En analyse av kraftmarkedet i Tyskland og NO2

Abstract

Sammendrag

I denne oppgaven skal vi undersøke effektene av NordLink på den tyske elkraftproduksjonen fra ikke-fornybare energikilder og atomkraft. I Norge har vi sett store endringer i prisene på strøm de siste årene, noe som har gjort kraftkablene til et populært tema. Det vi syntes er interessant, og som har vært betydelig mindre snakket om, er hvordan handel av elkraft over landegrenser påvirker et land sin produksjonsmiks.

NordLink er en kraftkabel som går under vann mellom NO2 og Tyskland. Den går mellom Tonstad/Ertsmya i Sirdal kommune i Sør-Norge til Wilster i Schleswig-Holstein i Tyskland (Statnett, n.d.). Kabelen er ca. 623 km lang og har en maksimal kapasitet på omtrent 1400 MW. I henhold til Statnett (2021) var arbeidet med NordLink startet opp i 2012. I desember 2020 var den installert og klar for ordinær drift fra april 2021.

Før vi startet å skrive brukte vi betydelig med tid på å lese oss opp på tidligere litteratur. Videre hentet vi inn data fra ENTSO-E Transparency Platform, Norges Vassdrag- og Energidirektorat (NVE), Meteorologisk institutt (MET), Visualcrossing og Markets insider. For å svare på oppgavens problemstilling har vi tatt i bruk deskriptiv analyse og SARIMAX (Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average with exogenous variables).

Vi har valgt å bruke SARIMAX som tar hensyn til sesongvariasjoner og eksogene variabler. Videre sjekker vi robustheten til SARIMAX-modellene ved å sammenligne modellresultatene med XGBoost (Extreme Gradient Boosting) sine SHAP-verdier (Shapley Additive Explanations). SHAP-verdiene identifiserer hvilke variabler som har størst innvirkning på modellene våre og bidrar til å validere resultatene fra SARIMAX modellene.

Vi har valgt å avgrense oppgaven til å se på perioden 1. januar 2019 til 31. desember 2023. Ifølge ENTSO-E startet kapasiteten i kabelen 25. januar 2021, og det er denne dagen vi har satt som oppstart av NordLink. Det vi har sett i oppgavens datakapittel er at den samlede tyske produksjonen av elkraft fra ikke-fornybare energikilder har gått ned med 4,53%. Kort oppsummert har vi definert ikke-fornybart som olje, kull, gass og atomkraft. Videre i metodekapitellet satte vi opp 16 SARIMAX-modeller, hvor 14 av de hadde en signifikant variabel for NordLink. SHAP-analysen indikerer at SARIMAX-resultatene er robuste.

Selv om det har vært utfordrene å se effekten av kabelen separert fra alt annet som har skjedd i Europa samtidig, indikerer resultatene i oppgaven på at NordLink har hatt en signifikant påvirkning påvirkning på andelen av elkraft produsert med ikke-fornybare energikilder og atomkraft i Tyskland.

Abstract

We aim in this master´s thesis to search for the effects of NordLink on the German production of non-renewable energy and nuclear power. In Norway over the last years, we have seen a significant change in the electricity prices, that have caused the cables to become a popular topic of discussion. What we find interesting, and that´s not nearly as much talked about, is how cross-border trade effects the countries production mix.

NordLink is an underwater-cable that goes from Norway to Germany. More specifically, from Tonstad/Ertsmya in Sirdal kommune in the south of Norway to Wilster in Schleswig-Holstein in Germany (Statnett, n.d.). The cable is about 634 km and have a maximal capacity of 1400 MW. Statnett (2021) writes that the planning of the cable first started in 2012. And that in December of 2020 it was installed and ready for ordinary operation in April of 2021.

Before we started writing we used a lot of time searching for and reading relevant research and articles. Thereafter we collected data from ENTSO-E Transparency Platform, Norges Vassdrag- og Energidirektorat (NVE), Meteorologisk institutt (MET), Visualcrossing and Markets insider. We decided to use descriptive analysis, SARIMAX (Seasonal Autoregressive Inte-grated Moving Average with exogenous variables) and XGBoost (Extreme Gradient Boosting) to say if the installation of NordLink had a significant effect on the German production of non-renewable energy or not.

We have chosen to use SARIMAX because it takes to consideration seasonable and exogenous variables. Thereon we checked the robustness of the models by comparing the results with SHAP-values (Shapley Additive Explanations) from XGBoost. The SHAP-values identifies which variables that has the highest impact on our models, and therefor contributes to validate our results from SARIMAX.

We decided to narrow the thesis time period down to start the 1st of January 2019 and end the 31st of December 2023. From ENTSO-E we have seen that the capacity in the cable started the 25st of January 2021, and we have therefor chosen this date as the start of NordLink. In the data-chapter we have seen that the total German production of non-renewable energy has decreased with 4,53\%. We have chosen to define oil, coal, gas and nuclear as non-renewable. In our method-chapter we put together 16 models, 14 of them had a significant variable for NordLink. The SHAP-values indicates that the SARIMAX-results are robust.

It has been challenging to separate the effects of NordLink on the German production of non-renewable energy from the external events taking place in Europe at the same time. Taking this into accout, our results indicates that the installation of NordLink had a significant impact on the German production of non-renewable energy and nuclear power.