StoBeS

Stochastische Methoden zur Bewirtschaftung und Bewertung von zentralen und dezentralen Speichern im Kontext des zukünftigen deutschen Energiesystems

Laufzeit: 01.11.2012 bis 31.12.2015
Fördersumme: 445.825,00 €
Projektvolumen: 445.825,00 €
 

ausführende Stelle:

Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften - Lehrstuhl für Energiewirtschaft
Universitätsstr.  12
45117 Essen
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Zuwendungsempfänger:

Universität Duisburg-Essen
Universitätsstr.  2
45141 Essen
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Fördergeber: BMWi, Referat IIC6

Förderkennzeichen: 03ESP415

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
EA3310 Querschnittsaufgaben - Systemanalyse

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR 

Ausführliche Beschreibung des Einzelprojektes

Herausforderungen und Ziele

Mit zunehmender Einspeisung von Strom aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen gestaltet sich der Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt zunehmend schwierig. Eine wichtige Rolle wird hier Speichern zugeschrieben, die Strom in Zeiten großen Angebots aufnehmen und bei hoher Nachfrage wieder abgeben können. Neben natur- und ingenieurswissenschaftlichen Fragen der Entwicklung möglichst leistungsstarker und kostengünstiger Speicher stellt sich auch die Frage nach der ökonomischen Vorteilhaftigkeit von Speichern in zukünftigen Energiesystemen, nicht zuletzt auch im Vergleich zu alternativen Backup-Systemen wie Gasturbinen.
Um diese Frage zu beantworten, ist zum einen eine adäquate Modellierung der stochastischen Einspeisung aus fluktuierenden Erneuerbaren wie Wind- und Solarenergie erforderlich. Zum anderen sind auch moderne Verfahren zur optimalen Bewirtschaftung der Speicher unter Unsicherheit einzusetzen, die zugleich eine Bewertung der Vorteilhaftigkeit der Speicher ermöglichen. Dann kann es gelingen, den Wertbeitrag von Speichern in der zukünftigen Energiewirtschaft angemessen zu quantifizieren, ohne übermäßig vereinfachende Annahmen wie die der Prognostizierbarkeit der Erneuerbaren-Einspeisung zu treffen.
Dabei bietet es sich an, Methoden der Finanzmathematik und der Energieökonomie weiterzuentwickeln und zu verknüpfen. Denn in der Finanzmathematik spielt die Modellierung von Unsicherheiten mit Hilfe von stochastischen Prozessen eine zentrale Rolle und damit einher geht zugleich die Entwicklung von Methoden zur Bewertung flexibler „Assets“, d. h. von Vermögensgegenständen. Diese Methoden sind zwar zunächst für Finanzprodukte wie Optionen entwickelt worden, ihre Anwendung auf sogenannte Realoptionen, d. h. reale Anlagen mit Flexibilitätscharakter, erfreut sich jedoch zunehmender Beliebtheit. Wesentlich ist es jedoch im vorliegenden Fall, dass sowohl bei der Modellierung der stochastischen Fluktuationen als auch bei der Bewertung der Flexibilitäten energieökonomische Spezifika detailliert abgebildet werden.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Im Projekt StoBeS entwickeln Wissenschaftler neue Methoden zur Analyse des Beitrags von Energiespeichern zu einer zukunftsfähigen Energie- und insbesondere Stromversorgung. StoBeS steht für „Stochastische Methoden zur Bewirtschaftung und Bewertung von zentralen und dezentralen Speichern im Kontext des zukünftigen deutschen Energiesystems“. Mit Blick auf die entwickelten Szenarien (2030 bis 2050) modellieren die Forscher der Universität Duisburg-Essen die stochastischen Eigenschaften der Einspeisung von Wind sowie Photovoltaik. Aufbauend auf dieser Charakterisierung bewerten sie dann die Flexibilitätspotenziale, die Speicher bieten. Diese entwickelten Bewertungsansätze sollen schließlich dazu dienen, um ausgewählte Speicher-Konfigurationen zu bewerten. Beispiele dafür sind dezentrale Batteriespeicher in Verbindung mit Photovoltaik-Anlagen, größere Druckluftspeicher zur Zwischenspeicherung von Windstrom in Norddeutschland oder mit Power-to-Gas. Zudem sollen weitere Ansätze genutzt werden, um sogenannte Target Costs (Zielkostenrechnung) für Speichertechniken abzuleiten und die Auswirkungen unterschiedlicher Regulierungsvorgaben, um beispielsweise Kapazitätsmärkte oder die Behandlung von Eigenverbrauch auf die Wirtschaftlichkeit von dezentralen und zentralen Speichern zu untersuchen.
In diesem Projekt werden Methoden der Finanzmathematik und Stochastik mit energieökonomischen Ansätzen verknüpft, um damit innovative Ansätze zur Bewertung von Energiespeichern bereitzustellen. Bei den zu bewertenden Flexibilitätspotenzialen von Energiespeichern handelt es sich aus finanzmathematischer Sicht um Optionalitäten, die mit entsprechenden Verfahren der Optionsbewertung bewertet werden können. Im energiewirtschaftlichen Kontext ist dabei jedoch zu berücksichtigen, dass der Wert nicht nur in Abhängigkeit von einem gegebenen Preisprozess zu ermitteln ist, sondern dass energiewirtschaftliche Restriktionen, wie verfügbare Netz- oder Erzeugungskapazitäten, den Wert maßgeblich beeinflussen können. Dadurch entstehen Bewertungsprobleme mit speziellen Strukturen von Optionalitäten, die sich so in der Literatur nicht wiederfinden und neue Analysemethoden erfordern.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Das geplante Vorhaben ist eine systemische Studie zum Umbau des Energiesystems bei der explizit der Beitrag von Speichern zu zukünftigen Energiesystemen in den Mittelpunkt gerückt wird. Außerdem wird, im Gegensatz zu üblichen Systemstudien, dezidiert der stochastische Charakter der fluktuierenden Einspeisung von Wind- und Solarenergie berücksichtigt. Darüber hinaus werden stochastische Optimierungsverfahren zur Bestimmung der optimale Bewirtschaftung von Speichern entwickelt. Damit kann der mögliche Beitrag von Energiespeichern deutlich fundierter beleuchtet werden als auf der Basis von deterministischen Modellen, selbst wenn diese detailliert Jahresverläufe analysieren. Die Studie trägt somit eindeutig zum besseren Verständnis des systemischen Zusammenhangs zwischen Ausbau der erneuerbaren Energien, Netzrestriktionen und Speichernutzung bei.
Für die energieökonomische Forschung werden neue Möglichkeiten der Bewertung von Energiespeichern erschlossen. Diese liefern einen wichtigen Input für systemische Analysen zur Transformation des Energiesystems und stellen auch international innovative Beiträge zur interdisziplinären ingenieurswissenschaftlichen und ökonomischen Energieforschung dar. Die entwickelten Methoden sind auch für die Anwendung von erheblicher Bedeutung, da sie genutzt werden können, um die Wirtschaftlichkeit von Speichertechniken im Markt realistisch zu bewerten. Damit wird ein wichtiger Beitrag für fundierte Investitionsentscheidungen im Rahmen der Energiewende gelegt. Indem eine detaillierte Analyse der Wechselwirkungen von stochastischer Einspeisung, Energiespeicherung und Netzrestriktionen durchgeführt wird, wird auch für die Netzentwicklung ein bedeutsamer Input geliefert, der es ermöglicht, fundierter die Abwägung zwischen Netzerweiterung und anderen Methoden der Netz- und Systembewirtschaftung zu treffen.


Galerie

Grafik 1 - StoBeS
Grafik 2 - StoBeS
Grafik 3 - StoBeS
Grafik 4 - StoBeS
Grafik 5 - StoBeS

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte zum Einzelprojekt

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Forschungsgegenstand

Anwendungsfelder

stationär

stationär Speicher für Eigenheime

Projektleiter

Herr Prof. Dr. Christoph Weber
Projektleiter
Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften - Lehrstuhl für Energiewirtschaft
Universitätsstr.  12
45117 Essen
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Telefon: +49 201 183-2399
Fax: +49 201 183-2703
E-Mail: christoph.weber@uni-due.de


Alternativer Kontakt

Herr Benjamin Böcker
Ansprechpartner

benjamin.boecker@uni-due.de

Telefon: +49 201 183-7306
Fax: +49 201 183-2703
E-Mail: benjamin.boecker@uni-due.de


Presse

Herr Prof. Dr. Christoph Weber
Telefon: +49 201 183-2399
Fax: +49 201 183-2703
E-Mail: christoph.weber@uni-due.de

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