Modeling Market Failures and Regulation in the Changing German Power Market

Modellierung von Marktversagen und Regulierung im sich wandelnden deutschen Strommarkt

  • The German power market is shaped by several distinctive trends. These include market restructuring, climate policy measures, renewable energy integration, and electric vehicles. In this thesis, I conduct in-depth model-based analyses of specific economic questions related to the aforementioned developments. More precisely, I examine selected market failures and the need for economic regulation. In doing so, the focus is on imperfect competition, natural monopolies, and CO2 regulation. The firstThe German power market is shaped by several distinctive trends. These include market restructuring, climate policy measures, renewable energy integration, and electric vehicles. In this thesis, I conduct in-depth model-based analyses of specific economic questions related to the aforementioned developments. More precisely, I examine selected market failures and the need for economic regulation. In doing so, the focus is on imperfect competition, natural monopolies, and CO2 regulation. The first chapter motivates the research questions and provides an introduction to important power market transformations. Chapter 2 analyzes the strategic utilization of electricity storage in the oligopolistic German power market, and the related implications for market outcomes. Chapter 3 extends this analysis by modeling the interactions of a hypothetical fleet of one million grid-connected electric vehicles with the imperfectly competitive German power market. Chapter 4 provides a comparative analysis of different regulatory approaches for transmission network expansion in the light of fluctuating demand and wind power. Chapter 5 examines the effect of different emission permit allocation schemes on the relative profitability of investments into hard coal and natural gas plants in Germany. The last chapter summarizes and concludes. It also includes a brief discussion of model limitations and perspectives for further research. This thesis contributes to the literature in several ways. To begin with, it includes an explicit model of the intricate interactions of strategic players’ decisions on conventional power generation, storage discharging, and storage loading in an oligopolistic market environment. Likewise, this thesis provides the first analysis of the effects of plug-in electric vehicle fleets on the oligopolistic German power market. Furthermore, the relative performance of a new combined merchant-regulatory mechanism for transmission expansion is modeled with a level of detail that can not be found in the literature. Last, but not least, this thesis presents an innovative methodology for calculating the windfall profits related to emission permit allocation rules in Germany. Drawing on sensitivity analyses, investment distortions related to Germany’s first National Allocation Plan are quantified with an accuracy previously not found in the literature.show moreshow less
  • Der deutsche Strommarkt ist geprägt von Liberalisierungsprozessen, wachsenden Anforderungen der Klimapolitik, der Integration erneuerbarer Energien und dem Einstieg in die Elektromobilität. In dieser Doktorarbeit untersuche ich anhand detaillierter modellgestützter Analysen spezifische ökonomische Fragestellungen, die mit den genannten Entwicklungen einhergehen. Es werden ausgewählte Fälle von Marktversagen und die Notwendigkeit ökonomischer Regulierung beleuchtet. Dabei liegt der Schwerpunkt auDer deutsche Strommarkt ist geprägt von Liberalisierungsprozessen, wachsenden Anforderungen der Klimapolitik, der Integration erneuerbarer Energien und dem Einstieg in die Elektromobilität. In dieser Doktorarbeit untersuche ich anhand detaillierter modellgestützter Analysen spezifische ökonomische Fragestellungen, die mit den genannten Entwicklungen einhergehen. Es werden ausgewählte Fälle von Marktversagen und die Notwendigkeit ökonomischer Regulierung beleuchtet. Dabei liegt der Schwerpunkt auf unvollständigem Wettbewerb, natürlichen Monopolen und der Regulierung von CO2- Emissionen. In einem einleitenden Kapitel werden die Forschungsfragen eingeführt und wichtige Strommarktentwicklungen vorgestellt. In Kapitel 2 werden die strategische Nutzung von Stromspeichern im oligopolistischen deutschen Strommarkt sowie deren Auswirkungen auf die Marktergebnisse untersucht. Darauf aufbauend analysiert Kapitel 3 die Wechselwirkungen einer hypothetischen Flotte von einer Million Elektrofahrzeugen mit dem Strommarkt. In Kapitel 4 werden verschiedene Ansätze zur Regulierung des Übertragungsnetzausbaus quantitativ verglichen, wobei ein besonderes Augenmerk auf der Abbildung der Variabilität von Stromnachfrage und Windeinspeisung liegt. Kapitel 5 untersucht die Auswirkungen unterschiedlicher Zuteilungsregeln für Emissionsberechtigungen auf die relative Profitabilität von Kohle- und Gaskraftwerken in Deutschland. Das letzte Kapitel enthält eine Zusammenfassung und Schlussfolgerungen, eine Diskussion der Einschränkungen sowie Perspektiven für die weitere Forschung. Diese Arbeit erweitert die ökonomische Literatur in mehrerlei Hinsicht. So enthält sie ein Modell, mit dem die kombinierten Entscheidungen strategischer Marktakteure hinsichtlich konventioneller Stromerzeugung und dem Betrieb von Speichern in einem nicht perfekt wettbewerblichen Marktumfeld explizit dargestellt werden können. Daneben werden die Auswirkungen einer künftigen Flotte von netzverbundenen Elektrofahrzeugen auf den oligopolistischen deutschen Strommarkt erstmals analysiert. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit eines neuen Regulierungsmechanismus mit alternativen Regulierungsansätzen verglichen und mit einem gegenüber bisherigen Analysen höheren Detailgrad quantitativ untersucht. Nicht zuletzt wird eine Methodik zur Berechnung von Windfall Profits vorgestellt, die durch die deutschen Zuteilungsregeln anfallen. Die Verzerrungen der Anreize für Kraftwerksinvestitionen, die mit dem ersten deutschen Allokationsplan einhergehen, werden mit Hilfe umfangreicher Sensitivitätsanalysen mit einer bisher nicht erreichten Genauigkeit quantifiziert.show moreshow less

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Metadaten
Author: Wolf-Peter Schill
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-31893
Advisor:Prof. Dr. Hirschhausen, Christian von Hirschhausen
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2011/08/19
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät VII - Wirtschaft und Management
Date of final exam:2011/07/13
Release Date:2011/08/19
Tag:Elektromobilität; Marktmacht; Regulierung; Speicher; Strommarktmodellierung
Electric vehicles; Market power; Power market modeling; Regulation; Storage
Institutes:Institut für Volkswirtschaftslehre und Wirtschaftsrecht
Dewey Decimal Classification:330 Wirtschaft
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)