Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Damit das zukünftige Schweizer Stromsystem nicht nur eine CO2-neutrale Energiebereitstellung ermöglicht, sondern dies auch möglichst kosteneffizient erfolgt und einem hohen Grad an Versorgungssicherheit gewährleistet, ist eine Koordinierung aller involvierten Akteure notwendig. Ein effizientes Marktdesign scheint dabei die vielversprechendste Möglichkeit zu sein, eine solche Koordinierung zu erreichen. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, eine Bewertungsmethodik für diese Herausforderungen zu entwickeln und mögliche effiziente Designoptionen zu identifizieren. Dabei werden zwei grundsätzliche Stoßrichtungen ana-lysiert: einerseits ein evolutionärer Ansatz, welcher Anpassungen am aktuellen Strommarktdesign vorsieht; und ein revolutionärer Ansatz, welcher eine signifikante Umgestaltung des Strommarktes erfordert. Aufbauend auf einer Problemstrukturierung wird ein schematisches Schweizer Strommodell entwickelt, um die evolutionären und revolutionären Entwurfsoptionen hinsichtlich ihrer Effizienz und Umsetzbarkeit zu vergleichen. Dieser Vergleich erlaubt Schlussfolgerungen ob und inwieweit eine Abfolge kleiner Anpassungen oder eine umfassende Überarbeitung des Strommarktdesigns notwendig sind, um eine sichere, kostengünstige, und nachhaltige Energieversorgung in einer klimaneutralen Schweiz zu gewährleisten.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The future Swiss electricity system needs to support the development to carbon-neutrality while providing secure and affordable electricity. The required coordination could be best achieved by a well-designed market. This project aims to address this challenge by developing a structure for market design evaluations and apply it to two distinguished pathways: an evolutionary one, i.e. adjustments of the existing electricity market framework, and a revolutionary one, based on a significant reconfiguration of the current design. Building upon a problem mapping and structuring, a schematic Swiss electricity system model will be developed to compare the evolutionary and revolutionary design options with regard to their efficiency and viability to cope with the expected challenges for the Swiss electricity system. We will provide insights how and to what extent a sequence of small adjustments or a major overhaul of the elec-tricity market design could be used to derive the future Swiss electricity system.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Pour que le futur système électrique suisse permette non seulement de fournir de l'énergie neutre en CO2, mais aussi de le faire de la manière la plus rentable possible et de garantir un haut niveau de sécurité d'approvisionnement, une coordination de tous les acteurs impliqués est nécessaire. Un design de marché efficace semble être le moyen le plus prometteur pour parvenir à une telle coordination. Le présent projet vise à développer une méthodologie d'évaluation pour ces défis et à identifier les options de conception efficaces possibles. Deux orientations principales sont analysées : d'une part, une approche évolutive qui prévoit des adaptations de la conception actuelle du marché de l'électricité ; d'autre part, une approche révolutionnaire qui nécessite une transformation significative du marché de l'électricité. Sur la base d'une structuration du problème, un modèle électrique suisse schématique est développé afin de comparer les options de conception évolutive et révolutionnaire en termes d'efficacité et de faisabilité. Cette comparaison permet de conclure si et dans quelle mesure une série de petites adaptations ou une révision complète du design du marché de l'électricité sont nécessaires pour garantir un approvisionnement énergétique sûr, économique et durable dans une Suisse climatiquement neutre.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Damit das zukünftige Schweizer Stromsystem nicht nur eine CO2-neutrale Energiebereitstellung ermöglicht, sondern dies auch möglichst kosteneffizient erfolgt und einem hohen Grad an Versorgungssicherheit gewährleistet, ist eine Koordinierung aller involvierten Akteure notwendig. Ein effizientes Marktdesign scheint dabei die vielversprechendste Möglichkeit zu sein, eine solche Koordinierung zu erreichen. Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, eine Bewertungsmethodik für diese Herausforderungen zu entwickeln und mögliche effiziente Designoptionen zu identifizieren. Dabei werden zwei grundsätzliche Stoßrichtungen analysiert: einerseits ein evolutionärer Ansatz, welcher Anpassungen am aktuellen Strommarktdesign vorsieht (z.B. die Kombination eines energiebasierten Grosshandelsmarktes mit Kapazitätsmechanismen); und ein revolutionärer Ansatz, welcher eine signifikante Umgestaltung des Strommarktes erfordert. Aufbauend auf einer Problemstrukturierung wird ein schematisches Schweizer Strommodell entwickelt, um die evolutionären und revolutionären Entwurfsoptionen hinsichtlich ihrer Effizienz und Umsetzbarkeit zu vergleichen. Dieser Vergleich erlaubt Schlussfolgerungen ob und inwieweit eine Abfolge kleiner Anpassungen oder eine umfassende Überarbeitung des Strommarktdesigns notwendig sind, um eine sichere, kostengünstige, und nachhaltige Energieversorgung in einer klimaneutralen Schweiz zu gewährleisten. Im ersten Projektjahr wurde mittels Literaturrecherche die Problemstrukturierung durchgeführt, welche die Grundlage für die Modellentwicklung im kommenden Jahr bildet. Ausgehend von den drei Haupttrends (Dekarbonisierung, Sektorkopplung und Digitalisierung), welche das zukünftige Stromsystem prägen werden, zeigt die Recherche, dass eine relativ grosse Bandbreite bezüglich der resultierenden Herausforderungen und Auswirkungen in der Literatur besteht. Allgemein werden v.a. Investitionsanreize und eine stärkere Rolle der Nachfrageseite als wichtige Aspekte identifiziert, welche auch in der folgenden Modellierung zu berücksichtigen sind. Dabei stellen die durch wetterabhängige erneuerbare Erzeugung geprägten Preisdynamiken, die steigende Relevanz von Speichern, und die zunehmende Dezentralisierung wichtige Herausforderungen dar.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Das Elektrizitätssystem ist ein zentrales Element für die erfolgreiche Dekarbonisierung unserer Energieversorgung. Dabei stellen sich aber Herausforderungen wie der Anstieg dezentraler, wetterabhängiger Erzeugung aus erneuerbaren Energien mit niedrigen Grenzkostenstrukturen, der Integration von Wärme und Mobilität in den Stromsektor, der Digitalisierung und dem Auftreten neuer Marktakteure. Diese Herausforderungen erfordern eine bessere Koordination zwischen den Akteuren und möglicherweise neue Marktdesigns, insbesondere für ein kleines Land wie die Schweiz, das stark von Importen und Exporten abhängig ist. Das Projekt zielt darauf ab, ein Modell zum Vergleich verschiedener Strommarktdesigns zu entwickeln und diese Optionen für die Schweiz zu bewerten. Es wird zwei Szenarien bewerten: einen „evolutionären“ Ansatz, der auf dem aktuellen Marktsystem aufbaut, und einen „revolutionären“ Ansatz, der die Preisgestaltung für Versorgungssicherheit und Energiebezug auf der Verbraucherebene verändert. Die Ziele des Projekts sind:
1. Problem-Mapping: Identifikation der wichtigsten Treiber des Wandels im Elektrizitätssystem und Abschätzung, welche davon für die Schweiz relevant sind und beeinflusst werden können.
2. Modellentwicklung: Erstellung eines Modells zur Simulation und zum Vergleich verschiedener Markt- und Politikstrukturen.
3. Vergleich: Vergleich der Entwicklung des derzeitigen Systems mit einem neuen Marktdesign, bei dem die Versorgungssicherheit im Voraus vertraglich festgelegt wird, und Bewertung der Effizienz dieser Ansätze.
Obwohl das endgültige Modell nicht in der Lage war, alle Elemente und Dimensionen der komplexen Wechselwirkungen im Elektrizitätssektor vollständig zu erfassen, ermöglichte es einen quantitativen Vergleich der beiden Marktansätze und lieferte Erkenntnisse in drei Schlüsselbereichen:
1. Das zukünftige schweizerische und europäische Elektrizitätssystem: Es besteht Konsens darüber, dass die zukünftigen Systeme stark auf wetterabhängige erneuerbare Energiequellen angewiesen sein werden und dass die Sektorkopplung zu einer höheren Stromnachfrage führen wird. Allerdings sind die Details in den verschiedenen untersuchten Studien sehr heterogen und die Meinungen über die Rolle komplementärer Technologien gehen auseinander. Im Rahmen des Projekts wurde festgestellt, dass eine bessere Integration der technisch orientierten Modelle mit Stakeholder-Perspektiven und der Abbildung von Politik- und Marktstrukturen erforderlich ist, um eine bessere Bewertung des Übergangsprozesses zu erreichen.
2. Marktdesign und alternative Ansätze: Das Projekt untersuchte ein „revolutionäres“ Marktdesign, das sich auf Versorgungssicherheit und Verbraucherflexibilität konzentriert, im Gegensatz zu einer klassischen, auf der Nutzungszeit basierenden Tarifstruktur für Haushalte. Theoretisch könnte dieser neue Ansatz zu einem optimierten Systembetrieb und Investitionen führen. Eine Umstellung auf dieses neue Konzept würde jedoch erhebliche Änderungen erfordern, einschließlich neuer Vertragsstrukturen zwischen Verbrauchern und Einzelhändlern/Versorgungsunternehmen sowie mit Erzeugern.
3. Quantitative Bewertung für die Schweiz: Das Modell hat gezeigt, dass der „revolutionäre“ Ansatz zwar die Systemeffizienz leicht verbessern könnte, der Nutzen jedoch begrenzt ist, insbesondere aufgrund der flexiblen Wasserkraftressourcen der Schweiz. Allerdings könnte dieser Ansatz den lokalen Netzbetrieb verbessern. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass weitere Forschung notwendig ist, um die vollen Auswirkungen zu verstehen, insbesondere im Hinblick auf die Investitionsdynamik und die Rolle der Flexibilität der Haushalte.
Das Projekt unterstrich die Bedeutung der Wasserkraft in der Schweiz und den potenziellen Nutzen der Flexibilität der Haushalte für die lokalen Netze. Die Umstellung auf das „revolutionäre“ Marktdesign würde jedoch erhebliche Änderungen erfordern, darunter neue allgemeine Tarif- und Vertragsbeziehungen und eine stärkere Beteiligung der Verbraucher. Die Diskussionen stimmen auch mit den europäischen Debatten über das Marktdesign überein, die sich auf den Verbraucherschutz und die Nachfragesteuerung konzentrieren. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Investitionsanreize und -risiken in diesen neuen Marktstrukturen zu bewerten.
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Schlussbericht
(Englisch)
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The electricity system is key to a future carbon free energy provision but faces challenges such as the rise of decentralized intermittent renewable generation with low marginal cost structures, the integration of heating and mobility, digitalization, and the emergence of new actors. These challenges require better coordination among stakeholders and possibly new market designs, especially for a small country like Switzerland, which heavily relies on imports and exports. The project aims to develop a model to compare different electricity market designs and assess those options for Switzerland. It will evaluate two scenarios: an "evolutionary" approach that builds on the current market system, and a "revolutionary" approach that changes how reliability and quantity are priced at the consumer level. The objectives of the project are:
1. Problem Mapping: Identify key drivers of change in electricity systems and explore how Swiss-specific factors can be influenced.
2. Model Development: Create a model to simulate and compare different market and policy structures.
3. Comparison: Compare the current system's evolution with a new market designs that contracts reliability in advance and assess the efficiency and viability of those approaches.
Although the final model was not able to fully capture all elements and dimensions of the complex electricity interactions it enabled a quantitative comparison of the two market approaches, yielding insights in three key areas:
1. Future Swiss and European Electricity Systems: There is consensus that future systems will rely heavily on weather-dependent renewable energy sources and that sector coupling will lead to higher electricity demand. However, the details across the different reviewed studies are highly heterogeneous and opinions vary on the role of complementary technologies. The project identified a need for better integration of physical systems, stakeholder actions, and policy and market structures to achieve a better evaluation of the transition process.
2. Market Design and Alternative Approaches: The project explored a "revolutionary" market design focused on reliability and consumer flexibility in contrast to a classical time-of-use based household tariff structure. In theory this new approach could lead to an optimized system operation and investment. However, a shift to this new design would require significant changes, including new contractual structures between consumers and retailers/utilities as well as with generators.
3. Quantitative Assessment for Switzerland: The model showed that while the "revolutionary" approach might slightly improve system efficiency, the benefits are limited, especially due to Switzerland's flexible hydropower resources. However, this approach could enhance local grid operations. The findings suggest that more research is needed to understand the full impact, particularly regarding investment dynamics and the role of household flexibility.
The project highlighted the importance of hydropower in Switzerland and the potential benefits of household flexibility for local grids. However, switching to the "revolutionary" market design would require significant changes, including new overall tariff and contract relations and increased consumer participation. The discussions also align with European debates on market design, focusing on consumer protection and demand-side management. Further research is needed to assess investment incentives and risks in these new market structures.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le système électrique est un élément central pour réussir la décarbonisation de notre approvisionnement énergétique. Cependant, des défis se posent, tels que l'augmentation de la production décentralisée d'énergies renouvelables, dépendante des conditions météorologiques, avec des structures de coûts marginaux faibles, l'intégration de la chaleur et de la mobilité dans le secteur de l'électricité, la numérisation et l'émergence de nouveaux acteurs du marché. Ces défis nécessitent une meilleure coordination entre les acteurs et peut-être de nouveaux designs de marché, en particulier pour un petit pays comme la Suisse, qui dépend fortement des importations et des exportations. Le projet vise à développer un modèle permettant de comparer différentes conceptions du marché de l'électricité et d'évaluer ces options pour la Suisse. Il évaluera deux scénarios : une approche « évolutive » basée sur le système de marché actuel et une approche « révolutionnaire » qui modifie la tarification de la sécurité d'approvisionnement et de l'achat d'énergie au niveau du consommateur. Les objectifs du projet sont les suivants :
1. Cartographie des problèmes : identification des principaux moteurs du changement dans le système électrique et estimation de ceux qui sont pertinents pour la Suisse et qui peuvent être influencés.
2. Développement d'un modèle : création d'un modèle de simulation et de comparaison de différentes structures de marché et de politique.
3. Comparaison : comparaison de l'évolution du système actuel avec une nouvelle conception du marché dans laquelle la sécurité d'approvisionnement est fixée à l'avance par contrat, et évaluation de l'efficacité de ces approches.
Bien que le modèle final n'ait pas été en mesure d'appréhender pleinement tous les éléments et toutes les dimensions des interactions complexes dans le secteur de l'électricité, il a permis de comparer quantitativement les deux approches du marché et a fourni des enseignements dans trois domaines clés :
1. Le futur système électrique suisse et européen : il existe un consensus sur le fait que les futurs systèmes dépendront fortement des sources d'énergie renouvelables dépendant des conditions météorologiques et que le couplage sectoriel entraînera une augmentation de la demande en électricité. Cependant, les détails sont très hétérogènes dans les différentes études examinées et les avis divergent quant au rôle des technologies complémentaires. Dans le cadre du projet, il a été constaté qu'une meilleure intégration des modèles à orientation technique avec les perspectives des parties prenantes et la représentation des structures politiques et de marché était nécessaire pour parvenir à une meilleure évaluation du processus de transition.
2. Conception du marché et approches alternatives : Le projet a étudié une conception « révolutionnaire » du marché, axée sur la sécurité d'approvisionnement et la flexibilité des consommateurs, par opposition à une structure tarifaire classique pour les ménages, basée sur le temps d'utilisation. En théorie, cette nouvelle approche pourrait permettre d'optimiser le fonctionnement du système et les investissements. Toutefois, le passage à cette nouvelle approche nécessiterait des changements importants, notamment de nouvelles structures contractuelles entre les consommateurs et les détaillants/distributeurs, ainsi qu'avec les producteurs.
3. Évaluation quantitative pour la Suisse : le modèle a montré que, bien que l'approche « révolutionnaire » puisse légèrement améliorer l'efficacité du système, les avantages sont limités, notamment en raison de la flexibilité des ressources hydroélectriques de la Suisse. Toutefois, cette approche pourrait améliorer l'exploitation du réseau local. Les résultats indiquent que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre l'impact complet, notamment en ce qui concerne la dynamique d'investissement et le rôle de la flexibilité des ménages.
Le projet a souligné l'importance de l'hydroélectricité en Suisse et les avantages potentiels de la flexibilité des ménages pour les réseaux locaux. Toutefois, le passage à une conception « révolutionnaire » du marché nécessiterait des changements importants, notamment de nouvelles relations tarifaires et contractuelles générales et une participation accrue des consommateurs. Ces discussions rejoignent également les débats européens sur la conception du marché, qui se concentrent sur la protection des consommateurs et la gestion de la demande. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer les incitations et les risques d'investissement dans ces nouvelles structures de marché.
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