Bidding strategies for energy storage players in 100% renewable electricity market: A game-theoretical approach

Stellen Sie sich das Stromnetz als ein riesiges, hochriskantes Spiel mit Muschelstühlen vor, bei dem es jedoch nicht um Stühle, sondern um Elektronen als Preise geht. In den alten Zeiten, als wir Kohle oder Gas verbrannten, um Energie zu erzeugen, konnten wir das Licht einfach nach Belieben heller oder dunkler drehen, wie das Aufdrehen eines Wasserhahns. Doch die Welt wandelt sich hin zu einer Zukunft, in der unser gesamter Strom aus Sonne und Wind stammt. Das ist eine fantastische Idee für den Planeten, führt aber ein kniffliges Problem ein: Die Sonne scheint nachts nicht, und der Wind weht nicht immer dann, wenn wir ihn am dringendsten benötigen. Das Stromangebot wird so launisch wie das Wetter, während unsere Nachfrage nach Elektrizität hartnäckig vorhersehbar bleibt. Um dieses Ungleichgewicht zu beheben, brauchen wir „Energiespeicher“ – im Grunde riesige Batterien, die überschüssige Energie auffangen können, wenn sie im Überfluss fließt, und sie für die Zeit aufbewahren, in der sie knapp ist.

Es gibt jedoch einen Haken. In einem freien Markt sind die Besitzer dieser riesigen Batterien nicht einfach nur hilfreiche Nachbarn; sie sind strategische Akteure, die versuchen, den größtmöglichen Gewinn zu erzielen. Wenn einige wenige große Unternehmen den Großteil der Batterien kontrollieren, könnten sie beschließen, die Energie zurückzuhalten und zu warten, bis die Preise in die Höhe schießen, bevor sie sie verkaufen – ganz ähnlich wie ein Hortier, der auf eine Knappheit wartet, um sein Wasser zu verkaufen. Dieses Paper stellt eine entscheidende Frage: Wie verändert sich in einer Welt, die vollständig auf erneuerbaren Energien basiert, die Anzahl der Batteriebesitzer und die Größe ihrer Batterien das Spiel? Führt das Vorhandensein von mehr Wettbewerbern zu einem faireren Markt, oder verschwendet zu viel Batteriekapazität einfach nur Geld? Die Autoren nutzen ein Computermodell, um diese Zukunft zu simulieren, wobei sie die Batteriebesitzer wie Spieler in einem spieltheoretischen Rätsel behandeln, um zu sehen, wie ihre Strategien die Strompreise und das Wohlergehen aller Beteiligten beeinflussen.

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Das große Batterienspiel: Wer kontrolliert den Fluss?

Dieses Paper taucht in ein faszinierendes „Was-wäre-wenn“-Szenario ein: einen Strommarkt der Zukunft, der zu 100 % durch erneuerbare Energien betrieben wird, wobei das einzige flexible Werkzeug, das uns zur Stabilisierung des Netzes zur Verfügung steht, eine Flotte von riesigen Energiespeichersystemen (Batterien) ist. Die Autoren, ein Forscherteam aus Dänemark, haben einen digitalen Spielplatz geschaffen, um zu beobachten, wie sich diese Batteriebesitzer verhalten, wenn sie versuchen, einen Gewinn zu erwirtschaften. Sie verwendeten ein Konzept namens Cournot-Wettbewerb, was eine schicke Art zu sagen ist: „Ich entscheide, wie viel Energie ich verkaufe, basierend darauf, was ich glaube, dass du verkaufen wirst.“

Denken Sie an eine Gruppe von Limonadenständen an einer heißen Straße. Wenn es nur einen Stand gibt, kann der Besitzer verlangen, was er will. Wenn es zwei gibt, versuchen sie vielleicht, sich gegenseitig zu unterbieten. Aber wenn es acht sind, sinkt der Preis auf ein faires Niveau, und jeder verkauft zwar etwas weniger Gewinn pro Becher, aber insgesamt mehr Becher. Die Forscher wollten sehen, ob diese Logik auch für Elektrizität gilt, wo die „Limonade“ Wind- und Sonnenenergie ist und die „Stände“ Batteriebetreiber sind.

Das Setup: Ein Netz ohne fossile Brennstoffe

Die Forscher erstellten eine Simulation basierend auf dem dänischen Strommarkt, speziell der DK1-Zone, projiziert in das Jahr 2030. In dieser Zukunft gibt es keine Kohle- oder Gaskraftwerke mehr, auf die man zurückgreifen könnte. Das Netz verlässt sich ausschließlich auf Wind und Sonne. Da Sonne und Wind unvorhersehbar sind, benötigt das Netz Batterien, die als Stoßdämpfer fungieren. Wenn der Wind stark weht und die Nachfrage niedrig ist, laden sich die Batterien auf (damit wir die Energie nicht verschwenden). Wenn der Wind aufhört und die Menschen von der Arbeit nach Hause kommen, entladen sich die Batterien, um das Licht brennen zu lassen.

Das Paper modelliert zwei Haupttypen von „Spielern“ in diesem Spiel:

1. Die strategischen Spieler: Dies sind private Batteriebesitzer, die ihren eigenen Gewinn maximieren wollen. Sie könnten sich entscheiden, einen Teil der Energie zurückzuhalten, um die Preise in die Höhe zu treiben.
2. Der Social Planner (Sozialplaner): Dies ist ein „guter“ Schiedsrichter, der alle Batterien gleichzeitig steuert. Der Planer kümmert sich nicht um Profit; ihm geht es nur darum, sicherzustellen, dass jeder Strom zu den niedrigstmöglichen Kosten erhält. Dies dient als „perfekte Welt“-Benchmark, um zu messen, wie viel Effizienz die gierigen Spieler verlieren.

Die Ergebnisse: Wie viele Batterien brauchen wir?

Die Forscher führten Tausende von Simulationen durch, wobei sie die Anzahl der Batteriebesitzer (von einem einzigen Monopol bis hin zu acht Wettbewerbern) und die Gesamtgröße der Batterieflotte veränderten. Hier ist, was sie herausfanden:

1. Ein Boss ist schlechte Nachricht
Wenn es nur einen Batteriebesitzer gibt (ein Monopol), agiert dieser wie ein Bösewicht in einem Film. Er erkennt, dass er die einzige flexible Energiequelle kontrolliert, und hält die Energie strategisch zurück. Er lädt auf, wenn der Strom billig ist, wartet aber mit der Entladung bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Preise extrem hoch sind.

• Das Ergebnis: Dies hält die Preise hoch und lässt manche Menschen ohne Strom zurück (ungenutzte Nachfrage) oder verschwendet erneuerbare Energien (Curtailment), weil der einzelne Besitzer nicht genug Energie freigibt, um den Markt zu bereinigen. Es ist wie der Besitzer eines einzelnen Wasserturms, der das Ventil nur öffnet, wenn die Stadt verzweifelt ist.

2. Wettbewerb ist der Held
Sob: Sie fügen mehr Batteriebesitzer hinzu, ändert sich das Verhalten. Mit zwei oder drei Konkurrenten beginnt die „Bösewicht-Strategie“ zu bröckeln. Jeder Besitzer erkennt, dass er, wenn er zu viel zurückhält, sein Rivale einspringen und die Energie stattdessen verkaufen wird.

• Das Ergebnis: Das Paper fand heraus, dass der Markt mit nur drei konkurrierenden Betreibern fast exakt so funktioniert wie der „perfekte“ Social Planner. Die Preise sinken, die ungedeckte Nachfrage verschwindet und das System wird effizient. Mehr als drei oder vier Besitzer hinzuzufügen, macht das System nicht wesentlich besser; es verteilt lediglich die Gewinne noch dünner.

3. Größer ist nicht immer besser
Die Forscher testeten auch, was passiert, wenn wir massive Mengen an Batteriespeicher bauen.

• Das Ergebnis: Es gibt einen „Sweet Spot“. Wenn Sie zu wenig Speicher haben, ist das Netz instabil. Aber wenn Sie zu viel haben (speziell mehr als etwa das 1,0- bis fache des täglichen Energiefehlbetrags), erreichen Sie einen Punkt abnehmender Grenzerträge. Die Batterien sind so voll, dass sie nicht genug billige Energie finden können, um sich aufzuladen, und die Gewinnmargen verschwinden. Tatsächlich kann der Bau von zu viel Speicher das Geschäftsmodell für zukünftige Batterien beeinträchtigen, da der Preisunterschied zwischen „billigen“ und „teuren“ Stunden flachgedrückt wird.

4. Winter vs. Sommer
Die Simulation zeigte, dass das Spiel je nach Jahreszeit unterschiedlich abläuft.

• Winter: Das Netz ist stärker belastet. Die Preise sind volatiler, und Wettbewerb ist entscheidend, um die Preise vor extremen Spitzen zu schützen.
• Sommer: Die Sonne liefert einen stetigen Strom. Der Markt ist entspannter, und selbst ein einzelner Besitzer verursacht nicht so viel Chaos wie im Winter. Dennoch hilft auch der Wettbewerb, die Situation zu glätten.

Das Fazit: Design ist entscheidend

Das Paper kommt zu dem Schluss, dass Speicher ein zweischneidiges Schwert sind. Sie sind absolut essenziell, damit ein 100 % erneuerbares Netz funktioniert, und fungieren als der Klebstoff, der das System zusammenhält. Aber wenn der Markt zu konzentriert ist (kontrolliert von nur einem oder zwei Unternehmen), können diese Besitzer das System ausnutzen, um enorme Gewinne auf Kosten der normalen Menschen zu erzielen.

Die Autoren schlagen vor, dass die Politik sich nicht nur darauf konzentrieren sollte, mehr Batterien zu bauen; sie müssen auch darauf achten, wer sie besitzt. Sicherzustellen, dass es genügend unabhängige Wettbewerber gibt (etwa drei oder mehr in diesem spezifischen Szenario), ist genauso wichtig wie die Gesamtkapazität. Wenn wir die Eigentümerstruktur richtig gestalten, können wir ein stabiles, günstiges und grünes Stromnetz genießen. Wenn wir es falsch machen, könnten wir ein System erhalten, das technisch zwar funktioniert, aber finanziell manipuliert ist.

Kurz gesagt: Das Paper simuliert eine Zukunft, in der Sonne und Wind das Sagen haben, und beweist, dass Batterien zwar der Schlüssel zur Erschließung dieser Zukunft sind, wir aber sicherstellen müssen, dass kein einzelner Spieler die Schlüssel zum Königreich in den Händen hält.