Economic and Technical Evaluation of Enhancing the Flexibility of Conventional Power Plants

 

Projektlaufzeit: 6/2013 - 5/2015
Gefördert durch das E.ON ERC (in Kooperation mit Prof. De Doncker, PGS)

  Erhöhung der Flexibilität konventioneller Kraftwerke (Quelle: FCN)

In diesem Projekt bewerten wir Flexibilisierungsmöglichkeiten für konventionelle Kraftwerke. Dies ist notwendig, da moderne Kraftwerke in zunehmender Anzahl an Rentabilität verlieren. Systeme mit einem hohen Anteil fluktuierender erneuerbarer Energiequellen erfordern, dass konventionelle Kraftwerke in der Lage sind, auf diese Schwankungen flexibel zu reagieren. Mit Erfüllung dieser Voraussetzungen können Kraftwerke an neuen Märkten teilnehmen, ihre Betriebsstunden steigern und dazu beitragen den Klimawandel zu verhindern. Letzteres wird auf der einen Seite durch die Unterstützung der erneuerbaren Energien und auf der anderen Seite durch die Möglichkeit moderne, hocheffiziente Kraftwerke besser auszunutzen erreicht. Unser Ansatz ist interdisziplinär, so dass wir sowohl technische als auch wirtschaftliche Handlungsmöglichkeiten betrachten. Leistungselektronik in Verbindung mit Speichersystemen ermöglicht die Verschiebung der Betriebspunkte ohne große Wirkungsgradverluste. Der Geldwert solcher Veränderungen, welche die Kraftwerksflexibilität verbessern sowie die Möglichkeit, das Kraftwerk zu veräußern, werden mit Realoptionen-Modellierung untersucht.

In den letzten Jahren galten für einige moderne Kraftwerke ungünstige Bedingungen, was zu Schwierigkeiten hinsichtlich eines profitablen Betriebs geführt hat. In der Folge werden diese hocheffizienten Anlagen, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen, nicht ausgelastet oder sogar eingemottet. Investitionsentscheidungen sind in den meisten Fällen gekennzeichnet durch Irreversibilität, was Unsicherheit über zukünftige Erträge und Flexibilität in der Zeitplanung einschließt (Dixit und Pindyck, 1994, S. 3). Der Erfolg dieser Investitionen und damit aller zukünftigen Erträge ist ungewiss, da die Preisentwicklung nicht perfekt vorhergesagt werden kann. Darüber hinaus ist der Zeitpunkt einer Investition flexibel und könnte irgendwann in der Zukunft mit der Aussicht auf steigende CO₂- und/oder Strompreise, sinkende Kosten, oder vorteilhafte Marktbedingungen günstiger sein.

Ein relativ neuer Ansatz zur Bewertung von Investitionsprojekten unter Unsicherheiten ist mit dem Realoptionen-Modell eingeführt worden (Dixit und Pindyck, 1994; Schwartz und Trigeorgis, 2001). Diese Bewertungsmethode basiert auf der Optionspreismethode, die in der Finanzwirtschaft verwendet wird und von Black, Scholes und Merton entwickelt wurde (Black und Scholes, 1973; Merton, 1973). Cox et al. (1979) entwickelte später ein Binominal-Modell für die Bewertung von Realoptionen.

Unter den aktuellen Marktbedingungen können moderne, neu errichtete Gaskraftwerke (z.B. Irsching Block 5) nicht wirtschaftlich betrieben werden. Auch viele andere konventionelle Dampfkraftwerke haben Probleme mit der schwankenden Erzeugung erneuerbarer Kraftwerke und können ihre Stromerzeugung nicht so schnell wie erforderlich einstellen, um diese der Nachfrage anzupassen. Diese Leistungsanpassungen sowie auch verkürzte Anlaufzeiten werden immer mehr gebraucht, um die Energieerzeugung aus volatilen Quellen weiter voranzutreiben. Wie bereits erwähnt, kann der flexible Betrieb eines Kraftwerks die Profitabilität verbessern. Im Rahmen dieses Projektes werden daher verschiedene Ideen zur Erhöhung der Flexibilität von Kraftwerken analysiert.

Auf Managementebene führt dies zu zwei möglichen Handlungen. Man kann das Kraftwerk entweder veräußern oder in mehr Flexibilität investieren, womit weitere Märkte erschlossen werden können. Beide Möglichkeiten werden im Projekt mit einem interdisziplinären Ansatz untersucht. Aus finanzwirtschaftlicher Sicht stellen beide Wege Optionen dar, welche mit einem Realoptionenansatz, der eine Spezifikation der herkömmlichen Optionstheorie für Investitionsprojekte ist, untersucht werden. Zwei Real-Optionen werden für konventionelle Kraftwerke modelliert. Sie werden so aufgebaut, dass sie auf verschiedene (Groß-) Energieerzeugungstechnologien, einschließlich Gaskraftwerken, angewendet werden können. Als erstes wird die Desinvestitions-Option betrachtet, wobei der optimale Zeitpunkt ein wesentlicher Parameter für den maximalen Gewinn ist. Ein wichtiger Einfluss ist der Kraftstoffpreis, der signifikante Auswirkung auf den Wiederverkaufspreis der Komponenten durch die erwarteten künftigen Gewinne des Käufers hat. Die zweite Option berücksichtigt die Möglichkeit den Betrieb des bestehenden Kraftwerks durch zusätzliche Komponenten wie Leistungselektronik, Speichersysteme oder Upgrades bestehender Komponenten flexibler zu gestalten. Dies kann mehrere Auswirkungen haben. Durch die Möglichkeit ein Kraftwerk effizienter zu steuern können Märkte, in denen Anfahrzeiten entscheidend sind, leichter adressiert werden. Weiterhin können die Turbinen schneller und ohne wesentlichen Verlust der Effizienz des Kraftwerkes angepasst werden, wenn geringere Leistung erforderlich ist. Als begrenzender Faktor müssen das Mindestlastniveau und der Effizienzfaktor an mehreren Arbeitspunkten bestimmt werden. Die Investition in die Modernisierung der Anlagen kann als irreversibel betrachtet werden, was die Verwendung des Realoptionenansatzes rechtfertigt.

Projektpublikationen

Glensk B., Madlener R. (2015). Real Options Analysis of the Flexible Operation of an Enhanced Gas-Fired Power Plant, FCN Working Paper No. 11/2015, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, August.

Glensk B., Rosen C., Madlener R. (2015). A Real Options Model for the Disinvestment in Conventional Power Plants, FCN Working Paper No. 9/2015, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, August.

Glensk B., Rosen C., Bachmann Schiavo R., Rabiee S., Madlener R., De Doncker R.W. (2015). Economic and Technical Evaluation of Enhancing the Flexibility of Conventional Power Plants, E.ON Energy Research Center Series, Vol. 7, Issue 3, November (ISSN: 1868-7415).