Bibliographic Metadata

Title
Current and future challenges of the electricity supply system : economic analyses in the context of Smart Grids / Natalie Prüggler
Additional Titles
Current and future challenges of the electricity supply system : economic analyses in the context of Smart Grids
AuthorPrüggler, Natalie
CensorWohlgemuth, Norbert ; Bodenhöfer, Hans-Joachim
Published2013
DescriptionV, 74 Bl. : graph. Darst.
Institutional NoteKlagenfurt, Alpen-Adria-Univ., Diss., 2013
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Smart Grids / Stromnetze / Anreize / Regulierung / DR / Strommarkt / Erneuerbare / Speicher / Strategisches Bieten
Keywords (EN)Smart Grids / electricity grids / incentives / regulation / DR / electricity market / renewables / storage / strategic bidding
Keywords (GND)Österreich / Elektrizitätsversorgungsnetz / Intelligentes Stromnetz
URNurn:nbn:at:at-ubk:1-28999 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
Files
Current and future challenges of the electricity supply system : economic analyses in the context of Smart Grids [19.07 mb]
Links
Reference
Classification
Abstract (German)

Das Stromversorgungssystem in Europa ist so gestaltet, dass Versorgungssicherheit und ein adÃ$quates Niveau an VersorgungsqualitÃ$t garantiert werden kÃnnen. Dabei spielen Stromnetze als SchlÃsselinfrastruktur fÃr die Ébertragung und Verteilung von Strom eine entscheidende Rolle. In den letzten Jahren stieg die Strommenge aus erneuerbaren Ressourcen in europÃ$ischen LÃ$ndern bedeutend an und auch fÃr die Zukunft werden signifikante Zuwachsraten prognostiziert. Hinzu kommt der kontinuierlich steigende Stromverbrauch (mittel- bis langfristig), welcher einer hohen altersbedingten RÃckbaurate konventioneller ErzeugungskapazitÃ$ten gegenÃbersteht. Im Gegensatz zur Stromerzeugung mittels zentral gelegener groÃer Kraftwerke tritt erneuerbare Stromerzeugung vielerorts in stark verteilter Form auf (z.B.

Wind-, Sonnenenergie, kleine Wasserkraft). Dies bedeutet, dass der Netzanschluss in abgelegenen Netzabschnitten und nicht in der NÃ$he von dicht besiedelten Gebieten erfolgt. Und nicht zuletzt verursacht die fluktuierende Charakteristik von Erneuerbarer Stromerzeugung hÃ$ufig Probleme in der Planung und dem Betrieb der Stromnetze. Aus diesem Grund stellt sich sowohl auf europÃ$ischer als auch auf nationaler Ebene die Frage, wie die zukÃnftige Struktur der Netze gestaltet sein soll, um fÃr die aufkommenden Herausforderungen gewappnet zu sein. Dabei werden Smart Grids (SG) aktuell als einer der gÃ$ngigsten LÃsungsvorschlÃ$ge gehandelt. Die vorliegende Dissertation trÃ$gt zu diesem breiten Forschungsgebiet bei, in dem mittels Ãkonomischer Analysen insbesondere Hemmnisse und Probleme fÃr die Implementierung alternativer, innovativer SG Designs evaluiert werden. Dabei liegt der Fokus auf vier spezifischen aber Forschungsthemen, welche in vier Artikeln erarbeitet werden.

Erstens werden zukÃnftige Netzstrukturoptionen in Ãsterreich und deren Kosten basierend auf unterschiedlichen Erzeugungsszenarien disk wird, verursachen eine 'grÃnere' Gestaltung des Erzeugungsportfolios und die Implementierung von SG Systemen zusÃ$tzliche Kosten fÃr die Gesellschaft. Weiters zeigen die Ergebnisse eindeutig, dass die Netzkosten in den untersuchten Szenarien nur einen Bruchteil der resultierenden Gesamtsystemkosten ausmachen (zwischen 2% und 10%) und somit im gesamten Stromversorgungssystem kaum Gewicht haben. Nichts desto trotz sind die Investitionskosten absolut gesehen signifikant. Zweitens erfolgt eine Analyse des Ãsterreichischen Regulierungsrahmens hinsichtlich der Anreize bzw. Barrieren fÃr innovative und potentiell weniger kapital-intensive Netz-Designs. Die formale Analyse zeigt, dass der aktuelle Regulierungsrahmen in Ãsterreich geringe Anreize fÃr Verteilnetzbetreiber enthÃ$lt, in innovative Netzoptionen zu investieren.

Daher sollten der Anreizmechanismus entsprechend adaptiert werden, um Investitionen in weniger Kapital-intensive LÃsungen zu forcieren.

Die dritte Arbeit im Rahmen dieser Dissertation widmet sich der strategischen Anwendung von SG Applikationen (Speichertechnologien und Demand Side Management), durch welche die Nachfrage und somit Preise beeinflusst werden kÃnnen. Anhand der Fallstudie des Ontario ElektrizitÃ$tsmarktes wird mit dem angewandten Modell demonstriert (im Gegensatz zur formalen Analyse), dass ein dominanter Erzeuger durch die Nutzung dieser Strategien die Stromrechnungen der Endkonsumenten und somit seine ErlÃse substantiell erhÃhen kann. SchlieÃlich liegt der vierte Fokus auf der Anwendung und Analyse einer speziellen Lastverschiebungsstrategie, welche von einem hypothetischen Energieversorger bzw. Aggregator angewandt wird. Dabei werden die fÃr die Teilnahme der Konsumenten nÃtigen wirtschaftlichen Vorteile, das realistische Lastverschiebepotential auf Haushaltsebene sowie eine KostenabschÃ$tzung fÃr intelligente Infrastruktur abgeleitet. Es wird klar, dass die europÃ$ische Disk Ãber die Implementierung von Demand Response (DR) auf Haushaltsebene kritisch betrachten werden muss.

Denn wie die Ergebnisse eindeutig zeigen, ist das Potential fÃr DR auf Haushaltsebene unter zentral-europÃ$ischen Marktbedingungen auf signifikante Lasten beschrÃ$nkt (z.B. WÃ$rmepumpen). Somit macht das oftmals erwÃ$hnte Beispiel der Verschiebung von HaushaltsgerÃ$telasten (wie z.B. Waschmaschinen) aus Ãkonomischer Sicht wenig Sinn. Falls jedoch die Anwendung von DR in Zukunft aufgrund verÃ$nderter Marktbedingungen tatsÃ$chlich vorteilhaft werden sollte, sollte eine entsprechende Marktaufsicht installiert werden (und dies wird auch im dritten Artikel im Rahmen dieser Arbeit gezeigt), um Missbrauch zu vermeiden. Zusammenfassend kann abgeleitet werden, dass die erfolgreiche Implementierung von SG Konzepten stark von der Teilnahmebereitschaft und somit den wirtschaftlichen Vorteilen der Nutzer abhÃ$ngt. Solange das Potenzial fÃr tatsÃ$chliche Kosteneinsparungen durch SG Konzepte nicht hoch genug ist und gleichzeitig die fÃr deren Anwendung nÃtige intelligente Technologie zu teuer ist, sind die Chancen fÃr eine breite SG Umsetzung gering; selbst wenn SG aus technischer Sicht der Enabler fÃr ein grÃnes und nachhaltiges Energieversorgungssystem sind. Wie jedoch in den Schlussfolgerungen dieser Dissertation diskutiert wird, kÃnnte sich die Situation im Falle verÃ$nderter Marktbedingungen rasch verÃ$ndern.

Abstract (English)

The electricity supply system in Europe has been designed to enable adequate security and quality of supply. Thereby, electricity grids, as a key element of the infrastructure for transmission and distribution of electricity play a crucial role. In recent years, there have been rising amounts of renewable electricity generation in European countries and this is forecast to increase in the future. Also, the electricity demand continually rises and conventional generation capacities face significant decommissioning rates. In many places renewable generation units are distributed and connected to remote grid areas (as the primary energy sources are widespread geographically distributed) rather than being located near densely populated areas.

That fact as well as the fluctuating generation characteristic of renewables, can cause severe problems for electricity grid planning and operations. Therefore, on a European and national level, the question arises about how the future grid structure should be organised to cope with such upcoming challenges. The idea of Smart Grids (SG) is currently one of the most popular suggested solutions. The goal of this thesis therefore is to contribute economic analyses to the broad research field of future electricity supply systems, in particular discussing problems towards the implementation of alternative, innovative SG designs. Therefore, considerable focus was placed on the following four specific but interrelated research issues, as elaborated in four papers. Firstly, future grid structure options in Austria and their costs based on different generation scenarios were discussed. It turns out that by applying a 'greener' generation portfolio SG systems imply extra costs to society. Additionally, the results clearly show that the level of resulting additional grid costs in any of observed scenarios is low compared to the resulting total system costs (between 2% and 10%) and so they do not have exceptional weight if considering the whole electricity supply system. Nevertheless, investment costs remain significant in absolute terms. Secondly, incentives and disincentives exist for innovative and potentially less-capital intensive grid designs in the Austrian regulatory framework. These are analysed in the second paper. The formal framework demonstrates that in Austria the current regulatory mechanism provides only weak incentives for distribution grid operators to opt in for innovative investment options. Therefore, a regulatory mechanism should be adapted so that investments in less capital-intensive solutions can be enforced. The third paper concentrates on the strategic utilisation of SG applications (storage technologies and Demand Side Management) to influence demand and prices. The applied model and case study demonstrates that a dominant generator could increase consumers' bills and hence, its revenues can involve substantially using such strategies, which is only partly reflected in the formal framework. Within the fourth paper, the adoption of a particular load shifting strategy by a utility - also acting as an aggregator - is analysed.

Therefore, a realistic load shifting potential at a household level and the estimation of essential intelligent infrastructure costs can be derived with regard to the economic benefits required for consumers' participation. The paper suggests the need to take a critical look at European discussions on demand response (DR) implementation, especially at the household level. It turns out that in Central European market conditions DR at household level only makes sense with significant loads (e.g. heat pumps). The results show that the often-mentioned example of the shifting of loads of conventional household devices (such as washing machines) does not make economic sense. However, as can also be concluded from paper 3, if it adds up in future, market surveillance should be thoroughly installed to prevent misuse. Finally, as the results of this thesis have shown, the successful implementation of SG concepts depends very much on consumers' willingness to participate, which in turn mainly depends on consumers' economic benefits. As long as the potential for actual cost savings through SG concepts is not sufficiently high and at the same time the intelligent technology necessary for their application is too costly, the chances for a broad SG implementation are low, even though from the technical point of view it is the enabler of a 'green' and sustainable electricity supply system. However, as discussed in the conclusion to this thesis, the situation might change quite soon if future market conditions change.

Stats
The PDF-Document has been downloaded 14 times.