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Im Fokus der Studiendatenbank stehen Veröffentlichungen, die sich mit dem notwendigen Umbau und der Steuerung des Energiesystems für eine erfolgreiche Energiewende insgesamt beschäftigen. Mehr zu den Kriterien, nach denen das Forschungsradar Studien aufnimmt …

 

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Dezentralität und zellulare Optimierung - Auswirkungen auf den Netzausbaubedarf

Herausgeber/Institute:

Prognos, FAU

Datum:

Oktober 2016

Autoren:

Frank Peter et al.

Art der Veröffentlichung:

Studie

Auftraggeber/Förderer:

N-ERGIE AG

Themenbereiche:

Energiesysteme

Schlagwörter:

Stromnetze, Flexibilitätsoptionen, Netzintegration, Strommarkt

Seitenzahl:

103

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Zielsetzung und Fragestellung

Die Studie untersucht anhand verschiedener Szenarien Investitionsentscheidungen für die Bereitstellung von Erzeugungs-, Verbrauchs- und Netzkapazität unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen am Strommarkt. Dabei werden die Auswirkungen unterschiedlicher Systemausprägungen auf den Netzausbaubedarf und die Kosten des Energiesystems betrachtet. Schließlich werden Handlungsempfehlungen für die Entwicklung des Marktdesigns abgeleitet, die zu einem geringeren Ausbaubedarf bei den Übertragungsnetzen und deutlichen Kosteneinsparungen führen sollen.
Zu den untersuchten Maßnahmen gehören:

  • eine optimale Spitzenkappung der erneuerbaren Erzeugung,
  • das Einplanen von Redispatch als Alternative zum Netzausbau
  • alternative Ausbaupfade der erneuerbaren Erzeugung (sowohl regional als auch hinsichtlich des Technologiemixes),
  • die Installation flexibler Verbraucher an Standorten mit umfangreicher fluktuierender Erzeugung,
  • die Konzentration von marktgesteuerten KWK-Anlagen im Süden,
  • die Installation von Wärmepumpen an produktionsstarken Standorten,
  • eine hohe Marktdurchdringung von PV-Batterie-Systemen.


Zentrale Ergebnisse

Verzögerungen beim Netzausbau kein Grund für Bremsen beim Ausbau der Erneuerbaren Energien

Unter den aktuellen Rahmenbedingungen sei ein umfangreicher Netzausbau notwendig, um vor allem die fluktuierenden Stromerzeugungsmengen aus dem Norden abzutransportieren. Die Studienergebnisse zeigten jedoch, dass der Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien nicht wegen verzögertem Netzausbau verlangsamt werden müsse. Vielmehr gebe es andere Möglichkeiten, das System an die Eigenschaften erneuerbarer Erzeugung anzupassen. Der Netzausbaubedarf lasse sich deutlich reduzieren durch:

  • ein optimales ...

Verzögerungen beim Netzausbau kein Grund für Bremsen beim Ausbau der Erneuerbaren Energien

Unter den aktuellen Rahmenbedingungen sei ein umfangreicher Netzausbau notwendig, um vor allem die fluktuierenden Stromerzeugungsmengen aus dem Norden abzutransportieren. Die Studienergebnisse zeigten jedoch, dass der Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien nicht wegen verzögertem Netzausbau verlangsamt werden müsse. Vielmehr gebe es andere Möglichkeiten, das System an die Eigenschaften erneuerbarer Erzeugung anzupassen. Der Netzausbaubedarf lasse sich deutlich reduzieren durch:

  • ein optimales ...

Verzögerungen beim Netzausbau kein Grund für Bremsen beim Ausbau der Erneuerbaren Energien

Unter den aktuellen Rahmenbedingungen sei ein umfangreicher Netzausbau notwendig, um vor allem die fluktuierenden Stromerzeugungsmengen aus dem Norden abzutransportieren. Die Studienergebnisse zeigten jedoch, dass der Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien nicht wegen verzögertem Netzausbau verlangsamt werden müsse. Vielmehr gebe es andere Möglichkeiten, das System an die Eigenschaften erneuerbarer Erzeugung anzupassen. Der Netzausbaubedarf lasse sich deutlich reduzieren durch:

  • ein optimales Einspeisemangagement (markt- und netzgetriebene Abregelung Erneuerbarer Energien),
  • vermehrte Redispatch-Maßnahmen, soweit das günstiger ist als Netzausbau,
  • die Installation flexibler Verbraucher an den Standorten fluktuierender Erzeugung.

Die dem Modell nach optimale Abregelung erneuerbarer Erzeugung an den Märkten und durch Redispatch sowie eine kosteneffiziente Abwägung zwischen Redispatch und Netzausbau könne den notwendigen Netzausbau von 14 auf 8 Übertragungsleitungen senken und Einspareffekte von mehr als 1,3 Milliarden Euro pro Jahr bewirken. Eine systemoptimale Abregelung erneuerbarer Energien berücksichtige die Last- und Netzsituation, während der aktuelle Netzentwicklungsplan lediglich eine pauschale Kappung der maximalen Einspeisespitzen vorsehe.

Anpassung des Marktdesigns für andere regionale Verteilung der Erneuerbaren Energien

Unter der Voraussetzung, dass Optionen wie Abregelung und Redispatch zur Auflösung von Netzengpässen kosteneffizient eingesetzt würden, ergebe sich eine regionale Verteilung beim Ausbau der Erneuerbaren Energien, die sich deutlich vom Netzentwicklungsplan unterscheide.
Im optimalen Szenario ergebe sich eine Kosteneinsparung von fast drei Milliarden Euro pro Jahr. Hierfür sei das sogenannte „nodal pricing“ notwendig, also regional differenzierte Preisanreize für Investitionen in Erzeugungs- und Verbrauchskapazitäten. Dadurch ergebe sich eine andere regionale Verteilung der Stromerzeugungskapazitäten als bisher im Netzentwicklungsplan vorgesehen (mehr Windenergie im Süden). Auch für die Ansiedlung von Stromverbrauchern wie Power-to-Gas-Anlagen seien Preissignale sinnvoll, damit Kostenvorteile durch die Wahl systemdienlicher Standorte entstünden (erzeugungsnah im Norden). 

Zentrale Annahmen und Thesen

Hohe Bedeutung von Flexibilitätsoptionen, Netzausbau und Speichern

Ausgangspunkt der Studie ist die Feststellung, dass verschiedene Flexibilitätsoptionen, der Ausbau der Stromnetze und Energiespeicher unabdingbar für den künftig stark auf fluktuierenden Erneuerbaren Energien basierenden Strommarkt sind. Die bisherige Netzplanung beruhe auf wenigen Szenarien zum weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien. Dabei würden die Wechselwirkungen zwischen Strommarkt und Netzausbau sowie mögliche alternative Entwicklungen der Erzeugungs- und Nachfragestruktur zu wenig beachtet.

Regionale Verteilung von ...

Hohe Bedeutung von Flexibilitätsoptionen, Netzausbau und Speichern

Ausgangspunkt der Studie ist die Feststellung, dass verschiedene Flexibilitätsoptionen, der Ausbau der Stromnetze und Energiespeicher unabdingbar für den künftig stark auf fluktuierenden Erneuerbaren Energien basierenden Strommarkt sind. Die bisherige Netzplanung beruhe auf wenigen Szenarien zum weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien. Dabei würden die Wechselwirkungen zwischen Strommarkt und Netzausbau sowie mögliche alternative Entwicklungen der Erzeugungs- und Nachfragestruktur zu wenig beachtet.

Regionale Verteilung von ...

Hohe Bedeutung von Flexibilitätsoptionen, Netzausbau und Speichern

Ausgangspunkt der Studie ist die Feststellung, dass verschiedene Flexibilitätsoptionen, der Ausbau der Stromnetze und Energiespeicher unabdingbar für den künftig stark auf fluktuierenden Erneuerbaren Energien basierenden Strommarkt sind. Die bisherige Netzplanung beruhe auf wenigen Szenarien zum weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien. Dabei würden die Wechselwirkungen zwischen Strommarkt und Netzausbau sowie mögliche alternative Entwicklungen der Erzeugungs- und Nachfragestruktur zu wenig beachtet.

Regionale Verteilung von Erzeugungs- und Verbrauchskapazitäten beeinflusst Netzausbaubedarf

Eine verbrauchsnahe Ansiedlung von erneuerbarer Erzeugung verringere den Netzausbaubedarf. Durch eine bessere Verteilung der Anlagen lasse sich auch der Bedarf an Backup-Kraftwerken senken. Gesamtwirtschaftlich seien daher unter Umständen auch Standorte vorteilhaft, an denen nicht der maximale Ertrag erreicht werde. Auch eine Änderung des Technologiemixes ermögliche Kosteneinsparungen. Deutschlandweit einheitliche Marktprämien führten jedoch dazu, dass die ertragreichsten Standorte gewählt würden.
Die Installation von Wärmepumpen und Kleinspeichern sei nicht geeignet, den Netzausbau bzw. die Kosten zu reduzieren, da sie in der Regel nicht entsprechend dem Marktpreis gesteuert würden. Auch ein systemdienlicher Einsatz der Kraftwerke im Süden benötige entsprechende Preissignale.

Methodik

Die Studie untersucht mithilfe von Modellrechnungen für insgesamt 18 Szenarien, ob und in welchem Umfang eine Anpassung der Rahmenbedingungen im Strommarkt den Netzausbaubedarf reduzieren und die Kosteneffizienz des Systems verbessern und könnte. Im Mittelpunkt steht der Einsatz verschiedener Flexibilitätsoptionen unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen dem Marktgeschehen und den Netz- und Erzeugungsstrukturen.
Die Analyse basiert auf einem berechenbaren Gleichgewichtsmodell, das die Investitionsentscheidungen für Kraftwerks- und Netzkapazität auf Grundlage des Handels an den ...

Die Studie untersucht mithilfe von Modellrechnungen für insgesamt 18 Szenarien, ob und in welchem Umfang eine Anpassung der Rahmenbedingungen im Strommarkt den Netzausbaubedarf reduzieren und die Kosteneffizienz des Systems verbessern und könnte. Im Mittelpunkt steht der Einsatz verschiedener Flexibilitätsoptionen unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen dem Marktgeschehen und den Netz- und Erzeugungsstrukturen.
Die Analyse basiert auf einem berechenbaren Gleichgewichtsmodell, das die Investitionsentscheidungen für Kraftwerks- und Netzkapazität auf Grundlage des Handels an den ...

Die Studie untersucht mithilfe von Modellrechnungen für insgesamt 18 Szenarien, ob und in welchem Umfang eine Anpassung der Rahmenbedingungen im Strommarkt den Netzausbaubedarf reduzieren und die Kosteneffizienz des Systems verbessern und könnte. Im Mittelpunkt steht der Einsatz verschiedener Flexibilitätsoptionen unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen dem Marktgeschehen und den Netz- und Erzeugungsstrukturen.
Die Analyse basiert auf einem berechenbaren Gleichgewichtsmodell, das die Investitionsentscheidungen für Kraftwerks- und Netzkapazität auf Grundlage des Handels an den Spotmärkten modelliert. Berücksichtigt werden die Rahmenbedingungen im deutschen Strommarkt und die zentralen Anbindungen ins Ausland.
Damit weicht die Methodik von der Netzentwicklungsplanung ab. Den Autoren zufolge hat das folgende Vorteile: die Vorgehensweise erlaube die Betrachtung eines netzdienlichen Einspeisemanagements, die Berücksichtigung von Redispatch und es lasse sich für jedes Szenario der optimale Netzausbau ermitteln.

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