Zukünftige Auswirkungen des grenzüberschreitenden Netzausbaus auf den Kraftwerkseinsatz in Österreich

Abstract

In Österreich, Deutschland und Italien werden Anlagen zur Stromproduktion aus Windkraft und Sonnenenergie stark gefördert. Diese Energieträger treten volatil auf und zur besseren Verteilung jener eingespeisten Energie wird der Ausbau der Übertragungsleitungen vorangetrieben. Dem gegenüber stehen der Ausstieg Deutschlands aus der Kernenergie und eine steigende Bruttostromnachfrage in allen betrachteten Ländern. Der Einfluss dieser Entwicklungen auf den Kraftwerkseinsatz in Österreich wird in der vorliegenden Diplomarbeit behandelt. Ziel ist es die Veränderung des heimischen Kraftwerkeinsatzes für unterschiedliche Transferkapazitäten zwischen den Ländern Österreich, Deutschland und Italien darzustellen und zu vergleichen. Zur Simulation des Strommarktes der betrachteten drei Länder wurde ein Optimierungsmodell im algebraischen Modellierungssystem GAMS entwickelt. In diesem sind die thermischen Kraftwerke beziehungsweise Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke modelliert. Jene decken mit den implementierten Laufwasser-, Photovoltaik- und Windkraftanlagen zu jedem Zeitpunkt die Last in jedem Land bei gegebenen maximalen Transferkapazitäten. Die Zielfunktion zur Berechnung der Ergebnisse ist eine Minimierung der Gesamtkosten aller drei Länder. Zur Berechnung werden die Lastverläufe der Länder, Profile für Windkraft- und Photovoltaikanlagen, sowie Zuflüsse der Laufwasser- und Speicherkraftwerke in Stunden aufgelöst eingelesen. Diese Daten basieren auf dem Jahr 2011 und sind für das Jahr 2020 gemäß dem verwendeten Szenario angepasst. Die Ergebnisse sind die Leistungen der Kraftwerke in jeder Stunde und werden zur weiteren Beurteilung für Österreich nach Kraftwerkstypen zusammengefasst und grafisch dargestellt .Anschließend sind die Ergebnisse zum Vergleich gegenübergestellt und zur Beurteilung der veränderten Wirtschaftlichkeit die Deckungsbeiträge für die Kraftwerkstypen berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass der Strompreis für die verwendeten Daten bis zum Jahr 2020 für alle Leitungsvarianten steigen wird. In Österreich erhöht sich dieser am schwächsten bei einem Leitungsausbau mit Deutschland und am stärksten bei einem Ausbau mit Italien. Die Deckungsbeiträge von Steinkohle- und Gaskraftwerken haben einen gegenläufigen Trend. Der Ausbau mit Deutschland minimiert die Deckungsbeiträge der Steinkohlekraftwerke und der Ausbau mit Italien maximiert diese stark. Gaskraftwerke verhalten sich konträr; die Zunahme der Leitungskapazitäten mit Deutschland hat einen stark positiven Effekt auf deren Deckungsbeiträge, während ein Ausbau mit Italien negative Auswirkung auf selbige hat. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt auch, dass eine stärkere Kopplung mit Deutschland die Variabilität des Kraftwerkseinsatzes in Österreich erhöht. Eine größere Transferkapazität mit Italien minimiert die Strompreisschwankungen .Es wird ebenso aufgezeigt, dass die heimischen Photovoltaikanlagen einen untergeordneten Einfluss auf den Kraftwerkseinsatz in Österreich haben. Die installierte Leistung volatil einspeisender Solaranlagen in Deutschland hat einen signifikanteren Einfluss auf den heimischen Strommarkt und ein Ausbau der Transferkapazitäten verstärkt diesen Effekt. Eine Erhöhung der Leitungskapazitäten mit Italien hat die gleichen Auswirkungen.

In Austria, Germany and Italy the electricity generation from renewable energies is promoted. These energies are volatile and therefore the energy grid will be expanded for better distribution. In contrast Germany is going to switch off atomic power plants and the gross electricity consumption in the considered countries is increasing. The impact of those developments on the energy market is discussed in this master thesis. The main target is to point out the usage variance of Austrian power plants at different Net Transfer Capacities between Austria, Germany and Italy and to compare these. In order to simulate these three electricity markets an optimisation model was developed in the algebraic modelling system GAMS. In this program models for thermal power stations, pumped storage and storage power plants are implemented as well as profiles for run-of-the-river, photovoltaic and wind power plants. These power stations cover the required gross electricity consumption at any time for every given country and all types of Net Transfer Capacities. The objective function of this model was utilised to minimize the total costs for all three countries. The simulation uses a data-file with hourly values of the gross electricity consumption, profiles of wind and photovoltaic generation as well as inflows of run-of-the-river and storage power plants. The data-file is based on the year 2011 and were adopted to reflect the year 2020 with the used scenario. The results are the power of the electricity generation plants for each hour and are summarized for each type of power plant in Austria and illustrated in charts. Then the results are compared and the contribution margins are calculated to evaluate the profitability changes of the different types of power stations. The results show, that the electricity price will increase until the year 2020 for all kinds of Net Transfer Capacity scenarios. In Austria this effect will be lowest with a new power line with Germany and will be highest with a better coupling with Italy. The contribution margin of hard coal-fired and gas power stations are opposed. On the one hand the contribution margin of coal-fired stations decreases with a higher Net Transfer Capacity with Germany. On the other hand it increases with a higher coupling with Italy. Gas power plants act contrary, the improvement of power lines with Germany has a strong positive impact and with Italy has a negative effect on their contribution margin. The evaluation of the results indicates, that a new power line with Germany increase the variability of the usage of Austrian power plants and higher transfer capacities with Italy minimize the fluctuation of the electricity price. The results also show, that Austrian photovoltaic power plants do have a low influence on the usage of Austrian power plants. In comparison the installed stations in Germany significantly affect the Austrian usage of power stations and new power lines maximise their impact. An increasing net transfer capacity with Italy has the same effect.