Einflussfaktoren auf die Abrufmengen und Preise von Sekundär- und Tertiärregelenergie in der Regelzone Österreich

Abstract

Da in den elektrischen Übertragungs- und Verteilungsnetzen keine Elektrizität gespeichert werden kann, muss sich zu jeder Zeit die Stromerzeugung und der Stromverbrauch die Balance halten. Ist dies nicht der Fall, muss das Gleichgewicht durch den Einsatz von Regelenergie wiederhergestellt werden. Zu den Einflussfaktoren, die zu einem Regelenergieabruf führen können, zählen unter anderem Abweichungen des prognostizierten Stromverbrauchs, ungeplante Kraftwerksausfälle, sowie die volatile Stromeinspeisung durch Windund Photovoltaikerzeugungsanlagen. Durch die Anforderung, dass zu jedem Zeitpunkt das elektrische Netz ausbalanciert sein muss um die Netzfrequenz stabil zu halten, ist immer Regelreserve durch den Übertragungsnetzbetreiber vorzuhalten um diese bei Bedarf abzurufen. In Österreich existiert nur eine begrenzte Anzahl an Marktteilnehmern, die Regelreserve anbieten können, da hierfür gewisse technischen Rahmenbedingungen erfüllt werden müssen, wodurch Regelreserve kostenintensiv ist. Deshalb ist der österreichische Übertragungsnetzbetreiber, die Austrian Power Grid, in den letzten Jahren einigen internationalen Kooperationen im Bereich der Sekundärregelung beigetreten um die Kosten für Regelreserve zu senken. Ziel dieser Arbeit ist es unter Zuhilfenahme ökonometrischer Modelle mögliche Einflussfaktoren und deren statistische Signifikanz einerseits auf die abgerufenen Mengen und andererseits auf die Preise der abgerufenen Menge an Sekundärund Tertiärregelenergie in der Regelzone Österreichs zu bestimmen. Hierfür werden zuerst die Daten der Abrufmenge, der Preise der Abrufe und der im Zuge der Recherchen verfügbaren ausgewählten Einflussfaktoren mittels deskriptiven statistischen Analyseansätzen untersucht. Weiters folgt dann die Analyse der Auswirkungen der gewählten Einflussfaktoren auf die Schwankungen der Abrufmenge und der Preise der Abrufe von Sekundärund Tertiärregelenergie in der Regelzone Österreichs durch mehrere verschiedene lineare Regressionsmodelle. In sämtlichen untersuchten statischen und dynamischen Modellen der Abrufmenge haben sich der Windprognosefehler und der ungewollte Stromexport in die Nachbarregelzonen als Einflussfaktoren herauskristallisiert. Mit den untersuchten dynamischen autoregressive distributive Lag-Modelle konnten dabei die besten Ergebnisse zur Beschreibung der Abrufmenge erzielt werden. Für die Preise der Abrufe wurden ebenfalls mehrere Einflussfaktoren bestimmt. Allerdings hat sich bei den Preisen der Abrufe gezeigt, dass die vorhandenen Einflussvariablen nicht ausreichen um diese zufriedenstellend zu beschreiben. Grundsätzlich können die hier getroffenen Modellannahmen und ermittelten Einflussfaktoren der Abrufmenge und der Preise der Abrufe als Referenz für weitere Analysen, wie zum Beispiel mit Berücksichtigung von nichtlinearen Zusammenhängen, in diesen Bereich verwendet werden.

Since electrical transmission and distribution grids cannot store electricity, electricity generation and consumption have to be equal at all times. If this is not the case, the equilibrium has to be restored with the use of control energy. Influencing factors that may cause a disturbance of the equilibrium include deviations in the predicted power consumption, unplanned power plant outages, and the volatile power supply from renewable power plants. Due to the requirements that the electricity grid has to be always balanced to keep the supply frequency stable, the transmission system operator has to provide enough reserve control energy which can be activated when necessary. In Austria, only a limited number of market participants are able to offer control reserve because certain technical requirements have to be fulfilled. This is why the control reserve is extremely cost intensive. In order to reduce these costs of the control reserve, the Austrian transmission system operator Austrian Power Grid joined several international cooperations in the field of secondary grid control during the last few years. The aim of this thesis is to determine possible influencing factors and their statistical significance on the activated volume and the price of activated automaticand manual Frequency Restoration Reserves in the Austrian control area. First data of the activated volume, of the price of the activated volume and of the available potential influencing variables are examined by means of descriptive statistical analysis. Then, the effect of the selected potential influencing factors on the activated volume and their prices in the Austrian control area is approximated by various different linear regression models and further analysed. Results include that the most influential factors on the activated volume in all examined static and dynamic models are the wind energy forecast error and the unintentional electricity export into neighbouring control areas. The most accurate description of the activated volume could be achieved by the dynamic autoregressive distributed Lag-models. The influencing factors for the price of the activated volume were also determined, but it was found that the linear models with the selected influencing factors are not capable of describing the actual prices with sufficient accuracy. In general, the linear model assumption and the determined influencing factors of the activated volume and the price of the activated volume can be used as a reference for furthermore complex analysis, e.g., models with nonlinear dependencies.