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Energie- und Stromwirtschaft


DFG-finanziertes Projekt "How to Reduce the Investment Dilemma?- A Theoretical and Empirical Analysis of International Electricity Market Designs"

Verursacht durch fehlende Anreize für Investitionen in Infrastruktur- und Kraftwerkskapazitäten kann es in den kommenden Jahren im deutschen und anderen liberalisierten Elektrizitätsmärken zu Versorgungsengpässen bzw. enormen Preissteigerungen kommen. Die mangelnden Investitionsanreize resultieren zum einen daraus, dass sich die Strompreise im Wesentlichen an den kurzfristigen Grenzkosten des marginalen Kraftwerkes orientieren und zum anderen aus eingeschränkter Verfügbarkeit bzw. deutlich gestiegenen Preisen von Kraftwerkskomponenten. Werden zusätzlich regulatorische Unsicherheiten berücksichtigt werden notwendige Kapazitäts- und Infrastrukturinvestitionen unterbleiben oder zu spät erfolgen, da die Preissignale die langfristige Knappheitskonstellation nicht (rechtzeitig) anzeigen.

In dem vom Lehrstuhl für Volkswirtschaftstheorie bearbeiteten DFG-Projekt sollen Lösungen für ein solches Investitionsdilemma gefunden werden. Es werden dabei sowohl marktbasierte als auch regulatorische Ansätze untersucht. Für die marktbasierten Lösungen wird ein marktübergreifendes Spotmodell entwickelt und unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften von Strompreisen kalibriert. Anhand dieses Modells werden die Preise von geeigneten Derivaten numerisch ermittelt, so dass sich dynamische Portfolios zur Absicherung der spezifischen Investitionsrisiken ableiten lassen. Im Rahmen der regulatorischen Eingriffe wird vor allem der EU-CO2-Handel als neue Möglichkeit für die Schaffung von Investitionsanreizen, etwa in Form von effizienten, EU-rechtskonformen Gratiszuweisungssytemen, untersucht.

Forschungskolloquium IDEM (=The Investment Dilemma in Electricity Markets)

Teilnehmer des Kolloquiums sind neben den Lehrstuhlwissenschaftlern Prof. Dr. Wolfgang Ströbele, Dipl-Volkw. Matthias Janssen und Dr. Magnus Wobben Diplom- und Masterstudenten, die sich mit Fragestellungen bezüglich dem Abbau von Investitionshemmnissen in Stromerzeugungs- und Infrastrukturkapazitäten beschäftigen. Diese haben im Rahmen des IDEM-Kolloquiums die Möglichkeit, Fortschritte, Probleme und Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen vorzustellen und zu diskutieren.

Beteiligte Wissenschaftler des Lehrstuhls für Volkswirtschaftstheorie:

Prof. Dr. Ströbele, Matthias Janssen, Dr. Magnus Wobben

Externe Kooperationspartner:

Veröffentlichungen:

  • Büdenbender, Janssen, Wobben (2009), Versorgungssicherheit auf Elektrizitätsmärkten - Investitionsdilemma durch ineffizientes Marktdesign?, erscheint in: Zeitschrift für Energiewirtschaft 1/2009.
  • Janssen, Wobben (2009), Electricity Pricing and Market Power - Evidence from Germany, forthcoming in: Europeans Transactions on Electrical Power, Special Issue on Power Economics (for a discussion paper version see Janssen).
  • Janssen, Wobben (2008), Preisbildung auf den Märkten für Elektrizität und Erdgas - Rückblick 2007 und Ausblick, Energiewirtschaftliche Tagesfragen, November 2008, 42-49.
  • Janssen, Ströbele, Wobben (2007), Electricity pricing subject to a CO2-emissions trading scheme, Zeitschrift für Energiewirtschaft 3/2007, 171-181, working paper version.

Engpassmanagement

Damit der Handel von Strom über die eigenen Landesgrenzen hinaus ermöglicht wird, bedarf es grenzüberschreitender Übertragungsleitungen. Deren Kapazität ist begrenzt, muss also unter den betroffenen Markteilnehmern verteilt werden. Bis zum Inkrafttreten der EU-Richtlinie 1228/2003 im Juli 2004 wurden für dieses den Übertragungsnetzbetreibern obliegende Engpassmanagement in erster Linie administrative Vergabemethoden eingesetzt, wie beispielsweise die first come first serve - Regel oder die Pro-Rata-Rationierung. Diese Verfahren bieten zwar ein hohes Maß an Transparenz, geben jedoch keine Auskunft über die Zahlungsbereitschaft der einzelnen Parteien für Übertragungsrechte und damit auch keinen für Investitionen relevanten Indikator für die Knappheit von Kapazität.

Durch Artikel 6 der oben genannten Richtlinie, nach dem grenzüberschreitende Übertragungskapazität den Marktteilnehmern nach einem nichtdiskriminierenden marktorientierten und nicht transaktionsbasierten Verfahren zur Verfügung gestellt werden muss, wurden diese regelbasierten Verfahren von verschiedenen Auktionsformen abgelöst, deren Erlöse für Netzinvestitionen verwendet werden sollen. Darunter fallen (koordinierte) explizite Auktionen, wie sie in weiten Teilen Europas eingesetzt werden, sowie das in der skandinavischen Nordpool-Region implementierte Verfahren der impliziten Auktionen. Weiterhin soll durch das Market Coupling in seinen verschiedenen Ausprägungen nach dem Vorbild des skandinavischen Modells eine Integration verschiedener Strommärkte unter verschiedenen ÜNB erfolgen. Die Vergabe von Übertragungskapazitäten findet dabei nicht mehr explizit, sondern implizit nach Eingang aller nationalen Kauf- und Verkaufsorder statt, so dass der Stromhandel in alle verschiedenen Richtungen saldiert wird und die durch die bislang überwiegend eingesetzten expliziten Auktionen entstehenden Ineffizienzen vermieden werden. Dieses erfordert allerdings ein zentrales Auktionsbüro, was mit einer maßgeblichen Verschiebung der Kompetenzen für die nationalen ÜNB verbunden sein könnte. Eine implizite Vergabe von Engpasskapazitäten erfordert zum einen eine europaweite Bereitstellung von Regelenergie und verringert zum anderen die Einnahmen aus der von Erwartungsfehlern der Bieter gekennzeichneten expliziten Auktion.

Weiterhin sind die ÜNB für Erweiterungs- und Neuinvestitionen verantwortlich, die sie über die Auktionserlöse finanzieren sollen. Für nationale Erzeuger geht allerdings jede Engpassreduktion mit einer Verringerung der nationalen Marktmacht einher, so dass für vertikal integrierte ÜNB kein Investitionsanreiz in grenzüberschreitende Übertragungskapazitäten besteht. Die zentrale Problematik für Europa besteht also in der Entwicklung eines Engpassmanagementsystems, das sowohl kurzfristig effizient ist, langfristig für ausreichende Investitionsanreize sorgt und darüber hinaus politisch umsetzbar ist.

Beteiligte Wissenschaftler des Lehrstuhls für Volkswirtschaftstheorie:
Prof. Dr. Ströbele

Veröffentlichungen:

  • Heuterkes: Eine Anmerkung zu "Brunekreeft/Newbery: Should Merchant Transmission Investment be Subject to a Mustoffer Provision?", Volkswirtschaftliche Diskussionsbeiträge Nr. 376, Münster, 2006.

Bewertung von Energiederivaten

Die Modellierung von Energiepreisen und die damit verbundene Bewertung von derivativen Instrumenten unterscheiden sich erheblich von den Methoden auf Aktien-, Zins-, und Währungsmärkten, zum einen aufgrund der spezifischen "stylised facts" und zum anderen aufgrund der eingeschränkten Konstruktion von Hedgeportfolios. Letzteres begründet sich vor allem dadurch, dass die entsprechenden Underlyings nicht speicherbar oder nur verzögert und nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen.

Am Lehrstuhl für Volkswirtschaftstheorie werden marktübergreifende Spotmodelle entwickelt und unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften der Energiepreiszeitreihen für Öl, Gas und Strom kalibriert. Die Methoden reichen von Maximum-Likelihood (evtl. mit Kalman-Filtrierung) bis hin zu Markov chain Monte Carlo Algorithmen. Die Bewertung von Forwards aber auch bedingten strukturierten OTC-Produkten kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Wir konzentrieren uns auf neben analytischen Ansätzen auf PDE-Methoden und Fourier-Inversion. Bei den Modellen werden Prozesse ohne, mit finiter sowie mit infiniter Sprungaktivität untersucht.

Beteiligte Wissenschaftler des Lehrstuhls für Volkswirtschaftstheorie:
Dr. Magnus Wobben

Evaluierung der Kosteneffektivität von Deregulierungskonzepten

Die als Liberalisierung bezeichneten Deregulierungsprozesse auf den Elektrizitätsmärkten unterscheiden sich regional zum Teil erheblich. Der Erfolg der einzelnen Konzepte kann auf drei Ebenen untersucht werden. In der Vergangenheit hat die Forschung vor allem die Frage der allokativen Effizienz der Märkte thematisiert. Aktuell rückt darüber hinaus vermehrt auch die Frage der dynamischen Effizienz in den Blickpunkt, wobei sich die Debatte vornehmlich um die Bereitstellung von langfristigen Investitionsanreizen dreht. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen dagegen die mittelfristigen Auswirkungen der Deregulierungsansätze auf den Inputeinsatz und somit die Produktionskosten der betroffenen Unternehmen untersucht werden.

Beteiligte Wissenschaftler des Lehrstuhls für Volkswirtschaftstheorie:
Björn Liebau


Abgeschlossene Forschungsprojekte


Allgemeine Energiewirtschaft und Energiepolitik

Die Energiewirtschaft war über mehrere Jahrzehnte in wichtigen Teilbereichen ein Ausnahmebereich: Sonderregelungen im GWB und eigene Regelungen im Energiewirtschaftsgesetz schufen eigenständige Bedingungen für die leitungsgebundene Energiewirtschaft, während andere Bereiche wie die deutsche Steinkohle durch staatliche Schutzpolitik vor internationalem Wettbewerbsdruck geschützt wurden. Seit der Novellierung des Energiewirtschaftsgesetzes im April 1998 und der Umsetzung von EU-Richtlinien (Strom und Erdgas) herrschen völlig neue Marktbedingungen in Deutschland. Am Lehrstuhl wird laufend analysiert, - wie sich die Märkte vor allem für Erdgas und Mineralöl verändern, - wie sich die Netzzugangsbedingungen zu Strom- und Erdgasnetzen entwickeln, - welche Auswirkungen energiepolitische Rahmenbedingungen auf verschiedene Akteure in den - Energiemärkten haben, - wie sich die nationale Energieversorgung in den europäischen bzw. globalen Kontext einordnet.

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Wolfgang Ströbele

Veröffentlichungen:

  • Blank, J. E., Smajgl, A. (1998): Folgen irakischer ?lexporte auf die ?lpreisentwicklung. Volkswirtschaftliche Diskussionsbeiträge, Nr. 261, Münster. I.Hensing,
  • W.Pfaffenberger, W.Ströbele, Energiewirtschaft, Oldenbourg-Verlag, München, 1998.
  • W.Ströbele: Handelbare Zertifikate für natürliche Ressourcen ?, Zeitschrift für Angewandte Umweltforschung, Sonderheft 9/1998, S. 182 - 193.
  • W. Ströbele: Mehr Wettbewerb auf dem deutschen Erdgasmarkt? Zur Übertragbarkeit US-amerikanischer und britischer Erfahrungen, er-scheint in: M.Erlei, M.Leschke, D.Sauerland, E.Schulz (Hrsg.), Gedenkschrift für M.Borchert, Regensburg, 1999, S. 150 - 177.
  • W. Ströbele: Zugangsregelung und Durchleitungsentgelte für den Erdgastransport, Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 49. Jg., 1999, Heft 6, S. 516 - 522.

Paradigmenwechsel in der Regulierungspolitik: Essential facilities

Der Gesetzgeber hat einen für Europa völlig neuen Ansatz zur Neuregulierung der Energiemärkte gewählt, der weit über die Streichung der bisherigen Ausnahmen vom Kartellverbot und vom Verbot von Demarkations- und Konzessionsverträgen hinaus reicht. Der neue Ansatz beinhaltet auch die Anwendung der sogenannten Essential-facilities-Doktrin, der zufolge Netzbetreiber potentiellen Wettbewerbern Zugang zu ihren Einrichtungen gewähren müssen, sofern diese für die Entstehung von Wettbewerb, so der namengebende Begriff, wesentlich oder (vielleicht präziser) unverzichtbar sind. Der verweigerte ?Zugang zu den eigenen Netzen oder anderen Infrastruktureinrichtungen? wurde damit erstmals ausdrücklich als Tatbestand des Mißbrauchs einer marktbeherrschenden Stellung in das GWB aufgenommen.

Bei näherer Betrachtung sind die ökonomischen Implikationen weitreichender, als der knappe einschlägige (Teil-)Satz des § 19 Abs. 4 Nr. 4 (i. V. m. § 20 Abs. 1 GWB) vermuten läßt, mit dem diese ?Doktrin der unverzichtbaren Einrichtungen? Einzug in die deutsche Wettbewerbspolitik insgesamt ? und eben nicht nur in die Regulierung der Energiemärkte ? gehalten hat.

Die bisher ergriffenen Maßnahmen werden dabei in der Literatur regelmäßig als solche der Deregulierung und Liberalisierung rezipiert. Diese Einschätzung beinhaltet allerdings eine nicht unerhebliche Übertreibung: weitreichende Eingriffe in die Property Rights der betroffenen Netzbetreiber sind ebenso die Folge wie weiterhin bestehender und zum Teil neu geschaffener (!) Regulierungsbedarf. Somit sind die zu erwartenden Folgen der Essential-facilities-Doktrin (im folgenden auch: EFD) genauer zu ermitteln und zukünftige institutionelle Optionen auszuloten, um eine Grundlegung für die (notwendigerweise politische, nicht wissenschaftliche) Bewertung der Doktrin zu finden.


Neuordnung im Bereich leitungsgebundener Energieträger

Die Neuordnung der Wettbewerbsbedingungen für leitungsgebundene Energieträger (vor allem relevant für Strom und Erdgas) verlangt nach gründlicher Analyse der konkreten Ausgestaltungen und deren Konsequenzen. Während bei Elektrizität mit der sogenannten Verbändevereinbarung II wichtige Schritte gegangen wurden, stehen im Erdgasmarkt seit dem 10.8.2000 die konkreten Umsetzungen von EU-Richtlinie und neuem Energiewirtschaftsgesetz noch bevor. Die Verbändevereinbarung (VV I Erdgas) vom Juli 2000 stellt erste Weichen, wird aber in einigen Punkten noch weiter entwickelt. Hier sind beispielsweise die Erfahrungen aus den USA oder Großbritannien und deren Übertragbarkeit auf Deutschland zu überprüfen. Dabei sind kartellrechtliche Dimensionen wie die Doktrin der "wesentlichen Einrichtung" genauso angesprochen, wie die Theorie der Netze mit den konkreten Anwendungen auf Strom - und Erdgasnetze.

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Wolfgang Ströbele

Veröffentlichungen:

  • W. Ströbele: Mehr Wettbewerb auf dem deutschen Erdgasmarkt? Zur Übertragbarkeit US-amerikanischer und britischer Erfahrungen, erscheint in: M.Erlei, M.Leschke, D.Sauerland, E.Schulz (Hrsg.), Festschrift für M.Borchert, Regensburg, 1999, S. 150 - 177.
  • W. Ströbele: Zugangsregelung und Durchleitungsentgelte für den Erdgastransport, Energiewirtschaftliche Tagesfragen, 49. Jg., 1999, Heft 6, S. 389 - 396.
  • W. Ströbele, S. Flakowski: "Erdgasdurchleitung auf der überregionalen Ferngasstufe: Internationaler Vergleichsmarkt", Gutachten zur Verbändevereinbarung Erdgas, Münster 2001.

Energiewirtschaftliche Modellierung

Die Analyse von Energiemodellen und die Entwicklung eigener Energiemodelle trägt zum Erkenntnisgewinn von volkswirtschaftlichen Nutzen und Kosten verschiedener umwelt- und energiepolitischer Strategien bei. Durch Kooperation mit Prof. Dr. Pfaffenberger (Bremer Energie-Institut und Universität Oldenburg) sowie mit der Energieabteilung des Rheinisch-Westfälischen Instituts für Wirtschaftsforschung ist ein Bündel mehrerer Modelle verfügbar. Der Lehrstuhl hat mehrere international wichtige Energiemodelle (wie etwa das Modell GREEN der OECD) auf dem Rechner verfügbar und entwickelt eigene Modelle, um etwa Aussagen zur Klimaschutzpolitik ableiten zu können. Inzwischen findet regelmäßig eine Summer-School zur Modellierung mit GAMS statt, wobei die Energiemodellierung ein wichtiger Schwerpunkt ist. (siehe Arbeitsbereich I).

Beteiligte Wissenschaftler: Prof. Dr. Wolfgang Ströbele

Veröffentlichungen:

  • S. Flakowski: Dynamic Nonlinear Programs as Mixed Complementarity Problems (MCP) in GAMS - An Application on Models of Exhaustible Resource Markets, Volkswirtschaftlicher Diskussionsbeitrag, Münster, forthcoming 2002.
  • S. Flakowski: Ressourcenökonomische Modelle und ihre Darstellung als gemischte Komplementärprobleme (MCP) in GAMS, Volkswirtschaftlicher Diskussionsbeitrag Nr. 336, Münster, 2002.
  • W. Kuckhinrichs, W.Pfaffenberger, W.Ströbele: Das Makroökonomische Informationssystem (MIS), in: P.Markewitz u.a. (Hrsg.), Modelle für die Analyse energiebedingter Klimagasreduktionsstrategien, Schriften des Forschungszentrum Jülich, Reihe Umwelt, Band 7, 1998, S. 9 - 55.
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