Projektergebnisse InvestAgent
Inhalt:
Kurzzusammenfassung
Im Projekt InvestAgent wurde das agentenbasierte Strommarktmodell AMIRIS um die Investitionsperspektive ergänzt. Dazu wurde ein neues Modul zur Abbildung von Investitionsentscheidungen im Stromsektor implementiert. In den damit möglichen Analysen kann eine nahezu beliebige Anzahl an Investoren betrachtet werden. Investoren sind hierbei einzelwirtschaftlich handelnde Unternehmen. Investitionen von Privatpersonen, z. B. in PV-Dachanlagen oder Heimspeicher, werden bislang nicht explizit modelliert. Stattdessen wird in den Simulationen die installierte Kapazität für diese Technologien von außen vorgegeben. Die Investoren können im Modell Investitionen in Wind-, Solaranlagen oder Batteriespeicher tätigen. Auch Stilllegungsentscheidungen sind mit abgebildet. Im Projekt wurden zum einen Testfälle entwickelt, um zu prüfen, ob die Modellmechaniken wie gewünscht funktionieren. Zum anderen wurde eine Fallstudie zu einem langfristigen Transformationspfad für das deutsche Stromsystem durchgeführt. Auch auf die Einbindung von Stakeholdern im Projekt sowie einen kurzen Ausblick nach Projektende wird im Folgenden eingegangen. Die Folien des Abschlussworkshops sowie ein Link zur Projektwebsite des Projektbeteiligten ZIRIUS der Universität Stuttgart sind unter Mehr Informationen zu finden.
Methode
Prognose
Im Modell entscheiden die Investoren basierend auf einer langfristigen Preis- und Einsatzprognose für die jeweilige Investitionsoption. Die Prognose kann je Investor variieren oder mehrere Investoren können mit einer gemeinsamen Prognose arbeiten. Die Prognose deckt jeweils einen Zeitraum von 20 Jahren ab, also nahezu die komplette Lebensdauer der Technologien. Für die Erstellung der Prognose wird eine langfristige Einsatzsimulation durchgeführt. Die Entwicklung des Kraftwerksparks und von Brennstoffpreisen, von der die Investoren ausgehen, wird hierbei weitestgehend vorhandenen Szenariostudien, etwa den Ariadne-Szenarien, entnommen. Zusätzlich werden für die möglichen Investitionsoptionen, also Wind-, Solaranlagen oder Batteriespeicher, „Miniaturanlagen“ in die Simulation eingebracht. Das sind kleine Einheiten der jeweiligen Technologie mit 1 MW Größe, die also keinen Einfluss auf das Preisergebnis haben. Damit wird angenommen, dass Investoren Preisnehmer sind und ihre Investitionen keinen Einfluss auf Preise haben.
Investitionsentscheidung
Aus der zuvor generierten Preis- und Einsatzprognose werden die erwarteten Kosten und Erlöse der Investitionsoptionen extrahiert. Diese werden im Weiteren für die Berechnung des erwarteten Kapitalwerts eines Investors verwendet. Der Kapitalwert ist bei Unternehmen, die im Projekt betrachtet werden, ein gängiges Maß zur Wirtschaftlichkeitsberechnung und wird gemäß der im Projekt durchgeführten Umfrage von den meisten Investoren, teils zusammen mit anderen Rentabilitätskennzahlen, verwendet. Investiert wird nur, wenn der Kapitalwert größer als null ist, d. h., wenn die Investition über ihre Lebenszeit mindestens die gewünschte Verzinsung erzielt. Zusätzlich kann auch eine stärker einschränkende Mindestanforderung an den internen Zinsfuß vorgegeben werden. Die Investoren wählen dann zunächst die Investitionsvariante mit dem maximalen Kapitalwert. Es wird so viel investiert, bis entweder ein zuvor festgelegter Maximalanteil für die Technologie im Portfolio eines Investors erreicht ist oder das Investitionsbudget des Investors für die jeweilige Investitionsrunde ausgeschöpft ist. Sobald der Maximalanteil einer Technologie erreicht wird, wird in die Technologie mit dem zweithöchsten Kapitalwert investiert, sofern dieser positiv ist. Das geht jeweils so lange, bis das Investitionsbudget des Investors für die Runde vollständig ausgeschöpft ist.
Die Wirtschaftlichkeit der Investitionen kann durch Politikinstrumente beeinflusst werden. Im Modell können die erneuerbaren Energien entweder keine Förderung erhalten oder durch eine Kapazitätsprämie, also eine Zahlung in Euro pro installiertem MW, oder eine Marktprämie in Euro je produzierter MWh, gefördert werden. Wenn Förderinstrumente vorgegeben sind, geht die Förderung in die Wirtschaftlichkeitsprognose der Investoren ein und führt zu höheren Kapitalwerten. Die Investoren entscheiden im Modell gleichzeitig über ihre Investitionen. Sie sind nur durch die „Realisierungsperspektive“, also den simulierten Strommarkt, verbunden, wie im folgenden Abschnitt beschrieben wird.
Ablauf der Simulation
Die Investoren können ihre Investitionsentscheidungen in jährlichen Investitionsrunden treffen. Die neu installierten Kapazitäten von allen Investoren werden gebündelt und an eine Einsatzsimulation übergeben. Diese Einsatzsimulation entspricht dem als „realisiert“ angenommenen Strommarkt. Der Strommarkt wird jeweils für ein Jahr in stündlicher Auflösung simuliert. Danach ist eine erneute Bewertung der vergangenen Entscheidungen möglich und in einer neuen Investitionsrunde können weitere Kapazitäten investiert werden. Dies wird solange wiederholt, bis das letzte Jahr der Simulation erreicht ist.
Nach jedem simulierten Jahr werden die erzielten Erlöse und Kosten an die Investoren zurückgespielt. Die realisierten können von den prognostizierten Erlösen und Kosten abweichen, wenn der jeweilige Investor seine Investitionsentscheidung auf einer von der Realisierung abweichenden Prognose aufbaut. Somit sind also Fehlentscheidungen explizit abbildbar. Die Investoren können die realisierten Kosten und Erlöse nutzen, um über Weiterbetrieb oder Stilllegung ihrer Anlagen zu entscheiden. Dies ist im folgenden Abschnitt beschrieben.
Stilllegungsentscheidungen
Eine Anlage kann stillgelegt werden, wenn ihre Erlöse unter den entstandenen Kosten liegen. Dazu legt jeder Investor ein Rückschaufenster fest und analysiert beispielsweise die Erlöse der vorangegangenen fünf Jahre der Simulation. Wenn die Anlage innerhalb dieser Zeit für eine Mindestanzahl von Jahren, z. B. vier Jahre, defizitär war, entscheidet sich der Investor für die Stilllegung der Anlage. Sowohl Rückschaufenster als auch die Maximalzahl an Jahren, für die ein Defizit akzeptiert wird, sind frei wählbar.
Testfälle und Fallstudie
Testfälle
Für die Überprüfung der gewünschten Funktionen der einzelnen Modellmechaniken wurden mehrere Testfälle entwickelt. Es wurde beispielsweise überprüft, ob Investitionen nur dann erfolgen, wenn der prognostizierte Kapitalwert größer als null ist. Ferner wurde überprüft, ob geänderte Prognosen zu einer Veränderung der Wirtschaftlichkeitsannahmen und gegebenenfalls auch zu abweichenden Investitionsentscheidungen führen. Auch die Logik für Stilllegungsentscheidungen sowie wechselseitige Einflüsse zwischen Kapazitätszubau und Strompreisniveau wurden jeweils einer Prüfung unterzogen. Für die Testfälle wurde eine vorläufige Parametrierung verwendet. Um die getesteten Modelllogiken möglichst zu isolieren, wurden teils stark vereinfachte Betrachtungen angestellt. Es bestand hier also noch nicht der Anspruch, Aussagen über die zukünftige Entwicklung des Stromsystems zu treffen. Ein Teil der Testfälle wurde in einem Konferenzbeitrag vorgestellt. Weitere Testfälle werden in einer zum Projektende noch in Bearbeitung befindlichen Publikation beschrieben. Abbildung 1 zeigt exemplarisch den Vergleich der Ausbauentwicklungen für den Basisfall sowie einen Fall, in dem der Investor von einem erhöhten Ausbau an PV ausgeht.
Fallstudie
In einer Fallstudie wurde ein langfristiger Transformationspfad für das deutsche Stromsystem simuliert. Das Szenario Elek aus dem Ariadne Kopernikus-Projekt dient hier als Grundlage für die Prognose der Investoren. Der Kapazitätsmix im Jahr 2026 dient als Ausgangsbasis für die Simulation von Investitionen. Die Investoren in AMIRIS können für die Jahre des Transformationspfads zwischen 2026 und 2045 ihre eigenen Investitionsentscheidungen treffen, die auch von denen aus dem Ariadne-Szenario abweichen können, etwa wenn die Kapitalwerte einzelner Technologien nicht positiv sind. Zur Parametrierung der Investitionsbudgets wurden die im Ariadne Szenario entstehenden Investitionsvolumina als Ausgangsbasis genommen. Annahmen zu den Investitionsausgaben sowie zu den variablen und fixen Kosten der Technologien wurden aus dem Datenset der Danish Energy Agency übernommen. Es wurde analysiert, welcher Kapazitätszubau sich einstellt. Abbildung 2 zeigt die Gesamtkapazitätsentwicklung im betrachteten Szenario. Auch wurden unsichere Parameter variiert und deren Sensitivität auf prognostizierte Kapitalwerte sowie die sich daraus ergebende Investitionen untersucht. Abbildung 3 stellt exemplarisch die Ergebnisse einer Sensitivitätsbetrachtung für die Kapitalwerte bei einer Variation des Gaspreises dar.
Einbeziehung von Stakeholdern
Ein Ziel des Projektes war es, die Logiken der Investitionsentscheidung möglichst an dem realen Investitionsverhalten von Unternehmen auszurichten. Zu diesem Zweck wurde im Projekt gemeinsam mit dem Projektbeteiligten ZIRIUS der Universität Stuttgart eine Umfrage zu Investitionsentscheidungen im Stromsektor durchgeführt. Die Kernergebnisse der Umfrage sind hier zu finden. Daneben wurden federführend durch das ZIRIUS vertiefte Interviews mit Investor*innen und Banken durchgeführt. Wesentliche Elemente der Modellentwicklung seitens des DLR wurden an den Erkenntnissen der Umfrage und der Interviews ausgerichtet.
Nicht zuletzt wurde das Projekt durch einen Beirat mit Mitgliedern von Verbänden und Unternehmen der Energiewirtschaft über nahezu alle Wertschöpfungsstufen begleitet. Dieser Praxisbeirat hat im Rahmen von Praxisbeiratstreffen wertvolle Impulse für die Forschungsarbeit geleistet. Ferner wurde im Projekt ein Zukunftsworkshop „Akteure im deutschen Stromsystem“ durchgeführt. Eine Zusammenfassung ist auf der Projektwebsite des ZIRIUS zu finden. Die Ergebnisse des Projekts wurden kurz nach Projektabschluss in einem öffentlichen Web-Workshop vorgestellt. Die Folien des Abschlussworkshops sind hier zu finden.
Ausblick nach Projektende
Nach Projektende ist eine weitere Verwertung und Verfeinerung der Arbeiten geplant. Eine wissenschaftliche Publikation zur Methode der Investitionsmodellierung mit Testfällen für die Modellmechaniken ist bereits weit fortgeschritten. Eine weitere Publikation zur Fallstudie für den langfristigen Transformationspfad und zu den Einflüssen von Förderinstrumenten auf Investitionen wird nach Projektende weiterbearbeitet. Das Modell ist veröffentlicht und open source auf GitLab verfügbar. Die Szenariodaten werden nach Projektabschluss ebenfalls verfügbar gemacht. Hierfür ist eine Veröffentlichung der Daten auf der Open Energy Platform vorgesehen.
Weiterhin ist geplant, nach Projektende einzelne Elemente des Modells weiter zu verfeinern. Es soll beispielsweise eine Aktualisierung der Prognose im Simulationsverlauf implementiert und ihre Auswirkungen auf die Entwicklung der Investitionsentscheidungen überprüft werden. Damit lässt sich auch eine Reaktion auf zwischenzeitlich erfolgte Kapazitätszubauten abbilden. Weiterer Forschungsbedarf besteht zudem darin, Ansätze dafür zu entwickeln, die Modellparametrierung weiter zu objektivieren und zu vereinfachen. So bestehen zentrale Herausforderungen darin, geeignete Daten und Schätzer für die Investitionsbudgets der Investoren sowie deren Annahmen für langfristige Prognosen festzulegen.