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Veröffentlichung Strommarktdesign der Zukunft(Umweltbundesamt, 2016) Peek, Markus; Diels, Robert; r2b energy consulting GmbH; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Klaus, ThomasDie Transformation des Stromversorgungssystems, in dem die erneuerbaren Energien zur tragenden Säule werden, wird die Anforderungen an alle Akteure verändern. Zentral für das Gelingen der Energiewende ist eine zunehmende Flexibilisierung von Erzeugung und Verbrauch. Sie ermöglicht eine kostengünstige Integration der volatilen Einspeisung der erneuerbaren Energien. Einerseits bestehen vielfältige technische Optionen zum Abbau heute vorhandener technischer Inflexibilität. Andererseits zeigen Analysen, dass überregionale Ausgleichseffekte der Last und der Einspeisung aus erneuerbaren Energien die Flexibilitätsanforderungen deutlich reduzieren können. Technologieneutrale wettbewerbliche Strommärkte stellen ein geeignetes Instrument zur Flexibilisierung des Stromversorgungssystems dar. Die Wirkungsmechanismen wettbewerblicher Strommärkte gewährleisten in der kurzen Frist eine effiziente Synchronisierung von Angebot und Nachfrage. In der mittleren und langen Frist setzen sie effiziente Anreize für eine Anpassung des Technologiemix an die Anforderungen, die aus einer sich verändernden residualen Last resultieren. Das Auftreten negativer Großhandelspreise bei deutlich positiven residualen Lasten in den vergangenen Jahren zeigt aber auch, dass aktuell noch Flexibilitätshemmnisse bestehen. Ursächlich dafür sind zumindest zum Teil Regelungen des Marktdesigns und des regulatorischen Rahmens, die einerseits Markteintrittsbarrieren darstellen und andererseits dazu führen, dass die Preissignale der wettbewerblichen Strommärkte nicht oder nur verzerrt bei einem Teil der Marktakteure ankommen. Für eine effiziente Erschließung der unterschiedlichen Flexibilitätsoptionen in einem technologieneutralen Wettbewerb sollten die Hemmnisse in den entsprechenden Regelungen, z. B. in den Bereichen Netznutzungsentgelte, Regelleistungsmärkte und Ausgleichsenergie, abgebaut oder zumindest reduziert werden. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Ein Strommarktdesign zur kostengünstigen Erreichung der langfristigen Klimaschutzziele(Umweltbundesamt, 2016) Peek, Markus; Diels, Robert; r2b energy consulting GmbH; Deutschland. Umweltbundesamt; Klaus, ThomasDas heutige Marktdesign auf Basis eines 'Energy Only'-Marktes ist ohne Kapazitätsmechanismus grundsätzlich funktionsfähig und gewährleistet eine sichere Versorgung der Verbraucher gemäß deren Präferenzen. Zentrale Elemente eines funktionierenden EOM sind das Bilanzkreis- und Ausgleichsenergiesystem, die ausreichende Vorhaltung von Regelleistung sowie das sog. 'peak load pricing'. Sie schaffen Anreize für individuelle Leistungsvorsorge und ermöglichen die Refinanzierung von Erzeugungskapazitäten und die Erschließung von Flexibilitätsoptionen, wie z. B. Lastmanagement, in einem für eine sichere und effiziente Stromversorgung erforderlichen Umfang. Eine Einführung von Kapazitätsmärkten ist daher nicht erforderlich.
Eine umfängliche Anpassung durch ein neues Marktdesign mit Kapazitätsmärkten ist mit erheblichen Risiken, Transaktionskosten für Marktakteure und Herausforderungen der Etablierung eines adäquaten regulatorischen und rechtlichen Rahmens in Deutschland und Europa verbunden. Die Einführung von Kapazitätsmärkten hat somit - je nach Art des Kapazitätsmarktes - einen mehr oder weniger ausgeprägten experimentellen Charakter, so dass die Auswirkungen und sich in der Praxis ergebende Herausforderungen nur eingeschränkt absehbar sind. Die Analysen der alternativen Marktdesignoptionen mit Kapazitätsmechanismen zeigen, dass alle Kapazitätsmechanismen ihre spezifischen Ziele im Bereich Versorgungssicherheit grundsätzlicherreichen können. Mit zunehmender Intensität des staatlichen Eingriffs und der Regulierungstiefe sind allerdings auch erhebliche Ineffizienzen und Regulierungsrisiken gegeben.
Wir empfehlen den 'Energy Only'-Markt beizubehalten und zeitnah Maßnahmen zu dessen Optimierung umzusetzen (EOM 2.0). Insbesondere empfehlen wir eine Prüfung und Weiterentwicklung der Marktregeln des Bilanzkreis- und Ausgleichsenergiesystems und des Regelleistungsmarktes sowie einen Abbau von potenziellen Hemmnissen für die Erschließung von Nachfrageflexibilität und von weiteren Flexibilitätsoptionen.
Für den politischen Wunsch nach einer zusätzlichen Absicherung der Stromversorgung empfehlen wir die Einführung einer Kapazitätsreserve als Ergänzung des EOM 2.0. So können auch Herausforderungen beim Ausstieg aus der Kernenergie, Verzögerungen beim erforderlichen Ausbau der Netzinfrastruktur und der Vollendung des europäischen Binnenmarktes für Strom sowie der sukzessiven Umstellung des Erzeugungssystems auf erneuerbare Energien (als zentrale Klimaschutzmaßnahme) in einer Übergangsphase adressiert werden. Die Kapazitätsreserve ist aus ordnungspolitischer Sicht von geringer Eingriffsintensität. Bei der Ausgestaltung der Kapazitätsreserve sollten insbesondere die Regeln bei der Beschaffung und beim Einsatz so ausgestaltet werden, dass Beeinträchtigungen des wettbewerblichen Strommarktes ausgeschlossen werden. Von zentraler Bedeutung ist hierfür ein striktes Vermarktungs- und Rückkehrverbot an wettbewerbliche(n) Strommärkte(n) für die Anlagen der Kapazitätsreserve (sog. 'no way back'-Regelung).
Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Verbrauchersicht auf Ökostrom(2018) Schudak, Annika; Wallbott, Thorsten; Imug-Beratungsgesellschaft für Sozial-Ökologische Innovationen (Hannover); Deutschland. Umweltbundesamt; Mohrbach, ElkeDie Kurzstudie wurde im Rahmen der "Marktanalyse Ökostrom und Herkunftsnachweise" zur Weiterentwicklung des Herkunftsnachweissystems und der Stromkennzeichnung durchgeführt. Ziel war es, Kenntnisse über den Status quo der Stromkennzeichnung als Verbraucherinformation bei der Ökostromauswahl sowie allgemeine Einstellungen der Verbraucherinnen und Verbraucher zum Thema Ökostrom und zur Energiewende zu erlangen. Die Studie zeigt repräsentative Ergebnisse für die deutsche Bevölkerung. Kernerkenntnisse sind, dass die Stromkennzeichnung bei dem Großteil der Deutschen nicht bekannt ist und daher nicht zum Vergleich verschiedener Produkte oder Anbieter genutzt wird. Gleichwohl besteht großes Potenzial für einen vermehrten Ökostrombezug, bei dessen Auswahl auch die Stromkennzeichnung eine wesentlich größere Rolle spielen kann. Als Wechselbarrieren hin zu Ökostrom werden vor allem zu hohe Preise und zu wenig Informationen benannt. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Flexibilitätsoptionen der Strom- und Wärmeerzeugung mit Geothermie in einem von volatilem Stromangebot bestimmten Energiesystem(Umweltbundesamt, 2020) Irl, Matthäus; Aubele, Katharina; Baumann, Thomas; Technische Universität München. Lehrstuhl für Energiesysteme; Universität Bayreuth; Deutschland. UmweltbundesamtDie tiefe Geothermie ist integraler Bestandteil der Wärmewende und kann darüber hinaus einen signifikanten Beitrag zur Bereitstellung elektrischer Energie liefern Bislang unzureichend untersucht ist die Frage, in wie weit Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme für eine flexible Deckung des Strombe-darfs, insbesondere der Bereitstellung von Regelleistung genutzt werden können, ohne negative Auswirkungen auf die Wärmeversorgung zu bedingen. Die Studie stellt fest, dass aus hydrogeochemischer Sicht ein flexibler Betrieb des Thermalwasserstroms für die Anlagenkomponenten und das Reservoir, gerade im Molassebecken weitgehend unbedenklich ist. Es ist festzuhalten, dass Erfassung von Messdaten und eine anlagenbezogene Bewertung unersetzlich ist. Die durchgeführte technische Analyse sowie die Simulation der Geothermieanlagen zeigen auf, dass das technische Potenzial der dauerhaften Bereitstellung von positiver und negativer Regelleistung für nahezu alle technischen Flexibilitätsoptionen, insbesondere für Bestandsanlagen gering ist. Ausnahme ist das technische Flexibilitätspotential für die Bereitstellung von positiver Regelleistung durch den Einsatz von Heißwasser- bzw. Thermalwasserspeichern. Hier ist das technische Potential als mittel bis groß einzuschätzen, jedoch steigt auch der technische Aufwand. Das technische Potenzial der positiven und negativen Regelleistungsbereitstellung mit eingeschränkter zeitlicher Verfügbarkeit (also in Zeitscheiben) ist hingegen für nahezu alle Flexibilitätsoptionen mittel bis groß. Folglich besteht ein di-rekter Einfluss der zeitlichen Verfügbarkeit auf das Potenzial der Regelleistungsbereitstellung; der technische Aufwand korreliert mit der Größe der Speichervolumina. Das Gesamtpotential der Regel-leistungsbereitstellung bleibt jedoch insgesamt auf niedrigem Niveau. Verglichen mit konventioneller Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) zeigt die Geothermie eine sehr variable Stromkennzahl, wodurch eine sehr große Flexibilität zwischen Strom- und Wärmeerzeugung gewährleistet ist. Weiterhin sind die CO2-Emissionen pro erzeugter Energieeinheit deutlich positiver zu bewerten als bei fossil betriebener KWK. Die ökonomischen Bewertungen zeigen, dass unter aktuellem Preisniveau und Anwendung von technischen Flexibilitätsoptionen die Anlagen nur bedingt wirtschaftlich Regelleistung erbringen können. Anlagen im Bestand mit Unterstützung durch das Spitzenlast-Heizwerk können bereits heute durch Bereitstellung von positiver Sekundärregelleistung zusätzliche (geringe) Gewinne erwirtschaften. Bei Anlagen im Bestand ohne Modifikation bzw. der Erweiterung durch Wärmespeicher ist dies nicht der Fall. Die Verringerung des anzulegenden Werts für Strom aus Geothermie birgt eine verstärkte Ausnutzung des Flexibilitätspotentials und damit ökonomische Vorteile. Anlagen im Bestand und Anlagen mit Spitzenlast-Heizwerk können dann wirtschaftlich negative und positive Sekundärregelleistung vorhalten. Eine Bereitstellung von Flexibilität durch tiefe Geothermiekraftwerke, deren Stromerzeu-gung nach EEG vergütet wird, ist damit ohne zusätzliche Anreize mittelfristig nicht zu erwarten. Eine zeitliche Entkopplung der Stromproduktion von der Wärmenachfrage mit Hilfe von Wärmespeichern ermöglicht eine mehr strompreisorientierte Fahrweise des Geothermiebasierten Strom-Wär-mesystems. Das flexiblere Energiesystem reduziert dabei die Gesamtkosten mittels Maximierung der Erlöse durch Stromeinspeisung ins Netz zu Zeiten mit hohen Strompreisen. Zusätzliche elektrische Wärmeerzeuger (wie in dieser Untersuchung z. B. eine Wärmepumpe) werden bei sehr niedriger Residuallast und damit verbundenen geringen Stromkosten für die Wärmegewinnung eingesetzt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass aktuell die Bereitstellung von Regelleistung durch Geothermiebasierte Strom-Wärme-Systeme aus hydrogeochemischer und technischer Sicht mit Einschrän-kungen möglich ist. Die zu erwirtschafteten Gewinne sind gering. Aufgrund der (bislang) geringen Anzahl von Geothermie-basierten Strom-Wärme-Systemen ist der systemdienliche Benefit ebenfalls als gering einzustufen. Quelle: ForschungsberichtVeröffentlichung Strommarkt und Klimaschutz: Transformation der Stromerzeugung bis 2050(Umweltbundesamt, 2021) Burstedde, Barbara; Nicolosi, Marco; Connect Energy Economics; Deutschland. Umweltbundesamt; Lünenbürger, Benjamin; Klaus, Thomas; Werlein, MaxUm die Klimaziele des Übereinkommens von Paris einzuhalten, ist eine Transformation zur Dekarbonisierung der Energieversorgung notwendig. Für Europa bedeutet dies u. a. aufgrund landwirtschaftlicher Sockelemissionen eine weitestgehend CO2-freie Stromerzeugung bis spätestens 2050. Damit dieses Ziel im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung erreicht werden kann, ist eine weitestgehend auf erneuerbaren Energieträgern (EE) basierende Stromver-sorgung erforderlich. Die entsprechende Transformation birgt Herausforderungen für das Stromsystem, die durch eine Vielzahl technologischer Optionen gelöst werden können. Daher stellt sich die Frage, welche dieser sehr vielfältigen Optionen wann und in welchem Umfang genutzt werden sollten. Dabei sind die Substitutionsmöglichkeiten zwischen den Optionen und die komplexen Wechselwirkungen zwischen allen Systemelementen zu beachten. Das Umweltbundesamt (UBA) hat die Connect Energy Economics GmbH (Connect) daher damit beauftragt, effiziente Transformationspfade der Stromerzeugung bis 2050 modellgestützt zu identifizieren. Die analysierten Szenarien bilden dabei die Entwicklung des deutschen und europäischen Versorgungssystems bei ambitionierten CO2-Zielen unter verschiedenen Rahmenbedingungen ab. Die Ergebnisse der Szenarien zeigen, dass sich die analysierten Transformations-pfade des Stromsystems durch große technologische Vielfalt, hohe Flexibilität und eine umfassende Nutzung der Vorteile des europäischen Binnenmarktes für Strom auszeichnen. Auch für sehr ambitionierte Klimaziele bestehen Lösungen für eine weitestgehend CO2-freie und zugleich kostengünstige und sichere Versorgung. Quelle: Forschungsbericht