Statistische Analyse des Zusammenhangs von Stromangebot und Strompreis

Inhaltsverzeichnis

Abstract

1. Einleitung
1.1. Der Energiemarkt in Deutschland
1.2 Bisherige Analysen
1.3 Ziel der Arbeit
1.4 Motivation

2. Statistische Analyse
2.1 Zusammenhang des Strompreises mit der Windenergieproduktion
2.2 Zusammenhang des Strompreises mit der Solarenergieproduktion
2.3 Zusammenhang des Strompreises mit der Stromproduktionskapazität

3. Zusammenfassung

Erklärung zur Bachelorarbeit

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Quellen

Anhang

Abstract

Die erneuerbaren Energien bilden heutzutage eine wichtige Stromquelle, da sie umweltschonend und eine beinahe unerschöpfliche Form der Stromgewinnung ist. Es stellt sich die Frage, inwiefern die Produktion dieser Energie den Strompreis in Deutschland beeinflusst. Außerdem ist es interessant zu untersuchen, inwiefern die gesamte Stromproduktion den Strompreis möglicherweise verändert.

Eine statistische Analyse dieser Zusammenhänge wird mit Hilfe statistischer Anwendungen hier bearbeitet.

Es werden die Daten der EEX Strombörse in den Jahren 2010 und 2011 miteinander verglichen. Eingegangen wird hauptsächlich auf die Korrelation und verschiedene statistische Werte. Graphen werden interpretiert und es wird versucht Erklärungen für die jeweiligen beobachteten Zusammenhänge zu finden.

Es stellt sich heraus, dass es bei Wind- und Solarenergie durch den Merit Order Effekt einen Zusammenhang mit den Strompreisen gibt. Es wird erklärt, dass die erneuerbaren Energien sehr geringe marginale Kosten, also die Kosten, die zur Produktion einer weiteren Einheit Strom benötigt werden, haben. Außerdem gilt, dass die Kraftwerke mit den geringsten marginalen Kosten zuerst zur Produktion benutzt werden. Demnach ist es je nach Höhe der Stromnachfrage möglich, dass teure Kraftwerke nicht benötigt werden und somit der Börsenpreis niedrig bleibt. Der Strompreis wird, durch den marginalen Preis der letzten benötigten Stromeinheit um die Nachfrage zu decken, bestimmt.

Im Gegensatz dazu, ist der Strompreis bei hoher Nachfrage, und somit auch Kapazität, ebenfalls hoch. Erklärt wird dies durch die teuren Kraftwerke welche benötigt werden um die Nachfrage zu decken.

1. Einleitung

1.1. Der Energiemarkt in Deutschland

Der Energiemarkt in Deutschland ist geprägt durch die vier großen Energieversorgungsunternehmen (RWE, E.ON, EnBW und Vattenfall). Diese stellen circa 80% der Stromerzeugung bereit und bieten demnach wenig Platz für Konkurrenz. Dies hat, bedingt durch die hohe Marktmacht dieser vier Unternehmen, höhere Strompreise zur Folge. Durch den von der Bundesregierung beschlossenen Atomausstieg haben die vier oben genannten Unternehmen jedoch einiges an Macht und Marktanteil verloren, da Atomkraft einen großen Teil der Produktion ausmachte. Zusätzlich erhöht die Zunahme der erneuerbaren Energien die Konkurrenz und drückt somit die Preise.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Strommix in Deutschland im Jahr 2011.

Abbildung 1 zeigt die Zusammensetzung der Stromerzeugung im Jahr 2011 in Deutschland¹. Die erneuerbaren Energien liefern einen Anteil von 20% gemessen an der gesamten Bruttostromerzeugung in Deutschland. Es ist anzunehmen, dass durch das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), welches kurz gefasst einen festen Vergütungssatz an Betreiber einer Anlage bietet die Strom aus erneuerbaren Energie erzeugt und außerdem „[…] die vorrangige Abnahme des Stroms aus erneuerbaren Energien“² regelt, der Anteil der erneuerbaren Energien weiter zunehmen wird.

Abbildung 2 zeigt die vier wichtigsten Stromnetzbetreiber in Deutschland³: TenneT, 50Hertz, TransnetBW und Amprion. TenneT und 50Hertz liefern den Großteil an Windenergie, da sie sich die Nordküste und damit die Off-Shore-Windparks teilen. Für die Solarenergie, sind TenneT (größte Fläche) und TransnetBW Spitzenreiter.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Stromnetzbetreiber in Deutschland.

Strompreise werden in Deutschland an der Leipziger EEX (European Energy Exchange) Energiebörse verhandelt. Dabei wird zwischen Intraday und Futures unterschieden. Futures werden definiert als „[…] finanzieller Terminkontrakt, der sich auf durchschnittliche Spotmarktpreise für Strom zukünftiger Lieferperioden bezieht.“⁴ Intraday hingegen bedeutet, dass jeglicher Handel innerhalb eines Tages stattfindet.⁵

Die Energieangebotsdaten dieser Bachelorarbeit stammen von der Transparenz- Seite der EEX. Sie wurde 2009 gegründet und beinhaltet die veröffentlichten Daten der zuvor genannten deutschen Stromnetzbetreiber, welche „[…] zur Veröffentlichung von Kraftwerks- und Verbrauchsdaten gesetzlich verpflichtet sind […]“.⁶

In den folgenden Kapiteln wird der Zusammenhang des Strompreises mit der Windenergieproduktion, der Solarproduktion und der Stromproduktionskapazität mithilfe statistischer Anwendungen analysiert. Als Indikatoren werden nur Intraday-Strompreise benutzt, da die Auktionspreise nicht genug von denen des Intraday-Handels abweichen um ein unterschiedliches Ergebnis zu zeigen.

Der Unterschied zwischen den beiden Preisen besteht darin, dass Intraday Preise und Angebote noch für denselben Tag gehandelt werden. Im Gegensatz dazu,besteht der uktionshandel aus sogenannten „day-ahead“ Preisen und Mengen, die für den darauffolgenden Tag bestimmt sind, bis dahin keine Möglichkeiten einer Änderung bieten und am nächsten Tagen in der Form angewendet bzw. geliefert werden.

Ein Vorteil des Intradayhandels ist die Möglichkeit „[…] bei kurzfristigen Engpässen oder bei viel zu viel produziertem Strom […]“⁷ darauf reagieren zu können, da bis 45 Minuten vor Lieferbeginn Angebote und Preise verhandeln werden können.

In der folgenden Arbeit wird die Stromübertragung dieser vier Anbieter zusammengezählt, da das Interesse der Analyse dem Gesamtangebot gilt. Es werden im weiteren Verlauf die Daten der EEX Strombörse, die erwarteten und realen Werte von Wind- und Solarenergieangebot in Megawatt im Zusammenhang mit den Intraday und Auktion Spotmarkt Strompreisen in €/MWh benutzt. Im dritten Kapitel wird dann auf die Gesamtkapazität in der Bundesrepublik und dessen Zusammenhang mit den Strompreisdaten eingegangen.

1.2 Bisherige Analysen

Anschließend werden bisherige Analysen zum Thema des Zusammenhanges des Energieangebots mit dem Strompreis untersucht.

Dafür wird ein Artikel⁸, welcher den Zusammenhang von Spotmarktpreisen mit der Erzeugung von Windenergie analysiert, eingeführt. Die Autoren des Artikels kamen zur Schlussfolgerung, dass Windenergie nur an Intraday-Märkten gehandelt werden kann, da die Prognose für Tage bzw. Wochen im Voraus unmöglich sei.⁹ Zusätzlich erläutern sie, dass „[…] für die Preisbildung am Spotmarkt weniger die Höhe der Windprognose in einzelnen Stunden, sondern vielmehr die für einen gesamten Tag zu erwartenden Windverhältnisse wesentlich sind.“¹⁰ Da die Kosten der Produktion einer zusätzlichen Stromeinheit circa bei null liegen, drückt ein hohes Windangebot den Strompreis an den Spotmärkten. Grund dafür wird im Artikel „Zur Wirkung des EEG auf „den Strompreis“¹¹ aus dem Hamburgischen Welt-Wirtschafts-Archiv erklärt. Die Autoren erläutern in ihrem Artikel, wie der Strompreis an der Börse entsteht. Es gilt: „Das Gebot des letzten Kraftwerkes, das noch einen Zuschlag erhält, bestimmt den Strompreis, der dann für alle zustande gekommenen Lieferverträge bezahlt wird“.¹²

Nennenswert ist der sogenannte Merit-Order Effekt wonach die Kraftwerke nach ihren Grenzkosten geordnet werden. Da erneuerbare Energien Grenzkosten (Kosten einer zusätzlichen Einheit) von null aufweisen (mehr Sonne oder Wind ist kostenlos), werden sie als erstes aufgeführt und drücken unter Umständen teure Gaskraftwerke aus der Berechnung des Strompreises heraus. Eine Studie¹³ hat gezeigt, dass der Strompreis in den letzten Jahren während der täglichen Spitzennachfrage durch diesen Merit-Order Effekt gesunken ist. Grund dafür ist die Wind- und Solarenergie, da diese sehr niedrige marginale Kosten besitzen und dadurch die teuren Kraftwerke wie Öl oder Kohle von der Einspeisung verdrängen.

Der Effekt der Windenergieproduktion auf den Strompreis in Texas wird in einem Artikel¹⁴ von Woo et al. analysiert. Die Autoren kamen zum Ergebnis, dass mehr Windenergieproduktion zwar zu einem tieferen Spotmarktstrompreis führt, die Varianz der Preise jedoch steigt. Als Grund für diese Entwicklung wird die Unregelmäßigkeit der Windkraft genannt, welche die Vorhersage der Produktion erschwert wenn nicht unmöglich macht. Durch die mögliche Über- oder Unterproduktion an Windenergie entstehen Unsicherheiten bezüglich des Strompreises und demnach auch eine höhere Varianz.

Zuletzt wird auf eine Kurzstudie zum Thema der Solarstromerzeugung und dessen Effekt auf den Börsenstrompreis eingegangen.¹⁵ Hier haben die Autoren den Zusammenhang von Strompreis und Solarenergieeinspeisung im Jahr 2011 analysiert. Dabei erschließen sie als Ergebnis ein Sinken des Strompreises, besonders in Perioden hoher Nachfrage. Grund dafür ist auch hier der Merit- Order Effekt, da die Solarenergie genau wie die Windenergie Grenzkosten von null aufweist. Wichtig zu beachten ist, dass die Senkung des Strompreises nur die Preise an der Börse betrifft und nicht die des Endkunden. In einer Pressemitteilung des Internationalen Wirtschaftsforum Regenerative Energien wurde erklärt, dass die Strompreise an der Börse immer weiter sinken und sogar Rekordtiefs erreichen, obwohl durch den Atomausstieg steigende Preise erwartet wurden.¹⁶ Durch die sinkenden Strompreise an der Börse würde man auch sinkende Preise für den Endkunden erwarten, Dr. Norbert Allnoch erklärt jedoch: „Davon hat der Haushalts-Stromkunde bisher nichts, denn die Stromversorger geben die Preissenkungen durch erneuerbare Energien nicht entsprechend an die Verbraucher weiter.“¹⁷

Anhand der verschiedenen Studien und Artikelaussagen können erste Ergebnisse herausgelesen werden. Stellt sich nun die Frage wie diese Ergebnisse in den Jahren 2010 und 2011 konkret aussehen und ob sie in diesem Maße feststellbar und belegbar sind?

1.3 Ziel der Arbeit

Diese Bachelorarbeit wird hauptsächlich den Zusammenhang zwischen dem Intraday-Strompreis und den drei oben genannten Größen (Windenergie, Solarenergie, Gesamtkapazität der Stromproduktion) analysieren.

Die Ergebnisse werden vorab ausgewertet um anschließend die jeweiligen Aussagen begründen zu können. Da das Stromangebot und besonders die Preise ein aktuelles Thema sind, ist es interessant die Zusammenhänge zu betrachten um ein Verständnis der Daten und einzelnen Verknüpfungen zu erlangen.

Die aufstrebenden erneuerbaren Energien werden hier in den Fokus genommen, da sie durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz gefördert werden und so besondere Eigenschaften im Gegensatz zu anderen Stromerzeugungsmöglichkeiten bieten.

Auch die kürzlich durch die Bundesregierung beschlossene Energiewende ist ein Anreiz dafür, die erneuerbaren Energien genauer in Betracht zu ziehen. Verglichen werden dabei ausschließlich die Jahre 2010 und 2011 in Deutschland.

Durch das Abschalten der Atomkraftwerke haben die vier großen Energiekonzerne nur 54% Anteil am der Gesamtkraftwerkskapazität¹⁸. Verbunden mit den immer wichtiger werdenden erneuerbaren Energien, wäre es ebenfalls interessant eine Vorhersage für die kommenden Jahre auszuarbeiten. Beschränkt wird sich jedoch ausschließlich auf die erhältlichen Daten, da eine Prognose dieses Zusammenhangs für die Zukunft den Rahmen der vorliegenden Arbeit übersteigen würde.

1.4 Motivation

Interessant wäre es, zu untersuchen inwiefern es möglich ist, den Strompreis an der Börse mit Hilfe von Wettergrößen besser zu prognostizieren. Kristiansen, T. hat bereits ein Modell¹⁹ zur Vorhersage von Börsenstrompreisen des Nord Pool Spots entwickelt. Als exogene Daten werden die Stromnachfrage der skandinavischen Länder und die dänische Windenergieproduktion im Zusammenhang mit dem Strompreis benutzt. Mit diesem Modell erreicht der Autor eine Durchschnittsfehlerrate von nur 5-10% bei der Prognose des Strompreises. Diese Bachelorarbeit soll als Grundlage dienen um eine Methode für die Prognose des Strompreises mit Hilfe der erhältlichen Energieangebotsdaten zu finden. Die verschiedenen Zusammenhänge werden möglicherweise einen Ansatz für eine zuverlässige Vorhersage des Strompreises bieten.

2. Statistische Analyse

2.1 Zusammenhang des Strompreises mit der Windenergieproduktion

Betrachtet wird zunächst der Zusammenhang zwischen dem Strompreis und dem erwarteten Windenergieangebot in den Jahren 2010 und 2011.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Zusammenhang des Strompreises mit der erwarteten Windenergieproduktion in den Jahren 2010-2012.

In Abbildung 3 fällt zunächst der generelle Trend einer Korrelation zwischen Angebot und Preis auf. Im Winter 2010 sowie 2011 ist zu erkennen, dass ein niedrigerer bzw. negativer Strompreis mit einem erhöhten Angebot an Windenergie zusammenhängt. Der Strompreis ist relativ stabil im Sommer, schwankt aber stark im Winter. Dies liegt möglicherweise einerseits an dem erhöhten Stromkonsum im Winter und andererseits an der Schwierigkeit die Konsummenge vorherzusagen. Im Sommer 2010 gab es einen Windenergieangebotseinbruch. Die Preise sind jedoch nicht stark gestiegen, was darauf hinweisen könnte, dass entweder die Windenergie im Sommer kaum Einfluss auf den Strompreis hat oder dass das geringe Angebot durch andere Stromerzeugungsmöglichkeiten ersetzt wurde, z.B. Solarenergie. Anschließend wird der gleichen Zeitraum betrachtet, es werden jedoch erwartete gegen reale Werte des Windenergieangebotes ersetzt.

[...]

¹ http://www.unendlich-viel-energie.de/de/wasserkraft/detailansicht/article/95/der-strommix- in-deutschland-im-jahr-2011.html (24.08.2012)

² http://www.eeg-aktuell.de/das-eeg/ (24.08.2012)

³ http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Regelzonen_deutscher_%C3%9Cbertragungsne tzbetreiber_neu.png (22.08.2012)

⁴ http://www.eex.com/de/EEX/Produkte%20%26%20Entgelte/Strom/Phelix_Futures (25.08.2012)

⁵ Vgl. http://www.charttec.de/html/lexikon_intradayhandel.php (25.08.2012)

⁶ http://www.transparency.eex.com/de/Information/motivation (26.08.2012)

⁷ http://www.aktienanalyse.org/boerse/european-energy-exchange (30.08.2012)

⁸ Neubarth, Woll, Weber und Gerecht; ENERGIEWIRTSCHFTLICHE TAGESFRAGEN 56 Jg (2006)Heft 7

⁹ Vgl. ENERGIEWIRTSCHFTLICHE TAGESFRAGEN 56 Jg (2006)Heft 7

¹⁰ Neubarth, Woll, Weber und Gerecht; ebenda

¹¹ Bode, Groscurth; HWWA Discussion Paper 348; Jahr 2006

¹² Bode, Groscurth; ebenda; Seite 10

¹³ http://www.solarwirtschaft.de/fileadmin/media/pdf/120131_Präsentation_Preiseffekte_von_P V.pdf (01.09.2012)

¹⁴ C.K. Woo et al. / Energy Policy 39 (2011) 3939-3944

¹⁵ http://www.solarwirtschaft.de/fileadmin/media/pdf/120131_Präsentation_Preiseffekte_von_P V.pdf (29.08.2012)

¹⁶ Vgl. http://www.iwrpressedienst.de/Textausgabe.php?id=4217 (08.09.2012)

¹⁷ http://www.iwrpressedienst.de/Textausgabe.php?id=4217

¹⁸ Vgl. http://www.welt.de/dieweltbewegen/article13573890/Der-deutsche-Strommarkt-steht- vor-dem-Umbruch.html (30.08.2012)

¹⁹ Kristiansen, T., Forecasting Nord Pool day-ahead prices with an autoregressive model. Energy Policy (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2012.06.028