Die Auswirkungen von Erneuerbaren Energien auf die Strompreise
Erforschung der Auswirkungen erneuerbarer Energien auf die Strommarktpreise und -stabilität.
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Inhaltsverzeichnis
Der Strommarkt verändert sich durch die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie. Diese Veränderungen werfen wichtige Fragen auf, wie die Preise im Strommarkt festgelegt werden, besonders wenn traditionelle Energiequellen weniger dominant sind. Dieser Artikel diskutiert die Dynamik hinter der Preisbildung auf den Strommärkten und hebt die Rolle der Nachfrageelastizität und der Energiespeicherung hervor.
Energiewende und Preisprobleme
Da erneuerbare Energiequellen einen grösseren Anteil an der Stromerzeugung gewinnen, gibt es Bedenken, dass das aktuelle Energiemarkt-System nicht effektiv funktioniert. Traditionell wurden die Preise im Strommarkt durch die Kosten fossil betriebener Erzeugung beeinflusst. Wenn jedoch erneuerbare Quellen ohne Brennstoffkosten die Hauptversorger werden, könnten die Preismechanismen vor Herausforderungen stehen.
Einige Bedenken sind:
Anhaltend niedrige Preise: Es könnte lange Zeiten geben, in denen die Strompreise bei null oder sehr niedrigem Niveau bleiben.
Hohe Knappheitspreise: In Zeiten hoher Nachfrage und begrenztem Angebot könnten die Preise auf Niveaus steigen, die für Verbraucher oder Entscheidungsträger nicht akzeptabel sind.
Marktinstabilität: Kleine Änderungen in der Erzeugungskapazität können zu erheblichen Preisschwankungen führen, was die finanzielle Planung für Energieerzeuger erschwert.
Nachfrageelastizität und ihre Bedeutung
Ein Grossteil der Modellierung von Strommärkten basierte auf der Idee der unelastischen Nachfrage. Das heisst, die Nachfrage nach Strom ändert sich nicht wesentlich mit Preisvariationen. Die Realität zeigt jedoch, dass die Nachfrage reaktionsfähiger sein kann, besonders in einem Markt, in dem Verbraucher flexiblere Optionen haben.
Wenn die Nachfrage elastisch ist, sind Verbraucher bereit, ihren Stromverbrauch basierend auf Preisänderungen anzupassen. Diese Anpassung kann zu stabileren Preisen führen, weil die Verbraucher nicht mehr nur passive Teilnehmer sind. Sie werden aktive Akteure im Markt, indem sie auf Preissignale reagieren.
Die Implementierung der Elastizität in Marktmodelle kann die Fälle von extrem niedrigen oder hohen Preisen reduzieren und helfen, die Einnahmen für Produzenten zu stabilisieren.
Die Rolle der Energiespeicherung
Energiespeicherung spielt eine entscheidende Rolle bei der Preisstabilisierung in modernen Strommärkten. Da die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen schwankend ist und von Wetterbedingungen abhängt, ermöglichen Speichermöglichkeiten, Strom während Zeiten von Überversorgung zu speichern und ihn zu nutzen, wenn die Nachfrage hoch ist.
Arten der Speicherung: Es gibt verschiedene Formen der Energiespeicherung, darunter Batterien, Pumpspeicher und chemische Speicher wie Wasserstoff. Jeder Typ bietet einzigartige Vorteile für das Management von Angebot und Nachfrage.
Bietstrategien: Energiespeicheranlagen können am Strommarkt teilnehmen, indem sie ihren gespeicherten Strom anbieten. Sie können die Preise basierend auf dem Wert des Stroms zu Spitzenzeiten festlegen, und somit die Preise mit der tatsächlichen Nachfrage in Einklang bringen.
Opportunitätskosten: Der Wert gespeicherter Energie wird oft durch die Opportunitätskosten bestimmt – was die Energie auf dem Markt verdienen könnte, wenn sie zu einem anderen Zeitpunkt genutzt würde. Diese Kosten beeinflussen, wie Speicherbetreiber entscheiden, ihre Systeme aufzuladen und zu entladen.
Analyse der Marktdynamik
Um zu verstehen, wie Strompreise durch Nachfrageelastizität und Energiespeicherung beeinflusst werden, werden Vereinfachungen an den Marktdynamiken vorgenommen:
Einzelner Preislevel: In Märkten mit unelastischer Nachfrage können die Preise in Zeiten geringer Nachfrage auf null fallen. Bei elastischer Nachfrage bleiben die Preise aufgrund aktiver Verbraucherreaktionen auf einem konsistenten Level.
Einfluss des Speicherwerts: Wenn die Nachfrage elastisch ist, bleibt der marginale Speicherwert stabil. Diese Stabilität ermöglicht es Speicherbetreibern, bessere Preisstrategien zu entwickeln und den Betrieb effektiv zu planen.
Preisdauer-Verläufe: Diese Kurven zeigen, wie sich die Preise über die Zeit verändern. Bei elastischer Nachfrage sind die Preisschwankungen gleichmässiger im Vergleich zu Märkten mit unelastischer Nachfrage, die starke Spitzen und Rückgänge erleben können.
Auswirkungen in der Praxis
Diese Erkenntnisse haben erhebliche Auswirkungen auf die realen Strommärkte:
Investitionsentscheidungen: Investoren in erneuerbare Energien und Speichertechnologien könnten den Markt attraktiver finden, wenn Preisstabilität gewährleistet ist. Das kann zu mehr Investitionen in sauberere Energiequellen führen.
Verbrauchervertrauen: Ein stabileres Preisumfeld kann Verbraucher dazu ermutigen, in Technologien zu investieren, die es ihnen ermöglichen, ihren Energieverbrauch effektiver zu steuern, wie zum Beispiel smarte Geräte.
Politikunterstützung: Entscheidungsträger könnten in Betracht ziehen, Strategien zur Nachfragesteuerung oder Anreizprogramme zu unterstützen, um die Elastizität der Nachfrage weiter zu fördern. Das könnte Rückerstattungen für Verbraucher beinhalten, die ihren Verbrauch zu Spitzenzeiten anpassen.
Herausforderungen
Trotz der vielversprechenden Aspekte der Integration von Nachfrageelastizität und Energiespeicherung in Marktmodelle bleiben Herausforderungen bestehen:
Prognoseunsicherheiten: Die Vorhersage von Energienachfrage und Wettermustern ist komplex. Speicherbetreiber müssen fundierte Entscheidungen basierend auf unsicheren Prognosen treffen.
Modellierungsgrenzen: Viele bestehende Modelle berücksichtigen möglicherweise nicht ausreichend die Variabilität in den Nachfrage- und Angebotsdynamiken, was zu irreführenden Schlussfolgerungen über das Marktverhalten führen kann.
Regulatorische Hürden: Die aktuellen Vorschriften für den Strommarkt müssen möglicherweise aktualisiert werden, um erneuerbare Energien und Speicherlösungen besser zu berücksichtigen und flexiblere Preisbildungsmechanismen zu ermöglichen.
Fazit
Der laufende Übergang zu erneuerbaren Energien bringt sowohl Herausforderungen als auch Chancen für die Strommärkte mit sich. Durch die Integration von Nachfrageelastizität in Marktmodelle und die effektive Nutzung von Energiespeicherung können wir ein stabileres Preisumfeld schaffen, Investitionen anregen und letztendlich ein widerstandsfähigeres und nachhaltigeres Energiesystem entwickeln. Das Verständnis dieser Dynamiken wird für alle Beteiligten entscheidend sein, von Versorgungsunternehmen über Verbraucher bis hin zu Entscheidungsträgern.
Titel: Price formation without fuel costs: the interaction of elastic demand with storage bidding
Zusammenfassung: Studies looking at electricity market designs for very high shares of wind and solar often conclude that the energy-only market will break down. Without fuel costs, it is said that there is nothing to set prices. Symptoms of breakdown include long phases of zero prices, scarcity prices too high to be politically acceptable, prices that collapse under small perturbations of capacities from the long-term equilibrium, cost recovery that is impossible due to low market values, high variability of revenue between different weather years, and difficulty operating long-term storage with limited foresight. We argue that all these problems are an artefact of modeling with perfectly inelastic demand. If short-term elasticity to reflect today's flexible demand (-5%) is implemented in the model, these problems are significantly reduced. The combined interaction of demand willingness to pay and storage opportunity costs is enough to produce stable pricing. This behavior is illustrated by a model with wind, solar, batteries, and hydrogen-based storage, where a piecewise linear demand curve removes high price peaks and reduces the fraction of zero-price hours from 90% to around 30%, and entails more price stability for perturbations of capacity and different weather years. Furthermore, we show that with elastic demand, the long-term model exactly reproduces the prices of the short-term model with the same capacities. We then use insights from the long-term model to derive simple bidding strategies for storage so that we can also run the short-term model with limited operational foresight. We demonstrate this short-term operation in a model trained on 35 years of weather data and tested on another 35 years of unseen data. We conclude that the energy-only market can still play a key role in coordinating dispatch and investment in the future.
Autoren: Tom Brown, Fabian Neumann, Iegor Riepin
Letzte Aktualisierung: 2024-07-31 00:00:00
Sprache: English
Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2407.21409
Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2407.21409
Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.
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