Alternative Erlösquellen für Batteriespeicher – Teil 1: Arbitrage im Stromhandel

Batteriespeicher haben in den letzten Monaten stark vom Kursanstieg an den Regelleistungsmärkten profitiert. Mit Preisen von über 10.000 Euro pro Woche und MW in der PRL lag dies etwa Faktor 10 über den Preisen in der gleichen Zeit des Vorjahres. Dies hängt stark mit den Knappheitssignalen am Strommarkt zusammen, da Energieerzeuger bei diesem Preisniveau sehr hohe Opportunitätskosten bei der Bereitstellung von Regelleistung haben.

Sobald sich die Lage an der Strombörse wieder normalisiert, sind meiner Einschätzung nach wieder deutlich niedrigere Preise am Regelleistungsmarkt für PRL zu erwarten. Spannend bleibt, auf welchem Niveau sich das ganze mittel- und langfristig einpendelt. Mit Interesse verfolge ich daher Veröffentlichungen, die sich mit Erlösmöglichkeiten von Speichern außerhalb der PRL beschäftigen. Eine nahe liegende Option ist dabei der Handel an der Börse und das Ausnutzen von Preisunterschieden im Day-Ahead und Intraday Markt (sog. Arbitrage).

Handel eines Batteriespeichers an der Strombörse

Eine gute Veröffentlichung zu dem Thema wurde 2019 vom FfE herausgegeben. Darin wurde abgeschätzt welche Erlöse in 2017 & 2018 mit einem 1 MW / 1,2 MWh Batteriespeicher im Energiehandel erzielt werden konnte. Ein Ergebnis war, dass im Handel noch deutlich weniger Erlöse erzielt werden konnten als in der PRL. Der Ausblick machte jedoch deutlich, dass sich dies in den folgenden Jahren ändern könnte.

Zitat aus der Zusammenfassung: [Bei Verkürzung der Angebotszeiträume auf 4 Stunden Blöcke] … gibt es vermehrt Zeiträume, in denen Batteriespeicher auf dem Spotmarkt ökonomisch sinnvoll vermarktet werden können. Dies hätte direkte Auswirkungen auf den PRL-Preis, dessen Minimum sich für diese Zeiträume bei einer entsprechenden Marktmacht an die Opportunitätskosten von Batteriespeichern annähern würde. Vor dem Hintergrund von sinkenden Batteriekosten und damit sinkenden Erlöserwartungen wird es so in Zukunft zu einem komplexeren Zusammenspiel an den kurzfristigen Strommärkten kommen.

Timo Kern, FfE 2019

Da mich interessiert, wie sich die Erlösoptionen an der Strombörse entwickelt haben, und auf welchem Niveau die Opportunitätskosten von Speichern in der Bereitstellung von PRL aktuell liegen, habe ich das mal nachgerechnet.

Berechnung der optimierten Handelserlöse für Batteriespeicher

Die Auswertung ist komplett in „R“ entwickelt und ich greife auf die Solver Bibliothek „lpSolve“ für lineare Optimierung zurück. Ich hatte zuerst versucht das Problem über Brute-Force zu lösen, allerdings ergeben sich für einen einzigen 4-Stunden Block bereits erstaunlich viele Handelsmöglichkeiten für den Speicher (Ich konnte dem Laptop eine Weile zuhören während er 43 Mio. Rechenschritte pro 4-Stunden Block durchgekaut hat – eventuell war es auch nicht klug, direkt ein Jahr rechnen zu lassen…). Mit dem „R“ Solver lief das ganze jedoch ziemlich fix.

Die Simulation verwendet dabei die folgenden Annahmen:

• Dimensionierung: 1 MW Leistung / 1 MWh Kapazität
• Wirkungsgrad des Speichers: 90%
• Ladezustand am Ende eines jeden Tages: 50%
• Perfekte Voraussage: Die durchschnittlichen Börsenpreise sind für Auswahl der optimalen Handelszeitpunkte bekannt

Die Annahmen zur Dimensionierung des Speichers habe ich getroffen, da z.B. der LEAG Speicher mit einer ähnlichen Auslegung PRL erbringt. Dies ermöglicht den direkten Vergleich der Erlöse. Mit der zusätzlichen Annahme, dass der Speicher am Tagesende zu einem Ladezustand von 50% zurückkehrt kann ich anschließend betrachten, ob es sich lohnt, an einzelnen Tagen von der PRL in den Arbitrage-Handel zu wechseln. Die aus meiner Sicht stärkste Vereinfachung ist die Annahme, dass die Börsenpreise perfekt vorhergesagt werden können und darauf basierend die optimale Handelsstrategie gebildet werden kann. Dies mag in der Day-Ahead und Intraday Auktion noch realitätsnah sein, eine gute Prognose des ID3 ist meines Wissens jedoch deutlich komplexer.

Ergebnis: Erlösmöglichkeiten aus der Arbitrage

Im Diagramm unten sind die Erlöse eines Speichers mit verschiedenen Handelsstrategien dargestellt. Es zeigt sich, dass die Vermarktung dieses Speichers über die Day-Ahead Auktion am wenigsten attraktiv ist. Die Vermarktung alleine über die Intraday Viertelstunden-Auktion (ID-Auc) oder den kontinuierlichen Viertelstunden-Handel (ID-Cont ID3) ist bereits deutlich attraktiver. Die höchsten Erlöse lassen sich über eine kombinierte Handelsstrategie (ID-Auc + ID-Cont ID3) erzielen. Dabei wird der Speicher zuerst in der Intraday-Auktion vermarktet und anschließend über den kontinuierlichen Handel weiter optimiert. Im Schnitt liegt der Erlös dabei 25% über dem Ergebnis, welches sich aus der Intraday-Auktion alleine erzielen lässt. Als Referenzpreis wurde der ID3 (Mittelwert der letzten drei Stunden vor Lieferung) ausgewählt. Bei der Verwendung des ID1 wäre der kalkulierte Erlös nochmals höher, allerdings halte ich dies nicht mehr für ein realistisch erzielbares Ergebnis.

Im Diagramm wird auch deutlich, dass die Erlöse zwischen 2018 und 2021 signifikant angestiegen sind (mit Ausnahme von 2019). Dies lässt auch an der gestiegene Volatilität (messbar über die Standardabweichung) im Intraday-Handel erkennen. Vor allem in H2 2021 hat diese massiv zugenommen.

Im direkten Vergleich mit der Veröffentlichung des FfE zeigen die Zahlen für 2018 eine sehr gute Übereinstimmung. Nur die Erlöse für die kombinierte Vermarktung sind in meiner Auswertung etwas konservativer. Dies mag an meiner Einschränkung liegen, dass der Speicher am Tagesende wieder auf einen Ladezustand von 50% zurückkehren muss.

Vergleich der Intraday Handelserlöse mit den PRL Erlösen

Das nächste Diagramm bildet die Erlöse der optimierten Vermarktungsstrategie im Vergleich zu den Erlösen in der PRL ab. Es zeigt sich, dass auch nach 2018 in jedem Jahr mehr Erlöse im PRL-Markt als im Intraday-Handel erwirtschaftet werden konnten. Allerdings ist der Abstand zwischen 2018 und 2020 durch sinkende PRL Preise und steigende Intraday-Handelserlöse geringer geworden. In 2021 ist der Abstand wieder größer geworden, allerdings bin ich mir nicht sicher wie repräsentativ das für die nächsten Jahre ist.

Ein Nachteil, den die Intraday Arbitrage gegenüber der Vermarktung in der PRL hat, ist die deutlich größere Anzahl an Ladezyklen, die der Speicher durchfahren muss. Batterien erfahren dadurch eine schnellere Alterung und müssen häufiger ersetzt werden, was zu höheren laufenden Kosten führt. Ebenso sollten die Abgaben beim direkten Vergleich auf der Kostenseite nicht vernachlässigt werden.

Fazit

Insgesamt zeigt die Auswertung, dass die Erlöspotenziale von Batteriespeichern im Intraday Handel weiterhin unter den Erträgen aus der Primärregelleistung liegen. Für Entwickler und Investoren von Batteriespeicherprojekten bietet die gestiegene Volatilität am Intraday Markt jedoch eine Chance, ihr Projekt in einem Downside-Szenario (stark fallende PRL Preise) abzusichern. Der nächste Blogartikel (Teil 2) beschäftigt sich damit, wie sich die Erlöse über die Kombination aus PRL, SRL und Intraday-Handel optimieren lassen.