ATLANTIS
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Modell der europäischen Elektrizitätswirtschaft#


Von


Heinz Stigler, Christoph Gutschi, Udo Bachhiesl

Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation (IEE)


Heinz Stigler
Heinz Stigler

Christoph Gutschi
Christoph Gutschi

Udo Bachhiesl
Udo Bachhiesl

Heinz Stigler studierte Elektrotechnik an der TU Wien sowie Betriebswirtschaftslehre an der WU Wien. Nach seiner Tätigkeit als Universitäts-Assistent am Institut für Energiewirtschaft der TU Wien wechselte Stigler in die Verbundgesellschaft. Im Jahr 2000 wurde Heinz Stigler als Universitätsprofessor für das Fach Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation an die TU Graz berufen.


Christoph Gutschi studierte an der TU Graz Verfahrenstechnik/Anlagentechnik und verfasste am IEE seine Dissertation zum Themengebiet "Interdisziplinäre Beiträge zur Effizienzsteigerung im Energiesystem durch Energiespeicherung und Kraft-Wärme-Kopplung". Er ist derzeit wissenschaftlicher Assistent am IEE.


Udo Bachhiesl studierte an der TU Graz Wirtschaftsingenieurwesen- Maschinenbau im Studienzweig Energie- und Umwelttechnik‚ und verfasste seine Diplomarbeit zum Thema "Technoökonomische Analyse der Biomasse- Zufeuerung in Großkraftwerken". Als einer der ersten Assistenten am IEE dissertierte er im Bereich der Energieinnovation und befi ndet sich derzeit im Habilitationsstadium.

© Forschungsjournal 2009/01


Am Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation (IEE) der TU Graz wurde ein Szenariomodell entwickelt, welches die Gewinnung wissenschaftlicher Erkenntnisse zur gedeihlichen langfristigen Entwicklung der europäischen Elektrizitätswirtschaft ermöglicht. Im Beitrag werden die Ausgangslage, der Modellaufbau und -ablauf sowie mögliche Untersuchungsgegenstände dargestellt.


Abbildung 1, © Forschungsjournal 2009/01 / © TU Graz/IEE
Abbildung 1
© Forschungsjournal 2009/01 / © TU Graz/IEE
Die europäische Energie- und Elektrizitätswirtschaft steht vor großen Herausforderungen: Der fortschreitende Klimawandel und die bedrohlich steigende Energieimportabhängigkeit erfordern konkrete gegensteuernde Strategien, wobei zahlreiche Maßnahmen bereits im Rahmen der aktuellen EU-Energiestrategie 2020 verfolgt werden. Für den Bereich der Elektrizitätswirtschaft stellt sich aufgrund der Besonderheiten der elektrischen Energie (z.B. nicht-Speicherbarkeit, Netzgebundenheit, Langlebigkeit und Kapitalintensität) die Frage, welche gesamtsystemischen Wirkungen diese Maßnahmen entfalten.

Seit sieben Jahren arbeitet das Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation an der realitätsnahen Abbildung der europäischen Elektrizitätswirtschaft in realwirtschaftlicher, nominalwirtschaftlicher und organisatorischer Dimension. Mit einem Einsatz von rund 21 Personenjahren aus den Disziplinen Energiewirtschaft, Elektrotechnik, Maschinenbau, Kraftwerkstechnik, Betriebswirtschaft, Volkswirtschaft, Operations Research, Informatik und Recht wurde ein umfassendes Modell der europäischen Elektrizitätswirtschaft erstellt.


Das Szenarienmodell ATLANTIS bildet die gesamte Elektrizitätswirtschaft im UCTE-Gebiet (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) mit ihren grundlegenden Gegebenheiten und Systemzusammenhängen ab. Wesentliche Elemente der realwirtschaftlichen Seite des Modells sind der europäische Kraftwerkspark,das übergeordnete europäische Verbundnetz (400/220-kV-Ebene) sowie der regionalisierte Bedarf der Endkunden (siehe Abbildung 1).

Auf der nominalwirtschaftlichen Seite des Modells werden relevante europäische Elektrizitätsunternehmen mit ihren Bilanzen und Gewinn- und Verlustrechnungen abgebildet. Die modellrelevanten Informationen wurden mittels detaillierter Untersuchungen erhoben und in eine Datenbank integriert, welche das zentrale Element des Modells darstellt und sowohl der Verwaltung der Basisdaten als auch der Rechenergebnisse dient.



Schematische Darstellung des  Simulationsablaufes
Abb. 2: Schematische Darstellung des Simulationsablaufes.
© Forschungsjournal 2009/01/ © TU Graz/IEE

In Abbildung 2 wird der schematische Ablauf von Simulationsrechnungen dargestellt.


Nach der Definition eines konkreten Untersuchungsszenarios (Marktgebiete, Brennstoffpreise,Verbrauchszuwachsraten, Bauprojekte ...) wird zu Beginn jedes simulierten Jahres untersucht, ob das System für den Zeitpunkt der Jahreshöchstlast über ausreichende Kraftwerks- und Netzkapazitäten verfügt und gegebenenfalls entsprechender Ausbaubedarf aufgezeigt und berücksichtigt.

Im nächsten Schritt erfolgt die Ermittlung der monatlichen Energiedeckung für die Peak- und Off-Peak-Periode und der Erzeugungskosten zur Deckung des Verbrauchs, wobei auch die saisonalen Besonderheiten dargebotsabhängiger Kraftwerke auf Basis erneuerbarer Energien berücksichtigt werden. Überschüssige Erzeugungskapazitäten der Elektrizitätsunternehmen werden an einer Börse angeboten, bzw. günstigere Kapazitäten zugekauft. Ergeben sich Engpässe im Übertragungsnetz, so werden diese mit Hilfe eines Kraftwerks-Redispatch aufgelöst.

Die aus dem Kraftwerkseinsatz resultierenden Aufwendungen und Erträge werden in den Gewinn- und Verlustrechnungen der Erzeugungsunternehmen abgebildet. Die Ergebnisse wie beispielsweise Kraftwerkseinsatz, Lastflüsse, Brennstoffkosten und CO2-Emissionen der Unternehmen, Entwicklung der Unternehmensbilanzen usw. werden abschließend grafisch dargestellt, als Szenario in der Datenbank gespeichert und stehen somit für Interpretationen und Diskussionen zur Verfügung. Mit ATLANTIS durchführbare Untersuchungen sind zum Beispiel die Entwicklung regionaler Strompreise, Quantifizierung des volkswirtschaftlichen Nutzens von Leitungs- und Kraftwerksbauten, Erfordernisse hinsichtlich Infrastrukturentwicklung, Szenarioanalysen für die Integration erneuerbarer Energien, Systemgrenzkosten erneuerbarer Energien, Stresstests zur Simulation von Energieverknappungen, Wirkungen von Power-Demand-Side-Management, Vorab-Analysen von verschiedenen Regulierungen und Marktorganisationen (z.B. neue Richtlinien, CO2- Regelungen) und vieles andere mehr.


Das Simulationsmodell ATLANTIS wurde entwickelt, um basierend auf Szenarioanalysen, wissenschaftlich fundierte Aussagen treffen zu können und mit diesem Erkenntnisgewinn einen entsprechenden Beitrag zur gedeihlichen Entwicklung der europäischen Energie- und Elektrizitätswirtschaft zu leisten.