Energy generation dependent on supply - i.e. electricity production is dependent on the weather, it does not depend on the demand or the market price (e.g. wind power and photovoltaics) - has an ever increasing influence on the energy market. Especially the flexibility on the demand side is therefore an important success factor for securing our energy system in the long-term. Particularly power-intensive processes in the industry have the potential to profit economically from this.

The goal of the FlexEuro project is the development of methods and prototypes, which can be used for decisions on marketing flexibility in power consumption. The project partners are the Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics (ITWM), TRIMET Aluminium SE, Decision Trees GmbH and the Chair for Energy Trading and Finance at the University of Duisburg-Essen. The project work started on 01.09.2019.

The project is supported by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi).

Contacts: Nikolaus Graf von Luckner, M.Sc. and Marcel Kremer, M.Sc.

The increasing production of renewable energies and active demand side management have increased the importance of short-term electricity trading. Most of the existing literature, however, deals with trading in the day-ahead auction, but the continuous intraday trading of electricity is said to become the future of electricity trading. For this reason, it is important to understand this continuous market, its market microstructure and influences from power system fundamentals on the one hand. On the other hand, innovative forecasting methods need to be developed to meet the specific characteristics of intraday electricity trading.

The project „Investigating Market Microstructure and shOrt-term pRice forecasTing in intrA-day eLectricity markets“ (IMMORTAL) is carried out by an interdisciplinary German-Polish research team around Prof. Dr. Rüdiger Kiesel, Prof. Dr. Florian Ziel (Essen, GER) and Prof. Dr. Rafał Weron (Wrocław, PL), who already have profound expertise in modeling energy markets. Three linked tasks are the main elements of this research project. First of all, the market microstructure needs to be investigated and adequate stochastic models for the order flow need to be developed. Furthermore, the relationships between power system fundamentals and intraday trading have to be investigated by statistical analyses and techniques for the incorporation of these fundamentals in forecasting models will be developed. The third task is the development and validation of forecasting methods, which are explicitly tailored for intraday electricity markets.

The project is funded by the German Research Foundation (DFG) and the National Science Center Poland (NCN) through the BEETHOVEN funding scheme for German- Polish research projects.

Contact: Anke Kramer, M.Sc.

Im Rahmen des Forschungsprojektes waren die folgenden Projektschwerpunkte zu bearbeiten:

• Empirische Analyse (EA);
• Portfoliomanagement und Handelsstrategien einzelner Marktteilnehmer (PH);
• Marktgleichgewichte und regulatorische Rahmenbedingungen in zukunftsfähigen Elektrizitätssystemen (MR).

Im Projektschwerpunkt "Empirische Analyse" bestand die Aufgabe darin, den Intraday-Markt für viertelstündliche und stündliche Stromlieferungen in Deutschland (IDM) empirisch zu untersuchen. Im Fokus stand einerseits der Einfluss fundamentaler Faktoren wie Updates von Wettervorhersagen auf den Preis. Andererseits sollten Faktoren empirisch analysiert werden, die sich auf das Handelsverhalten von Teilnehmern am IDM auswirken wie z.B. dem Bid-Ask Spread. Mit einem fundamentalen Preismodell und Modellen für den Handel sollte schließlich der Markt und das Verhalten seiner Teilnehmer untersucht werden.

Der Projektschwerpunkt "Portfoliomanagement und Handelsstrategien einzelner Marktteilnehmer" war der Entwicklung von Modellen gewidmet, anhand derer das Verhalten von Marktteilnehmern am IDM untersucht werden kann. Dazu mussten Optimierungsprobleme aufgestellt und gelöst werden. Nicht alle Probleme ließen sich analytisch lösen. Stattdessen sind numerische Verfahren zum Einsatz gekommen. Außerdem wurden Methoden zur numerischen Lösung in Echtzeit untersucht.

Im Projektschwerpunkt "Marktgleichgewichte und regulatorische Rahmenbedinungen in zukunftsfähigen Elektrizitätssystemen" haben wir uns zunächst mit Einflüssen der zunehmenden Integration des europäischen IDM (Market Coupling) beschäftigt. Außerdem haben wir mögliche regulatorische Veränderungen hinsichtlich der Vermarktung über den Day-ahead Markt (DAM) und den IDM sowie der Fahrplananmeldung untersucht.

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Im Zentrum der Forschungstätigkeit des Projekts Big Risks stand die Erforschung des Umgangs der Öffentlichkeit mit sozialen Risiken im 21. Jahrhundert. Unter sozialen Risiken werden beispielsweise der Klimawandel, der demographische Wandel und Staatsverschuldungen verstanden.

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In the acadamic discussion emission trading schemes (ETS) have emerged as a political instrument to both comply to emission targets and achieve this in a cost effcient way for all participants. However, until today most of the theoretical analysis in this area has been done in a qualitative rather than a quantitive way. In our research we aim to analyze already established ETS in terms of price volatility and jumpy behaviour and, based on this, point out alternative designs. We investigate how linking of different ETS effects the market price and consider various hybrid schemes. Our analysis is based on stochastic equilibrium models and employs techniques in financial mathematics used for option pricing.

Details: Analytics and Empirics of Emission Trading

Cooperation: We will closely work together with the research groups of

• Professor Fred Espen Benth, Centre of Mathematics for Application, Departement of Mathematics, University of Oslo, Norway
• Dr. Luca Taschini, Grantham Research Institute, London School of Economics, UK

Stochastische Methoden zur Bewirtschaftung und Bewertung von zentralen und dezentralen Speichern im Kontext des zukünftigen deutschen Energiesystems

Mit zunehmender Einspeisung von Strom aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen gestaltet sich der Ausgleich zwischen Angebot und Nachfrage auf dem Strommarkt zunehmend schwierig. Eine wichtige Rolle wird hier Speichern zugeschrieben, die Strom in Zeiten großen Angebots aufnehmen und bei hoher Nachfrage wieder abgeben können. Abseits der natur- und ingenieurswissenschaftlichen Fragen der Entwicklung solcher Speicher stellen wir im Rahmen dieses Projektes die Frage nach der ökonomischen Vorteilhaftigkeit von Speichern. Hierzu wollen wir zunächst den stochastischen Charakter der fluktuierenden Einspeisung von Wind- und Solarenergie insbesondere hinsichtlich zeitlicher als auch räumlicher Korrelationsmuster adäquat modellieren. Anschließend wollen wir finanzmathematische und energieökonomische Modellierungsansätze verknüpfen, um vielfältig anwendbare Methoden zu erhalten, die die optimale Bewirtschaftung von Speichern in Abhängigkeit von energiewirtschaftlichen Restriktionen wie verfügbare Netz- oder Erzeugungskapazitäten bestimmen.

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