Dargebotsabhängige Energieerzeugung – das heißt, die Stromproduktion hängt vom Wetter ab, sie richtet sich nicht nach der Nachfrage oder dem Börsenpreis (z.B. Windkraft und Photovoltaik) – hat einen immer größeren Einfluss auf den Energiemarkt. Besonders die Flexibilität auf der Nachfrageseite ist daher ein wichtiger Erfolgsfaktor für die langfristige Sicherung unseres Energiesystems. Besonders stromintensive Prozesse in der Industrie haben das Potential davon auch wirtschaftlich zu profitieren.

Das Ziel des Projektes FlexEuro ist die Entwicklung von Methoden und Prototypen, die bei Entscheidungen zur Vermarktung der Flexibilität im Stromverbrauch unterstützen. Zu den Projektpartnern gehört neben dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) als Koordinator sowie TRIMET Aluminium SE und Decision Trees GmbH auch der Lehrstuhl für Energiehandel und Finanzdienstleistungen der Universität Duisburg-Essen. Die Projektarbeiten haben am 01.09.2019 begonnen.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Ansprechpartner: Nikolaus Graf von Luckner, M.Sc. und Marcel Kremer, M.Sc.

Die Ausweitung der Produktion erneuerbarer Energien und aktive Nachfragesteuerung haben dazu beigetragen, dass kurzfristiger Stromhandel enorm an Bedeutung gewinnt. Die meiste bereits existierende Literatur befasst sich mit dem Day-Ahead Auktionshandel, jedoch entwickelt sich der kontinuierliche Intraday-Handel zu einem wichtigen Baustein für alle Marktteilnehmer. Daher ist es einerseits wichtig, sowohl diesen kontinuierlichen Markt und seine Mikrostruktur zu verstehen als auch fundamentale Einflussgrößen zu identifizieren. Andererseits müssen innovative Vorhersagemethoden entwickelt werden, um die speziellen Charakteristika des innertäglichen Stromhandels abbilden zu können.

Das Projekt „Investigating Market Microstructure and shOrt-term pRice forecasTing in intrA-day eLectricity markets“ (IMMORTAL) wird von einem interdisziplinären deutsch-polnischen Team um Prof. Dr. Rüdiger Kiesel, Prof. Dr. Florian Ziel (Essen, D) und Prof. Dr. Rafał Weron (Wrocław, PL) durchgeführt, welches bereits reichhaltige Expertise rund um Energiemärkte mitbringt. Drei miteinander verknüpfte Aufgaben sind die Hauptbestandteile des Forschungsvorhabens: Zunächst müssen Mikrostruktur des Intraday-Strommarktes besser verstanden und adäquate stochastische Modelle für den Orderfluss entwickelt werden. Weiterhin sollen im Rahmen statistischer Analysen die Beziehungen zwischen Fundamentalgrößen des Energiesystems und dem Intraday-Handel aufgedeckt und Techniken zur Einbeziehung dieser Größen in Prognosemodelle entwickelt werden. Der letzte Baustein umfasst die Entwicklung und Validierung von Prognosemethoden, welche auf den kontinuierlichen Stromhandel zugeschnitten sind.

Das Projekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das National Science Centre Poland (NCN) im Rahmen des BEETHOVEN-Förderplans für deutsch-polnische Forschungsprojekte.

Ansprechpartner: 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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