31.01.2023 SynErgie
SynErgie erläutert, wie Modelle für nodale Systeme arbeiten
Das Kopernikus-Projekt SynErgie diskutiert eine mögliche Umstellung des Marktdesigns hin zu nodalen Strompreisen in Deutschland und Europa. Um den Einfluss des Marktdesigns auf zukünftige Strompreise und den Wert von Flexibilität analysieren zu können, ist es hilfreich, ein erläuterndes wissenschaftliches Modell zu erarbeiten. In diesem Beitrag sind mögliche Ansätze hierfür Thema. Die Analyse der verschiedenen Forschungsfragen erfolgt separat.
Kupfer leitet elektrischen Strom sehr gut. Nicht von ungefähr liegt die Vorstellung, Deutschland sei eine „Kupferplatte“, dem Design einer einzigen Marktgebietszone zugrunde. Wäre das gesamte Land jene gedachte Kupferplatte, würde sich der Strom überall hin und in alle Richtungen gleich verteilen. Das entspricht aber nicht der Realität. Deswegen ist – besonders mit Blick auf die beginnende Energiewende – eine Realitätsanpassung des Marktdesigns sinnvoll. Ein mögliches künftiges Energiesystem denken Fachleute in einem nodalen Design. Die Strompreise unterscheiden sich hierbei regional und knotenscharf. Eine wachsende Anzahl an Knoten bedingt jedoch, dass eine Optimierung zunehmend problematisch ist und die Komplexität wächst. Daher vereinfachen wissenschaftliche Analysen das Modell, um die Rechenbarkeit weiter zu gewährleisten. Vereinfachungen der Energiesystemmodelle können an verschiedenen Stellen ansetzen: bei der regionalen Auflösung, der zeitlichen Auflösung oder bei der Reduzierung des Optimierungsproblems allgemein (z. B. Reduktion der Nebenbedingungen).
Die SynErgie-Forschungspartner FfE und ewi haben ihre Energiesystemmodelle ISAaR und SPIDER zur Abbildung von nodalen Preisen weiterentwickelt und verschiedene Modellvereinfachungen angewendet.
SPIDER fokussiert vor allem, die regionale und zeitliche Auflösung zu reduzieren. Das erreicht das System, indem es die deutschen Nachbarländer nur mit jeweils einem Knoten abbildet und kein gesamtes Jahr in stündlicher Auflösung rechnet. Stattdessen sind zwölf Typtage in jeweils stündlicher Auflösung Berechnungsgrundlage. Bei den Typtagen handelt es sich um die drei Jahreszeiten (ohne Sommer) und die drei Tagtypen „werktags“, „samstags“ und „sonntags“.
ISAaR hingegen verkleinert das Optimierungsproblem. Einige der typischen Optimierungsgrößen gibt das System fest vor, führt zudem eine rollierende Optimierung ein. Hierzu werden weniger Aspekte, wie zum Beispiel Investitionsentscheidungen und der Speichereinsatz modellendogen optimiert, sondern exogen vorgegeben. Diese exogenen Vorgaben ergeben sich aus einer vorangegangenen „Kupferplattenoptimierung“.
Das Kopernikus-Projekt SynErgie hat hier gezeigt, dass die modellseitige Abbildung eines nodalen Strommarktdesigns auf unterschiedliche Weise erfolgen kann. Welche Modellvereinfachungen sich anbieten, hängt von den jeweiligen konkreten Forschungsfragen ab. Die Ergebnisse der Analysen von FfE und ewi finden sich in den Meilensteinberichten IV 3.2.6 und IV 3.2.7.
Ein Ergebnis der FfE ist als Beispiel in Abbildung 1 dargestellt. Durch das nodale Strommarktdesign ergeben sich in Norddeutschland niedrigere und in Süddeutschland höhere Strompreise. Für die Vermarktung von flexiblen Anlagen wie beispielsweise Batteriespeicher steigen allerdings überall in Deutschland die Erlöspotenziale aufgrund höherer Strompreisvolatilität. Zu erwarten ist allerdings, dass der Effekt mit der zunehmenden Integration von flexiblen Anlagen abflacht.
