Die Wohlfahrts- und Verteilungseffekte einer Erhöhung der Übertragungskapazität der Elektrizitätsnetze zwischen der Türkei und der EU
©2016
Bachelorarbeit
49 Seiten
Zusammenfassung
Elektrizität – eines der wichtigsten Güter die eine moderne Gesellschaft konsumiert. Den globalen Stromschalter auszuschalten würde für die meisten Menschen, vor allem denen die in urbanen Gebieten wohnen, einen so fundamentalen Rückschritt bedeuten, dass man gesellschaftlich und wirtschaftlich mehrere hundert Jahre zurückgeworfen wird. In der Tat ein extremes Beispiel, adressiert sie doch die immense Abhängigkeit die wir vom Strom haben. Damit man seinen „way of life“ nicht nur beibehält, sondern auch verbessert muss die Versorgungssicherheit der Energie sichergestellt werden. Elektrizität unterliegt den physikalischen Gesetzten der Elektrodynamik, welche bei dem Handel, Transport sowie der Distribution berücksichtigt werden können. Damit zwei Parteien mit Strom Handeln können muss es zuerst eine Übertragungsverbindung geben, die wiederrum durch ihre Kapazität begrenzt ist. Politische Akteure sollten immer darauf bedacht sein wirtschaftliche Rahmenbedingungen und Anreize zu schaffen die Wohlfahrt des regierten Gebiets zu maximieren.
Diese Arbeit untersucht den Wohlfahrtseffekt einer Erhöhung der Übertragungskapazität zwischen der Türkei und dem Europäischen Elektrizitätsnetz. Die Arbeit ist auf drei wesentliche Abschnitte unterteilt. Im zweiten Kapitel wird das theoretische Modell beschrieben, dass angewendet wird um den Wohlfahrtseffekt zu untersuchen. Im dritten Kapitel wird auf die beteiligten Institutionen und die Verbindung zwischen der Türkei und ihre europäischen Nachbarländer eingegangen. Im vierten Kapitel wird eine Analyse am Beispiel der türkisch-bulgarischen Verbindung durchgeführt. Hier wird das Modell aus Kapitel 2 angewendet und die nötigen Modellelemente, wie z.B. der Merit Order, hergeleitet. Im besten Fall kann nach der Analyse eine konkrete Aussage über die bestehende Verbindung gemacht werden und ob diese im Rahmen einer potentiellen Wohlfahrtserhöhung vergrößert werden soll. Sollte dies der Fall sein wird dann auch noch der volkswirtschaftliche Verteilungseffekt untersucht.
Diese Arbeit untersucht den Wohlfahrtseffekt einer Erhöhung der Übertragungskapazität zwischen der Türkei und dem Europäischen Elektrizitätsnetz. Die Arbeit ist auf drei wesentliche Abschnitte unterteilt. Im zweiten Kapitel wird das theoretische Modell beschrieben, dass angewendet wird um den Wohlfahrtseffekt zu untersuchen. Im dritten Kapitel wird auf die beteiligten Institutionen und die Verbindung zwischen der Türkei und ihre europäischen Nachbarländer eingegangen. Im vierten Kapitel wird eine Analyse am Beispiel der türkisch-bulgarischen Verbindung durchgeführt. Hier wird das Modell aus Kapitel 2 angewendet und die nötigen Modellelemente, wie z.B. der Merit Order, hergeleitet. Im besten Fall kann nach der Analyse eine konkrete Aussage über die bestehende Verbindung gemacht werden und ob diese im Rahmen einer potentiellen Wohlfahrtserhöhung vergrößert werden soll. Sollte dies der Fall sein wird dann auch noch der volkswirtschaftliche Verteilungseffekt untersucht.
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
II
Aufbereitung der Nachfragefunktionen ... 35
4.2
Abschätzung der Wohlfahrtsänderung zwischen unbeschränktem
Handel und keinem Handel. ... 36
4.3
Abschätzung der Wohlfahrtsänderung zwischen unbeschränktem
Handel und Handel mit heutiger Übertragungskapazität ... 39
5
Schluss ... 40
6
Literaturverzeichnis ... 41
III
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Beispiele für ein radiales Netz und ein Maschennetz ... 4
Abbildung 2: Angebotsfunktionen für den Strommarkt von Land A und Land B. ... 6
Abbildung 3: Konsumentenausgaben in Land A ohne Handel ... 9
Abbildung 4: Repräsentation des Strommarktes beider Länder ... 12
Abbildung 5: Repräsentation des Strommarktes beider Länder mit Congestion. 15
Abbildung 6: Die 5 regionalen Gruppen von ENTSO-e ... 20
Abbildung 7: Tageslastkurven der Türkei ... 26
Abbildung 8: Entwicklung des Stromkonsum der Türkei von 1984-2013 ... 27
Abbildung 9: Elektrizitätsmarkt in Bulgarien ... 30
Abbildung 10: Schätzung der türkischen Merit Order mit der Residuallast 1... 32
Abbildung 11: Schätzung der türkischen Merit Order mit der Residuallast 2... 33
Abbildung 12: Schätzung der bulgarischen Merit Order ... 34
Abbildung 13: Unbeschränkter Markt zwischen T und BG... 38
IV
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Marktdaten des Modells ohne Handel ... 9
Tabelle 2: Marktdaten des Modells mit unbegrenztem Handel ... 12
Tabelle 3: Marktdaten des Modells mit Congestion ... 16
Tabelle 4: Übertragungskapazität zwischen T und B ... 23
Tabelle 5: Der türkische Kraftwerkspark in 2015. ... 29
Tabelle 6: Marktdaten ohne Handel zwischen Türkei und Bulgarien ... 37
Tabelle 7: Marktdaten bei unbeschränktem Handel zwischen T und BG ... 38
V
Abkürzungsverzeichnis
GK Grenkosten in Land A 5
GK Grenzkosten in Land B, Grenzkosten in Land B
KA Änderung der Konseumentenausgaben
PR Änderung der Produzentenrente
W Wohlfahrtsänderung 8
A Stromangebot Türkei
A Stromangebot Bulgarien
ENTSO-e European Network of Transmission System Operators for Electricity
ETSO European Transmission System Operators
EU Europäische Union
EUAS Elektrik Üretim A.S.
GW Gigawatt
IBEX Independent Bulgarian Energy Exchange
KR Konsumentenrente
kV KiloVolt
KWK Kraftwärmekopplung
MW Megawatt
MWh Megawattstunden
N Nachfrage
p Preis in Land B
PR Produzentenrente
R Bestimmtheitsmaß
S Stromproduktion Land A
S Stromproduktion in Land B
TEDAS Tükiye Elektrik Dagitim A.S.
TEIAS Türkiye Elektrik Iletim A.S
TEK Turkish Electricity Authority
TETAS Türkiye Elektrik Ticaret
TL Türkische Lira
Ü
Stromübertragung von Land A zu Land B 11
Ü
Stromübertragung von Bulgarien nach Türkei
W Wohlfahrt
1
1
Einführung
Elektrizität eines der wichtigsten Güter die eine moderne Gesellschaft
konsumiert. Den globalen Stromschalter auszuschalten würde für die meisten
Menschen, vor allem denen die in urbanen Gebieten wohnen, einen so
fundamentalen Rückschritt bedeuten, dass man gesellschaftlich und wirtschaftlich
mehrere hundert Jahre zurückgeworfen wird. In der Tat ein extremes Beispiel,
adressiert sie doch die immense Abhängigkeit die wir vom Strom haben. Damit
man seinen ,,way of life" nicht nur beibehält, sondern auch verbessert muss die
Versorgungssicherheit der Energie sichergestellt werden. Elektrizität unterliegt
den physikalischen Gesetzten der Elektrodynamik, welche bei dem Handel,
Transport sowie der Distribution berücksichtigt werden können. Damit zwei
Parteien mit Strom Handeln können muss es zuerst eine Übertragungsverbindung
geben, die wiederrum durch ihre Kapazität begrenzt ist. Politische Akteure sollten
immer darauf bedacht sein wirtschaftliche Rahmenbedingungen und Anreize zu
schaffen die Wohlfahrt des regierten Gebiets zu maximieren. Diese Arbeit
untersucht den Wohlfahrtseffekt einer Erhöhung der Übertragungskapazität
zwischen der Türkei und dem Europäischen Elektrizitätsnetz. Die Arbeit ist auf drei
wesentliche Abschnitte unterteilt. Im zweiten Kapitel wird das theoretische
Modell beschrieben, dass angewendet wird um den Wohlfahrtseffekt zu
untersuchen. Im dritten Kapitel wird auf die beteiligten Institutionen und die
Verbindung zwischen der Türkei und ihre europäischen Nachbarländer
eingegangen. Im vierten Kapitel wird eine Analyse am Beispiel der türkisch-
bulgarischen Verbindung durchgeführt. Hier wird das Modell aus Kapitel 2
angewendet und die nötigen Modellelemente, wie z.B. der Merit Order,
hergeleitet. Im besten Fall kann nach der Analyse eine konkrete Aussage über die
bestehende Verbindung gemacht werden und ob diese im Rahmen einer
potentiellen Wohlfahrtserhöhung vergrößert werden soll. Sollte dies der Fall sein
wird dann auch noch der volkswirtschaftliche Verteilungseffekt untersucht.
2
2
Theorie zu Wohlfahrts- und
Verteilungseffekten von Stromhandel
zwischen zwei Staaten
Um am Ende dieser Arbeit eine Aussage bezüglich der Wohlfahrts- und
Verteilungseffekte machen zu können, muss ein geeignetes Modell benutzt
werden, damit abstrakte Begriffe wie die Wohlfahrt quantitativ beschrieben
werden können. In diesem Modell gehen wir von einem bilateralen Markt aus, um
die Analyse zu vereinfachen. Es wird kurz beschrieben, welchen Aufgaben der
Übertragungsnetzbetreiber jeweils in einem dezentralen und in einem
zentralisierten Marktsystem nachzukommen hat. Danach wird auf das
zentralisierte Marktsystem und Netzwerkstrukturen eingegangen und in diesem
Rahmen das Modell beschrieben.
Dezentrales Marktsystem
In einem dezentralen Marktsystem sind an einer Transaktion für elektrische
Energie nur zwei Parteien beteiligt: ein Käufer und ein Verkäufer. Diese Parteien
bestimmen bei dieser Transaktion den Preis, die Menge und jeden anderen
Aspekt, den einer der beiden für wichtig erachtet. Der Übertragungsnetzbetreiber
bestimmt hier weder den Preis noch einen anderen Aspekt des Handels und hält
sich komplett zurück. Seine Aufgabe beschränkt sich auf die Sicherstellung der
Balance des Systems und auf die allgemeine Sicherheit des Systems. Dies
beinhaltet Folgendes
1
:
1
Kirschen & Strbac, 2004, S. 141.
3
x Das Kaufen oder Verkaufen der Elektrizität, um die Nachfrage und die
Produktion auszubalancieren.
x Die Eingrenzung der Menge an Energie, die Kraftwerke an manchen
Knotenpunkten des Systems einspeisen können, wenn die Sicherheit nicht
durch andere Mittel sichergestellt werden kann.
Zentralisiertes Marktsystem
In einem zentralisierten oder Pool-basierten Marktsystem geben Produzenten
sowie Konsumenten ihre Gebote und Angebote an den
Übertragungsnetzbetreiber. Der Netzbetreiber wählt die Gebote und Angebote,
welche den Markt effizient befriedigen, unter der Nebenbedingung, dass die
Übertragungssicherheit zu jeder Zeit gegeben ist. Da dem Netzbetreiber hier eine
so wichtige Rolle zuteilwird, muss er unabhängig von allen Parteien handeln. Weil
er den Markt mit den Angeboten und Geboten effizient räumt, bestimmt er im
Rahmen dieses Prozesses auch den Preis. Es wird gezeigt, dass, wenn
Übertragungsverluste oder die Überlastung der Übertragung (ab hier: (engl.)
Congestion) berücksichtigt werden, der Preis von dem Knotenpunkt abhängt (in
unserem vereinfachten Beispiel die Länder), an dem die Elektrizität eingespeist
oder entnommen wird. Befinden sich alle Marktteilnehmer am gleichen
Knotenpunkt, wird von allen der gleiche Preis bezahlt oder bezogen.
Dies ist nicht der Fall in einem dezentralen Marktsystem, in welchem bilaterale
Verträge den Preis bestimmen. Der Netzbetreiber hat somit in einem
zentralisierten Marktsystem viel mehr Verantwortung und eine weitaus aktivere
Rolle als in einem bilateralen Model.
2
2
Kirschen & Strbac, 2004, S. 148.
4
Netzwerkarten
Es gibt zwei verschiedene Arten von Netzwerken, in denen Elektrizität übertragen
und verteilt wird; Zum einen ein radiales Netz und zum anderen ein Maschennetz.
Wenn es nur einen Weg zwischen zwei beliebigen Knotenpunkten gibt, spricht
man von einem radialen Übertragungsnetz. Von einem Maschennetz spricht man,
wenn zwei Knotenpunkte über mindestens zwei Wege verbunden sind.
3
Radiales Netz
Maschennetz
Abbildung 1: Beispiele für ein radiales Netz und ein Maschennetz
4
Über ein radiales Netzwerk kann man folgende Aussagen treffen
5
:
i.
Preise an zwei Knotenpunkten sind nur identisch, wenn der Weg im
Netzwerk nicht congested ist.
ii.
Ist die Übertragung zwischen zwei Knotenpunkten congested, dann fließt
der Strom immer vom Knoten mit dem niedrigen Preis zum Knoten mit
dem höheren Preis.
iii.
Die Anzahl der Preise in einem congested Netzwerk ist immer eins mehr
als die Anzahl der Übertragungsverbindungen. Wenn es nur eine
Übertragungsverbindung gibt, welche congested ist, teilen sich beide
Knotenpunkte denselben Preis.
3
Knieps, 2015.
4
Biggar & Hesamzadeh, 2014, S. 140.
5
Biggar & Hesamzadeh, 2014, S. 156.
5
Je nachdem wie zwei Regionen oder Länder miteinander verbunden sind,
modelliert man das mit einem der beiden Netzwerkmodelle. In unserem Fall
betrachten wir nur ein einfaches radiales Netzwerk mit einer
Übertragungsverbindung und zwei Knotenpunkten, welches im vierten Kapitel die
Verbindung zwischen der Türkei und Bulgarien darstellen soll.
2.1
Zentralisierter Markt in einem
2-Knotenpunkt System
Das Modell, das in dieser Arbeit benutzt wird, lehnt sich an das Lehrbuch
,,Fundamentals of Power System Economics" von Daniel S. Kirchen und Goran
Strbac an.
6
Unser Modell beschreibt den Markt zwischen zwei Ländern: Land A und Land B.
Diese beiden Länder sind durch eine Übertragungsverbindung verbunden, welche
eine noch zu spezifizierende Kapazität aufweist. Diese Länder sind zu keinen
anderen Ländern durch eine Übertragungsverbindung verbunden. Die
exemplarischen Angebotsfunktionen sehen wie folgt aus:
Land A:
( ) =
= 0,01
+ 10
Land B:
( ) =
= 0,02
+ 15
M
Markt ohne Handel
Wir gehen hier von einem hoch kompetitiven Markt aus, was darauf schließen
lässt, dass der Preis den Grenzkosten gleicht. Es wird hier, um es analytisch einfach
zu halten, in Land A von einer unelastischen Nachfrage von
= 500
und in
Land B von einer unelastischen Nachfrage von
= 1500
ausgegangen. In
6
Kirschen & Strbac, 2004, S. 148-155.
6
beiden Ländern übersteigt die Kapazität des Kraftwerksparks die Nachfrage. In der
folgenden Abbildung sehen wir die grafische Repräsentation des Strommarktes
beider Länder mit den Angebotsfunktionen und der Nachfrage, bei welcher der
Schnittpunkt der Geraden das Marktequilibrium
7
des jeweiligen Landes darstellt.
Abbildung 2: Angebotsfunktionen für den Strommarkt von Land A und Land B.
Beide Angebotsfunktionen weisen eine monotone Steigung auf, was
charakteristisch für alle Angebotsfunktionen ist und eine Steigung des Preises mit
wachsender Nachfrage zur Folge hat. Wenn beide Länder im Elektrizitätssektor
autark operieren, lässt sich ganz einfach der Preis berechnen, welcher sich in den
beiden Ländern einstellen wird.
(500
) = 0,01 500
+ 10 = 15
(1500
) = 0,02 1500
+ 15 = 45
Die Wohlfahrt
( ) eines Landes errechnet sich durch die Addition der
Konsumentenrente
(
) und der Produzentenrente ( ):
=
+
Die Produzentenrente lässt sich in diesem Fall ganz einfach bestimmen. Die
Dreiecksfläche zwischen der Angebotsfunktion, der Preiskurve und der Preisachse
7
In diesem Fall wenn kein Stromproduzent mehr einen Anreiz hat seine Produktion zu ändern.
P
A
= GK
A
P
B
= GK
B
S
A
S
B
500
10
15
15
45
S
1500
7
die Produzentenrente. Diese lässt sich leicht mit folgender Formel am Beispiel
Land A berechnen:
= 15
- 10
500
1
2
= 1250
Demnach hat Land B eine Produzentenrente von:
= 22500
Die Berechnung der Konsumentenrente errechnet sich normalerweise nach der
allgemeinen Formel:
=
( )
Hier wird die Fläche beschrieben, welche zur rechten Seite von der
Nachfragekurve begrenzt ist, unten von der Marktpreiskurve und zur linken Seite
von der Preisachse.
Leitet man die Funktion auf, erhält man:
= [( )]
= (
) - (
)
Hier beschreibt
( ) die integrierte Nachfragefunktion. Eine Nachfragekurve,
welche üblicherweise in theoretischen Betrachtungen von Märkten Verwendung
findet, ist aufgrund ihrer simplen analytischen Handhabung, die lineare
Nachfragekurve. Sie hat eine negative Steigung, woraus folgt, dass sie folgende
Eigenschaft besitzt:
(
) = 0
Dies impliziert, dass es eine endliche Zahlungsbereitschaft der Konsumenten und
somit ein eindeutiges Ergebnis für die Konsumentenrente gibt. In unserem Fall
stoßen wir auf ein mathematisches Problem. Wenn wir versuchen die KR für Land
A zu berechnen, kommen wir auf folgendes Ergebnis:
8
=
500
= [500 ]
= 500 - 500 15
=
Dies impliziert, dass die Zahlungsbereitschaft unendlich hoch ist.
=
-
=
Dies wiederum bedeutet, dass das Budget, welches den Konsumenten zur
Verfügung steht, ebenfalls unendlich ist. Obwohl diese Herleitung mathematisch
korrekt ist, ist sie ökonomisch unrealistisch. Um dieses Problem zu umgehen,
betrachten wir nur die Änderung der Wohlfahrt. Im Falle der Wohlfahrt ohne
Handel und der Wohlfahrt mit Handel lässt sich die Änderung der Wohlfahrt wie
folgt berechnen:
=
-
=
-
= (
-
) - (
-
)
=
,
+
,
-
,
-
,
-
,
+
,
-
,
-
,
Wobei
für Konsumentenausgaben steht. Wie die Produzentenrente und die
Konsumenten Ausgaben in unserem Fall ohne Handel grafisch zueinander stehen,
sehen wir in folgender Abbildung.
9
Abbildung 3: Konsumentenausgaben in Land A ohne Handel
Die Konsumentenausgaben werden durch das blaue Viereck mit blauem Grund
dargestellt, und die Produzentenrente durch das schraffierte Dreieck.
Wie man der Grafik leicht entnehmen kann, errechnen sich die
Konsumentenausgaben durch die Multiplikation der Gleichgewichtsmenge und
dem Gleichgewichtspreis. In der folgenden Tabelle sind die Marktwerte beider
Länder zusammengefasst:
Land A
Land B
15
45
=
500
1500
1250
22500
7500
67500
Tabelle 1: Marktdaten des Modells ohne Handel
Um jetzt zu überprüfen, ob offener Handel zwischen zwei Staaten
wohlfahrtssteigernd ist, gehen wir jetzt auf den Fall der unbegrenzten
Übertragung über.
10
M
Markt mit unbegrenztem Handel
Wir gehen davon aus, dass die Übertragungskapazität so groß ist, dass der Markt
keine Einschränkung erfährt. Gehen wir in unserem Beispiel von einer
Verbindungskapazität von 1600 MW (unter normalen Betriebsbedingungen) aus.
Wenn wir uns in diesem Modell einen Extremfall anschauen, in dem alle
Produktionskapazitäten des Landes B ausfallen, könnte die Nachfrage noch immer
durch die Produktionskapazitäten von Land A durch die Übertragungsverbindung
bedient werden. Die Marktergebnisse aus dem Fall ohne Handel zeigen große
Preisunterschiede zwischen den beiden Ländern. Man könnte argumentieren,
dass die gesamte Nachfrage von Land A bedient werden sollte, da die
Produktionskapazitäten da sind, die Übertragungskapazität ausreichend ist und
durch den Preisunterschied alle davon profitieren. In diesem Fall wäre
= 2000
= 0
. Setzt man diese Werte in die
Angebotsfunktion der beiden Länder erhalten wir:
(2000
) =
= 30 /
(0
) =
= 15 /
Offensichtlich ist diese Situation kein Marktgleichgewicht, da Produzenten in Land
A 30 für eine weitere MWh verlangen, während Land B 15 verlangt. Die
Kraftwerke des Landes A können also nicht die Nachfrage des gesamten Marktes
einfangen, da eine Preisdynamik einsetzt, um eine Preisgleichheit herzustellen.
Die Übertragungsverbindung führt also dazu, dass beide Länder als ein einziger
Markt operieren. Für beide Länder gilt dann dementsprechend ein einziger Preis:
=
=
Die produzierenden Kraftwerke in beiden Ländern stehen jetzt im Wettbewerb um
die Summe der Nachfrage beider Länder:
=
+
= 500 + 1500 = 2000
11
Die Stromproduktion beider Länder produziert so lange Strom, bis die
Grenzkosten der Produktion dem Marktpreis gleichen, welcher den Markt räumt.
Um diesen zu berechnen können wir mit dem Wissen, dass der Preis in beiden
Ländern gleich ist, die Marktangebotsfunktionen von Land A und Land B
gleichsetzen und so zuerst die markträumende Menge und dann den
markträumenden Preis berechnen.
( ) =
(2000 - )
0,01
+ 10 = 0,02 (2000 - ) + 15
= 1500
= 500
Setzt man einen dieser Werte in die Angebotsfunktion des dazugehörigen Landes,
erhält man den Preis.
(1500
) = 0,01 1500 + 10
(1500
) = 25
=
=
Die Strommenge, die über die Übertragungsverbindung geleitet wird, ist der
Angebotsüberschuss des Landes A und der Nachfrageüberschuss von Land B.
Ü
=
-
=
-
= 1000
Ein Stromfluss von Land A nach Land B macht Sinn, da Land A ohne Handel einen
geringeren Preis aufweist. Wenn die ,,Grenzen" sich also öffnen, steigert Land A
seine Produktion, um am Markt von Land B Gewinne erzielen zu können.
12
Abbildung 4: Repräsentation des Strommarktes beider Länder
Die Produktionskapazitäten von Land A sind wie üblich von links nach rechts
geplottet, wohingegen die Produktionskapazitäten von Land B von rechts nach
links geplottet sind. Da die beiden vertikalen Achsen genau durch die
Gesamtnachfrage des Marktes getrennt sind, bildet jeder Punkt auf der
horizontalen Achse eine potentiell effiziente Produktion des Marktes. Der
Schnittpunkt der beiden Angebotsfunktionen bildet das Equilibrium des Marktes
und bestimmt den Marktpreis, die produzierten Mengen und den Stromfluss von
einem Land zum anderen.
Land A
Land B
25
25
500
1500
1500
500
11250
2500
12500
37500
Tabelle 2: Marktdaten des Modells mit unbegrenztem Handel
13
Wenden wir die Formel für die Änderung der Wohlfahrt auf die Marktdaten an,
bekommen wir folgendes Ergebnis.
=
-
=
,
+
,
-
,
-
,
-
,
+
,
-
,
-
,
= (11250 + 2500 - 1250 - 22500 )
- (12500 + 37500 - 7500 - 67500 )
= (-10000 ) - (-25000 )
= 15000
Das Ergebnis gibt uns einen positiven Wert. Der Markt mit unbegrenztem Handel
hat demnach gesamtwirtschaftlich einen positiven Effekt.
Wenn wir die Wohlfahrtänderung der einzelnen Länder berechnen, können wir
eine Aussage über die Verteilung der Gesamtänderung auf die beiden Länder
treffen.
Land A:
=
-
=
-
= (
-
) - (
-
)
= (11250 - 1250 ) - (12500 - 7500 )
= 5000
Land B:
= (2500 - 22500 ) - (37500 - 67500 )
= 10000
Beide Länder haben eine positive Wohlfahrtsänderung. Die Änderung der
Produzentenrente hat in Land A einen Wert von
10000 im Gegensatz zu Land B
wo die Stromproduzenten einen Gewinn von
20000 durch den offenen Handel
verlieren. Der Fakt das Land B eine höhere Wohlfahrtsänderung als Land A hat ist
den hohen Konsumentenausgaben in Land B aus dem Modell ohne Handel zu
14
verdanken. Die Ausgaben, welche die Konsumenten tätigen mussten waren fast
doppelt so hoch wie im offenen Handel. In Land A müssen die Konsumenten mehr
Geld aufbringen, da der Marktpreis mit offenem Handel höher ist als der
Marktpreis ohne Handel.
M
Markt mit eingeschränktem Handel
In unserem bisherigen Fall eines offenen Marktes konnte unbegrenzt Strom von
einem Land ins andere geleitet und verkauft werden. Die Übertragungskapazität
der Übertragungsverbindung betrug
1600
, was jede mögliche
Überschussnachfrage eines der beiden Länder problemlos hätte übertragen
können. Was wir jetzt untersuchen wollen ist, wie sich der Markt verhält, wenn
die Übertragungskapazität kleiner ist als die Übertragungsmenge vom vorherigen
Kapitel. Land A hatte ein Überschussangebot von
1000
, wohingegen Land B
eine Überschussnachfrage von
1000
hatte. Was passiert, wenn wir jetzt von
einer Übertragungskapazität von
300
ausgehen?
Mit dieser Übertragungskapazität verringert sich die Produktion von Land A von
1500
auf
800
(
500
für die inländische Stromnachfrage und
300
für die Stromnachfrage aus Land B). Um die Nachfrage von
1500
von Land B zu befriedigen, müssen die Produzenten in Land B die Produktion
ankurbeln und die fehlenden Importe ausgleichen, indem sie jetzt
1200
produzieren.
Setzt man beide Mengen in die Angebotsfunktionen der beiden Länder, erhält
man die Preise für das jeweilige Land.
(800
) =
= 0,01 800
+ 10 = 18
(1200
) =
= 0,02 1200
+ 15 = 39
15
Hier wird deutlich, dass Hemmung auf die Übertragungskapazität eine hohe
Wirkung auf die Preise der beiden Länder, welche in diesem Fall eine Differenz von
21 /
aufweist. Im Falle eines normalen Gutes würden Geschäftsleute eine
Möglichkeit sehen Gewinne zu erzielen, indem sie Strom von Land A kaufen
würden und über einen anderen Weg nach Land B transportieren. Diese Arbitrage-
Möglichkeiten sind jedoch nicht möglich, da die Übertragungsverbindung die
einzige Möglichkeit ist, Strom von Land A nach Land B zu transportieren und die
Übertragungskapazität schon ausgelastet ist.
Abbildung 5: Repräsentation des Strommarktes beider Länder mit Congestion.
Eine Preisdifferenz bleibt so lange bestehen, wie die Übertragungskapazität unter
der Kapazität bleibt, um freien unbeschränkten Handel zu betreiben.
Diese Congestion der Übertragungsverbindung teilt, was ein einziger Markt sein
sollte, in zwei Märkte. Eine weitere MWh in einem Land muss durch inländische
Produktion gedeckt werden. Die Grenzkosten der Produktion sind folglich
unterschiedlich in den Ländern und somit auch die Preise (vorausgesetzt die
Märkte haben ausreichenden Wettbewerb). In diesem Fall spricht man von
16
,,locational marginal pricing" (LMP). Unser Beispiel zeigt, dass LMPs höher sind in
Ländern wo Strom importiert wird und niedriger in Ländern, die Strom
exportieren. Auf folgender Tabelle sind die Daten für diesen Markt
zusammengefasst.
Land A
Land B
18
39
500
1500
800
1200
3200
14400
9000
46800
Tabelle 3: Marktdaten des Modells mit Congestion
In diesem Markt nimmt die Wohlfahrtsänderung folgenden Wert an:
=
-
= (11250 + 2500 - 3200 - 14400 )
- (12500 + 37500 - 9000 - 46800 )
= (-3850 ) - (-5800 )
= 1950
Wie zu erwarten war, hat die unbegrenzte Übertragungsverbindung einen
positiven Wohlfahrtseffekt auf den Markt mit Congestion. Schauen wir uns wieder
die Wohlfahrtsänderung in den einzelnen Ländern an, erhalten wir:
17
Land A:
=
-
=
-
=
-
-
-
= (11250 - 3200 ) - (12500 - 9000 )
= 4550
Land B:
= (2500 - 14400 ) - (37500 - 46800 )
= -2600
Obwohl der Gesamtwohlstand sich positiv ändert, zieht in unserem Beispiel ein
Wechsel von einem Markt mit einer beschränkten Übertragungsleitung zu einem
unbeschränkten Markt eine negative Wohlfahrtsänderung für das Land B mit sich.
Je mehr sich der Markt öffnet haben die Stromproduzenten aus dem
importierenden Land immer stärkeren Wettbewerb mit den Produzenten aus dem
exportierenden Land. Da sich der Preis mit dem Grad des Wettbewerbs senkt, ist
das
aus dem importierenden Land negativ. Verlieren die Produzenten eines
Landes mehr als die Konsumenten eines Landes gewinnen, ergibt sich eine
negative Wohlfahrtsänderung. Im vierten Kapitel werden die theoretischen
Erkenntnisse auf den türkisch- bulgarischen Markt angewendet.
18
3
Die Anbindung des türkischen
Stromkreises an die EU
Damit es einen Elektrizitätsmarkt zwischen zwei Ländern geben kann, muss es
Jahre vorher einen beidseitigen Beschluss geben, der auf nationaler, oder im Falle
der EU, auf supranationaler Ebene stattfinden muss. Es erfordert ein hohes Maß
an Koordination, Ressourcen und Investition, zwei Länder unterschiedlicher
Standards zu synchronisieren und gleichzeitig die Versorgungssicherheit zu
wahren.
Dieses Kapitel beginnt mit der Vorstellung der wesentlichen Institutionen, welche
bei der Anbindung der Türkei an das europäische Verbundsystem beteiligt waren.
Dabei handelt es sich um den türkischen Übertragungsnetzbetreiber für
Elektrizität (TEIA) und den Verband europäischer Übertragungsnetzbetreiber
(ENTSO-E).
8
Danach wird die Übertragungsverbindung zwischen der Türkei und
den europäischen Ländern vorgestellt. Obwohl die vorliegende Arbeit nur die
Übertragungsverbindung zwischen der Türkei und Bulgarien berücksichtigt, wird
auch die Verbindung mit Griechenland vorgestellt.
8
Das E steht für Elektrizität. Die Schwesterorganisation ENTSO-G ist für die Übertragung und
Verteilung von Gas zuständig.
19
3.1
Die Institutionen
EENTSO-e
ENTSO-e (European Network of Transmission System Operators) ist durch die
Verordnung Nr. 714/2009 des europäischen Parlaments und des Rates vom 13.
Juli 2009 entstanden.
9
ENTSO-e entspringt der ETSO (European Transmission
System Operators), welche 1999 gegründet wurde. Am 01. Juli 2009 wurden alle
operativen Aufgaben an ENTSO-e abgegeben. Die Europäische Union hat es sich
zum Ziel gesetzt einen internen Energie Markt zu etablieren, der den Zugang aller
Mitgliedsstaaten ermöglicht, Erneuerbare Energien zu fördern, Energieeffizienz zu
steigern, eine beständige Versorgungssicherheit sicherzustellen und die
Fertigstellung von Übertragungskapazitäten zu unterstützen.
10
Im Rahmen dieser
Vision findet ENTSO seine Aufgabe. Um diese Ziele zu erreichen, bedarf es der
Koordination der europäischen Übertragungsnetzbetreiber.
Der Aufgabenumfang umfasst Lösungen, die ein ständig wachsendes und sich
änderndes Netz finden und implementieren sollen, während die
Versorgungssicherheit dabei zu keinem Zeitpunkt verletzt werden darf. Zu ihrer
Agenda gehören außerdem Innovation, eine marktbasierende Herangehensweise,
Fokus auf Konsumenten, Flexibilität und regionale Kooperation. 42
Übertragungsnetzbetreiber aus 35 Staaten werden durch ENTSO-e
repräsentiert.
11
Diese sind in 5 regionale Gruppen aufgeteilt, basierend auf dem
synchronisierten Gebiet, und sind in folgender Grafik abgebildet
12
9
Europäisches Parlament; Rat der Europäischen Union, 2009.
10
Kerebel, 2015.
11
European Network of Transmission System Operators for electricity, 2015.
12
European Network of Transmission SystemOperators for electricity, 2015.
20
Die Gruppe Kontinental Europa ist zuständig für den Zusammenschluss mit der
Türkei und hat in diesem Rahmen die Project Group Turkey gegründet. Weitere
Erweiterungen zieht ENTSO-e in Erwägung, wie z.B. eine Erweiterung in Richtung
Lybien, Ägypten, Jordanien und Lebanon, welche unter dirketer Aufsicht des
spanischen Übertragungsneztbetreibers REE stehen.
TTEIA
Der türkische Übertragungsnetzbetreiber TEIA (Türkiye Elektrik Iletim A.) hat
seinen Ursprung in der Gründung der TEK (Turkish Electricity Authority) im Jahr
1970. Die türkische Regierung zielte darauf ab, die Energieproduktion, die
Übertragung, die Distribution und den Handel in ein staatliches Unternehmen zu
integrieren. 1982 wurden per Gesetz die elektrischen Anlagen der Stadtbezirke an
die TEK übergeben. Elf Jahre später, im Jahr 1993, im Rahmen des
Privatisierungsprozesses, wurde TEK in zwei separate Unternehmen auf gesplittet:
x Stromproduktion und Übertragung (TEA)
Abbildung 6: Die 5 regionalen Gruppen von ENTSO-e
21
x Stromdistribution (TEDA)
Am 01. Oktober 2001 hat TEIA seine Aufgabe als Übertragungsnetzbetreiber
angefangen. Anfang des Jahres wurde TEA
in drei Firmen mit verschiedenen
Aufgaben aufgeteilt.
13
x Übertragung (TEIA)
x Produktion (EUA)
x Vertragsschließung und Handel (TETA)
Als Übertragungsnetzbetreiber hat TEIA die Sicherstellung der
Versorgungssicherheit der Elektrizität als Aufgabe. Durch Wartung, Reparaturen
sowie einer korrekten Prognose bezüglich der Nachfrage, soll eine zu starke
Abweichung der Netzfrequenzen vermieden werden. Des Weiteren muss TEIA,
im Rahmen der Politik der Regierung, bezüglich internationaler
Übertragungsverbindungen internationale Studien über
Übertragungsverbindungen anfertigen und, wenn es soweit kommt, diese dann
implementieren.
14
Wenn eine Übertragungsverbindung zwischen zwei Ländern
installiert wird, fällt dies ebenfalls in das Aufgabengebiet.
3.2
Die türkisch europäische Übertragungs-
verbindung
März 2000 stellte TEA (Vorgänger von TEIA) einen Antrag für eine Mitgliedschaft
und eine synchrone Übertragungsverbindung. Es wurde eine Projekt Gruppe ins
Leben gerufen, die der Komplettierung des Projekts gewidmet war. Um den
Standards und den Anforderungen des europäischen Netzes gerecht zu werden,
mussten TEIA und EUA (Produktion) ein Aufarbeitungsprogram ausarbeiten und
implementieren um den Betrieb der Kraftwerke zu verbessern.
13
Turkiye Elektrik Iletim A.., o.J.
14
Turkiye Elektrik Iletim A.., o.J.
22
Am 18. September 2010 begann das Experiment der Synchronisierung des
nationalen türkischen Elektrizitätsnetzes mit der Gruppe Kontinental Europa von
ENTSO-e. Um für den kommerziellen Handel zugelassen zu werden musste diese
Übertragungsverbindung drei Phasen durchlaufen.
15
1.
Zwei wöchige Stabilisierungsperiode ohne Austausch von Strom
2.
Nicht kommerzieller Strom wird von allen Länder geschickt und
empfangen. Auch diese Phase dauert zwei Wochen an.
3.
Sind die beiden ersten Phasen erfolgreich wird eine begrenze Kapazität für
kommerziellen Elektrizitätsaustausch zwischen Türkei und ENTSO-e
zugelassen.
Seit Januar 2016 nimmt TEIA in ENTSO-e einen Beobachterstatus ein, was Sinn
macht in Anbetracht der Tatsache, dass die Türkei im April 2015 einen langfristigen
Vertrag unterzeichnet hat, der den permanenten synchronen Betrieb zwischen
TEIA und ENTSO-e sichert.
16
Daten der Übertragungsverbindung
17
Es gibt drei Übertragungsverbindungen zwischen der Türkei und der EU.
Zwei mit Bulgarien und eine mit Griechenland.
x Die Griechenland Verbindung geht vom türkischen Babeski zum
griechischen Philippi. Diese Verbindung hat eine Länge von 127,89 km und
ist über eine 400 kV Leitung verbunden.
x Die Bulgarien Türkei Verbindungen gehen beide vom türkischen
Hamitabat ins bulgarische Maritsa East. Die erste hat eine Länge von
148,76 km wohingegen die zweite eine Länge von 158,45 km hat. Auch hier
sind beide mit einer 400 kV Leitung verbunden.
15
European Network of Transmission System Operators for electricity, 2010.
16
European Network of Transmission System Operators for electricity, 2016.
17
Türkiye Elektrik Iletim A.., 2015, S. 2 f.
23
Am 01. Juli 2015 wurde die Nettoübertragungskapazität für den türkischen Import
auf 650 MW erhöht, und für den türkischen Export auf 500 MW erhöht.
65% der Gesamtkapazität ist für den türkisch - bulgarischen Handel vorgesehen,
was 35% für den türkisch griechischen Handel ergibt.
Das bedeutet, dass im Fall Türkei Bulgarien die Übertragungsverbindung
folgende Kapazität hat:
Import
Export
,
=
,
0,65 500
= 325
Tabelle 4: Übertragungskapazität zwischen T und B
24
4
Analyse des türkisch-bulgarischen
Elektrizitätshandels in Abhängigkeit
der Netzanbindung
Der Anschluss und die Synchronisierung des türkischen Stromkreises an die EU
stellt ein Meilenstein in der Energiebeziehung zwischen den beiden dar.
Wie schon in Kapitel 2 gezeigt wurde, ist der freie Austausch von Gütern zwischen
zwei Staaten Wohlfahrtsfördernd. Unter handelsüblichen physikalischen Gütern
exportiert Land A so viel vom Gut, bis die Überschussnachfrage und das
Überschussangebot sich im Gleichgewicht einpendeln. Der Stromhandel hat ein
entscheidendes Merkmal: Das zu handelnde Gut unterliegt in der Produktion, dem
Transport, der Speicherung und der Distribution den physikalischen Gesetzen der
Elektrodynamik. Im Gegensatz zum Transport von handelsüblichen physikalischen
Gütern geht während des Transports von Elektrizität ein gewisser Prozentsatz
verloren. Dies geschieht durch den sogenannten Ohm'schen Widerstand. Um die
Verluste durch den Ohm'schen Widerstand so niedrig wie möglich zu halten, wird
der Strom mit hohen Spannungen transportiert. Je höher diese ist, desto geringer
ist der Verlust an Strom.
18
. Diese Restriktionen gelten selbstverständlich auch bei
der Verbindung der Türkei mit Bulgarien und Griechenland. Wie schon im dritten
Kapitel beschrieben handelt es sich um eine 400 kV Übertragungsverbindung (die
höchste genutzte Übertragungsspannung), um den transportbedingten Verlust zu
minimieren. Der Handel ist demnach von der Übertragungskapazität abhängig,
durch welche die Länder verbunden sind. In diesem Kapitel soll überprüft werden
18
Das Joulesche Gesetz besagt, dass die Wärme, die der Strom erzeugt, proportional ist zum
Quadrat der Stromstärke, dem elektrischen Widerstand und der Zeit, während der er fließt. Die
Wärmeverluste gehen mit dem Quadrat der abnehmenden Stromstärke zurück. Dem steht aber
entgegen, dass die elektrische Energie, die transportiert werden soll, proportional zum Produkt aus
Stromstärke, Spannung und Zeit ist. Würde die Stromstärke gesenkt, um die Wärmeverluste zu
reduzieren, würde automatisch die transportierte Energie sinken. Um das zu vermeiden, muss man
die Reduzierung der Stromstärke durch eine Erhöhung der Spannung derart kompensieren, dass
im Endeffekt das Produkt aus Spannung mal Stromstärke konstant bleibt. Wagner, 2010.
25
welchen Effekt eine Erhöhung der Übertragungskapazität auf die Wohlfahrt und
den resultierenden Verteilungseffekt für die Türkei mit sich bringt. Um dies zu
analysieren wenden wir das theoretische Modell an, welches wir im zweiten
Kapitel beschrieben haben. Die Wohlfahrt lässt sich in dem Modell berechnen,
wenn man für jedes Land die Nachfrage- und Angebotskurve hat. Dieses Kapitel ist
in vier Unterkapitel eingeteilt. Zunächst wird kurz auf die momentane
Nachfrageentwicklung der Türkei eingegangen und betrachten dann die
Angebotsseite des türkischen und bulgarischen Strommarkts, also dem
Kraftwerkspark. Nach dem kurzen Portrait des Elektrizitätssektors geht es zur
Herleitung der Nachfragefunktion und der Merit Order. Weiter geht es mit der
Schätzung der Wohlfahrt im Falle der Autarkie bzw. ohne jeden Handel mit
anderen Ländern. Im zweiten Unterkapitel schätzen wir die Wohlfahrt mit der
heutigen Übertragungskapazität. Hier wird das ,,Business as Usual" Szenario
untersucht. Im dritten Unterkapitel schätzen wir letztendlich die Wohlfahrt mit
unendlicher Übertragungskapazität. Das Ziel dieser Analyse ist es, eine Aussage
treffen zu können bezüglich des Wohlfahrtseffekts einer Erhöhung der
Übertragungskapazität. Im letzten Unterkapitel wird der Verteilungseffekt
geschätzt, welcher aus der Erhöhung der Übertragungskapazität resultiert.
4.1
Nachfrage und Angebot
Türkei
Elektrische Energie ist heute nicht mehr aus dem Leben wegzudenken. In vielen
Lebensbereichen findet sie Verwendung und trägt maßgeblich zum Wohlstand
einer Nation bei. Die Nachfrage nach Strom unterliegt zeitlichen Schwankungen
und Änderungen, welche sich je nach Tageszeit, Wochentag und Monat
bemerkbar machen. In der langen Frist sieht man jedoch, dass in der Türkei ein
steigender Trend des Stromverbrauchs zu sehen ist. Wenden wir uns zuerst der
26
kurzfristigen Entwicklung der Nachfrage zu. Die Schwankungen können
beispielsweise in einem Tageslastdiagramm dargestellt werden.
Abbildung 7: Tageslastkurven der Türkei
19
Diese Grafik zeigt die höchste Jahreslast und die niedrigste Jahreslast des Jahres
2015. Die Jahreshöchstlast ist in etwa das 2,5-fache der niedrigsten Jahreslast. Das
bedeutet, dass am Tage der niedrigsten Last für einige Zeit ca. 60% der installierten
Kraftwerkskapazitäten stillliegen. Das Konsummuster ändert sich von Land zu
Land. Während in der Türkei im August (Sommer) mehr verbraucht wird als im
Rest des Jahres
20
, was eventuell auf die verstärkte Nutzung von Klimaanlagen
zurückzuführen ist. Im Gegensatz dazu befindet sich in Deutschland die Spitzenlast
erfahrungsgemäß im Dezember und die niedrigste Spitzenlast im Juli.
21
Die Türkei erfährt seit mehreren Jahren stetigen Wirtschaftswachstum mit einer
durchschnittlichen Wachstumsrate von 4,3% in den Jahren 2000 2015.
22
Die
19
ENERJ PYASALARI LETME A., 2016.
20
Der 25.09.2015 ist der dritte von vier aufeinander folgenden Feiertagen des islamischen
Opferfestes. Da die islamischen Feiertage der islamischen Zeitrechnung folgen, ändert sich das
Datum der Feiertage jedes Jahr um ca. 10 Tage Richtung Jahresanfang und bleibt somit im
gregorianischen Kalender nicht konstant.
21
Schwab, 2015, S. 49.
22
Türkstat, 2016.
27
Ökonomen Altinay und Karagol untersuchten die kausale Beziehung zwischen dem
Stromverbrauch und dem realen Bruttoinlandsprodukt in der Türkei von 1950 -
2000. Sie sind zu dem Schluss gekommen, dass es in der Türkei eine kausale
Richtung vom Stromverbrauch zum Wirtschaftswachstum gibt. Dies bedeutet,
dass der Stromverbrauch dem Wirtschaftswachstum vorrangeht.
23
In Abbildung 8
sieht man ganz deutlich, dass der Stromkonsum in den Jahren von 1984 bis 2013
stetig gestiegen ist (blaue Linie).
Abbildung 8: Entwicklung des Stromkonsum der Türkei von 1984-2013
24
Der prozentuale Zuwachs zum Vorjahr weist zum größten Teil positive Werte auf,
stagniert jedoch seit 2009. Da der Zuwachs volatil ist, bleibt eine kontinuierliche,
positive Steigung des Stromverbrauchs und somit eine wachsende Wirtschaft in
der Türkei sehr wahrscheinlich.
Um diesen wachsenden Bedarf an Elektrizität zu befriedigen, muss es
entsprechende Entwicklungen am Kraftwerkspark geben. Die Kraftwerke
unterscheiden sich in vielen Merkmalen zum Beispiel in Investitionskosten,
Operationskosten und Umweltverträglichkeit.
Da in die vorliegende Arbeit lediglich die kurzfristige Angebotskurve am Markt
untersucht, werden nur die kurzfristigen Kosten der Kraftwerke betrachtet.
23
Altinay & Karagol, 2005, S. 855.
24
Türkye Elektrik Iletim A, 2014.
28
Obwohl manche Kraftwerke hohe Investitionskosten aufweisen, können sie doch
niedrige Grenzkosten aufweisen, was diese in einem kurzfristigen Rahmen sehr
wettbewerbsfähig macht. Während die fossilen Brennstoffe in der Regel niedrige
Investitionskosten, jedoch hohe Operationskosten haben, haben Erneuerbare
Energien und Kernenergie hohe Investitionskosten und niedrige
Operationskosten.
25
Welche Kraftwerksarten in einem Land Verwendung finden
hängt von vielen Faktoren ab wie z.B.: ökonomische, geographische, politische,
gesellschaftliche und kulturelle Einflüsse um nur ein einige zu nennen.
Deutschland hat sich beispielsweise im Angesicht der potentiellen fatalen Folgen
einer Kernschmelze den Atomausstieg zum Ziel gesetzt. Direkter Motivator war
der Supergau in Fukushima. Im Gegensatz dazu teilt sich Deutschland die Grenze
mit einem Land, welches an Akzeptanz und Fürsprache für die Kernenergie kaum
zu übertreffen ist. Frankreich hat 63 GW installierte Produktionskapazitäten
welche 74,7% des inländischen Energiemixes darstellt.
26
Das ist nur ein Beispiel,
wie Katastrophen und politische Ereignisse verschiedene Länder ganz
unterschiedlich beeinflussen.
Tabelle 5 zeigt die installierte Leistung geordnet nach Kraftwerkstyp.
25
Energy Information Administration, 2015.
26
International Energy Agency (IEA), 2015.
Frankreich ist mit 74.7 % Nuklearenergie, und ca. 30% Abstand zum zweiten Platz, Weltspitze. Mit
63 GW nuklearer Kapazitätsleistung belegt Frankreich Platz 2.
29
Kraftwerkstyp
Installierte
Kapazität (in MW)
Prozentualer
Anteil
Anzahl der
Kraftwerke
Mineralöl
446,0
0,6
17
Kohle
15482,6
21,2
37
Gas
21222,1
29
233
Multi Fuel
4351,1
5,9
69
Kraft-Wärme-
Kopplung (KWK)
623,9
0,9
21
Wasser
25867,8
35,4
560
Wind
4498,4
6,1
113
Biomasse
344,7
0,5
69
Thermisch+Wind+Solar
(Unlizenziert)
310,2
0,4
395
Total
73146,7
100
1514
Tabelle 5: Der türkische Kraftwerkspark in 2015
27
.
Wie man sieht, stellen die fossilen Brennstoffe ca. 56% der installierten
Kapazitäten. Zu einem großen Teil versorgt sich die Türkei mit Strom von
Wasserkraftwerken und zunehmend von weiteren erneuerbaren Energien. Es ist
auch nennenswert, dass die Türkei im April 2014 den Grundstein für das erste
Atomkraftwerk gelegt hat. Bestehend aus vier Reaktoren á 1200 MW ergibt sich
bei Fertigstellung aller Reaktoren eine Kapazität von 4800 MW. Geplantes
Bauende des letzten Blocks soll 2023 sein.
28
Bulgarien
Bulgarien ist seit dem Jahr 2007 Mitglied der Europäischen Union, und somit
verpflichtet für einen einheitlichen EU Binnenmarkt für Gas und Strom
mitzuwirken. Obwohl der Elektrizitätsmarkt Bulgariens der Richtlinie
27
Türkye Elektrik Iletim A, 2016.
28
Akkuyu Nükleer, 2015.
30
2009/72/EG
29
genügt ist der noch immer nicht ganz dereguliert, sondern nur zum
Teil wie man in Abbildung 9 sieht.
Abbildung 9: Elektrizitätsmarkt in Bulgarien
30
Im Jahr 2010 war der Einzelhandelsmarkt extrem konzentriert. Acht der
vierundzwanzig Stromanbieter haben 92% des Elektrizitätsmarktes ausgemacht.
2013-2014 wuchs die Anzahl der Konsumenten, welche den Anbieter wechselten,
was dem Transfer des Mittelspannungsbereichs zum unregulierten Markt
zuzurechnen ist. In dieser Zeit registrierte sich IBEX (Bulgaria's power exchange
operator). Seit Anfang des Jahres 2016 operiert IBEX einen zentralisierten Day
Ahead Market und bringt den bulgarischen Elektrizitätsmarkt damit einen
gewaltigen Schritt Richtung Deregulierung und Liberalisierung des Marktes.
31
Eine
Eigenart in Bulgarien ist, dass es das Land ist mit den günstigsten Strompreisen.
Jedoch ist es für die Bevölkerung im EU Vergleich das teuerste, weil die
Stromkosten in Bulgarien den größten prozentualen Anteil des Einkommens
haben.
32
29
Europäische Parlament; Rat der Europäischen Union, 2009.
30
Domel & Schmitz, 2013.
31
Independent Bulgarian Energy Exchange, 2016.
32
Europäische Kommission, 2015.
31
Mit diesem groben Überblick über die Stromnachfrage und -Produktion geht es
zur Herleitung des Merit Orders.
HHerleitung der türkischen und bulgarischen
statischen Merit Order
Türkei
Die Merit Order stellt die kurzfristige Angebotsplanung des Kraftwerksparks dar,
wobei die Kraftwerke aufsteigend nach den Grenzkosten aneinandergereiht
werden. Dies hat zur Folge, dass bei der Produktion in dieser Rangfolge die
Gesamtkosten minimiert werden. Die Investitionskosten, sowie andere Fix Kosten,
die das Kraftwerk aufbringen muss, werden hier nicht berücksichtigt, da diese für
den kurzfristigen Gebrauch des Kraftwerks nicht relevant sind.
33
Um den Merit
Order herzuleiten, braucht man die Grenzkosten, welche sich näherungsweise
nach folgender Formel berechnen lässt
34
:
=
+
.
+
.
Wenn man die nötigen Daten für jedes Kraftwerk zusammenträgt, wobei den
Wirkungsgrad darstellt, ergibt sich durch die Aneinanderreihung der
aufsteigenden Grenzkosten in Abhängigkeit der Kapazität der Kraftwerke der
Merit Order. Da dieser Aufwand den Rahmen dieser Arbeit sprengen würde, wird
eine andere Methode genutzt, um die Merit Order zu schätzen. Es werden die
Preise, die sich 2015 an der türkischen Energiebörse eingestellt haben, mit der
Residuallast abgebildet und eine lineare Regression durchgeführt. Die Residuallast
wird entweder durch die 1. Formel oder durch die 2. Formel dargestellt.
(1)
=
- (
+
)
(2)
=
- (
+
+
)
33
Ströbele, Pfaffenberger, & Heuterkes, 2010, S. 224-225.
34
Roon & Huck, 2010, S. 3.
32
Dies hängt davon ab, welche der beiden Varianten den Preis besser erklären
kann. Im Folgenden werden wir überprüfen welche Variante besser geeignet ist,
um die türkische Merit Order zu beschreiben.
Abbildung 10: Schätzung der türkischen Merit Order mit der Residuallast 1.
35
Diese Regression zeigt, dass der Strompreis positiv mit der Residuallast korreliert.
Bei geringer Residuallast ist erkennbar, dass der Preis stark nach unten abweicht.
Das kann dadurch erklärt werden, dass wegen den hohen Anfahrtskosten
Kraftwerke, welche die Grundlast bedienen, zu den entsprechenden Zeiten in
Teillast übergehen und den produzierten Strom zu einem Preis verkaufen,
welcher niedriger als ihre Grenzkosten sind.
36
Die Regression weist ein
Bestimmtheitsmaß von
= 0,5286 auf. Eine Regression mit der Residuallast
der Variante 2 zeigt folgende Abbildung 11. Diese Regression ist mit einem
Bestimmtheitsmaß von
= 0,4038 nicht annähernd so gut, wie die Regression
der Variante 1. Da die Wasserkraftwerke einen Anteil von 35,6% am
Kraftwerkspark ausmachen
37
und sie durch ihre geringen Grenzkosten nach dem
Prinzip des Merit Order noch einen größeren Anteil an den generierenden
Kapazitäten ausmachen, könnte man vermuten, dass die Residuallast ohne die
Wasserkraftwerke den Preis nicht so gut erklären wie in Variante 1. Da Variante 1
35
ENERJ PYASALARI LETME A., 2016.
36
Roon & Huck, 2010, S. 4.
37
Türkye Elektrik Iletim A, 2016.
33
das höchste Bestimmtheitsmaß aufweist, ist das die Schätzung der Merit Order,
die als türkische Angebotsfunktion für den Strommarkt verwendet wird. Jedoch
müssen wir zuerst die lineare Gleichung von der Variante 1 korrigieren.
Abbildung 11: Schätzung der türkischen Merit Order mit der Residuallast 2.
Da wir die Regression mit der Residuallast gemacht haben, berücksichtigt die
Lineare Gleichung nicht die fehlenden Kapazitäten der Windkraftwerke und der
KWK. Korrigieren wir diese, erhalten wir:
38
( ) = 7,6896
- 93,1504
Diese Gleichung stellt die Preisfunktion des Angebots der Türkei dar. Steht für
die Angebotsmenge und die
7,6896 ist die Steigung der Geraden. Inhaltlich besagt
diese, dass, wenn das Angebot um ein GW steigt, der Preis pro MWh um
7,6896 steigt.
Bulgarien
38
Da die Steigung erhalten bleibt, ändert sich nur der y-Achsenabschnitt. Um diesen zu berechnen,
brauchen wir einen Punkt auf der zu findenden Geraden. Die ursprüngliche Funktion schneidet die
x-Achse am Punkt (6,9915;0). Wenn wir den Punkt um die fehlenden 5,1223 GW nach rechts
schieben, erhalten wir den Punkt (12,1138;0).
0 = 7,6896 12,1138 +
= -93,1504
34
Die Marktdaten um die bulgarische Merit Order zu schätzen sind, dadurch das IBEX
erst im Januar den Marktbetrieb aufgenommen hat, nicht so vollständig wie die
türkischen. In Bulgarien stehen nur Marktdaten ab dem 20.01.2016 zur Verfügung,
welche wir alle bis zum 17.04.2016 mit in unsere Schätzung mit reingenommen
haben. Bei unserer Schätzung haben wir ein Bestimmtheitsmaß von 0,3056 was
nicht annähernd so hoch ist wie bei der türkischen Schätzung.
Abbildung 12: Schätzung der bulgarischen Merit Order
39
Ferner sehen wir im Vergleich zu der Türkei eine extrem hohe Steigung. Das liegt
möglicherweise an dem vergleichsweise kleinen Kraftwerkspark, und der
stärkeren Krümmung des Merit Orders. Dies würde sich mathematisch wie folgt
ausdrücken:
(
)
>
( ü
). Da es sich bei der Merit
Order zwar um eine monoton steigende Funktion handelt, aber nicht um eine
stetige Funktion, diese also nicht ableiten kann, ist der mathematische Ausdruck
genau genommen nicht korrekt. In die lineare Regression gehen diese Effekte aber
ein da es sich um ein statistisches Verfahren handelt. Das soll nur eine Idee
vermitteln weshalb die Steigung der bulgarischen Angebotsfunktion um ein
vielfaches grösser ist als die türkische.
39
Independent Bulgarian Energy Exchange, 2016.
35
( ) = 233,2
+ 27,154
Die ursprüngliche Gleichung hatte die bulgarische Steigung mit der bulgarischen
Währung. Multipliziert mit dem aktuellen Wechselkurs erhalten wir die obige
Gleichung.
AAufbereitung der Nachfragefunktionen
Um die Nachfrage zu schätzen gibt es einige methodische Möglichkeiten diese zu
beschreiben. Jedoch übersteigt die Schätzung einer realitätsnahen und
dynamischen Nachfragekurve die methodischen Mittel eines Bacheloranden. Um
an das Modell von Kapitel 2 wieder anzuknüpfen gehen wir jetzt von unelastischer
Nachfrage für beide Länder aus. Für die türkische Nachfrage nehmen wir die Hälfte
der Summe der jährlichen Höchstlast und die jährliche Mindestlast. Da wir für
Bulgarien keine Marktdaten haben die ein ganzes Jahr beschreiben, nehmen wir
das arithmetische Mittel der stündlichen Nachfrage dieses Jahres. Für die Türkei
erhalten wir dementsprechend:
ü
= 29,15
Für Bulgarien erhalten wir:
=
1
= 0,242
Wobei
die Stunden sind in welchen in der IBEX gehandelt wurde und an denen
nachgefragt wurde.
36
4.2
Abschätzung der Wohlfahrtsänderung
zwischen unbeschränktem Handel und
keinem Handel.
Da wir eine unelastische Nachfrage haben werden wir wieder die
Wohlfahrtsänderung errechnen. Wie im Modell aus Kapitel 2 gibt es hier keinen
Austausch von Elektrizität zwischen den beiden Ländern. Beide müssen sich selber
mit der eigenen Produktion versorgen, und tuen das in einem unter absolutem
Wettbewerb, so dass
=
40
.
Kein Handel
Türkei:
( ) = 7,6896
- 93,1504
(29,15
) = 7,6896
29,15
- 93,1504
(29,15
) = 131
Bulgarien:
( ) = 233,2
+ 27,154
( = 0,242
) = 233,2
0,242
+ 27,154
( ) = 83,59
40
Diese Annahme ist im Fall Bulgarien sehr realitätsfern. Auch wenn der Elektrizitätsmarkt sich
Richtung Liberalisierung bewegt, herrscht, wie in Unterkapitel 4.1 grafisch illustriert in manchen
Teilen noch rigide Marktlenkung.
37
Türkei
Bulgarien
131
83,59
=
29,15
0,242
2702778,9
6828,76
3818650
20228,78
Tabelle 6: Marktdaten ohne Handel zwischen Türkei und Bulgarien
Unbeschränkter Handel
In diesem Fall gilt:
=
=
Setzt man die beiden Angebotsfunktionen gleich und berücksichtigt
+
=
= 29,392
erhält man den Markträumenden Preis.
233,2
+ 27,154 = 7,6896
(
-
) - 93,1504
=
=
= 129,48
Die nötige Kapazität für unbeschränktem Handel beträgt.
Ü
=
-
=
-
= 0,1968
38
Abbildung 13: Unbeschränkter Markt zwischen T und BG
Türkei
Bulgarien
129,48
129,48
29,15
0,242
28,95
0,4388
2658677,58
28407,91
3774342
31334,16
Tabelle 7: Marktdaten bei unbeschränktem Handel zwischen T und BG
=
,
+
,
-
,
-
,
-
,
+
,
-
,
-
,
= (2658677,58
+ 28407,91
- 2702778,9
- 6828,76 )
- (3774342
+ 31334,16
- 3818650
- 20228,78 )
= 10680,45
39
Festzuhalten ist an dem Punkt, dass das Modell bei einer Übertragungskapazität
von 196,8 MW unbeschränkten Handel betreiben kann und dass es einen
Wohlfahrtsgewinn
4.3
Abschätzung der Wohlfahrtsänderung
zwischen unbeschränktem Handel und
Handel mit heutiger Übertragungskapazität
Hier hätten wir die gleiche Untersuchung durchgeführt wie im vorigen
Unterkapitel. Der letzte Satz impliziert im Rahmen dieses Modells, dass sich kein
Marktteilnehmer verbessern kann selbst wenn die Übertragungskapazität erhöht
wird. Das hat natürlich nur so lange absolute Gültigkeit wie alles andere gleich
bleibt. Wie in Kapitel drei fest gestellt wurde hat die bestehende Übertragung eine
Kapazität von 422,5 MW für den Import und 325 MW für den Export. Da die
bestehende Übertragungsverbindung eine höhere Kapazität als die optimale
Lösung im Handel mit unbeschränkter Kapazität. Auch wenn das sehr
antiklimaktisch ist kann schlussgefolgert werden, dass die Wohlfahrtsänderung
vom Handel mit heutiger Kapazität und Handel mit unbeschränkter
Übertragungskapazität null ist. Da unser Modell keine Verbesserung
Wohlfahrtsänderung aufweist ist eine volkswirtschaftliche Verteilungsanalyse
nichtig.
40
5
Schluss
Zum Schluss ist es wichtig nochmal zu betonen, dass dieses Modell eine stark
vereinfachte Darstellung der Realität analysiert hat. Es wurden viele
Rahmenbedingungen vernachlässigt, wie z.B., dass beider Länder auch mit
anderen Ländern verbunden ist. Unser Modell hat ein exportierendes Bulgarien
und eine importierende Türkei abgeleitet, was der Realität entspricht.
41
Jedoch
könnte man eine zuverlässigere Aussage treffen, wenn man eine genauere
Darstellung der Merit Order beider Länder herleitet, und eine aufwendigere
statistische Analyse durch führen um die Nachfragekurven realitätsnäher zu
beschreiben. Nimmt man in Betracht, dass die Übertragungskapazität schon in der
Vergangenheit erhöht wurde
42
, könnte man daraus folgern, dass eben ein
positiver Wohlfahrtseffekt mit der Erhöhung schon erzielt wurde. Die Türkei weist
noch immer ein solides Wirtschaftswachstum auf und ein entsprechendes
Wachstum der Elektrizitätsnachfrage. Es ist also eine Analyse die in Zukunft wieder
an Bedeutung gewinnt, wenn die Nachfrage so groß wird, dass der
Wohlfahrtsmaximierende Handelsmenge durch die bestehende Verbindung
eingeschränkt ist.
Interessant ist auch die Entwicklung der Türkei im Stromproduzierenden Sektor.
Das erste Atomkraftwerk soll innerhalb des nächsten Jahrzehnts fertig gestellt
werden. Außerdem hat die Türkei eine wachsende Nutzung von Erneuerbaren
Energien. Beide werden eventuell einen preissenkenden Effekt mit sich ziehen,
was als Merit Order Effekt bekannt ist.
43
Dies hat wiederrum einen Effekt auf die
Wettbewerbsfähigkeit der Türkei im Elektrizitätsmarkt und könnte unter
Umständen in langfristiger Sicht die Türkei zu einem Nettoexporteur machen.
Wohin sich die Türkei und die EU in Zukunft auch entwickeln mögen, eine
Überprüfung möglicher Wohlfahrtsverbesserungen durch weitere, oder größere
Übertragungsverbindungen sollten nicht vernachlässigt werden.
41
Türkiye Elektrik Iletim A., 2014.
42
Türkiye Elektrik Iletim A.., 2015.
43
Roon & Huck, 2010.
41
6
Literaturverzeichnis
Akkuyu Nükleer. (2015). Project History. Abgerufen am 14. April 2016 von
http://www.akkunpp.com/.
Altinay, G., & Karagol, E. (2005). Electricity consumption and economic growth:
Evidence from Turkey. Energy Economics, 27(6), S. 849-856.
doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.eneco.2005.07.002
Biggar, D. R., & Hesamzadeh, M. R. (2014). The Economics of Electricity Markets.
Chichester, West Sussex, England: john Wiley & Sons Ltd.
Domel, C., & Schmitz, P. (2013). Der Elektrizitätsmarkt in Bulgarien. (F. Insitut,
Hrsg.) Abgerufen am 10. April 2016 von publica.fraunhofer.de:
http://publica.fraunhofer.de/eprints/urn_nbn_de_0011-n-2594591.pdf
Energy Information Administration. (2015). Average Power Plant Expenses for
Major U.S. Investor-ownde Electric Utilities. Abgerufen am 17. April 2016
von ww.eia.gov:
http://www.eia.gov/electricity/annual/html/epa_08_04.html
ENERJ PYASALARI LETME A.. (2016). Daily Reports. Abgerufen am 14. April
2016 von rapor.epias.com.tr:
http://rapor.epias.com.tr/rapor/xhtml/dgpGunlukRapor.xhtml
Europäische Kommission. (28. September 2015). Strompreise nach Art des
Benutzers. Abgerufen am 17. April 2016 von www.ec.europa.eu:
http://ec.europa.eu/eurostat/tgm/table.do?tab=table&init=1&plugin=1&
language=de&pcode=ten00117
Europäische Parlament; Rat der Europäischen Union. (13. Juli 2009). Richtlinei
2009/72/EG des Euroüäischen Parlaments und des Rates. Abgerufen am
14. 04 2016 von eur-lex.europa.eu: http://eur-
lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:211:0055:0093:de
:PDF
Europäisches Parlament; Rat der Europäischen Union. (2009). Verordnung (EG) Nr.
714/2009 des Euroüäischen Prlaments und des Rates vom 13. Juli 2009
über die Netzzugangsbedingungen für den grenzüberschreitenden
Stromhandel und zur Aufhebung der Verordung (EG) Nr. 1228/2003.
Brüssel. Abgerufen am 16. April 2016 von http://eur-lex.europa.eu/legal-
content/DE/TXT/PDF/?uri=CELEX:32009R0714
European Network of Transmission System Operators for electricity. (20.
September 2010). TEIAS parallel trial interconnection with ENTSO-e's
Continental Europe Synchronous Area started successfully 18 September.
Abgerufen am 16. April 2016 von www.entsoe.eu:
https://www.entsoe.eu/news-events/announcements/announcements-
archive/Pages/News/teias-parallel-trial-interconnection-with-entso-es-
continental-europe-synchronous-area-started-succe.aspx
42
European Network of Transmission System Operators for electricity. (2015). Who
ist ENTSO-e? Abgerufen am 17. April 2016 von www.entsoe.eu:
https://www.entsoe.eu/about-entso-e/Pages/default.aspx
European Network of Transmission System Operators for electricity. (14. Januar
2016). Turkish grid operator, TEIAS, joins ENTSO-e as observer member.
Abgerufen am 16. April 2016 von www.entsoe.eu:
https://www.entsoe.eu/news-events/announcements/announcements-
archive/Pages/News/turkish-grid-operator-TEIAS-joins-ENTSO-E-as-
observer-member.aspx
European Network of Transmission SystemOperators for electricity. (2015).
Regional Groups. Abgerufen am 17. April 2016 von www.etnsoe.eu:
https://www.entsoe.eu/about-entso-e/system-operations/regional-
groups/Pages/default.aspx
Independent Bulgarian Energy Exchange. (2016). History. Abgerufen am 15. April
2016 von www.ibex.bg: http://www.ibex.bg/en/about-us/history/
Independent Bulgarian Energy Exchange. (18. APril 2016). Prices and Volumes.
Abgerufen am 17. April 17 von www.ibex.bg:
http://www.ibex.bg/en/market-data/dam/prices-and-volumes/
International Energy Agency (IEA). (2015). Key World Energy Statistics. Paris. Von
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld
_Statistics_2015.pdf abgerufen
Kerebel, C. (Juli 2015). Fact Sheets on the European Union: Internal Energy Market.
Abgerufen am 17. April 2016 von
http://www.europarl.europa.eu/ftu/pdf/en/FTU_5.7.2.pdf
Kirschen, D. S., & Strbac, G. (2004). Fundamentals of Power System Economics.
Chichester, West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.
Knieps, G. (2015). Network Economics. In G. Knieps. Freiburg: Springer
International Publishing Switzerland 2015.
Roon, S. v., & Huck, M. (2010). Merit Order des Kraftwerkparks. Forschungsstelle
für Energiewirtschaft e.V., Münschen.
Schwab, A. J. (2015). Elektroenergiesysteme: Erzeugung, Übertragung und
Verteilung elektrischer Energie (4. Ausg.). Berlin, Heidelberg: Springer
Verlag.
Ströbele, W., Pfaffenberger, W., & Heuterkes, M. (2010). Energiewirtschaft:
Einführung in Theorie und Politik (2. Ausg.). München: Oldenburg
Wissenschaftsverlag GmbH.
Türkiye Elektrik Iletim A.. (2014). Annual Development of Turkey's Gross Electriity
Generation-Imprts-Exports and Demand (1975-2013). Abgerufen am 17.
April 2016 von www.teias.gov.tr:
http://www.teias.gov.tr/T%C3%BCrkiyeElektrik%C4%B0statistikleri/istatis
tik2013/uretim%20tuketim(23-47)/24.xls
43
Türkiye Elektrik Iletim A.. (11. September 2015). Net Transfer Capacity of
Interconnection lines. Abgerufen am 16. April 2016 von www.teias.gov.tr:
http://www.teias.gov.tr/Dosyalar/NetTransferKapasiteleri.doc
Turkiye Elektrik Iletim A.. (o.J.). Brief History of turkish Power System and TEIA.
Abgerufen am 17. April 2016 von www.teias.gov.tr.
Turkiye Elektrik Iletim A.. (o.J.). Purpose and Activity Field of the Establishment.
Abgerufen am 15. April 2016 von www.teias.gov.tr:
http://www.teias.gov.tr/Eng/Status.aspx
Türkstat. (März 2016). Türkiye statistik Kurumu. Abgerufen am 13. April 2016 von
http://www.turkstat.gov.tr/PreIstatistikTablo.do?istab_id=2218.
Türkye Elektrik Iletim A. (2014). Annual Development of Electricity Generation -
Consumption and Losses in Turkey (1984-2013). Abgerufen am 14. April
2016 von www.teias.gov.tr:
http://www.teias.gov.tr/T%C3%BCrkiyeElektrik%C4%B0statistikleri/istatis
tik2013/istatistik2013.htm
Türkye Elektrik Iletim A. (2016). Kurulu Güç. Abgerufen am 14. April 2016 von
www.teias.gov.tr: http://www.teias.gov.tr/yukdagitim/kuruluguc.xls
Wagner, H.-F. (21. April 2010). Warum erfolgt Stromübertragung bei hohen
Spannungen? Abgerufen am 15. April 2016 von www.weltderphysik.de:
http://www.weltderphysik.de/gebiete/technik/energie/speichern-und-
transportieren/strom/hochspannung/
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2016
- ISBN (PDF)
- 9783961160037
- ISBN (Paperback)
- 9783961165032
- Dateigröße
- 1.6 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Universität zu Köln – Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Fakultät
- Erscheinungsdatum
- 2016 (Juli)
- Schlagworte
- Elektrizität Stromnetz Elektrizitätsnetz Türkei EU Europäische Union
