VL09: Teilmärkte der Elektrizitätsversorgung Flashcards
Beschreibe die Wertschöpfungskette von Strom.
Primärenergiegewinnung (nur fossile Energieträger) + Standorterschließung (Wettbewerb)
Erzeugung (Wettbewerb)
Netze (Transport und Verteilung) (natürliches Monopol –> Regulierung)
Handel (Wettbewerb)
Vertieb (Wettbewerb)
Beschreibe den Stromfluss in Deutschland.
Stromaufkommen (~600 TWh)
= Nettostromerzeugung (~550 TWh) + Importe aus dem Ausland + Entnahmen aus Stromspeichern
Nettostromverbrauch (~500 TWh)
= Stromaufkommen - Exporte ins Ausland - Zufuhr in Stromspeicher - Netzverluste
= Industrie (~ 45 %) + GHD (~25 %) + Haushalte (~25 %) + Verkehr (~5 %)
Anmerkungen
- GHD = Gewerbe, Handel, Dienstleistungen
- Verkehr ist hauptsächlich Schienenverkehr, nicht E-Mobilität
Was beschreibt Adequacy?
Was bedeutet Security?
Adequacy
- Versorgungssicherheit in der Kapazitätsplanung
- Vorbehaltung ausreichender Kapazitäten zur Nachfragedeckung
Security
- Versorgungssicherheit im Einsatz
- Einsatz von Kapazitäten zur Nachfragedeckung
Beschreibe den Aufbau der Märkte für Stromerzeugung und -verbrauch.
–> Großhandel
Großhandel
(für große Mengen)
A) Strombörse
- Spotmarkt (physisch)
* Day-ahead
* Infraday
- Terminmarkt (finanziell)
* Future
* Option
B) OTC-Handel (over the counter-Handel) (bilateral!!)
- Spotmarkt (physisch)
* Day-ahead
* Infraday
- Terminmarkt (physisch)
* Forward
* Option
- Vollversorgung nach Fahrplan (physisch)
- Spotmarkt: Erfüllung <= 2 Tagen
- Terminmarkt: Erfüllung > 2 Tagen
- Stromfutures mit unterschiedlichen Fälligkeiten: Jahre, Quartale, Monate, Wochen, Wochenenden, Tage; (- Forwards: Äquivalent für Futures im außerbörslichen Handel
- Optionen auf Stromfutures: handelbar, werden aber in der Praxis nicht gehandelt)
Beschreibe den Aufbau der Märkte für Stromerzeugung und -verbrauch.
–> Einzelhandel (Vertrieb)
Einzelhandel (Vertrieb)
(für kleinere Mengen)
A) Sonderverträge
(Verträge mit Leistungsmessung)
–> Großkunden (Bsp. Glas-, Zement-Produzent)
–> Individuelle Vertragsgestaltung
–> Leistungsmessung
B) Standardverträge
(Verträge für Standardlastprofile)
–> Haushalte, Gewerbe
–> Keine Leistungsmessung, Standardlastprofil wird angenommen
Was bedeutet Dispatch?
Was bedeutet Redispatch?
Beschreibe den Aufbau des Markts/Betriebs für Redispatch (institutionell).
Dispatch
- Einsatzplanung von KW
- Wird von den Bilanzkreisverantwortlichen in Form von Fahrplänen an den Bilanzkreiskoordinator (ÜNB) gemeldet
- Revisionsplannung (langfristig), Tageseinsatzplannung (kurzfristig)
Redispatch
- Kurzfristige Änderung der Einsatzplanung aufgrund von Engpässen im Netz (Redispatch 2.0: Einspeise- und Netzengpassmanagement)
- Eingriffe in die Erzeugungsleistung von Kraftwerken durch ÜNB, um Leitungsabschnitte vor einer Überlastung zu schützen
- Bsp. Vor einem Netzengpass wird die Erzeugung runter geregelt und hinter einem Netzengpass hochgeregelt
Markt/Betrieb
- ÜNB und KW-betreiber einigen sich welche Kapazitäten zum Ausgleich des Netzes vorgehalten werden
- Betrieb: Kostenbasierte Vergütung
- Eher Betrieb als Markt, kann auch als Markt ausgestaltet werden: Betreiber bieten Kapazitäten an
Beschreibe die spezifische Emissionen von Erdgas, Steinkohle und Braunkohle.
Braunkohle (~1150g/kWh) > Steinkohle (~900g/kWh) > > Erdgas (~370g/kWh)
- Erdgas: Underestimated Lifecycle-Emissions, Methan Leakages
Wie hoch ist die installierte Nettonennleistung sowie die Bruttostromerzeugung in Deutschland.
Installierte Nettonennleistung: ~210 GW
Bruttostromerzeugung: ~600 TWh
Zeichne die Jahresdauerlinie der Last (load duration curve) und erkläre sie.
Wie hat sich die Jahresdauerlinie durch die EE verändert?
vgl. Folie 249
- Generierung: Sortierung der Werte der tatsächlichen Lastkurve (Jahresganglinie) nach Größe
- Interpretation: Gibt an, in wie vielen Jahresstunden mindestens eine Leistung von x nachgefragt wurde
Wie hat sich die Jahresdauerlinie durch die EE verändert?
- EE speisen bevorzugt ein –> Verschiebung nach unten
(von der Jahresdauerlinie wird die EE-Erzeugung abgezogen = Residuallast)
- Residuallast muss durch mehr Spitzenlast-KW und durch weniger Grundlast-KW gedeckt werden
Erkläre die kostenoptimale Zusammensetzung des konventionellen Kraftwerksparks (Screening Curves).
vgl. Folie 250
Screening Curves
Vorgehen (Projektionen)
1) Vollkosten/(kW ° a) ~ Bh im Jahr
2) Jahresdauerlinien der Gesamtlast bzw. Jahresdauerlinien der Residuallast (Last [%] ~ Bh im Jahr)
3) Anteil der Leistung der Kraftwerkstypen an der Gesamtleistung ([%])
- In Vergangenheit wurde die Jahresdauerlinie angewendet um Zusammensetzung des Kraftwerksparks zu planen
- Heute wird wegen der vorrangigen EE-Einspeisung nicht mehr die Jahresdauerlinie der Gesamtlast, sondern die Jahresdauerlinien der Residuallast verwendet
Kraftwerkstypen
- Spitzenlast-KW (Bsp. Gas-KW)
(Jahresdauerlinie links)
(Kosten für schnelle Einspeisung und kurze Betriebsdauern niedrig)
- Mittellast-KW
(Jahresdauerlinie mitte)
- Grundlast-KW (Bsp. Kohle-/AKW)
(Jahresdauerlinie rechts)
(Kosten für konstante Einspeisung und lange Betriebsdauern niedrig)
(y-Achsen Abschnitt in Jahreskosten-Diagramm: Investitionskosten)
Erkläre den Last- und Erzeugungsverlauf in einer Beispielwoche in 2022.
vgl. Folie 251
vgl. Folie 251
Last
- Tag (Spitze) vs. Nacht (Tal)
- Wochentag (höher) vs. Wochenende (niedriger)
Erzeugung
- Tag (Spitze) vs. Nacht (Tal)
–> PV Einspeisung
- Wind besonders volatil
- EE-Erzeugung gering –> CO2-Emissionen hoch
- Erzeugung > Verbrauch, Transportverluste (elektrischer Widerstand)?, Abregelung
Residuallast
- Verbrauch - EE-Einspeisung
- Residuallast < 0 –> Abregelung von Einspeisung (“Curtailment”)
- Deckung der Residuallast entscheidend, die Einteilung nach Grund-/Mittel-/Spitzenlast hat an Bedeutung verloren
Ordne den spezifischer Investitionsaufwand (€/kW) von PV > 30 kWp, Erdgas Gas- und Dampfkraftwerk, Erdgas Gasturbinen-KW, Steinkohle, Braunkohle, Offshore Wind, Onshore Wind.
Erdgas-GT
< Erdgas GuD
< PV (> 30 kWp)
< Onshore Wind
< Steinkohle
< Braunkohle
< Offshore Wind
Eigenschaften der Kraftwerkstypen
1) Welche KW-technologie kann die größte Leistung bereitstellen?
2) Welche KW-technologie eignet sich am Besten für Skalierbarkeit?
3) Welche konventionelle KW-technologie hat die höchsten Wirkungsgrade?
4) Welche KW-technologie hat die geringsten spezifischen Investitionskosten?
1) Atom- und Kohlekraftwerke
2) Aufgrund ihres modularen Aufbaus zeichnen sich Erdgas Gas- und Dampfkraftwerke (GuD) durch sehr gute Skalierbarkeit aus
3) Erdgas Gas- und Dampfkraftwerke (GuD)
4) Gasturbinenkraftwerke
Warum könnten sich mit H2 befeuerte Gasturbinenkraftwerke in Zukunft besonders als Spitzenlastkraftwerke eignen?
- Spitzenlastkraftwerke werden in Zukunft nur wenige Stunden im Jahr laufen, also in nur wenigen Stunden Umsätze erwirtschaften, um sich zu refinanzieren
- Gasturbinenkraftwerke haben sehr geringe spezifische Investitionskosten
- Die Brennstoffpreise von H2 werden in der zukunft sehr teuer sind, was zu sehr hohen Grenzkosten führen wird
–> Die geringen Investitionskosten der Gasturbinenkraftwerke können vergleichsweise gut in den wenigen VBh/a refinanziert werden
–> Durch die niedrigen Vollbenutzungsstunden fallen die höheren Grenzkosten weniger ins Gewicht
–> Die Spitzenlastkraftwerke werden im Merit-Order-Modell die Grenzkraftwerke sein und können sich somit theoretisch nicht refinanzieren (= nicht die Investitionskosten decken)
–> Die langfristige Deckung der Investitionskosten von Grenzkraftwerken wird im Peak-Load-Pricing/Scarcity-Pricing-Modell abgebildet
Was beschreiben Vollkosten pro Kostenträger?
Vollkosten pro Kostenträger = (Betriebskosten + Kapitalkosten) / Absatzmenge
1) Was beschreiben Grenzkosten?
2) Wobei sind die Grenzkosten entscheidend?
3) Gib die Formel der Grenzkosten an.
4) Reihe die durchschnittlichen Grenzkosten von Steinkohle-KW, Erdgas-KW (GuD) und Windparks der Größe nach.
1) Grenzkosten = Kosten bei die Produktion einer zusätzlichen Einheit (Bsp. MWh) anfallen
2)
- Grenzkosten sind entscheidend, wenn es um den Weiterbetrieb bzw. die Einsatzentscheidung (Dispatch) von KW geht
- Basis der Preisbildung und Dispatchentscheidung im Merit-Order-Modell bzw. der Preisbildung am Day-ahead-Markt
3) Siehe Aufzeichnungen
4) Grenzkosten-Vergleich:
Wind-/Solarparks = 0 < Steinkohle-KW < Erdgas-KW
Um welche Kennzahlen geht es?
- Investitionsentscheidung nach “…”
- Die “…” sind wesentliches Kriterium für die langfristige Wirtschaftlichkeit.
- Die “…” sind wesentliches Kriterium für den Kraftwerkseinsatz und sind maßgebend für die erzielbaren Preise auf dem Strommarkt.
“LCOE”
“Grenzkosten”
Was beschreiben Stromgestehungskosten?
Stromgestehungskosten (LCOE: Levelized Cost of Electricity)
- Die LCOE entsprechen dem durchschnittlichen Strompreis bei dem der Kapitalwert der Kraftwerksinvestition 0 ist.
- Sie sind der Barwert aller Ausgaben bzw. Kosten, die bei der Stromerzeugung anfallen, bezogen auf eine produzierte Einheit (kWh bzw. MWh).
- Stromgestehungskosten sind entscheidend, wenn es um die Investitionsentscheidung geht
Formel LCOE: vgl. Folie 31
Modifizierte Formel für die LCOE bei konstanten Ausgaben und Erzeugungsmengen: vgl. Folie 32
1) Wie viel % der installierten Leistung machen derzeit EE aus?
2) Wie viel % der Stromerzeugung kommt derzeit aus EE?
1) ~ 70 %
2) ~ 50 %
Das liegt daran, dass ihre Jahresvolllaststunden (vor allem wegen der Dargebotsschwankungen) im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken geringer sind.
Durch fluktuierende erneuerbare Stromerzeugung ist sowohl eine Betrachtung “…” als auch “…” maßgeblich für die Dimensionierung des ergänzenden Kraftwerks- und Ressourcenparks.
“der Jahresdauerlinie der Residuallast”
“die Entwicklung der Residuallast im Zeitverlauf” / “die Jahresganglinie der Residuallast”
1) Was ist Regelleistung?
2) Was ist Regelenergie?
3) Beschreibe die Bereitstellung von Regelleistung.
4) Beschreibe die Funktionsweise und den Aufbau des Regelenergiemarkt.
1) Regelleistung
- Wird vorgehalten um die Stabilität des Netzbetriebs zu gewährleisten (Frequenz = konst. = 50 Hz)
- Nachfrage und Angebot nach/von Strom müssen zu jeder Zeit ausgeglichen sein; Wenn ausgeglichen gilt: Frequenz = 50 Hz
- Positive RL: Erhöhung Erzeugungsleistung / Absenkung Verbrauchsleistung (Für den Fall: Frequenz < 50 Hz)
Negative RL: Absenkung Erzeugungsleistung / Erhöhung Verbrauchsleistung (Für den Fall: Frequenz > 50 Hz)
2) Regelenergie
- Kurzfristig und physisch vom ÜNB eingesetzte Regelleistung
- Pos. Regelenergie: Erhöhung Erzeugung / Absenkung Verbrauch (Einsatz bei Frequenz < 50 Hz)
- Neg. Regelenergie: Absenkung Erzeugung / Erhöhung Verbrauch (Einsatz bei Frequenz > 50 Hz)
3) Bereitstellung von Regelleistung (Regelenergiemarkt)
Regelzone:
EE + Konv. Kraftwerke + Händler + große Verbraucher
–> Bieten Regelleistung oder bieten die Nutzung von Regelleistung (pos./neg. Regelleistung)
<– Vergütung f. Bereitstellung u./o. Nutzung von Regelleistung
4) Regelenergiemarkt
Funktionsweise
- Systembetreiber (ÜNBs) beschaffen Regelleistung über transparente, diskriminierungsfreie Ausschreibungen (www.regelleistung.net)
- Primärregelung (FCR) wird von den ÜNB regelzonenübergreifen eingesetzt
- Sekundär- und Tertiärregelung wird durch den ÜNB der Regelzone eingesetzt
Aufbau
Primärregelung (FCR: Frequency Containment Reserve)
- Aktivierung innerhalb von 30 Sekunden
- Abzudeckender Zeitraum pro Störung: 0 < t < 15 min
–> Frequenz wird stabilisiert
Sekundärregelung (aFRR: Frequency Restoration Reserve with automatic activation)
- Vollständige Aktivierung innerhalb von max. 5 min
–> Frequenz wird angehoben/abgesenkt
Tertiärregelung/Minutenreserve (mFRR: Frequency Restoration Reserve with manual activation)
- Vollständige Aktivierung von max. 15 Minuten
- Abzudeckender Zeitraum pro Störung t > 15 min bis 4 Viertelstunden bzw. bis zu mehreren Stunden bei mehreren Störungen
–> Frequenz wird angehoben/abgesenkt
Wahr oder falsch?
Marktvolumen:
Terminmarkt > > Day-ahead > > Intraday
OTC-Handel > > Börsenhandel
Wahr!
