktmodell. Es ist eingebettet in die firmeneigene
Modellumgebung, die zentrale Inputdaten zur Ent-
wicklung des Strombedarfs und der Art des Aus-
baus der erneuerbaren Energien für die Strom-
marktmodellierung bereitstellt:
▪ Makroökonomisches Modell VIEW
▪ Modelle zur Ermittlung der Energie-
nachfrage in den Sektoren PHH, GHD,
Industrie und Verkehr
▪ Erneuerbare Energien-Modell
Ausgangspunkt der Strommarktmodellierung ist die
demografische und wirtschaftliche Entwicklung. Hier
setzen wir das makroökonomische Modell (VIEW)
ein, welches den sozioökonomischen Rahmen für
die wichtigsten Industrienationen weltweit liefert. In
Verbindung mit Fundamentalanalysen zu internatio-
nalen Energiepreisen dienen diese Daten als
Grundlage für die Modellierung der Endnachfrages-
zenarien in den vier Sektoren Industrie, private
Haushalte, Verkehr und GHD. Für Deutschland wird
die Stromnachfrage bottom-up auf Basis detaillierter
Daten zum Geräte- und Anlagenbestand sowie der
Private Haushalte Effizienzentwicklung modelliert und nach Anwen-
dungszwecken ausgewiesen. Der Stromverbrauch
wird dann mit Hilfe von anwendungsspezifischen
Lastprofilen in stündliche Profile umgewandelt
(siehe Abbildung 2 und 3) und fließen in die Strom-
marktmodellierung ein. Für die übrigen Länder er-
GW
folgt die Strombedarfsmodellierung anhand eines
Top-down-Verfahrens auf Basis von Annahmen zu
sozioökonomischen Rahmenbedingungen und An-
Tage
nahmen zur Effizienzentwicklung in den Sektoren.
Stunden
Der Ausbau der erneuerbaren Energien wird über
ein eigenes exogenes Modell in der EU-27 sowie
Norwegen und der Schweiz abgebildet. Auf der Ba-
sis von historischen Wetterdaten werden syntheti-
Abbildung 2: Die stündliche Struktur der inflexiblen Stromnach- sche Einspeisezeitreihen für Wind und PV generiert.
frage ist eine zentrale Eingangsgröße für die Strommarktmodellie-
rung. Sie hat einen starken Einfluss auf die Jahreshöchstlast und Diese ergeben in Verbindung mit historischen Ein-
damit auf die Vorhaltung von gesicherter Leistung. Für die Strom- speisezeitreihen für Laufwasser eine stündliche er-
marktmodellierung werden deshalb nicht historische Gesamtlast-
profile in die Zukunft fortgeschrieben, sondern eigenständig model- neuerbare Einspeisung, die in das Strommarktmo-
liert. Basis für die Modellierung der stündlichen Lastkurven ist eine dell eingespeist wird.
Bottom-Up-Modellierung der einzelnen Anwendungen in den vier
Verbrauchssektoren Private Haushalte, Gewerbe/Handel/Dienst-
leistung (GHD), Verkehr und Industrie. Diese Verbräuche werden Aus der Kombination des stündlichen Strombedarfs
mit anwendungsspezifischen Lastprofilen (z.B. Beleuchtung) ver- (Gesamtlastgang) mit der stündlichen Einspeisung
schnitten. Die Lastprofile der einzelnen Anwendungen werden
dann zu sektoralen Verbrauchslastgängen bzw. zu einem Gesamt- der erneuerbaren Energien wird die Residuallast für
lastgang aggregiert die im Strommarktmodell abgebildeten Länder be-
(siehe Abbildung 3).
rechnet. Sie gibt den Rahmen vor, in dem die kon-
ventionellen Kraftwerke auf nationaler und internati-
onaler Ebene agieren können. Mit der Einbindung
des Strommarktmodells in die Modellfamilie ist es
möglich, die Auswirkungen wirtschaftlich-demografi-
scher Trends und verschiedener Ausbaupfade der
erneuerbaren Energien konsistent zu modellieren. Abbildung 3: Hier ist beispielhaft die stündliche Stromnachfrage
für einen Winter- und einen Sommertag in den Jahren 2012 und
2050 nach Verwendungszwecken abgebildet. Deutlich sichtbar
sind die abnehmende Bedeutung von Beleuchtung, mechanischer Prognos-Strommarktmodell
Energie und IKT sowie die zunehmende Bedeutung der Anwen-
dung Klima und Lüften (im Sommer). Dies führt tagsüber zu
einer Senkung des Stromverbrauchs und einer Reduzierung Das Strommarktmodell der Prognos AG bildet die
der Lastspitzen.
Großkraftwerke ab einer Leistung von 50 MW in Eu-
ropa ab. Es simuliert bis zum Jahr 2050 stunden-
scharf den Einsatz der einzelnen Kraftwerksblöcke.
In das Modell fließen für die zu betrachtenden
Marktregionen unter anderem folgende Eingangspa-
rameter ein:
▪ Technische und ökonomische Paramater
der einzelnen fossil-thermischen Kraft-
werksblöcke (Nettonennleistung, Netto-
wirkungsgrad, Mindestleistung, Brenn-
stofftyp, Investitions-, Wartungs- und Be-
triebskosten, Anfahrbrennstoffkosten, sai-
sonale Verfügbarkeiten, Anforderungen
aus Wärmebereitstellungen)
▪ Jahreslastgang der inflexiblen Verbrau-
cher als Resultat des zukünftigen Strom-
Abbildung 4: Der Stromaustausch zwischen den einzelnen Län-
dern wird auf Basis der modellierten stündlichen Großhandels- bedarfs in Abhängigkeit von Energieeffi-
preise und den vorhandenen Übertragungskapazitäten in einem zienzpfaden und der Entwicklung der
iterativen Verfahren abgebildet. Bei Bedarf können weitere Länder
abgebildet werden volkswirtschaftlichen Indikatoren der ein-
zelnen Sektoren
▪ Restriktionen für das Ladeverhalten von
Wärmepumpen und Elektrofahrzeugen
unter Berücksichtigung der stündlichen
Wärmenachfrage, der verschiedenen
Fahrprofile sowie den Restriktionen beim
Wärmespeicher und der FahrzeugbatterieEinsatz von Elektrofahrzeugen
45
Stromverbrauch Elektrofahrzeuge in GW
40
35
30
25
20
15
10
5
0
E-PKW flexibel E-PKW inflexibel PKW Plug-In Hybrid LNF flexibel LNF inflexibel
Abbildung 5: E-Fahrzeuge und Wärmepumpen werden im
Strommarktmodell als flexible Verbraucher abgebildet. Sie können
auf Basis von Strompreisimpulsen ihren Verbrauch
intelligent steuern. Im Modell erfolgt der Kraftwerkseinsatz realitätsnah
entsprechend der jeweiligen Lastnachfrage nach
der Grenzkostenlogik (Merit-Order).
▪ Einspeisezeitreihen für variable erneuer-
bare Energien unter Berücksichtigung na- Das Kraftwerk mit den niedrigsten Grenzkosten wird
tionaler Ausbauziele zuerst eingesetzt, alle weiteren Kraftwerke sortieren
▪ Mittlere Brennstoffpreise für Kraftwerke in sich gemäß ihren Grenzkosten ein, bis die Last für
Abhängigkeit von internationalen Energie- jede einzelne Stunde des Betrachtungszeitraumes
preisen, Transportkosten und volkswirt- gedeckt ist. Dabei bestimmt das jeweils letzte einge-
schaftlichen Rahmenbedingungen setzte Kraftwerk mit den höchsten Grenzkosten den
▪ Netztransferkapazitäten (NTC) zwischen Preis. Stromspeicher (insbesondere Speicherwas-
den benachbarten Marktregionen serkraftwerke) werden bei der Einsatzplanung be-
▪ Preis für CO2-Zertifikate in Abhängigkeit rücksichtigt. Diese Anlagen bieten zu Grenzkosten,
von den Vorgaben zur Klimapolitik und so dass der Ertrag dieser Anlagen über das Jahr
den Emissionen des jeweiligen maximiert wird.
Kraftwerksparks
Der Stromaustausch zwischen den einzelnen Län-
▪ Restriktionen bei der Bewirtschaftung von
dern wird auf Basis der modellierten stündlichen
Speicherkraftwerken Großhandelspreise und den vorhandenen Übertra-
gungskapazitäten in einem iterativen Verfahren ab-
Die einzelnen Eingangsparameter des Modells wer- gebildet. Wie am realen Strommarkt glätten Im- und
den auf die zukünftigen regulatorischen, ökonomi- Exporte im Modell die Preise in den einzelnen Län-
schen und technischen Rahmenbedingungen ange- dern, einseitige Preisausschläge werden im Rah-
passt. Im Fokus der regulatorischen bzw. politi- men der Strommarktkopplung reduziert.
schen Rahmenbedingungen stehen vor allem euro-
päische Klimaschutzinstrumente (EU ETS inkl. Die Stilllegung von Kraftwerken erfolgt i. d. R. auto-
Marktstabilitätsreserve) und nationale Ergänzungs- matisch, sobald die festgelegte Lebensdauer des je-
maßnahmen (CO2-Mindestpreis, Klimabeitrag, Ord- weiligen Kraftwerkstyps erreicht ist. Retrofitmaßnah-
nungsrecht). men und Stilllegungen aus wirtschaftlichen Ge-
sichtspunkten werden in einem externen Modul
Aufgrund der flexiblen Eingabemöglichkeiten beste- nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien
hen hohe Freiheitsgrade bei der Definition von Sze- überprüft, so dass die Flexibilisierung der Lebens-
narien und Sensitivitäten. Über die Einbindung in dauer der Kraftwerke möglich ist.
die Modellfamilie stehen darüber hinaus Instru-
mente zur Verfügung, die inhaltliche Konsistenz
dieser Szenarien bereits im Vorfeld verifizieren.Der Zubaubedarf für Kraftwerke wird anhand der Zur Validierung der Ergebnisse werden regelmäßig
höchsten erwarteten Last des aktuellen Jahres in Backtestings durchgeführt. Das heißt, die Ergeb-
dem jeweiligen Land und des jeweils verfügbaren nisse des Modells werden mit den historischen Er-
Angebots (Kraftwerkspark, Stromspeicher, Lastma- gebnissen verglichen.
nagementpotenzial) ermittelt. Erneuerbare werden
nach exogenen Vorgaben unter Berücksichtigung Referenzen
der bestehenden Potenziale zugebaut. Ihr Beitrag
zur gesicherten Leistung wird bei der Berechnung Wir erstellen regelmäßig Strommarktszenarien für
des Zubaubedarfs durch konventionelle Kraftwerke Stadtwerke, überregionale Versorger, Kraftwerksbe-
kapazitätsmindernd berücksichtigt. Die Auswahl der treiber, Netzbetreiber und Investmentgesellschaften
zusätzlichen Kraftwerke erfolgt anhand ihrer Wirt- in Deutschland, Österreich und der Schweiz
schaftlichkeit, der Zubau wird wie die Stilllegungen
iterativ geprüft. Öffentliche Szenarienprojekte:
Dabei wird zwischen 15 Kraftwerkstypen nach ▪ Bundesministerium für Wirtschaft und
Brennstoff und Betriebsart unterschieden. Für (po- Energie (BMWi): „Nationaler Energie- und
tenziell) neu in den Kraftwerkspark kommende Ka- Klimaplan (NECP)“ und Bewertung des
pazitäten wird zunächst ihre Position in der Merit- Klimaschutzprogramm 2030 der Bundes-
Order ermittelt, davon ausgehend wird die Erlös- regierung, 2020
und Kostensituation berechnet. ▪ Bundesverband der deutschen Industrie
(BDI): „Klimapfade für Deutschland“,
Als Ergebnis der stündlichen Modellierung liefert 2017
das Strommarktmodell mit seinen Zusatzmodulen ▪ Bundesministerium für Wirtschaft und
die Stromerzeugung, CO2-Emissionen, den Brenn- Energie (BMWi): „Makrowirkungen der
stoffeinsatz, Großhandelsstrompreise sowie die Energiewende“, 2017/18
Wirtschaftlichkeit und Rentabilität der einzelnen
▪ World Wide Fund for Nature (WWF):
Kraftwerksblöcke.
„Zukunft Stromsystem“, 2017
▪ Vereinigung der Bayerischen Wirtschaft
(vbw): Energiemonitoring, fortlaufend
Ergebnisformate (Beispiele)
▪ Ministerium für Wirtschaft und Energie
des Landes Brandenburg: Energiestrate-
▪ Großhandelsstrompreise: gie 2030, 2017
Baseload, Peakload, 1000 und 3000 ▪ Bundesministerium für Wirtschaft und
teuerste Stunden, stündliche Preise Energie (BMWi): „Klimabeitrag für den
▪ Stromerzeugung, Leistung, deutschen Stromsektor“, 2015
Brennstoffeinsatz, Importe und Exporte
▪ THG-Emissionen
▪ Spreads
Ihre Ansprechpartner
▪ Deckungsbeiträge und Wirtschaftlichkeit
von einzelnen Anlagen (z.B: Erlöse von Prognos AG
Windparks im Rahmen von Corporate Energiewirtschaft
PPA) Goethestraße 85
▪ Endkundenstrompreise DE-10623 Berlin
▪ Kosten des Stromsystems www.prognos.com
Marco Wünsch
Im Nachgang zur Modellierung des Strommarktes
Tel.: +49 30 520059 - 225
werden aus Großhandelspreisen und Umlagen die
marco.wuensch@prognos.com
Endkundenpreise für verschiedene Verbraucher-
gruppen (private Haushalte, Gewerbe, energieinten-
Marcus Koepp
sive Industrie etc.) ermittelt. Im Rahmen von Szena-
Tel.: +49 30 520059 - 233
rioberechnungen werden diese wiederum iterativ
marcus.koepp@prognos.com
genutzt, um die ursprüngliche Stromnachfrage hin-
sichtlich ihrer Preiselastizität zu verifizieren und ge-
Inka Ziegenhagen
gebenenfalls anzupassen.
Tel.: +49 30 520059 - 277
inka.ziegenhagen@prognos.comSie können auch lesen
